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Aquatische Ökosysteme werden als „komplex“ bezeichnet, wenn sie eine Netzwerk-Struktur aufweisen und in ihnen häufig nichtlineare Prozesse auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Ebenen ablaufen. Zu nichtlinearen Reaktionen kann es beispielsweise durch Störungen kommen, die einen sogenannten Regimewechsel auslösen, etwa langanhaltende Trockenheit. Wichtige Bestimmungsfaktoren komplexer aquatischer Ökosysteme sind die Landschaftsstruktur, in der sich die Gewässer befinden, und die Konnektivität, also die Verbindung der Gewässer untereinander auf verschiedenen Ebenen: Dazu gehören die Flüsse von Wasser, Energie, Informationen, Nähr- und Schadstoffen sowie die Ausbreitung von Organismen. Diese Prozesse bestimmen die Struktur und Dynamik der Ökosysteme und werden über die Zeit durch externe Faktoren wie Landnutzung und Klimawandel verändert.
Im Programmbereich „Dimensionen der Komplexität aquatischer Systeme“ will das IGB ein besseres Verständnis der Dynamik und Funktionsweise aquatischer Systeme und der Lebewesen darin erreichen. Dabei geht es uns auch um deren räumliche und zeitliche Skalierung. Ein wichtiger Schwerpunkt liegt auf den Schnittstellen und Wechselwirkungen zwischen terrestrischen und aquatischen Lebensräumen, zwischen Sediment und Wassersäule, zwischen Wasser und Luft sowie zwischen und innerhalb von Organismen.
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Ausgewählte Publikationen
Flow Rate and Kinetics of Trace Organic Contaminants Removal in Black Carbon-Amended Engineered Media Filters for Improved Stormwater Runoff Treatment
Städtisches Niederschlagswasser ist für wasserarme Regionen eine Frischwasserquelle. Eine bessere Regenwasserbehandlung ist nötig, um die Nutzung zu ermöglichen u. die Gesundheit von Mensch u. Gewässer zu schützen. Diese Arbeit bietet Einblicke in die Schadstoffentfernung in Biokohlefiltern u. regenerierte Aktivkohlefiltern und diskutiert die Implikationen für Design und Betrieb von Filteranlagen.
Long-term drought effects on landscape water storage and recovery under contrasting landuses
Die Autor*innen kombinierten prozessbasierte, tracergestützte ökohydrologische Modellierung und ML, um die Auswirkungen langfristiger Trockenheit auf Wasserflüsse und -speicherung im Einzugsgebiet der Spree abzuschätzen. Die jüngsten großen Dürreperioden führten zu einem Rückgang der Grundwasserneubildung (>40 %), der Evapotranspiration (bis zu 16 %) und der Bodenfeuchtigkeit (bis zu 6 %).
Hydroclimatic non-stationarity drives stream hydrochemistry dynamics through controls on catchment connectivity and water ages
Wasserchemie- u. Isotopendaten wurden integriert, um die hydrologische Funktion u. das Wasseralter im Einzugsgebiet des schottischen Girnock Burn zu untersuchen. Veränderungen des Klimas u. Wasserflusses verändern die Wasserqualität des Flusses u. der damit verbundenen Ökosystemleistungen, wobei die Niedrigwasserströme zunehmen, die aus älterem Grundwasser mit alkalischerem Chemismus stammen.
Interactions between climate change and urbanization will shape the future of biodiversity
In der Studie wurde untersucht, wie sich die Wechselwirkungen zwischen Klimawandel und Urbanisierung auf die biologische Vielfalt und die Dynamik von Ökosystemen auswirken. Die Autor*innen zeigen auch Folgen auf, die für die Stadtplanung relevant sein können.
Six decades of ecohydrological research connecting landscapes and riverscapes in the Girnock Burn, Scotland: Atlantic salmon population and habitat dynamics in a changing world
Sechs Jahrzehnte ökologischen Monitorings lieferten die wissenschaftlichen Grundlagen für die Erhaltung des Atlantischen Lachses in einem Flusseinzugsgebiet in Schottland. Die einzigartigen Langzeitdaten zeigten quantitative Veränderungen bei den Rückkehrraten, der Verteilung, der Größe, dem Wachstum und dem Alter der Lachse auf.