Hydrographische Verschiebungen in Küstengewässern spiegeln klimabedingte Veränderungen der hydrologischen Regime im gesamten nordwestlichen Patagonien wider.

Klimabedingte Veränderungen des Süßwasserzuflusses beeinflussen nachweislich die Struktur und Funktion von Küstenökosystemen. Wir untersuchten die Veränderungen des Einflusses von Flussabflüssen auf die Küstensysteme Nordwestpatagoniens (NWP) in den letzten Jahrzehnten (1993–2021) mittels einer kombinierten Analyse langfristiger Abflusszeitreihen, hydrologischer Simulationen sowie satellitengestützter und Reanalysedaten zu den Meeresoberflächenbedingungen (Temperatur, Trübung und Salzgehalt). Signifikante Rückgänge des minimalen Abflusses in einem Gebiet, das sechs große Flussbecken umfasst, zeigten sich auf wöchentlicher, monatlicher und saisonaler Ebene. Diese Veränderungen waren in nördlichen Becken mit gemischtem Abflussregime (z. B. dem Puelo-Fluss) am deutlichsten ausgeprägt, scheinen sich aber nach Süden zu Flüssen mit nivalem Regime auszubreiten. Im angrenzenden zweischichtigen Binnenmeer korrespondiert der verringerte Süßwasserzufluss mit einer flacheren Halokline und erhöhten Oberflächentemperaturen in Nordpatagonien. Unsere Ergebnisse unterstreichen den sich rasch verändernden Einfluss der Flüsse auf die angrenzenden Ästuare und Küstengewässer in NWP. Wir betonen die Notwendigkeit von ökosystemübergreifenden Beobachtungs-, Prognose-, Minderungs- und Anpassungsstrategien im Kontext des Klimawandels, verbunden mit einem entsprechenden adaptiven Beckenmanagement der Systeme, die Abfluss in die küstennahen Meeresgewässer liefern.

Flüsse sind die Hauptquelle für kontinentales Süßwasser, das in die Ozeane gelangt¹. In halbabgeschlossenen Küstensystemen sind Flüsse ein wesentlicher Motor der Zirkulationsprozesse² und bilden die Brücke zwischen terrestrischen und marinen Ökosystemen. Sie transportieren Nährstoffe, organische Substanz und Sedimente, die jene aus Küstengewässern und dem offenen Meer ergänzen³. Jüngste Studien berichten über Veränderungen im Volumen und Zeitpunkt der Süßwasserzuflüsse in Küstengewässer⁴. Analysen von Zeitreihen und hydrologischen Modellen zeigen unterschiedliche räumlich-zeitliche Muster⁵, die beispielsweise von starken Anstiegen der Süßwasserabflüsse in hohen Breiten⁶ – bedingt durch verstärktes Abschmelzen des Eises – bis hin zu rückläufigen Trends in mittleren Breiten aufgrund zunehmender hydrologischer Dürre reichen⁷. Ungeachtet der Richtung und des Ausmaßes der jüngst beobachteten Trends gilt der Klimawandel als Hauptursache für veränderte hydrologische Verhältnisse⁸, während die Auswirkungen auf Küstengewässer und die von ihnen abhängigen Ökosysteme noch nicht vollständig erfasst und verstanden sind⁹. Zeitliche Veränderungen des Abflusses, beeinflusst durch den Klimawandel (veränderte Niederschlagsmuster und steigende Temperaturen) sowie anthropogene Einflüsse wie Wasserkraftwerke oder Stauseen^10,11, Bewässerungsumleitungen und Landnutzungsänderungen¹², erschweren die Analyse von Trends bei Süßwasserzuflüssen^13,14. So zeigen beispielsweise mehrere Studien, dass Gebiete mit einer hohen Walddiversität während Dürreperioden eine größere Ökosystemresilienz aufweisen als Gebiete, die von Forstplantagen oder Landwirtschaft dominiert werden^15,16. In den mittleren Breiten erfordert das Verständnis der zukünftigen Auswirkungen des Klimawandels auf die Küstengewässer durch die Trennung der Effekte des Klimawandels und lokaler anthropogener Störungen Beobachtungen von Referenzsystemen mit geringen Veränderungen, sodass Veränderungen im hydrologischen Regime von lokalen menschlichen Eingriffen unterschieden werden können.

Westpatagonien (über 41°S an der Pazifikküste Südamerikas) zählt zu den gut erhaltenen Regionen, in denen fortlaufende Forschung unerlässlich ist, um diese Ökosysteme zu überwachen und zu schützen. Hier formen frei fließende Flüsse in Verbindung mit einer komplexen Küstenmorphologie eines der größten Makro-Ästuare der Welt^17,18. Aufgrund ihrer Abgeschiedenheit sind die Flussbecken Patagoniens bemerkenswert unberührt geblieben, mit einem hohen Anteil an einheimischen Wäldern¹⁹, geringer Bevölkerungsdichte und im Allgemeinen frei von Dämmen, Stauseen und Bewässerungsanlagen. Die Anfälligkeit dieser Küstenökosysteme gegenüber Umweltveränderungen hängt maßgeblich von ihrer Interaktion mit Süßwasserquellen ab. Süßwasserzuflüsse in die Küstengewässer Nordwestpatagoniens (NWP; 41–46°S), darunter Niederschlag und Flussabfluss, interagieren mit ozeanischen Wassermassen, insbesondere mit dem salzreichen subantarktischen Wasser (SAAW). Dies wiederum beeinflusst Zirkulationsmuster, Wassererneuerung und Belüftung durch die Entstehung starker Salzgradienten mit ausgeprägten saisonalen Schwankungen und räumlicher Heterogenität in der Halokline.²¹ Die Wechselwirkung dieser beiden Wasserquellen beeinflusst zudem die Zusammensetzung der Planktongemeinschaften,²² die Lichtdämpfung und²³ führt zu einer Verdünnung der Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen im SAAW²⁴ sowie zu einem erhöhten Orthosilikat-Eintrag in die Oberflächenschicht.^25,26 Darüber hinaus bewirkt der Süßwasserzufluss einen starken vertikalen Gradienten des gelösten Sauerstoffs (DO) in diesen Ästuargewässern, wobei die obere Schicht im Allgemeinen eine hohe DO-Konzentration (6–8 mL L⁻¹) aufweist.²⁷

Die vergleichsweise geringen Eingriffe in die kontinentalen Becken Patagoniens stehen im Kontrast zur intensiven Nutzung der Küste, insbesondere durch die Aquakulturindustrie, einem wichtigen Wirtschaftszweig in Chile. Chile zählt zu den weltweit führenden Aquakulturproduzenten und ist der zweitgrößte Exporteur von Lachs und Forelle sowie der größte Exporteur von Muscheln.²⁸ Die Lachs- und Muschelzucht, die derzeit rund 2300 Konzessionsgebiete mit einer Gesamtfläche von ca. 24.000 ha in der Region umfasst, generiert einen erheblichen wirtschaftlichen Wert in Südchile.²⁹ Diese Entwicklung ist jedoch nicht ohne Umweltauswirkungen, insbesondere im Fall der Lachszucht, die den Ökosystemen Nährstoffe von außen zuführt.³⁰ Sie hat sich zudem als sehr anfällig für klimabedingte Veränderungen erwiesen.^31,32

In den letzten Jahrzehnten wurde in Nordwestpazifik ein Rückgang der Süßwasserzuflüsse³³ festgestellt und ein sinkender Abfluss im Sommer und Herbst³⁴ sowie eine Verlängerung hydrologischer Dürreperioden³⁵ prognostiziert. Diese Veränderungen der Süßwasserzuflüsse beeinflussen unmittelbare Umweltparameter und haben weitreichende Auswirkungen auf die Dynamik des gesamten Ökosystems. So treten beispielsweise extreme Bedingungen in Küstengewässern während sommerlicher und herbstlicher Dürreperioden häufiger auf und haben in einigen Fällen die Aquakultur durch Sauerstoffmangel³⁶, verstärkten Parasitenbefall und schädliche Algenblüten^32,37,38 beeinträchtigt.

In den letzten Jahrzehnten wurde in Nordwestpazifik ein Rückgang der Süßwasserzuflüsse³³ festgestellt und ein sinkender Abfluss im Sommer und Herbst³⁴ sowie eine Verlängerung hydrologischer Dürreperioden³⁵ prognostiziert. Diese Veränderungen der Süßwasserzuflüsse beeinflussen unmittelbare Umweltparameter und haben weitreichende Auswirkungen auf die Dynamik des gesamten Ökosystems. So treten beispielsweise extreme Bedingungen in Küstengewässern während sommerlicher und herbstlicher Dürreperioden häufiger auf und haben in einigen Fällen die Aquakultur durch Sauerstoffmangel³⁶, verstärkten Parasitenbefall und schädliche Algenblüten^32,37,38 beeinträchtigt.

Das derzeitige Wissen über den Rückgang der Süßwasserzuflüsse im Nordwestpazifik basiert auf der Analyse hydrologischer Kennzahlen³⁹. Diese beschreiben die statistischen oder dynamischen Eigenschaften hydrologischer Datenreihen, die aus einer begrenzten Anzahl langfristiger Messreihen und mit minimaler räumlicher Abdeckung stammen. Für die entsprechenden hydrographischen Bedingungen in den Ästuaren des Nordwestpazifiks oder dem angrenzenden Küstenmeer liegen keine langfristigen In-situ-Messreihen vor. Angesichts der Anfälligkeit der sozioökonomischen Aktivitäten an der Küste gegenüber den Auswirkungen des Klimawandels ist ein umfassender Ansatz für die Schnittstelle zwischen Land und Meer im Hinblick auf Management und Anpassung an den Klimawandel unerlässlich⁴⁰. Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben wir hydrologische Modellierungen (1990–2020) mit satellitengestützten und Reanalysedaten zu den Meeresoberflächenbedingungen (1993–2020) integriert. Dieser Ansatz verfolgt zwei Hauptziele: (1) die Bewertung historischer Trends hydrologischer Kennzahlen auf regionaler Ebene und (2) die Untersuchung der Auswirkungen dieser Veränderungen auf das angrenzende Küstensystem, insbesondere hinsichtlich Salzgehalt, Temperatur und Trübung der Meeresoberfläche.

Wir können Ihnen verschiedene Arten von intelligenten Sensoren zur Überwachung der Hydrologie und Wasserqualität anbieten. Gerne beraten wir Sie.