Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee - Im Rahmen des BMBF-Programms "Forschungen für nachhaltige Entwicklungen"
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Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee Im Rahmen des BMBF-Programms „Forschungen für nachhaltige Entwicklungen“
Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee Im Rahmen des BMBF-Programms „Forschungen für nachhaltige Entwicklungen“
Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee Im Rahmen des BMBF-Programms „Forschungen für nachhaltige Entwicklungen“
Literatur
KFKI, 2001: BMBF, 2009:
Forschungskonzept für das Kuratorium für Rahmenprogramm „Forschung für Nachhaltige Entwicklungen“,
Forschung im Küsteningenieurwesen, Hamburg Bonn, Berlin
WBGU, 2006: HTG/DGGT, 2010:
Die Zukunft der Meere – zu warm, zu hoch, zu sauer. Unsere Gewässer – Forschungsbedarf aus Sicht der Praxis,
Sondergutachten des Wissenschaftlichen Beirats der Bundes- Dokumentation der Hafentechnische Gesellschaft e.V. und
regierung Globale Umweltveränderungen, Berlin der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V., Hamburg
KDM, 2007:
Küstenmeere im Wandel - Forschungsbedarf der Deutschen
Küsten- und Randmeerforschung, Berlin
Impressum
Herausgeber: Druck:
Projektträger Jülich Prost Druck GmbH, Jülich
Geschäftsbereich System Erde, Schifffahrt und Meerestechnik
Forschungszentrum Jülich GmbH Bildnachweis:
Seestraße 15, 18119 Rostock G. Niedzwiedz, Universität Rostock
Susanne Knotz
Redaktion: istockphoto
Dr. Irmisch
Dr. Wolf Bestellungen und weitere Informationen:
schriftlich an den Herausgeber
Autoren: Postfach 311144
Prof. von Bodungen (Institut für Ostseeforschung, Rostock) 18119 Rostock
Prof. Colijn (Helmholtz-Zentrum Geesthacht) oder per Tel.: 0381 5197-281
Prof. Emeis (Universität Hamburg)
Prof. Kraus (von-Thünen-Institut für Seefischerei, Hamburg)
Dr. Peinert (Konsortium Deutsche Meeresforschung)
Herr Rabe (Ministerium für Landwirtschaft, Umwelt und
ländliche Räume des Landes Schleswig-Holstein)
Prof. Schlurmann (Universität Hannover)
Prof. Schüttrumpf (RWTH Aachen)
Dr. Theobald (Bundesanstalt für Seeschifffahrt und
Hydrografie)
Herr Thorenz (Kuratorium für Forschung im
Küsteningenieurswesen)
Satz:
Baumann
Projektträger Jülich (PtJ) Stand: November 2011
Inhalt
Zusammenfassung 5
1. Einleitung 6
2. Herausforderungen für und Erwartungen an die Küstenmeerforschung 8
3. Wissenschaftliche Ziele 10
3.1 Wissenslücken schließen, neues Wissen generieren 10
3.1.1 Hydro-, Sediment- und Morphodynamik 10
3.1.2. Stoffkreisläufe 11
3.1.3. Biologischer Wandel 12
3.2 Lösungsstrategien im Spiegel des Klimawandels entwickeln 13
3.2.1. Veränderte Nutzungsansprüche 13
3.2.2. Infrastrukturen im Küsten- und Verkehrswasserbau 14
3.2.3 Entwicklung eines Mess- und Beobachtungsystems und Monitoring-
Netzwerkes für die Küstenforschung und für Nutzer 15
4. Implementierung und Management 16
Zusammenfassung 5
Zusammenfassung
Küstenmeere wie Nord- und Ostsee verbinden
terrestrische und ozeanische Lebensräume. Sie
sind hoch produktive komplexe Systeme mit
mannigfaltigen Ökosystemdienstleistungen, die
die menschliche Gesellschaft in zunehmendem
Maße nutzt. Die Prozesse, die hier ablaufen,
sind einerseits entscheidend für Menge und
Zusammensetzung der terrestrischen Einträge
in den offenen Ozeanen. Andererseits stehen
sie hier, an der Schnittstelle zwischen Land
und Ozean, auch unter dem Einfluss beider
Systeme: so kommen neben Veränderungen
durch den Klimawandel und den zunehmen-
den Nutzungsdruck auch noch Reaktionen auf
Veränderung im Einzugsgebiet der Küstenöko-
systeme dazu.
Der externe Druck in Form massiver Nutzung
der Ressourcen und klimatischer Veränderun-
gen hat in den marinen küstennahen Öko- und Küstenforscher im Verbund mit Entschei
systemen ein Ausmaß und eine Komplexität dungsträgern der marinen Raum- und Ressourcen-
angenommen, die die Erforschung von Ursache- planung identifiziert und die drängenden
Wirkungs-Geflechten und die Abschätzung wissenschaftlichen Herausforderungen in den
über die Nutzbarkeit der endlichen marinen Küstenmeeren und Küstenzonen der nächsten
Ressourcen stark erschweren. Trotz großer Dekade benannt. Prozessuntersuchungen in
Wissensgewinne in den letzten Jahrzehnten den Feldern der Küstendynamik, Hydrodynamik,
über die Funktionsweise mariner Ökosysteme Stoffkreisläufe, Biodiversität und Verschmutzung
und ihre Reaktionen auf veränderte Einflüsse wurden als ebenso dringend identifiziert wie
reicht das Wissen nicht aus, um das Ausmaß Entwicklungen zu Forschungsinfrastrukturen im
der Veränderungen in verlässlichen Zukunfts- Küsten- und Ästuarbereich und innovative Beo-
szenarien darzustellen. Damit ist eine wichtige bachtungs- und Monitoringsysteme. Zur schnellen
Grundvoraussetzung für ein auf einer ökosyste- Verbreitung und Nutzbarmachung der Ergeb-
maren Gesamtschau basierendes Management nisse wird gleichzeitig die Bereitstellung von
der marinen Umwelt, wie es die integrierte nutzerspezifischen Modellen, Informations
Meerespolitik der EU fordert, nur unvollkommen systemen und Karten angestrebt.
gegeben.
Für den Erfolg der Küstenforschung und zur
All dies stellt die Politik vor neue Herausforde- Umsetzung der Ergebnisse in den entsprechen-
rungen. Das Dilemma zwischen dem Nutzungs- den Richtlinien sind neue inter- und transdis-
druck und dem Erhalt der Küstenökosysteme ziplinäre Allianzen von größter Wichtigkeit.
kann nur im Rahmen eines integrierten Küsten- Es gilt, neue Formen der Kooperation und
zonenmanagements nachhaltig gelöst werden, Kommunikation zwischen Forschungseinrichtun-
und es gilt, dafür gemeinschaftlich Strategien, gen, Förderinstitutionen und Behörden zu
Methoden und Kommunikationsstrukturen zu etablieren, die den Komplex „Küstenforschung /
entwickeln und langfristig zu implementieren. Meeresschutz / Umsetzung von Richtlinien“ als
Leitlinie und Forschungsergebnisse als feste
In dieser Agenda wurden Wissenslücken durch Bestandteile des Managements der Küstenöko-
eine breite Gemeinschaft der deutschen Meeres- systeme und der Küstenzone nutzen.
6 Einleitung
1. Einleitung
Küsten- und Meeresökosysteme unterliegen seit formuliert (KDM 2007). Darin werden drän-
jeher einem steten Wandel – zum Teil auch gende wissenschaftliche Herausforderungen
raschen Veränderungen. Über das bekannte, und notwendige Schritte für die Forschung im
natürliche Maß hinaus werden seit einigen Küstenmeer der nächsten Dekade benannt. In
Jahrzehnten die vom Menschen gemachten Ergänzung dazu stellten die „Hafentechnische
Veränderungen immer deutlicher sichtbar. Gesellschaft e.V.“ (HTG) und die „Deutsche
Diese Veränderungen finden auf allen Ebenen Gesellschaft für Geotechnik e.V.“ (DGGT) aus
statt, bis hin zu globalen Verschiebungen ingenieurwissenschaftlicher Sicht eine gemein-
atmosphärischer Transporte, Erwärmung und same Dokumentation „Unsere Gewässer –
Meeresspiegelanstieg. Angetrieben oder Forschungsbedarf aus Sicht der Praxis“ vor
zumindest beeinflusst werden sie maßgeblich (HTG/DGGT 2010). Beide Programmschriften
durch vielseitige menschliche Aktivitäten. ergänzen sich und bieten Grundlagen für die
Es gilt als gesichert, dass das Ausmaß der hier formulierte Forschungsagenda. Unter Be-
bisherigen Nutzungen zukünftig weiter zunehmen rücksichtigung von Leitlinien für eine nachhalti-
und zusammen mit neuen Nutzungsformen den ge Entwicklung der Binnen- und Küstengewäs-
Druck auf die marine Umwelt und die Ressour- ser werden in dieser Agenda die wichtigsten
cen der Meere erhöhen wird. Gleichzeitig ist wissenschaftlichen Herausforderungen und der
zu erwarten, dass sich der von Menschen damit einhergehende Forschungsbedarf abge-
beeinflusste Klimawandel manifestieren wird. leitet. Prioritäre Schwerpunkte werden im Lichte
Bereits jetzt zeichnen sich in den Ökosystem- neuester Erkenntnisse über wesentliche geophy-
funktionen der Küstenmeere Veränderungen sikalische Prozesse sowie anthropogene Wir-
ab, ohne dass deren Ursachen hinreichend kungsmechanismen in Küstenzonen, Ästuaren
bekannt und ihre Auswirkungen gänzlich
erfasst wären. Auf solcher Basis sind zukünftige
Entwicklungen schwer vorherzusagen. Folge-
richtig stellt das Sondergutachten des WBGU
(2006) fest: „Das derzeitige Wissen über die
überaus komplexen Zusammenhänge zwischen
Klima, physikochemischen Meeresbedingun-
gen, marinen Ökosystemen und Fischerei reicht
nicht aus, um verlässliche Prognosen über die
Reaktion der marinen Systeme auf Klimaverän-
derungen abzugeben.“
Angesichts der bestehenden Herausforderun-
gen haben sich die Erforschung, der Schutz
und die Nutzung der Meere von früher eher
sektoralen Arbeitsbereichen hin zu komplexen
Politik- und Arbeitsfeldern entwickelt. Eine öko-
systemare Gesamtsicht („Ecosystem Approach
to Management“, EAM) gewinnt eine stark
wachsende Bedeutung, insbesondere im Hin-
blick auf die Küstenmeere und die Küstenzo-
ne. Die deutsche Meeres- und Küstenforscher
gemeinde griff diese Herausforderungen auf
und hat unter ihrer Dachorganisation „Konsor-
tium Deutsche Meeresforschung“ (KDM) eine
Programmschrift „Küstenmeere im Wandel“
Einleitung 7
und Flusseinzugsgebieten identifiziert. Dabei Das Rahmenprogramm „Forschung für Nach-
werden insbesondere Nutzungspotentiale haltige Entwicklungen“ (2010-2015) des
dieser Regionen ins Auge gefasst. Bundesministeriums für Bildung und Forschung
(BMBF) benennt die deutsche Küste als eine
Ohne eine enge und funktionierende Koope- von weltweit vier Schwerpunktregionen der
ration zwischen Forschung und den für das Erdsystemforschung, in denen die Folgen des
Management von Nutzungen verantwortlichen Globalen Klimawandels besonders schnell
Stellen werden die anstehenden Fragen nicht und / oder besonders spürbar zu Tage treten.
zu beantworten sein. Die gesellschaftliche Das BMBF plant daher, in diesem Forschungs-
Forderung an die Wissenschaft, Forschung zum bereich die Projektförderung zu intensivieren
Meeres- und Küstenschutz verstärkt auf eine und regte an, als förderpolitische Grundlage
Steigerung des Allgemeinwohls auszurichten, die „Küstenforschungsagenda für die Nord-
wächst. Die Einrichtung einer Koordinations- und Ostsee“ aufzustellen. Zur Erarbeitung
und Forschungsstruktur für die Küstenmeere ist der Agenda hat das BMBF grundlagenorien-
daher ein wichtiger und notwendiger Schritt. tierte und angewandt-ingenieurwissenschaft
Neue Formen der Kooperation und Kommuni- liche Forschungsorganisationen sowie Ressort
kation zwischen kompetitiver Forschung, staat- forschungseinrichtungen des Bundes und den
lichen Ressortforschungseinrichtungen, For- Bund-Länder-Meeresumweltschutz hinzuge
schungsförderung und Behörden müssen dem zogen.
Gesamtbereich „Küstenforschung / Meeres-
schutz / Umsetzung von Richtlinien“ eine neue
Qualität geben.
8 Herausforderungen für und Erwartungen an die Küstenmeerforschung
2. Herausforderungen für und Erwartungen an die
Küstenmeerforschung
Das Verständnis der Prozesse und Wechsel
wirkungen in den Küstenzonen blieb lange
Zeit auf Beobachtungen und Erfahrungswissen
beschränkt. Vor mehr als 100 Jahren begann
dann in der Ostsee und Nordsee eine meeres-
kundliche Forschung, die als Wiege eines
Systemansatzes in der Meeresforschung
betrachtet werden kann. Diese Forschung
diente sowohl der reinen Wissensvermehrung
als auch der Beobachtung von Veränderun-
gen, die die maritimen Interessen der mensch-
lichen Gesellschaft betrafen, wie zum Beispiel
Schwankungen in den Fischanlandungen. Der
Nutzungsdruck auf die marinen Küstensysteme
ist heute durch verstärkte und erweiterte
Aktivitäten auf See und im Einzugsgebiet stark
angewachsen. Zu nennen sind steigende
Urbanisierung, Kanalisierung industrieller und
häuslicher Abwässer, Intensivierung von
Land- und Viehwirtschaft, Einleitung neuer
Stoffe in Gewässer, Flussregulierungen sowie
Tourismus.
Zwar macht der Küstenraum nur ca. 6% der erheblich erschwert. In der marinen Ökosystem-
Gesamtfläche der Erde aus, hier werden aber forschung können nichtlineare Reaktionen nur
ca. 40% des Gesamtwertes aller Ökosysteme anhand einer begrenzten Anzahl von Schlüssel-
der Erde erbracht. Diese Relationen führten variablen beschrieben werden, die gleichwohl
in den letzten Jahren zu einem Paradigmen- die Komplexität der Systemabläufe hinreichend
wechsel. Die Integration ökologischer, ökono- genau widerspiegeln sollen. Auch wenn gene-
mischer und sozio-ökonomischer Aspekte mit relle Prinzipien und Mechanismen etwa der
dem Ziel einer nachhaltigen Entwicklung im Eutrophierung oder der Küstendynamik bekannt
Sinne eines integrierten Küstenzonenmanage- sind, ist doch das Verständnis der Propagation
ments (IKZM) gewann zunehmend an Bedeu- von Veränderungen im Küstensystem auf ver-
tung. Mit der Meerespolitik der EU sowie ihrer schiedenen zeitlichen und räumlichen Skalen
Umweltsäule, der Meeresstrategie-Rahmenricht- und auch des qualitativen und quantitativen
linie (MSRL), wurde für die europäischen Meere Ausmaßes der Veränderungen noch sehr lücken-
erstmals ein einheitlicher Rechtsrahmen vor- haft. Unter diesen Bedingungen besteht gegen-
gegeben. Einheitliche methodische Standards wärtig eine der großen wissenschaftlichen
sind zu etablieren, eine Vielzahl von wissen- Herausforderungen in einer eindeutigen Diffe-
schaftlichen Methodiken muss neu oder renzierung zwischen anthropogenen Verände-
weiterentwickelt werden. All diese Verfahren rungen und klimatischen Trends vor dem
einschließlich Interkalibration und Qualitäts Hintergrund natürlicher Variabilität.
sicherung auf wissenschaftlicher Grundlage
sind sodann auch international abzustimmen. Die Präzisierung der Kenntnisse über individu-
elle und kumulative Effekte von natürlichen und
Die Reaktionen im Küstensystem auf unter- anthropogenen Einflüssen auf das System
schiedliche Einflussgrößen sind außerordentlich schafft die Voraussetzungen für die hinreichend
komplex, was Ursache-Wirkungsanalysen frühe Erkennung möglicher nachhaltigerHerausforderungen für und Erwartungen an die Küstenmeerforschung 9
Kapazitäten in Entwicklungs- oder Schwellen-
ländern von der deutschen Meereskunde und
dem deutschen Küsteningenieurwesen erwartet.
Ein umfassendes Verständnis anthropogener
Antriebe im System muss aber auch die
politischen, ökonomischen und gesellschafts
politischen Rahmenbedingungen für die
Nutzung von Ökosystemdienstleistungen im
maritimen Raum mit berücksichtigen. Das
Verständnis der Steuerungsmöglichkeiten
direkter bzw. indirekter anthropogener Ein-
flüsse mit Hilfe politischer Instrumente ist zu
verbessern. Für die Umsetzung des Öko
systemansatzes im Management der mensch
lichen Aktivitäten im Küstenmeer sind bislang
die wissenschaftlichen Arbeitsprogramme
einschließlich der Datenerhebung und der
Modellansätze nicht ausreichend entwickelt.
Die politischen Vorgaben hierzu sind für die
nächsten Jahre eindeutig (z.B. durch MSRL).
Erforderlich sind etwa eine Basisaufnahme von
Fauna, Flora und Lebensräumen, die Entwick-
Veränderungen, die Erstellung von Entwick- lung und Anpassung von Bewertungsmethoden
lungszenarien, die Verbesserungen von für den Zustand der Meeresumwelt im Einklang
Sicherheit und Effizienz maritimer und küsten- mit den Anforderungen der MSRL, eine
naher Aktivitäten, die Kontrolle oder Milderung Abschätzung kumulativer Effekte der ökono-
der Folgen natürlicher Risiken, den Schutz oder misch wichtigen Nutzungsformen und die
die Wiederherstellung von Habitaten und Entwicklung von ökosystemorientierten
marinen Ressourcen und auch für den Schutz Managementwerkzeugen, welche Möglich
und die Sicherheit der Bevölkerung. keiten und Grenzen einer Weiterentwicklung
ökonomischer Aktivitäten im Küstenmeer
Eine Schlüsselrolle für die wissenschaftliche aufzeigen.
Ausrichtung der nationalen und internationalen
Forschung in den Küstenmeeren spielen Die deutsche Forschergemeinde im Bereich
moderne, innovative Methoden der (Fern-) der Küsten- und Schelfmeere verfügt über die
Beobachtung, ausgereifte numerische Modelle, notwendigen Erfahrungen, um in der nächsten
neue experimentelle Untersuchungsmethoden Dekade mit innovativen Methoden, Werk
sowie die Verschränkung von Monitoringdaten zeugen und Strukturen die hier beschriebenen
mit operationellen Modellen. Nur aus dieser Herausforderungen zu bewältigen und die in
Kombination können Grundlagen und Lösungs- sie gesetzten Erwartungen zu erfüllen.
vorschläge für eine nachhaltige Entwicklung
und zukunftsfähige Strategien zur Meeresnut-
zung, zum Meeres- und Küstenschutz sowie zu
einem nachhaltigen Management der Meere
und Küsten gewonnen werden. Diesbezüglich
wird auch ein Transfer von Know-how und der
Aufbau wissenschaftlich / technologischer10 Wissenschaftliche Ziele
3. Wissenschaftliche Ziele
Übergeordnetes Ziel der nationalen Küsten- lationen sind notwendig, um eindeutig zu
meerforschung der nächsten Dekade ist es, die klären, inwieweit es sich bei den beobachteten
wissenschaftliche Grundlage des von der Politik Veränderungen um langfristige Schwankungen
geforderten „Ecosystem Approach of Manage- oder um anhaltende, gegebenenfalls anthro
ment“ (EAM) zu verbessern. Im Fokus stehen pogen beeinflusste Veränderungen handelt.
dabei Systemanalysen, mit denen der Zusam-
menhang zwischen externen Antrieben einer-
Forschungs- und Entwicklungsbedarf:
seits (gekoppeltes Ozean-Atmosphäre-System;
menschliche Einflüsse) und der Veränderlichkeit
mariner Ökosysteme und ihrer Organismen (i) Gekoppelte Modellsysteme zur Quantifi-
andererseits entschlüsselt werden soll. Eine zierung von Wechselwirkungen zwischen
interdisziplinäre und sektorübergreifende Atmosphäre, Seegang, Ozeanzirkulation,
Ausrichtung der Forschung zur Schließung von vertikalen Strukturen in der Wassersäule
Wissenslücken und zur Entwicklung innovativer sowie lateralem Transport,
und effizienter Konzepte für nachhaltige (ii) Ensemblemodellsysteme für Atmosphäre
Infrastrukturen zur Beobachtung, Modellierung und Ozean, zur Erfassung der Streu
und zum Management der marinen Umwelt breiten und Wahrscheinlichkeiten von
sowie zum Küstenschutz ist dabei unabding Vorhersagen zum Küstenschutz,
bare Voraussetzung. (iii) Modifikation von Sedimenten in
Abhängigkeit von Sedimentbeschaffen-
heit, Strömungsregimes und menschlichen
3.1 Wissenslücken schließen, Aktivitäten,
neues Wissen generieren (iv) Erstellung sedimentdynamischer Modelle
a) zur Erfassung kumulativer Effekte
baulicher Maßnahmen und der Folgen
3.1.1 Hydro-, Sediment- und Morphodynamik: sedimentdynamischer Veränderungen auf
den Sedimenthaushalt und die Morpho-
Klimaschwankungen werden zu deutlichen dynamik der Küstenregion und
Veränderungen in den hydro- und thermodyna- b) zur Entwicklung neuer Bemessungs-
mischen Eigenschaften sowohl der Nord- als ansätze zu Küsten- und Hochwasser-
auch der Ostsee führen, in deren Folge mit schutz unter Berücksichtigung kaskadie-
einer Zunahme von Georisiken wie Meeres render und gekoppelter Prozesse,
spiegelanstieg, Stürmen, extremer Seegang (v) Entwicklung operationeller Systeme und
und Sturmfluten im gesamten Küstenraum zu Szenarien zur Langfristvorhersage
rechnen ist. Veränderungen in den hydrodyna- morphodynamischer Prozesse im Küsten-
mischen Prozessen und nachfolgend in den und Ästuarraum,
benthischen Lebensgemeinschaften beeinflussen (vi) Qualitätssteigerungen bei der Model
wiederum den Sedimenttransport und letztlich lierung durch die Verknüpfung von in
die Morphodynamik in unseren Küsten situ Messungen, Fernerkundungsdaten
gewässern. Die Vorhersagbarkeit morpho und Modellsimulationen mit Hilfe von
dynamischer Veränderungen und extremer Datenassimilationsverfahren.
Belastungen von Küsten- und Hafenbauwerken
mit Hilfe mathematischer Modelle ist bislang
jedoch eingeschränkt. Insbesondere im
Verständnis der Prozesse in der seegangsbeein-
flussten Bodengrenzschicht gilt es, Wissens
lücken zu schließen. Lange und homogene
Zeitreihen aus Messungen und Computersimu-Wissenschaftliche Ziele 11
3.1.2. Stoffkreisläufe:
Forschungs- und Entwicklungsbedarf:
Die deutschen Küstengewässer bleiben trotz
erheblicher Reduzierung der kontrollierbaren
(i) Entwicklung verbesserter Sammelstrate-
Einleitungen von Land mit hohen Nährstoff- gien zur Erfassung der Stoffflüsse aus der
frachten belastet, und die Eutrophierung ist Atmosphäre in die Küstengewässer,
weiterhin eines der ökologischen wie volkswirt- verbesserte Quantifizierung dieser Flüsse,
schaftlichen Schlüsselprobleme des marinen (ii) Verbesserung der Erfassung des Stoff-
Umweltmanagements. Während punktuelle und eintrags in die Küstenmeere auf lokalen,
diffuse (mit Ausnahme der atmosphärischen) regionalen und größeren Skalen zur
Nährstoffeinleitungen inzwischen gut erfasst Validierung von Modellen zur Ausbreitung
sind, sind die internen Nährstoffkreisläufe und und zum Verbleib der eingetragenen
Transportwege z. B. von Stickstoff bzw. Stoffe,
Phosphat wenig verstanden. Für die Modellie- (iii) Parametrisierung und Einbeziehung
rung der Quellen- und Senkenfunktionen auf von lateralen und vertikalen Stofftrans-
längeren Zeitskalen ist hier ein erheblich porten sowie die verstärkte Einbindung
verbessertes Prozessverständnis von Nöten, der höheren trophischen Ebenen in die
das auch den Einfluss von zu erwartenden Modelle,
Veränderungen in der Landnutzung im Einzugs- (iv) Beschreibung des Transports und der
gebiet einschließen muss. Neben Nährstoffen Modifikation von Materie an den oxisch/
und Schwermetallen gelangt eine Vielzahl anoxischen Grenzflächen und im
chemischer Substanzen in die Küstenmeere, anoxischen Milieu,
deren Wirkung auf die Umwelt in vielen Fällen (v) Analyse von Wechselwirkungen zwischen
noch ungeklärt ist. Besonders problematisch für schadstoffbehafteten marinen Sedimenten
die Meeresumwelt sind die persistenten, bio- und marinen Organismen unter Berück-
akkumulierenden und toxischen Stoffe (PBT-Stoffe) sichtigung von Klimaänderungen,
sowie hormonell wirkende organische Verbin- (vi) Analyse neuer und in ihrer Wirkung
dungen (endokrine Wirkstoffe). Um „neue“ unbekannter Stoffe sowie deren Wechsel-
Schadstoffe und ihre potenziellen Effekte im wirkungen mit den marinen Organismen.
marinen Kreislauf rechtzeitig identifizieren und
bewerten zu können, ist die Weiterentwicklung
von Nachweismethoden dringend notwendig.12 Wissenschaftliche Ziele
3.1.3. Biologischer Wandel:
Eine Grundvoraussetzung für die Beurteilung
von Veränderungen in der Artenzusammen
setzung und den damit verbundenen Öko
systemfunktionen ist die Kenntnis von Habitats-
kriterien und deren Veränderlichkeit durch
Klima und menschliche Aktivitäten. Mittels
experimenteller Untersuchungen müssen
Schlüsselkriterien, -funktionen und -organismen
identifiziert werden, mit denen stellvertretend
die enorme Komplexität des biologischen
Wandels und seiner Ursachen repräsentativ in
Modellen beschrieben werden kann. Dabei
sind qualitative (wer frisst wen) Erkenntnisse
ebenso wichtig wie quantitative (wie viel wird
gefressen). Neue Modellierungsansätze
müssen zusätzlich zur Quantifizierung auch
die Differenzierung zwischen klimabedingten
Prozessen und Effekten menschlicher Nutzung
ermöglichen. Aus den Forschungsaktivitäten
müssen außerdem aussagekräftige Indikatoren
für Veränderungen, wie sie zur Umweltüber-
wachung und Zustandseinschätzungen im
nationalen und europäischen Rahmen benötigt
werden, abgeleitet werden können.
Forschungs- und Entwicklungsbedarf:
(i) Erfassung von Veränderungen von Habitaten und Artengemeinschaften aufgrund von Meeres
spiegelanstieg, veränderter Sediment- und Morphodynamik, Schadstoffen und Eutrophierung,
(ii) Analyse der Habitataffinität, Wanderungen und Veränderung der Verbreitungsmuster, auch im
Hinblick der Konnektivität zwischen verschiedenen Regionen sowie Identifizierung von Indikator
arten als Anzeiger für Veränderungen,
(iii) Erfassung von Mechanismen, die das Vorkommen invasiver Arten kontrollieren sowie von Auswir-
kungen neuer Arten auf Stoffkreisläufe und Strukturen im Nahrungsnetz,
(iv) Verbesserung der Kenntnisse über die Bedeutung der Artenvielfalt (Biodiversität) für die funktionale
Diversität, Produktivität sowie Widerstandsfähigkeit und Elastizität der Ökosysteme,
(v) zunehmende Einbindung von multi-Arten Beziehungen insbesondere auf den höheren trophischen
Ebenen in Ökosystemmodelle einschließlich der Lebenszyklen, trophischen Interaktionen und
Adaptationsverhalten,
(vi) Bedeutung der Küstengewässer für Rekrutierung und Produktion von Fischen und anderen lebenden
Ressourcen,
(vii) Aufstellung ökosystembasierter Konzepte für die Erholung stark genutzter lebender Ressourcen,
(viii) Entwicklung von Fangmethoden mit Vermeidung negativer Auswirkung auf die lebenden Ressour-
cen und das Habitat.Wissenschaftliche Ziele 13
3.2 Lösungsstrategien im Spiegel
des Klimawandels entwickeln Forschungs- und Entwicklungsbedarf:
(i) Schaffung von Entscheidungsgrundlagen
3.2.1. Veränderte Nutzungsansprüche: und -unterstützungssystemen mittels
Kopplung von Erkenntnissen aus Modell-
Zusätzlich zur klassischen Nutzung der Meere familien in nutzerspezifische Geoinfor-
wie Nahrungsgewinnung und Entsorgung von mationssysteme,
Abwässern ist eine starke Zunahme von (ii) Identifizierung und Analyse von Schnitt-
weiteren Nutzungsformen wie die Rohstoff- und stellen und Feedback-Mechanismen
Energiegewinnung, der Verkehr, Aquakultur, zwischen den verschiedenen Systemkom-
Tourismus und Naturschutz festzustellen. Diese ponenten inklusive der externen Ein-
nehmen in unterschiedlichem Maße den flussvariablen (z.B. Klima, anthropogene
marinen Raum in Anspruch, was zu überlappen- Einflüsse, die politische Steuerung, und
den Raumansprüchen führt und eine große Veränderungen in Verhalten und
Herausforderung für eine marine Raumplanung Ansprüchen der Gesellschaft),
als Grundlage für ein nachhaltiges Nutzungs (iii) Entwicklung von integrativen, sektor-
management darstellt. übergreifenden Modellierungsansätzen
und Kopplung von fachspezifischen
Neben den integrierenden Ansätzen der Modellfamilien, die eine Evaluierung der
Systemanalyse in Küstengewässern bedürfen Diskrepanzen zwischen dem Schutz der
die verschiedenen direkten und indirekten Ressourcen, der Erhaltung der Biodiver-
Einflüsse der anthropogenen Aktivitäten, wie sität, unversehrten Habitaten und dem
zum Beispiel Sedimentverfrachtungen, Entwur- Erhalten bzw. Ausbau der ökonomischen
zelung von Seegraswiesen, Unterwasserlärm, Aktivitäten im Küstenraum ermöglichen,
künstliche Magnetfelder, Akkumulation von (iv) Entwicklung und Anpassung von Bewer-
festem Müll sehr spezifische Forschungsanstren- tungsmethoden für den Zustand der
gungen, um zunächst das Ausmaß des mög- Meeresumwelt und einzelner Schutz-
lichen Schadens zu bewerten. güter, die im Einklang mit den Anforde-
rungen der MSRL stehen,
Lokale und regionale Auswirkungen eines (v) Entwicklung von Managementwerkzeu-
Anstiegs des globalen Meeresspiegels auf gen, die Möglichkeiten und Grenzen
Habitate, Artengemeinschaften sowie hinsicht- einer Weiterentwicklung ökonomischer
lich küstenbaulicher Maßnahmen sind unklar. Aktivitäten im Küstenmeer im Rahmen
Gegenstand künftiger Untersuchungen muss eines ökosystemorientierten Manage-
es daher sein, basierend auf einer Regionali ments aufzeigen,
sierung globaler Szenarien zur Klimaände- (vi) Entwicklung von Konzepten zur Sanie-
rung, das volle Spektrum möglicher Entwick- rung von Küstengewässern, von Metho-
lungen (Szenarien) unter Einschluss aller für den und Werkzeugen für die Analyse
den Küstenraum relevanten Risiken sowie ggf. und Vorhersage des Einflusses und der
sich daraus ergebender kaskadierender Wir- Auswirkungen von Ingenieurmaßnah-
kungen unter Berücksichtigung der Wechsel- men auf natürliche Umweltprozesse
wirkung mit anthropogenen Eingriffen wie und Ökosysteme,
Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen zu (vii) Verbesserung der Kriterien und Kon-
betrachten und Konzepte, Methoden und zepte für marine Schutzgebiete,
Verfahren für zukünftige Nutzungen des Küsten- (viii) Erforschung der Potenziale und Risiken
raums inkl. infrastruktureller Maßnahmen zu der Aquakultur.
entwickeln.14 Wissenschaftliche Ziele
3.2.2. Infrastrukturen im Küsten- und
Verkehrswasserbau: Forschungs- und Entwicklungsbedarf:
Veränderungen in den hydro- und morpho
(i) Entwicklung neuer innovativer Schutz-
dynamischen Prozessen sowie veränderte konzepte und -systeme sowie operatio-
Georisiken und daraus resultierende kaskadie- neller Planungswerkzeuge für eine nach-
rende Folgewirkungen erhöhen die Vulnerabili- haltige Entwicklung des Küstenraumes,
tät der Küstenzone als Schnittstelle zwischen (ii) Entwicklung von neuen integrierten
Land und Wasser. Die Küstenbereiche haben risikobasierten Bemessungskonzepten
sich in ganz unterschiedlicher Weise zu und Planungswerkzeugen für neue und
Lebens-, Natur- und Wirtschaftsräumen bestehende Infrastrukturen im Küsten-,
entwickelt. Daher kommt einer nachhaltigen Ästuar- und Hafenbereich unter Berück-
Entwicklung der Infrastrukturen im Küsten- und sichtigung ihrer Lebensdauer,
Verkehrswasserbau mit dem Ziel der Sicherung (iii) Entwicklung von Methoden zur Zustands-
der verschiedenen Nutzungsansprüche im erfassung (Bauwerksüberwachung), zum
Küstenbereich eine zentrale Aufgabe zu. Ziel Erhalt und zur Sanierung bestehender
muss es sein, Küstenschutzkonzepte und Infrastrukturen,
-systeme, Seeschifffahrts- und Hafeninfrastruk (iv) Entwicklung innovativer, dem Wandel
turen unter gesamtwirtschaftlichen und ökosys- angepasster Infrastrukturen und Strate-
temaren Randbedingungen zu verbessern, gien des Küstenschutzes, die besonders
Sicherheitsrisiken zu identifizieren, neue an der Ressourcenschonung und der
operationelle probabilistische und risikobasierte Reduzierung von klimaschädigenden
Bemessungsverfahren zu entwickeln und die Emissionen zu messen und zu orientie-
Funktionsfähigkeit der innovativen Infrastruk ren sind,
turen durch die Entwicklung von präventiv (v) Berücksichtigung ökologischer Aspekte
orientierten Überwachungs- und Unterhaltungs bei der Planung, Bemessung, Ausfüh-
strategien über die Lebensdauer einer Infrastruk- rung und Unterhaltung von Infrastruk-
tur zu sichern und Ressourcen effizient und turen im Küstenraum.
schonend einzusetzen.Wissenschaftliche Ziele 15
3.2.3 Entwicklung eines Mess- und Beobach- Bund und Ländern angestrebtes Netzwerk zum
tungsystems und Monitoring-Netz- Aufbau einer „Marinen Dateninfrastruktur
werkes für die Küstenforschung und Deutschland (MDI-DE)“ dient daher der
für Nutzer: schnellen Bereitstellung von Informationen
und GEO/Daten für Management und eine
Trotz internationaler Monitoringprogramme breite Nutzergemeinde. Die Archivierung von
(HELCOM, OSPARCOM), etablierter (MAR- Datensätzen, Zeitreihen und Modellen gehört
NET) und sich entwickelnder autonomer ebenfalls zu den Maßnahmen, Lücken zwischen
Messsysteme (COSYNA) wird das Erkennen Datenerhebung und Datennutzung zeitnah zu
von Veränderungen immer noch durch das überbrücken. Neben zentralen Datensystemen
gravierende Problem des Untersammelns in sollten auch die einzelnen Institutionen in ihren
Zeit und Raum behindert. Es besteht ein Datenbanken Nutzerbereiche zur freien
dringender Bedarf zur Weiterentwicklung der Verfügung identifizieren (distributed databases).
automatisierten /autonomen Messsysteme, der Für Nordsee und Ostsee sollten für die Nutzer
insbesondere die Erweiterung des Variablen- außerhalb der Wissenschaft auf nationaler und
Spektrums um chemische und biologische internationaler Ebene möglichst standardisierte
Messgrößen betrifft. Hierbei sollte eine enge Datenformate und Produkte entwickelt werden.
Zusammenarbeit zwischen den jeweiligen
Anrainerstaaten von Ostsee und Nordsee
angestrebt werden.
Neben der technologischen Erweiterung der
Messkapazitäten ist die Entwicklung von
Systemen erforderlich, die eine schnelle
Zugänglichkeit zu Daten und Datenprodukten
für jede Art von Nutzern im Sinne einer breit
gestreuten Dissemination ermöglichen. Monito-
ring-Akteure und potentielle Nutzer der Daten
sind bisher nur unvollständig vernetzt. Ein von16 Implementierung und Management
4. Implementierung und Management
Die integrative und querschnittorientierte beitragen können, wie beispielsweise
„Küstenforschungsagenda für Nord und Ostsee“ Forschungen zum Wasserressourcenmanage-
vervollständigt das Portfolio des BMBF zur ment in Einzugsgebieten von Nord- und
Erforschung der Küstengewässer, die sich bis- Ostsee.
lang auf drei Bereiche konzentrierte:
Es ist vorgesehen, etwa alle drei Jahre eine
>> Das Multinationale Fördernetzwerk BONUS Förderbekanntmachung zu veröffentlichen.
zur Ostsee-Meeresforschung der acht Die Laufzeit der Projekte wird auf drei Jahre
Anrainerstaaten mit Unterstützung der konzipiert.
EU-Kommission,
>> die Fördermaßnahmen des Kuratoriums für Die Termine der Förderbekanntmachungen
Forschung im Küsteningenieurwesen (KFKI) können über den Herausgeber angefragt
und werden. Über deren Inhalt und Ziele wurde
>> die bilateralen Kooperationen in der Küsten- auf einem Workshop Ende November 2010
forschung mit ausgewählten Industrie- und diskutiert, an dem Vertreter der an der Vor
Schwellenländern (Brasilien, Russland und bereitung der Forschungsagenda beteiligten
Norwegen in polaren Küstenmeeren, Israel, Organisationen teilnahmen. Hinzu kamen von
Indonesien, China, Südafrika mit Namibia diesen benannte Teilnehmer aus der Wissen-
und Angola). schaft, von Bundes- und Länderressorts sowie
aus deren nachgeordneten Einrichtungen. Zur
Flankierend zu diesen Aktivitäten ist eine Umsetzung der Forschungsagenda wird eine
deutsch-niederländische Ausschreibung zur Steuergruppe eingerichtet. Sie setzt sich aus
bilateralen Wattenmeerforschung erfolgt. dem Personenkreis zusammen, der an der
Ausarbeitung der Agenda beteiligt war. Zu
Die Forschungsagenda ist als eine mittelfristi- den Obliegenheiten der Steuergruppe zählt
ge Maßnahme angelegt, mit der es gelingen es, BMBF-Förderbekanntmachungen inhaltlich
soll, angesichts der in den vorigen Kapiteln vorzubereiten, den Fortgang der laufenden
beschriebenen wissenschaftlichen und gesell- Projekte zu bewerten, die Agenda weiter zu
schaftlichen Herausforderungen die deutsche entwickeln sowie entsprechende Kommunika
Küstenforschung wirksam zu vernetzen und ihre tionsstrukturen aufzubauen und zu pflegen.
Leistungsfähigkeit zu erhöhen.
Die aus den Förderbekanntmachungen resultie-
In diesem Sinne ist die Agenda offen für renden Projektvorschläge werden von externen
Kooperationen mit anderen Bereichen, die Experten auf der Grundlage von verbindlichen
zur integrierten Forschung der Küstenräume Kriterien begutachtet.Sie können auch lesen
