Klimagase

1) Die Flachwasserzone ist die Hauptquelle für diffusive Methan (CH₄) -Emissionen aus Seen und Stauseen.

2) In der Schwarzenbachtalsperre sind Blasenflüsse für den größten Anteil der CH₄-Emissionen verantwortlich. Der Pumpspeicherbetrieb verursacht die Freisetzung von methanhaltigen Blasen. Die CH₄-Emissionen sind am geringsten, wenn der Pumpspeicherbetrieb täglich durchgeführt wird.

3) Bei Stauraumspülungen wird CH₄ aus dem Porenwasser des Sediments freigesetzt. Die damit verbundenen CH₄ Emissionen können erheblich sein, können aber durch eine Staurraumspülung im Frühling minimiert werden

4) Bei einem Pumpspeicherbetrieb mit Zu- und Ablauf in großer Wassertiefe werden anoxische Bedingungen und Akkumulation von CH₄ im Tiefenwasser verhindert.

5) In den Sommermonaten wird die Schwarzenbachtalsperre wegen der Primärproduktion zu einer Senke für atmosphärisches Kohlenstoffdioxid (CO₂). Um die CO₂ Bilanz besser quantifizieren zu können wurden verschiedene Methoden zur Berechnung metabolischer Raten entwickelt und verglichen.

Motivation: Wasserkraft gilt als grüne Energie. Die für die Wasserkrafterzeugung notwendigen Talsperren sind allerdings eine Quelle für die Treibausgase CH₄ und CO₂ und setzen diese in die Atmosphäre frei. Wie groß diese Treibhausgasemissionen sind und wie stark diese durch das Management der Talsperren beeinflusst werden, ist aber nur unzureichend untersucht.

Novum: Saisonal und zeitlich hochaufgelöste Messungen von Treibhausgasen und Blasenflüssen wurden mit Messungen abiotischer Faktoren kombiniert, um Auswirkungen des Talsperren-Managements auf die Emissionen zu erfassen.

Strategie: Kontinuierliche in-situ Messungen über Monate und prozessorientierte Feldkampagnen an Talsperren.

Methoden: Einsatz autonom-messender Instrumente (Blasenflusstrichter, CO₂, CH₄, O₂ und T Sensoren), räumlich aufgelöste Feldmessungen, Wasserprobenanalysen und Porenwasseranalysen.

Zielsetzung: Die Quantifizierung der Treibhausgasemission (CH₄ und CO₂) aus Talsperren unter Berücksichtigung des Talsperren-Managements und –Managementstrategien, sowie der Auswirkungen metabolischer Umsätze durch das Phytoplankton.

(A) Motivation: Wasserkraft gilt als grüne Energie und spielt in Konzepten zur Energieversorgung mit erneuerbaren Energiequellen eine wichtige Rolle für die Energiespeicherung. Allerdings erfordert die Wasserkrafterzeugung Talsperren; und diese speichern einen großen Anteil des in aquatische Systeme eingetragenen terrestrischen Kohlenstoffs. Infolgedessen wurde erkannt, dass Talsperren eine bedeutende Quelle von atmosphärischen Treibhausgasen im globalen Haushalt darstellen. Die tatsächlich freigesetzten Mengen an Treibhausgasen und die Hauptfreisetzungspfade aus Talsperren in mittleren Breiten werden aktuell kontrovers diskutiert. Die Auswirkungen des Talsperren Managements auf Treibhausgasemissionen wurden bisher noch nicht im Detail untersucht und verstanden.

(B) Ziele: Die Emissionen von CH₄ und CO₂ aus Talsperren sollten quantifiziert und die Bedeutung der unterschiedlichen Freisetzungspfade untersucht werden. Dabei war eine zentrale Fragestellung, wie sich das Management der Talsperre auf die Umweltbedingungen in der Talsperre (z.B. Schichtung, saisonale Veränderungen von Temperatur und gelöstem Sauerstoff, Windantrieb und trophische Bedingungen), auf die CH₄ und CO₂ Emissionen und den Kohlenstoffhaushalt von Talsperren in mittleren Breiten auswirkt. Außerdem sollte abgeschätzt werden, wieviel CH₄ während einer Stauraumspülung freigesetzt wird. In Hinblick auf CO₂ sollte untersucht werden (1) wie sich im Jahresmittel CO₂ Emissionen aus den Zuflüssen von der CO₂-Freisetzung aus der zugehörigen Talsperre unterscheiden, (2) während welcher Jahreszeiten Talsperren Nettoquellen bzw. Nettosenken für CO₂ darstellen und (3) wieviel anorganischer Kohlenstoff durch Primärproduktion fixiert wird.

(C) Methoden: Kontinuierliche Messungen mit verankerten Instrumenten (Thermistoren, O2-Optoden, pH Sensoren, akustische Strömungsmesser), u.a. auch mit autonom-messenden Blasenflusstrichtern. Regelmäßige Wasserprobenahmen und Erhebung von Vertikalprofilen mit Sonden (CTD- und Mulitfluoreszenzsonden) in der Talsperre und in den Zu- und Abflüssen. Diese Messungen liefern saisonale Daten über die Vertikalverteilung von CH₄ Konzentrationen, Gasblasenflüsse, anorganischem und organischem Kohlenstoff, Chlorophyll-a, der wichtigsten Phytoplanktongruppen und verschiedener abiotischer Faktoren (O₂, Temperatur, Trübe, Licht). Die Durchführung von spezifische Feldkampagnen, z.B. um die Freisetzung von CH₄ während der Herbstmischung zu untersuchen und um die räumliche Verteilung von CH₄ Konzentrationen zu erfassen. Messungen der CH₄ Konzentration im Porenwasser der Sedimente, um die CH₄ Freisetzung während einer Staurraumspülung abschätzen zu können.

(D) Zielsetzung: Die Arbeiten sollten dazu beitragen, die Abschätzung von Treibhausgasemissionen und das Verständnis der Emissionspfade von Treibhausgasen aus Talsperren mittlerer Breiten zu verbessern. Ein zentrales Ziel war eine Quantifizierung der Freisetzung der beiden wichtigsten Treibhausgase CH₄ und CO₂ unter Berücksichtigung der biotischen und abiotischen Bedingungen und insbesondere des Managements von Talsperren. Außerdem sollte die Auswirkung von metabolischen Umsätze durch das Phytoplankton auf die CO₂ Freisetzung bzw. Aufnahme und den Kohlenstoffhaushalt in einer Talsperre untersucht werden. Die Ergebnisse sollten zur Bewertung der Vor- und Nachteile von Talsperren beitragen und Entscheidungen im Hinblick auf das Management von Talsperren und deren Einzugsgebiet, sowie bei Talsperrenneubauten, unterstützen.