Kontakt

Dr. rer. nat. Martin Brede

Oskar-Kellner-Institut (OKI) / Raum 108
Justus-von-Liebig-Weg 2
18059 Rostock

Fon  +49 (0) 381 498 - 9316
Fax  +49 (0) 381 498 - 9312
martin.bredeuni-rostockde


Baltic TRANSCOAST

Die deutsche Ostseeküste als terrestrisch-marine Schnittstelle für Wasser- und Stoffflüsse

Teilprojekt H4: Wellen und Turbulenz über permeablen Böden im Küstennahen Bereich als Ursache für vertikalen Stofftransport

Motivation

Der skalare Transport von mit dem Wasser mitgeführten Substanzen, insbesondere von Sauerstoff, spielt eine wichtige Rolle für das Funktionieren des Ökosystems Ostsee. Während der konvektive Skalarentransport einschließlich der Einströmvorgänge aus der Nordsee intensiv untersucht wurde, besteht bei dem Mischungsvorgang aufgrund der Wechselwirkung zwischen Wellen und Turbulenz einerseits und der Bodengrenzschicht mit Infiltration aus dem permeablen Boden andererseits ein erheblicher Forschungsbedarf. Durch die Welleneinwirkung wird die Bodengrenzschicht periodisch bewegt, gleichzeitig entstehen eine erhebliche turbulente Bewegung und ein Transport der skalaren Größen aus der Bodengrenzschicht heraus. Die Variabilität der hydraulischen Leitfähigkeit des Sediments und dessen Oberflächenstruktur erzeugen ein charakteristisches kleinskaliges Turbulenzfeld im Flachwasser, das die Stoffverteilung in bodennahen Wasserschichten steuert. Die kleinskalige Stoffverteilung im Flachwasserbereich beeinflusst großskalige Transportprozesse in der Ostsee.

Ziele

In Laborexperimenten werden Bodengrenzschichten an permeablen geneigten, strukturierten Bodenflächen erzeugt und der Skalartransport aus dem Boden in die Grenzschicht und weiter in die einwirkenden Wellen und den Wasserkörper quantitativ verfolgt. Das Ziel ist das Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Transport- und Mischprozessen und den Vorgängen der Wellenbewegung und der Bodenüberströmung zu vertiefen. Mit den Ergebnissen können strömungsmechanische Randbedingungen für die Modellierung an der Land-Wasser Schnittstelle erstellt werden

Arbeitsplan

  • Aufbau des Experiments zur Untersuchung von Wellen und Turbulenz über permeablen Böden im küstennahen Bereich als Ursache für vertikalen Stoff- und Energietransport
  • Ermittlung grundlegender Turbulenzgrößen in Abhängigkeit von der Permeabilität des Bodens
  • Untersuchung von Turbulenz und Mischung in Abhängigkeit von den Wellenparametern und von der Bodenformation in Form von Rippelfeldern und Sandhügeln
Laborexperiment zur Untersuchung des Welleneinflusses auf Mischung und Transport
Laborexperiment zur Untersuchung des Welleneinflusses auf Mischung und Transport

Prozesskette Stofftransport (B. Lennartz 2019)
Prozesskette Stofftransport (B. Lennartz 2019)
Messschema: Ein permeables Meeresbodenmodell wird bei gleichzeitigem Austritt eines Tracerfluids oszillierend überströmt
Messschema: Ein permeables Meeresbodenmodell wird bei gleichzeitigem Austritt eines Tracerfluids oszillierend überströmt
Beispielhaftes Konzentrations- und Geschwindigkeitsfeld der turbulenten Bodengrenzschicht
Beispielhaftes Konzentrations- und Geschwindigkeitsfeld der turbulenten Bodengrenzschicht
Messung von Strömung und Tracer mittels PIV (Partikel) und PLIF (Farbstoff)
Messung von Strömung und Tracer mittels PIV (Partikel) und PLIF (Farbstoff)

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Informationen zum Forschungsprojekt

Beteiligte Leonie Kandler (Stipendiat), Martin Brede, Stefan Forster
Laufzeit Januar 2016 - Juni 2020
Finanzierung DFG - Graduiertenkolleg GRK 2000/1

Links zum Forschungsprojekt

>DFG-Graduiertenkolleg 2000 Baltic TRANSCOAST (externer Link)

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