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Umweltwissenschaftler können viel über die Gesundheit von Flüssen, Buchten, Feuchtgebieten
und anderen Gewässern erzählen

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Kann eine Drohne die düsteren Geheimnisse der Bucht von San Francisco enthüllen?

Messungen der Konzentrationen suspendierter Sedimente geben Aufschluss über den Zustand einer Wasserstraße. Bisher war es jedoch schwierig, solche Daten zu erhalten. Umweltwissenschaftler können viel über die Gesundheit von Flüssen, Buchten, Feuchtgebieten und anderen Gewässern erzählen, indem sie den Fluss von im Wasser suspendierten Sedimenten und den Schlamm untersuchen, der entsteht, wenn sich diese Sedimente auf dem Boden absetzen.

„Schlamm ist nicht glamourös, aber in Schlamm sammeln sich alle Verunreinigungen und bleiben haften“, bemerkt Oliver Fringer, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen bei Stanford.

Schwebende Sedimente können giftige Schadstoffe einfangen und die Bildung von fischtötenden Roten Fluten verhindern, erklärte er. Die Messung und Vorhersage der Schlammbildung von Sedimenten wird Aufschluss darüber geben, wie die Wasserstraßen auf den Anstieg des Meeresspiegels und den Klimawandel reagieren werden. Bisher war die Untersuchung von Sedimentflüssen - auch als Trübungsmessung bekannt - jedoch langsam, ungenau und arbeitsintensiv und behinderte die Bemühungen, die Gesundheit von Wasserstraßen besser zu verstehen.

Fringer hofft, die Mängel der gegenwärtigen Untersuchungsmethoden durch die Entwicklung einer speziell instrumentierten Flugdrohne zur Messung der Sedimentströme in der Bucht von San Francisco überwinden zu können. Die Drohne misst 4 Fuß im Durchmesser und fliegt über 100 Fuß über dem Wasser. Die Kamera ist so kalibriert, dass sie sehr spezifische Lichtwellenlängen aufnimmt. Bestimmte Rottöne in der Nähe des Infrarotbereichs des Spektrums entsprechen Sedimenten. Andere Farben entsprechen dem Chlorophyll und den organischen Nährstoffen, die die Algen füttern. Die Drohne kann einen Ort so oft wie nötig erneut aufsuchen und hochauflösende Fotos in der Geschwindigkeit einer Sekunde aufnehmen, um ein detailliertes Bild der Trübung zu zeichnen.

Die Drohne würde einen großen Fortschritt gegenüber einer ausgesprochen Low-Tech-Methode zur Messung des Sedimentflusses darstellen, die heutzutage üblich ist: Forscher senken eine Secchi-Scheibe aus alternierenden Schwarz-Weiß-Quadranten ins Wasser, um zu beobachten, in welcher Tiefe sie für die Messung zu trüb wird Scheibe zu sehen. Dies kann gute Informationen über einen bestimmten Punkt liefern, sagt jedoch wenig über die Dynamik eines breiteren Bereichs aus. Einige Wissenschaftler versuchen, mehr Fläche abzudecken, indem sie ausgeklügelte Sensoren von Booten ziehen, die sich über das Wasser bewegen. Boote können jedoch nicht in flachen Gebieten eingesetzt werden und sind teuer in der Handhabung, so dass es schwierig ist, Trübungsänderungen im Laufe der Zeit zu messen. Satelliten werden auch verwendet, um große Gebiete abzudecken, aber sie sammeln Daten mit relativ geringer Auflösung und passieren nur alle paar Tage einen Punkt. Kurz gesagt, alle drei Methoden erschweren es, über einen ausreichend langen Zeitraum hinweg genügend hochauflösende Daten zu erfassen, um genau beurteilen zu können, wie sich wechselnde Winde, Wasserströmungen und andere Kräfte auf die Trübung von Buchtgewässern auswirken. Die Drohne bietet laut Fringer eine kostengünstige, hochauflösende Alternative.

Das neue System wurde von Joe Adelson entworfen, einem Doktoranden im Bereich Bau- und Umweltingenieurwesen, zu dessen Mitarbeitern die CEE-Studentin Sienna White gehört. Fringer beaufsichtigte das Projekt unter der Schirmherrschaft von Stanfords Bob und Norma Street Environmental Fluid Mechanics Laboratory. Laut Fringer ist die Verwendung der Drohne zur Messung der Trübung in der Bucht von San Francisco ein wichtiger Schritt, um das Feld mit einem Tool auszustatten, mit dem detaillierte Informationen zu anderen Buchten, Feuchtgebieten und Wasserstraßen gesammelt werden können. "Jeder große Fluss, der durch besiedelte Gebiete fließt, wie der Mekong in Vietnam oder der Mississippi, hat Probleme mit schlammigen Sedimenten und roten Gezeiten an seiner Mündung", sagt Fringer.

Wenn Umweltwissenschaftler die Möglichkeit erhalten, mehr Daten zur Trübung zu sammeln, werden sie in die Lage versetzt, Computermodelle zu entwickeln, mit denen sie Sedimentflüsse in verschiedenen Teilen einer Wasserstraße vorhersagen können. Dieser Prozess ist fast so komplex wie die Erstellung lokaler Wettervorhersagen. "Wenn man sich die Entwicklung der großräumigen Wettervorhersage ansieht, haben die Leute immer größere Datenmengen von Satelliten verwendet, um die Modelle zu verbessern", sagte Fringer. "Niemand hat das für Sedimente getan, und der Grund dafür ist, dass wir diese Art von Daten noch nicht hatten."

This research received seed grant funding from the Stanford Woods Institute for the Environments Environmental Venture Projects program.

erschienen am: 2019-05-13 im europaticker



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