Offshore-Windparks sind ein zentraler Bestandteil der EU-Strategie für erneuerbare Energien: Bis 2050 soll die installierte Leistung in der Nordsee auf mehr als das Zehnfache steigen. Eine aktuelle Studie des Helmholtz-Zentrums Hereon zeigt jedoch, dass dieser Ausbau weitreichende Folgen hat. Demnach kann die zunehmende Nutzung der Offshore-Windenergie den natürlichen Transport sowie die Ablagerung von Sedimenten großräumig und dauerhaft verändern. Besonders stark betroffen ist die Deutsche Bucht. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nature Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Schwebstoffe sind ein wesentlicher Bestandteil der Dynamik in der Nordsee. Sie stammen vom Meeresboden, werden durch Wellen und Strömungen aufgewirbelt, gelangen über den Ärmelkanal aus dem Atlantik in die Nordsee oder werden durch Flüsse eingetragen. Diese Partikel durchlaufen kontinuierlich Zyklen aus Ablagerung und erneuter Aufwirbelung, bis sie sich in strömungsarmen Bereichen als Schlamm absetzen.

Offshore-Windkraftanlagen greifen in diese Prozesse ein, da sie sowohl in der Luft als auch im Wasser als Hindernisse wirken. Sie beeinflussen unter anderem die Schichtung des Meeres in unterschiedlich warme Wasserschichten und verlangsamen die Strömungen über große Distanzen hinweg. Genau diese Faktoren bestimmen, wie sich Schwebstoffe und organische Partikel im Meer bewegen und wo sie letztlich abgelagert werden. Die Forschenden konnten zeigen, dass bestehende Windparks bereits heute eine deutliche räumliche Umverteilung der Sedimente verursachen – betroffen sind jährlich bis zu 1,5 Millionen Tonnen Schlamm inklusive des darin gebundenen Kohlenstoffs.

Sedimentverlagerung beeinflusst auch die Kohlenstoffspeicherung

Ein Teil der Sedimente besteht aus organischem Material, etwa aus abgestorbenen Meerestieren und Pflanzen. Dieses enthält sogenannten partikulären organischen Kohlenstoff (POC), der gemeinsam mit den Partikeln auf den Meeresboden absinkt und dort über sehr lange Zeiträume gespeichert werden kann. Der Meeresboden fungiert somit als Kohlenstoffsenke. Insgesamt leisten die Ozeane einen wichtigen Beitrag zur Bindung von Kohlenstoff und wirken damit dem Klimawandel entgegen.

Deutsche Bucht im Fokus der Veränderungen

Für ihre Untersuchungen nutzten die Forschenden ein neu entwickeltes Computermodell, das erstmals verschiedene Einflussfaktoren wie Atmosphäre, Wellen, Strömungen und Sedimenttransport gemeinsam abbildet. Grundlage dafür waren frühere Studien des Hereon zum Einfluss von Offshore-Windkraftanlagen auf Luft- und Meeresströmungen.

„Unsere Simulationen legen nahe, dass sich der Effekt durch den Ausbau der Offshore-Windparks über die kommenden Jahrzehnte hinweg deutlich verstärken wird. Das kann die langfristige Funktionsweise des Ökosystems und der Kohlenstoffspeicherung in der Nordsee beeinflussen“, sagt Jiayue Chen, Erstautorin der Studie und Wissenschaftlerin am Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung.

Auch Infrastrukturen wie Häfen und Fahrrinnen könnten sich dadurch verändern. Bemerkenswert sei zudem, dass etwa 52 Prozent der gesamten Sedimentumverteilung in der Nordsee im Gebiet der Deutschen Bucht stattfindet. „Das hebt diese Region als besonders betroffen hervor.“ Die Forschenden wollen nun untersuchen, welche Auswirkungen dies auf besonders empfindliche Küstenregionen wie das Wattenmeer hat, für das eine kontinuierliche Sedimentzufuhr essenziell ist, um den ansteigenden Meeresspiegel auszugleichen. Außerdem wird untersucht, inwiefern diese Effekte die Rolle des Meeres als Kohlenstoffsenke beeinflussen.

„Mit einem verbesserten Verständnis der Sedimentverteilung und Kohlenstoffspeicherung in der Nordsee können wir langfristige Risiken für die Küstenstabilität, Navigationssicherheit in der Schifffahrt und die Funktionsweise von Ökosystemen in der Deutschen Bucht abschätzen“, sagt Jiayue Chen. „Unsere Ergebnisse liefern wertvolle Grundlagen für den nachhaltigen Ausbau der Offshore-Windenergie und helfen Entscheidungsträgern aus Politik, Wirtschaft und Industrie, neue Windparks umweltfreundlich zu planen.“

Forschung für Klima, Küste und Gesellschaft

Das Helmholtz-Zentrum Hereon verfolgt das Ziel, wissenschaftliche Grundlagen für eine lebenswerte Zukunft zu schaffen. Rund 1000 Mitarbeitende erforschen Technologien und Zusammenhänge, die Resilienz und Nachhaltigkeit stärken – insbesondere in den Bereichen Klima, Küste und Mensch. Dabei werden experimentelle Studien, Modellierungen, künstliche Intelligenz und Digitale Zwillinge kombiniert, um komplexe Systeme besser zu verstehen und praxisnahe Lösungen zu entwickeln. Als Teil nationaler und internationaler Forschungsnetzwerke sowie der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt das Hereon den Transfer von Wissen in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft, um nachhaltige Entwicklungen voranzutreiben.

Originalpublikation: Sediment transport pathways and organic carbon burial impacted by offshore wind farms in shelf seas | Communications Earth & Environment