Xylem Technologie hilft, Flusssysteme besser zu verstehen

Ein Forschungszentrum arbeitet gemeinsam mit Xylems Marke YSI an einem Projekt, bei dem es darum geht, die Wasserqualität über den gesamten Flusslauf des Mississippi zu überwachen. Mithilfe der Xylem-Lösung will das Forschungszentrum NGRREC (National Great Rivers Research and Education Center) ein globales Netzwerk von Überwachungsstationen einrichten, um weltweit die Wasserqualität der großen Flüsse in Echtzeit aufzeichnen zu können.

Seit Tausenden von Jahren ist die Entwicklung der Menschheit eng mit der Nähe zu großen Flusssystemen verbunden. Im Laufe der Zeit haben Menschen diese Ökosysteme jedoch verändert und tun dies auch weiterhin. Um sowohl die Umwelt als auch die wirtschaftlichen Voraussetzungen im Einzugsgebiet großer Flüsse zu schützen, sind Forschungseinsätze erforderlich, um zu verstehen, wie und warum sich diese Ökosysteme verändern.

Das Forschungszentrum NGRREC untersucht große Flusssysteme, deren Wassereinzugsgebiete sowie die Art und Weise, wie die angrenzenden Gemeinden diese nutzen. Die Feldstation des Zentrums liegt strategisch günstig im US-Bundesstaat Illinois in dem Gebiet, in dem Mississippi, Missouri und Illinois ineinanderfließen. Das im Jahr 2002 gegründete Zentrum ist ein Gemeinschaftsprojekt zwischen Illinois Natural History Survey, der University of Illinois at Urbana-Champaign und dem Lewis and Clark Community College.

Ein Netzwerk aus Stationen zur Überwachung der Wasserqualität

Die NGRREC-Partner entnehmen bereits seit mehr als 20 Jahren diskrete Wasserproben im Mississippi. Da diese Proben über ein großes Gebiet verteilt entnommen werden, war es bislang nicht möglich, Veränderungen zu registrieren, die innerhalb kurzer Zeiträume eintreffen, wie z. B. Überschwemmungen, die nur eine Woche dauern.

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Das Zentrum war auf der Suche nach einem umfassenderen Verfahren, um Daten zu sammeln und Trends im Mississippi zu erkennen. Die dadurch gewonnen Erkenntnisse können als Entscheidungsgrundlage für die Verantwortlichen dienen, die für die Reformen von Richtlinien zuständig sind, zur Verbesserung der Nachhaltigkeit des Flussraummanagements beitragen sowie unser Wissen über Flusssysteme erweitern. Vor diesem Hintergrund hat das Zentrum jetzt ein neues Projekt initiiert: The Great Rivers Ecological Observation Network (GREON).

Das GREON-Programm hat zum Ziel, ein Netzwerk aus Überwachungsstationen in den großen Flüssen der Erde aufzubauen, um die Wasserqualität in Echtzeit zu überwachen. Das Netzwerk wird es den Wissenschaftlern ermöglichen, die unterschiedlichen Flusssysteme zu vergleichen und wichtige Fragen wie die Nährstoff- und Sedimentbelastung sowie den Klimawandel anzusprechen.

YSI entwickelt die PISCES-Plattform

NGRREC ging mit YSI eine Partnerschaft ein, um eine Überwachungsboje zu entwickeln, mit der in Echtzeit Wasserqualität und Phytoplanktondaten kontinuierlich aufgezeichnet werden können. Im Mai 2013 wurde die erste Boje im oberen Flusslauf des Mississippi eingesetzt. Das Bojensystem erhielt die Bezeichnung PISCES-Plattform (Pontoon for In-situ Characterization of Environmental Systems – Ponton für die In-Situ-Bestimmung von Umweltsystemen).

Die PISCES-Plattform ist mit einer YSI EXO2 Sonde, einem UV-Nitratsensor, einem Wettersensor und einem Datensammler ausgestattet. Das Testen der Plattform in einem Seitenarm des Mississippi zeigte, dass sie genaue, zuverlässige Daten liefert. Im Laufe der folgenden zwei Jahre erwarb NGRREC insgesamt sieben, komplett ausgestattete PISCES-Plattformen.

Drei dieser Einheiten befinden sich im Hauptlauf des Mississippi, zwei in Seitenarmen, die mit dem Fluss verbunden sind, und zwei in Reservoirs im Wassereinzugsgebiet. Diese Stationen, die kontinuierlich Daten aufzeichnen, haben dazu beigetragen, die Datenlücken der diskreten Proben zu schließen.

Fokus auf Nährstoff-Überwachung

Die Mobilität der schwimmenden Plattformen ermöglicht es dem Forschungsteam, schnell zu reagieren und, falls erforderlich, die Einheiten zu verlegen, um spezifischen Fragestellungen nachzugehen. Im Zuge des Programms sollen sukzessiv weitere Plattformen in den großen Flusssystemen der Welt installiert werden.

Durch den Aufbau eines umfassenden Sensor-Netzwerks der US-Behörde für Geographie und Geologie (U.S. Geological Survey) in großen Flüssen und Nebenflüssen, kann das GREON-Programm jetzt Ressourcen für die allgemeine Überwachung des Hauptlaufs des Mississippi einsparen. Der Schwerpunkt der GREON-Mission hat sich leicht verschoben und ist jetzt mehr auf die Überwachung der Nährstoffbelastung innerhalb des Netzwerks ausgerichtet. Dies unterstützt NGRRECs Forschungseinsatz zum Thema Sauerstoffzehrung, einem Phänomen, bei dem die Konzentration des im Wasser gelösten Sauerstoffs in der Wassersäule so stark abgenommen hat, das aquatisches Leben nicht länger möglich ist.

Daten über eine Online-Datenbank zugänglich machen

Das GREON-Programm wird durch ein anderes Gemeinschaftsprojekt bei NGRREC, das Great Lakes to Gulf Virtual Observatory, ergänzt. Diese interaktive, raumbezogene Applikation stellt Wasserressourceninformation vom Mississippi und seinen Nebenläufen zur Verfügung. Die Applikation ermöglicht Nutzern, auf Daten und raumbezogene Kontextebenen von zahlreichen, öffentlich verfügbaren Quellen über eine gemeinsame, kartenbasierte Schnittstelle zuzugreifen.

Die Datenbank unterstützt die Aktivitäten der Hypoxia Task Force der EPA sowie die Aktivitäten, die von staatliche Stellen zur Reduktion der Nährstoffbelastung unternommen werden. Die Datenbank ist ein benutzerfreundlicher Weg, Daten zu Nährstoffbelastung und Wasserqualität einzusehen.

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