Ecosystem Modelling (ECOMOD)
Auf mikroskopischer Ebene weist die Meeresumwelt manchmal eine erstaunliche Vielfalt auf. Wasserproben aus dem Meer halten fast immer eine Überraschung bereit. Proben, die nur wenige hundert Meter voneinander entfernt entnommen wurden, können durchaus völlig unterschiedlich sein. Trotz dieser mikroskopischen Variabilität und der scheinbar unvorhersehbaren Eigenschaften und Verhaltensweisen einzelner Organismen ist auf makroskopischer Ebene eine deutliche Tendenz zu erkennen, dass das Erscheinungsbild unterschiedlicher Arten von der physischen und biologischen Umwelt strukturiert wird.
Phytoplankton – die kleinen Algen, die in verschiedenen Tiefen im Meerwasser schweben – braucht Licht und Nährstoffe, um zu wachsen. Sein Stoffwechsel wird von der Temperatur des Meerwassers beeinflusst und es kann je nach Auftrieb und Turbulenzen im Wasser von Strömungen weggetragen, auf dem Meeresboden abgelagert oder an die Oberfläche getragen werden. Das Überleben von Phytoplankton hängt vom Vorhandensein von Räubern wie bestimmten Zooplanktonarten (mikroskopisch kleine Tiere, die im Meerwasser schweben) oder von seiner Fähigkeit ab, Virenangriffen oder anderen Todesursachen zu trotzen. Diese verschiedenen Faktoren bestimmen, welche Arten die besten Chancen haben, in einer bestimmten Region und in verschiedenen Jahreszeiten zu überleben.
Durch Darstellung der verschiedenen physikalischen und biologischen Prozesse in Form von Gleichungen kann ein mathematisches Modell eines Ökosystems erstellt werden, das das Wachstum und die Sterblichkeit jeder Art beschreibt und aufzeigt, wie diese Faktoren mit der physikalischen Umgebung und dem Vorkommen anderer Arten zusammenhängen.
Unsere OD Natürliche Umwelt hat mehrere Ökosystemmodelle untersucht. Um den Bedürfnissen der Entscheidungsträger gerecht zu werden, die für die Umsetzung geeigneter politischer Maßnahmen zur Verringerung der Eutrophierung von Küstengewässern verantwortlich sind, sowie um zu verstehen, warum die Überlebensrate von Fischlarven von Jahr zu Jahr und von Ort zu Ort stark variiert, wurden zwei Modelle entwickelt und angewendet: das Eutrophierungsmodell und das Fischlarvenmodell.
Das Eutrophierungsmodell zeigt, wie Nitrate und Phosphate aus europäischen Flüssen das Wachstum von Phytoplankton in der südlichen Nordsee und im Ärmelkanal beeinflussen. Das Modell wurde zwar ursprünglich zur Untersuchung der Eutrophierung entwickelt, wird aber derzeit angepasst, um die Rolle des Phytoplanktons im Kohlenstoffkreislauf, die Reaktion der Phytoplankton-Populationen auf Veränderungen der Meereswassertemperatur oder auch die Auswirkungen von Phaeocystis globosa auf Offshore-Muschelfarmen zu simulieren.
Das Fischlarvenmodell soll die Ausbreitung der Larven der wirtschaftlich bedeutenden Seezunge (Solea solea) simulieren. Dazu wird die physikalische und biologische Umgebung der Nordsee simuliert. Anschließend werden virtuell Seezungenlarven an verschiedenen Stellen der Nordsee ausgesetzt, um zu beobachten, wie sie durch die Strömungen verteilt werden und inwieweit sie auf günstige oder ungünstige Bedingungen für ihr Wachstum und Überleben treffen. Die Ergebnisse werden durch den Abgleich mit Daten aus dem Meer hinsichtlich der Häufigkeit der Fischlarven und ihrer genetischen Merkmale überprüft.
