Untersuchungen der biotischen Einflüsse auf Erosion und Sedimenttransport in der chilenischen Küstenkordillere anhand von aus 10Be abgeleiteten Erosionsraten und einem auf Scherspannungen basierten Flussmodell

Biocrest — Abbildung 1: Vergleich des Niederschlag- Abflussverhaltens in feuchten und trockenen Gebieten. A) In feuchten Gebieten verzögert und verringert das Vorhandensein von Böden und Vegetation aufgrund von Interzeption, Infiltration und Grundwasserabfluss den Oberflächenabfluss B) In ariden Gebieten, in denen keine Vegetation vorhanden ist und der Boden flachgründig ist, wird das Regenwasser direkt durch Oberflächenabfluss in den Flusslauf transportiert, was zu einem schnellen und kurzen Abflussverhalten führt. (van Dongen, R., Scherler, D., Wittmann, H., & von Blanckenburg, F. (2019). Cosmogenic 10Be in river sediment: where grain size matters and why. Earth Surface Dynamics, 7, 393-410. doi:10.5194/esurf-7-393-2019)

Obwohl allgemein davon ausgegangen wird, dass Organismen direkt und indirekt Erosions- und Transportprozesse beeinflussen, ist ihr langfristiger Einfluss auf die Landschaftsentwicklung noch nicht ausreichend bekannt. Dieses Defizit beruht darauf, dass biotische Einflüsse komplex und schwer von klimatischen Einflüssen zu trennen sind.

In diesem Projekt untersuchen wir den Einfluss von Biota auf Erosion und Sedimenttransport anhand eines stochastischen Schwellenwert-Strömungsmodells des Flusseinschnittes. Wir testen die Hypothese, dass die Biota die Eigenschaften von Böden und die Vegetation den Flusseinschnitt in erster Linie dadurch beeinflussen, dass sie die Höhen- und Häufigkeitsverteilung von Hochwasserereignissen regulieren (Abbildung 1).

Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir uns auf vier Gebiete mit vorwiegend Granitgestein entlang eines großen Klima- und Vegetationsgradienten in der Küstenkordillere von Zentralchile (Abbildung 2) konzentrieren.

Unsere drei Hauptziele sind:

Quantifizierung von Erosionsraten anhand von kosmogenen Nuklidkonzentrationen in fluviatilen Sedimenten;
Quantifizierung des Einflusses von Biota auf das Abflussverhalten von Flüssen durch die Analyse eines großen Datensatzes mittlerer täglicher Abflusshöhen in Kombination mit einer ökohydrologischen Modellierung;
Modellierung der aus den kosmogenen Nuklidkonzentrationen abgeleiteten Erosionsraten mit einem stochastischen Schwellenwert-Strömungsmodell, das mit Abflussdaten und Feldbeobachtungen kalibriert ist.

Unser Projekt verbindet somit geologische/geochemische mit ökohydrologischen/geoökologischen Methoden, um die unterschiedlichen Zeitskalen von der Strömungsreaktion über einzelne Regenereignisse bis hin zur Langzeitwirkung auf die Landschaftsentwicklung zu erfassen.

Mitarbeitende

Dr. Renee van Dongen, GFZ Sektion 3.3 Geochemie der Erdoberfläche

Projektpartner

Prof. Dr. Eva Paton, Geschäftsführende Direktorin des Institutes für Ökologie, TU Berlin
Dr. Luca Mao, Fluvial Geomorphology, Pontificia Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile
Dr. Claudio Meier, Civil Engineering, University of Memphis, USA

Projektlaufzeit

2016 - 2019

Finanzierung

DFG SPP1803: "EarthShape - Earth Surface Shaping by Biota”. DFG-grant SCHE 1676/4-1 to D. Scherler.

Publikationen

van Dongen, R., Scherler, D., Wittmann, H., von Blanckenburg, F. (2019): Cosmogenic 10Be in river sediment: where grain size matters and why. Earth Surf. Dynam., vol. 7, p. 393-410, doi:10.5194/esurf-7-393-2019
Scherler, D., Schwanghart, W. (2020): Drainage divide networks - Part 1: Identification and ordering in digital elevation models. Earth Surf. Dynam., vol. 8, p. 245-259, doi:10.5194/esurf-8-245-2020
Scherler, D., Schwanghart, W. (2020): Drainage divide networks - Part 2: Response to Perturbations. Earth Surf. Dynam., vol. 8, p. 261-274, doi:10.5194/esurf-8-261-2020

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