Die Küstengebiete im globalen Wandel

Das Topic 4 entwickelt Mehrnutzungsszenarien für nachhaltige Küstensysteme im Zusammenhang mit dem Klimawandel, um unser Verständnis zu verbessern und eine wissenschaftsbasierte Entscheidungsfindung zu unterstützen. Unter Berücksichtigung internationaler Rahmenwerke und Vereinbarungen wie der SDGs, des Sendai-Rahmenwerks und des Pariser Abkommens konzentriert sich die Forschung in Topic 4 auf das Prozessverständnis von Energie- und Stoffflüssen zwischen Kompartimenten, ihre Auswirkungen auf das Funktionieren von Ökosystemen und letztlich auf menschliche Gesellschaften. Der ehrgeizige integrierte Systemansatz umfasst einzelne und mehrere Stressoren oder Treiber und berücksichtigt den Einfluss menschlicher Tätigkeiten und des Klimawandels. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse werden dazu beitragen, Zielkonflikte im System zu ermitteln, Entscheidungsträger zu informieren und die Entwicklung neuer und verbesserter Governance-Strukturen zu unterstützen.

Auch die Küstensysteme verändern sich rasch und in einigen Fällen katastrophal - bedingt durch klimatische, ökologische und sozioökonomische Faktoren. Es besteht die Dringlichkeit, den Klimawandel zu begrenzen und sich an den künftigen Zustand der Küsten anzupassen (Pariser Abkommen), das Risiko für menschliche Gemeinschaften und ihre von der Küste abhängigen Lebensgrundlagen zu verringern (Sendai-Rahmenprogramm) und für einen künftigen und nachhaltigen Zustand der Küsten zu planen, der durch eine zunehmende und beschleunigte Urbanisierung gekennzeichnet ist (SDGs). Darüber hinaus erfordern die EU-Strategie für "Blue Growth" und andere sektorale Ziele die nachhaltige Entwicklung der Küstensysteme mit ihrem hohen Potenzial für die Erhaltung von Arbeitsplätzen und die wirtschaftliche Entwicklung. Die Verknüpfung der internationalen Politik mit lokalen Maßnahmen ist von entscheidender Bedeutung, um in Zukunft gesunde Küstensysteme zu erreichen.

Topic 4 wird Plattformen und Methoden für die integrierte Beobachtung, prädiktive Modellierungswerkzeuge und neuartige Systemanalysen einführen und weiterentwickeln. T4 schafft wissenschaftlich fundierte Informationsströme und -pakete für verschiedene plausible und wünschenswerte zukünftige Zustände der Küstensysteme. Diese werden spezifische Managemententscheidungen und die Steuerung des Küstensystems unterstützen. Die Analyse beschränkt sich nicht auf einzelne Stressoren und Treiber, sondern nutzt neuartige Ansätze, um die gesamte Systemdynamik zu erfassen und die Auswirkungen und Rückkopplungen menschlicher Bedürfnisse und Aktivitäten als Teil des Küstensystems zu integrieren. Sie untersucht das Kontinuum von Klima - Umwelt - Organismus - Ökosystem bis hin zum gesamten Küstenlebensraum, einschließlich anthropogener Einflüsse und gesellschaftlicher Bedürfnisse über räumliche Skalen hinweg, unter Berücksichtigung der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft.

Die Entwicklung von Pfaden in Richtung der gewünschten Zukunft soll als Grundlage für die Entscheidungsfindung auf mehreren Ebenen im öffentlichen und privaten Sektor dienen. Dabei werden gemeinsame und globale politische Benchmarks berücksichtigt, z. B. die IPCC-Szenarien für eine 1,5°C oder 2°C wärmere Welt. Dieses Thema schafft einen Forschungsrahmen, innerhalb dessen die potenziellen Risiken, die sich aus Maßnahmen entlang der Pfade ergeben, einschließlich der Folgen für die Nutzung mariner Ressourcen, die Offshore-Energieerzeugung, die marine Aquakultur und die Wasserqualität, berücksichtigt werden.

Ein Überblick von Topicsprecherin Corinna Schrum

Struktur

Fluxes and transformation of energy and matter in and across compartments

Die Küste verbindet Ozean, Atmosphäre und Land und registriert Veränderungen in allen diesen drei Erdsystemkompartimenten. In diesem Subtopic werden die Auswirkungen des Klimawandels und des menschlichen Regimes in den regionalen Land-Meer-Atmosphäre-Übergangssystemen nach den Merkmalen bedeutender laufender oder erwarteter klimatischer und anthropogener Belastungen differenziert. Die Forschung konzentriert sich hier auf die Quellen, den Transport, den Umsatz, den Eintrag und den Austausch von Energie und Materie, die sowohl natürlichen als auch anthropogenen Ursprungs sind und vermittelt werden. Die Erkenntnisse aus Langzeitdaten und früheren Forschungsarbeiten bilden die Grundlage für die Bewertung der Auswirkungen zukünftiger Veränderungen. Es werden systembasierte Analysen durchgeführt, die zu einer konsistenten Bewertung von mehrdekadischen Degradations- und Erholungspfaden für ganze Einzugsgebiete von der Quelle bis zum Meer führen werden. Die Ergebnisse werden die wissenschaftliche Grundlage für maßgeschneiderte Abmilderungs- und Anpassungsoptionen bilden, insbesondere im Hinblick auf die Rolle der Küstenmeere für Kohlenstoff- und Nährstoffflüsse, Verschmutzung, Meeresgesundheit und Energieflüsse.

Sprecher:innen:Helmuth Thomas (Hereon), Sabine Kasten (AWI), Norbert Kamjunke (UFZ)

Coastal system sustainability against the backdrop of natural and anthropogenic drivers

Küstensysteme sind mit einer Fülle verschiedener natürlicher und anthropogener Stressfaktoren, Nutzungen und Anforderungen (zusammengefasst als Treiber) konfrontiert, die sich zusammen auf die geophysikalische Umwelt, den biogeochemischen Kreislauf und die Organismen in einer Vielzahl komplexer, miteinander verbundener Formen auswirken. Da die Wechselwirkungen zwischen den Einflussfaktoren häufig nicht linear sind, ist es praktisch unmöglich, die kombinierten Auswirkungen dieser vielfältigen Einflussfaktoren mit unserem derzeitigen Verständnis der linearen Überlagerung zu erklären und vorherzusagen. Daher muss sich die Forschung auf mehrere Einflussfaktoren in einer zeitlich dynamischen Umgebung mit komplexen Gemeinschaften konzentrieren. Da sich diese interagierenden Einflussfaktoren auf mehreren physikalischen und biologischen Ebenen manifestieren, von sich verändernden atmosphärischen Bedingungen, hydrographischen und morphodynamischen Veränderungen bis hin zu Ökosystem- und Artenveränderungen, ist der in diesem Subtopic verfolgte interdisziplinäre Ansatz entscheidend. Wir werden uns auf die Auswirkungen verschiedener natürlicher und anthropogener Faktoren auf die Funktionsweise von Küstenökosystemen in den gemäßigten und polaren Küstengebieten konzentrieren. Wir werden insbesondere das für unsere Schwerpunktgebiete gesammelte Langzeitwissen und die aus Langzeitdaten und früheren Forschungsprogrammen gewonnenen Informationen als Grundlage für die Bewertung der Auswirkungen künftiger Veränderungen nutzen. Die Auswirkungen auf die Ökosysteme werden auf verschiedenen Komplexitätsebenen untersucht, die von Skalen innerhalb von Individuen unter Verwendung geeigneter -omischer Ansätze über Skalen zwischen den Arten (ökologische Stöchiometrie, trophische Interaktionen und biologische Vielfalt) bis hin zu vollständigen Ökosystemen reichen.

Sprecher:innen: Maarten Boersma (AWI), Corinna Schrum (Hereon)

Sustainable resource-use, adaptation, and urban systems under global and climate change

Das Subtopic 4.3 befördert Klimadienstleistungen und Produktentwicklung für aktuelle und zukünftige menschliche Aktivitäten und die nachhaltige Entwicklung von Küstenregionen und den dazugehörigen Meeresressourcen. Es schlägt wissenschaftlich-gesellschaftliche Innovationen vor, um das sektorübergreifende Management in vorrangigen Sektoren wie Wasser, Nahrungsmittelproduktion (marine Aquakultur) und Energie zu unterstützen. Außerdem wird die Generierung und Integration von Daten und Informationen für die Anpassung an den Klimawandel vorangetrieben. Eine wissenschaftlich fundierte Entscheidungsfindung erfordert innovative Instrumente, Methoden und Rahmenwerke, die das Küstenmanagement erleichtern und leiten können und die alle relevanten Komponenten wie Klima, Ressourcennutzung (z. B. marine Aquakultur), Hydrologie, Böden, Wälder, Ökosysteme, Wirtschaft und (marine und städtische) Raumplanung berücksichtigen. Drängende Fragen zur Mehrfachnutzung von Küstenräumen und zur Nutzung von Meeresressourcen haben auch eine zeitliche Komponente, da die ihnen zugrunde liegenden Faktoren durch den Klimawandel beeinflusst werden können. Die Erkenntnisse aus Langzeitstudien und -daten werden als Grundlage für die Bewertung der Auswirkungen künftiger Veränderungen auf die Bedürfnisse der Interessengruppen dienen, z. B. im Hinblick auf die Fischerei. Die Verknüpfung des gegenwärtigen und künftigen Zustands der wichtigsten Komponenten der Küsten- und Schelfmeersysteme wird durch integrierte regionale Modellierungssysteme erreicht.

Sprecher:innen: Bela H. Buck (AWI), Jörg Cortekar (Hereon)

Highlights

Feedbacks im Land-Ozean-Übergang

Beeinflussung der ozeanischen CO2-Speicherkapazität durch Erosion

Die Bildung von Alkalinität durch Gesteinsverwitterung beeinflusst das Klima der Erde auf geologischen Zeitskalen. Eine besondere Herausforderung bleibt die Unterscheidung zwischen klimatischen und erosiven Einflüssen. Auf der Grundlage globaler Beobachtungen decken wir hier die Rolle der Erosionsrate bei der Steuerung der Alkalinität in Flüssen auf, zusammen mit dem flächenmäßigen Anteil des Karbonats, der mittleren Jahrestemperatur, dem Einzugsgebiet und der Dicke des Bodenregoliths. Wir zeigen, dass der Verwitterungsfluss in den Ozean durch die Klimaerwärmung bereits im Jahr 2100 erheblich verändert wird, je nach Umweltbedingungen um bis zu 68 %, was eine plötzliche Rückkopplung der CO2-Bindung im Ozean auf das Klima darstellt.