Neue Sensoren zur Überwachung der Gesundheit unserer Weltmeere
Ozeane und Meere bestimmen weitreichend unser Klima und Wetter. Sie sind uns eine wichtige Quelle von Nahrung, liefern die Lebensgrundlagen für Milliarden Menschen und sorgen dafür, dass sich die Wirtschaft vieler Länder über Wasser halten kann. Von den Weltmeeren und von Land ausgehende Aktivitäten der Menschen beeinflussen jedoch zunehmend die Gesundheit unserer Meeresökosysteme. Das SCHEMA-Projekt hat eine neue Technik entwickelt, um Substanzen zu identifizieren, die dem Gleichgewicht der Meeresökosysteme schaden und sich möglicherweise auf die Gesundheit des Menschen, die Fischereiindustrie, den Küstentourismus und die langfristige Nachhaltigkeit unserer Meere und Ozeane auswirken. „Einige Meeresökosysteme funktionieren aufgrund starker Umweltbelastungen durch die Aktivitäten des Menschen nicht optimal, aber eine Überwachung ist hier problematisch. Die kommerzielle Verfügbarkeit einsetzbarer Sensorik ist immer noch begrenzt – die meisten dieser Instrumente sind zu groß, zu teuer und verbrauchen zuviel Strom, was ihre umfassende Verbreitung behindert“, sagt SCHEMA-Projektkoordinatorin Mary-Lou Tercier-Waeber. Problemlos einsetzbare Minisensoren Um Schwierigkeiten beim Messen zu überwinden und die Meeresüberwachung zu verbessern, haben die SCHEMA-Partner Miniatursensoren entwickelt, die etliche anthropogene und natürliche chemische und biologische Verbindungen mit sehr hoher Auflösung aufzeichnen können. Diese sind in der Lage, Spurenmetalle, Spezies wie Karbonat, Kalzium und Wasserstoffionen, die eine Rolle im Kohlenstoffkreislauf spielen, Nährstoffe wie Stickstoff und Nitrat, flüchtige organische Verbindungen, und potenziell schädliche Algen und Biotoxine nachzuweisen, welche die Gesundheit der Weltmeere negativ beeinflussen können. Nährstoffe können in den Ozeanen die Entwicklung von schädlichen Algenblüten sowie die Ausbreitung von Sauerstoffmangelzonen verursachen. Metallische und organische Verbindungen können aufgrund ihrer Toxizität, Langlebigkeit und Neigung zur Anreicherung innerhalb der Nahrungskette langfristig Einfluss auf Zusammensetzung, Aktivität und Gesundheit der marinen Biomasse nehmen. Die Sensoren können gleichermaßen dazu beitragen, die Ozeanversauerung nachzuverfolgen, wobei dieser Prozess von Meeren verursacht wird, die Kohlendioxid aus der Atmosphäre absorbieren. Man prognostiziert, dass die Versauerung der Ozeane die Nahrungsketten sowie das Funktionieren der Meeresökosysteme stören wird. Die Sensoren werden überdies dazu beitragen, des Vermögen der Weltmeere zur weiteren Aufnahme von Kohlendioxid zu überwachen, was ein Schlüsselfaktor im Kampf gegen den Klimawandel ist. Das Projekt setzte innovative elektrochemische, optische und fluidische Verfahren zur Entwicklung leistungsstarker Messfühler mit geringem Energieverbrauch ein, welche die Miniatursensoren und fluidische Minisysteme beinhalten. Im Folgenden entwickelte man einen Netzwerkcontroller auf Grundlage von Open Geospatial Consortium-SWE-Schnittstellen (Sensor Web Enablement) und einem GSM-Sendeempfänger (Global System for Mobile Communication). „Unser integriertes, modulares, multifunktionales Sensorsystem gestattet autonome, hochauflösende, simultane In-situ-Messungen einer breiten Vielzahl relevanter biogeochemischer Parameter“, erläutert Tercier-Waeber. Die neue SCHEMA-Technik wurde in Gebieten des Atlantiks und Küstenzonen des Mittelmeers erprobt. Beim Nachverfolgen von Quellen gefährlicher chemischer und biologischer Verbindungen waren die Tests erfolgreich. Ebenso als System zum Auslösen von Alarm im Zusammenhang mit diesen Substanzen. Beispielsweise entdeckte SCHEMA in der Bucht von Arcachon in Südwestfrankreich giftigste Formen von Zink und Kupfer, die in der Industrie ihren Ursprung haben. Man fand außerdem Nährstoffeinträge aus Süßwasserzuflüssen und ein Phytoplankton, das ein Neurotoxin produziert. Diese Daten werden den Forschern eine Hilfe dabei sein, Überwachungsstrategien voranzubringen, die Fähigkeit zur Vorhersage der Auswirkungen von Toxinen auf lokale Ökosysteme zu verbessern und gangbare Wege zur nachhaltigen Bewirtschaftung des Ökosystems des Beckens zu entwickeln. Die SCHEMA-Partner arbeiten nun daran, ihre im Feld validierten Prototypen auf den Markt zu bringen sowie die Leistungsfähigkeit der Fühler dahingehend zu verbessern, dass sie weitere schädliche chemische Verbindungen, zum Beispiel flüchtige organische Verbindungen und Saxitoxin nachweisen können. Bei letzterem handelt es sich um ein Neurotoxin, das von einigen Algenarten auf natürliche Weise erzeugt wird.
Schlüsselbegriffe
SCHEMA, Meere, Weltmeere, Ozeane, Open Geospatial Consortium, Ökosysteme, Toxine, Algen, nachhaltige Bewirtschaftung
