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BeoFINO 1 (2001-2004): Arbeitspaket 2-Ostsee

Ökologische Begleitforschung zur Windenergienutzung im Offshore-Bereich auf Forschungsplattformen in der Nord- und Ostsee (BeoFINO 1). AP 2: Prozesse im Nahbereich der Piles - Ostsee

Zuwendungsgeber: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, BMU

Projektvorstellung BeoFINO 1 - AP 2: Prozesse im Nahbereich der Piles

Die vorliegende Studie soll dazu beitragen, die Kenntnisse des Einflusses von Windenergieanlagen (WEA) auf niedrige trophische Ebenen des Benthals zu erweitern. Ziel des Arbeitspaketes war die Untersuchung der Prozesse im Nahbereich der Fundamente (Piles) der Windräder.
Das Institut für Ostseeforschung Warnemünde ist im Projekt BEOFINO 1 seit 3 Jahren zusammen mit dem Alfred-Wegener-Institut (Bremerhaven) in verschiedenen Themenbereichen tätig. Der Schwerpunkt des AP 2 in der Ostsee lag hauptsächlich auf der Analyse von Sukzessionen auf Hartsubstraten und der Veränderung von epibenthischen Gemeinschaften. Das Vorhaben begann Anfang 2003.
In enger Zusammenarbeit mit dem Kooperationspartner sollten auf den geplanten Messplattformen in Nord- und Ostsee Felduntersuchungen und -experimente durchgeführt werden, um die speziellen Fragestellungen zu möglichen Auswirkungen von Offshore-Windenergieparks vor Ort zu klären, die nicht im Rahmen von ökologischen Begleituntersuchungen durch potentielle Betreiber validiert werden konnten. Dabei handelte es sich im AP 2 (Ostsee) in der Hauptsache um Untersuchungen und Experimente die Ansiedlungsmechanismen von Benthosorganismen unter veränderten hydrodynamischen Gegebenheiten und Veränderungen in der Substratstruktur untersuchten, um Zusammenhänge zwischen der Errichtung von Windenergieanlagen und der möglichen Veränderung von Lebensgemeinschaften des Meeresbodens kausal erklären zu können.

Bewuchsleinen

Bewuchsleinen und Platten an der Darßer Schwelle vor und nach der Exposition

Ergebnisse

Im Messfeld des IOW an der Darßer Schwelle wurde vom April 2003 bis Juli 2004 (Sommerexposition) und vom Juli 2004 bis Januar 2005 (Winterexposition) die sukzessive Besiedlung des sekundären Hartbodens in 2 Jahresgängen untersucht. Mit Hilfe des Stahlrohrsegmentes und der Bewuchsplatten wurde ein Fundament (Pile) eines Windkraftrades simuliert. Die epibenthische Besiedlung fand unmittelbar nach der Exposition im April 2003 statt. Bereits im August 2003 waren fast alle Hauptgruppen an der Besiedlung beteiligt. Anfänglich konnten 18 Taxa festgestellt werden. Bis zum Dezember 2003 nahm die Artenzahl auf 28 und bis zum Juli 2004 auf 41 zu. Bezüglich der Artenbiodiversität wurde im Beobachtungszeitraum kein Plateau erreicht. Es ist davon auszugehen, dass die Artenzahl noch weiter zunehmen würde. Als artenreichste Gruppen stellten sich die Polychaeta (Vielborster) und die Crustacea (Krebse) heraus. Weitere nennenswerte Gruppen waren die Mollusca (Weichtiere), die Nemertini (Schnurwürmer), die Hydrozoa (Polypen) und die Bryozoa (Moostierchen).
In Abhängigkeit von der Wassertiefe stellten sich bei allen Untersuchungsterminen die bodennahen Wassertiefen (14 bis 19 m) als die artenreichsten heraus. Insbesondere dort nahm die Artenzahl über die Zeit rasant zu und lag nach einem Jahr zwischen 25 und 30. Im flacheren Wasserkörper (5 und 8 m) pegelte sich die Artenzahl bereits nach der Hälfte des Jahres auf ca. 10 Arten ein.
Die Abundanz verhielt sich konträr zur Artenzahl und nahm mit zunehmender Wassertiefe ab. Es wurden nicht zum Ende sondern zur Mitte des Untersuchungszeitraumes die höchsten Werte beobachtet. In fast allen Wassertiefen kam es im Vergleich zu den Anfangswerten (143 Tage Exposition) nach 246 zu einer Verdopplung bzw. Verdreifachung der Dichten (Ausnahme 8 m Wassertiefe, hier wurden die höchsten Werte nach 143 Tagen registriert). Zum Ende der Untersuchungsperiode (nach 470 Tagen Exposition) fiel die Abundanz in den meisten Wassertiefen unter denen des Anfangswertes. Sowohl die Größenordnung von 100.000 bis 700.000 Ind./m² als auch die Abnahme nach ca. 1 Jahr konnte an künstlichen Riffen in der Pommernbucht durch Chojnacki (2000) ebenfalls beobachtet werden. Auch dort dominierten Miesmuschel und Seepocken den Aufwuchs. Es wird vermutet, dass die Abnahme nach ca. 1 Jahr auf das Abfallen des Biofouling und zu Bodensinken zurückzuführen ist.

Wenn man die Berechnungen der Biomasseentwicklung an den Bewuchsplatten und dem Stahlrohrsegment heranzieht, so ergibt sich für ein Rohr (z. B. Pilefuß) von 2 m Durchmesser über die gesamte 20 m Wassersäule eine Biomasseproduktion (Feuchtmasse) von 150 kg nach 143 Tagen und von 1,6 Tonnen nach 246 bzw. 470 Tagen. Die Verteilung über die gesamte Wassersäule ist der Abb. 2 zu entnehmen. Es wird deutlich, dass bereits nach einer Expositionszeit von 246 Tagen die "Endbiomasse" erreicht wurde. Nach weiteren 224 Tagen wurden ähnliche Verhältnisse beobachtet. Allerdings verhielt sich der epibenthische Aufwuchs im Vertikalgradienten unterschiedlich. Demnach sind die größten Produktionsraten und damit die höchsten mechanischen Belastungen der Windkraftfundamente in oberflächennahen Wassertiefen zu erwarten. Geht man davon aus, dass ein Windkraftrad ein Fundament von etwa 3fach größeren Ausmaß (bei Tripod) hat und in einem theoretischen Windkraftfeld 100 Windräder geplant sind (die Planungen in der Ostsee liegen zwischen 20 und 400), dann ist von einer zusätzlichen Biomasseakkumulation je Windkraftfeld von ca. 500 Tonnen auszugehen. Die zusätzliche Belastung der umliegenden Sedimente mit organischem Material ist dann von dem Rhythmus abhängig, mit dem die obere Rostschicht der Pfeiler mitsamt dem Bewuchs abfällt. Geschieht dieses nur einmal im Jahr, werden pro Windfeld auch ungefähr 500 Tonnen Biomasse punktuell ins Sediment gebracht. Ob diese Zufuhr unter Berücksichtigung der ebenfalls veränderten Turbulenzbedingungen in einem geschichteten System, wie Kriegers Flak, in der Lage ist, großräumige Sauerstoffdefizite auszulösen, soll in der folgenden Studie geklärt werden. Eine potentielle Kettenreaktion durch Sulfidvergiftungen der Bodenfauna, die in diesen Arealen ihren Anfang nimmt, ist aber durchaus im Bereich des Möglichen (s. a. Abb. 4).

Stahlrohrsegment
Stahlrohrsegment an der Darßer Schwelle

Das Fundament-Modell reicht für die komplette Analyse der Prozesse im Nahbereich der Piles in Bezug auf das Endobenthos und die Projektion auf die real geplanten Flächen nicht aus. Besonders die Beurteilung des sehr kritischen Gleichgewichtes zwischen Ablagerung von toter Biomasse am Boden und der Sauerstoffversorgung kann in Gebieten mit härterer Dichteschichtung (z.B. sundnahe Bereiche wie das derzeitige Planungsgebiet Kriegers Flak) zu völlig anderen Ergebnissen führen. Bereits nach ca. 2 Jahren waren deutliche Effekte (Schwefelbakterienmatten) auch an der relativ gut durchlüfteten Darßer Schwelle sichtbar (Abb. 4). Quantitativ gleiche Effekte, die an der Darsser Schwelle im kleinskaligen Bereich zu einer Zunahme und Diversifizierung höheren Lebens am Boden führen, können in Sundnähe genau das Gegenteil bewirken und größere Gebiete mit beeinträchtigen. Aus diesem Grund sind Untersuchungen dieser Prozesskette in den tatsächlich beplanten Gebieten unbedingt zu fordern.