Wie hängt der Artenreichtum eines Fließgewässers mit seinen Eigenschaften zusammen? Und welche Parameter bestimmen die Struktur eines Flussnetzes und seine Wassermenge? Das zu klären, hilft nun eine neue hochaufgelöste Karte von weltweiten Flusssystemen und ihren Merkmalen. Sie bietet eine Grundlage für genauere Forschungen dazu, was flussgebundene Lebensräume ausmacht und wie sie zusammenhängen. Das ist auch für die Gewässerökologie von Bedeutung.
Flüsse sind die Lebensadern der irdischen Landgebiete. Denn sie bringen Wasser in trockene Regionen, transportieren Nährstoffe und bieten Wasserbewohnern Wege für ihre Ausbreitung und Wanderungen. Doch was beeinflusst die Größe und Form von Fließgewässern und ihren Einzugsgebieten? Warum sind Flüsse in manchen Gegenden häufiger als in anderen? Und wie beeinflussen Klima und umgebende Landschaft die Artenvielfalt der Tiere und Pflanzen in den Gewässern?
Von der Topografie zur Flussstruktur
Mehr Aufschluss über diese Fragen liefert nun eine neue Weltkarte der irdischen Flusssysteme. Sie ist zwar nicht die erste ihrer Art, aber die am höchsten aufgelöste und detailgenaueste. „Hydrography90m bildet, anders als die bisherigen Datensätze, auch kleinere und kleinste Arme von Fließgewässern ab“, berichtet Koautor Sami Domisch vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB). Diese Genauigkeit lässt sich am Namen der neue Karte ablesen: 90 Meter Länge beträgt die kleinste Einheit. Da kleine Flüsse mit etwa 70 Prozent den größten Anteil am weltweiten Flussnetzwerk haben, sind sie besonders bedeutsam für flussgebundene Artenvielfalt.
Um das der Karte zugrundeliegende Modell zu erstellen, wertete das Team ein auf Basis von Satellitendaten erstelltes topografisches Geländemodelle der Erde aus. Diese Landschaftsdaten bilden die Grundlage für das Modell, denn wo sich in der Landschaft Einschnitte mit bestimmten Eigenschaften befinden, fließt potenziell auch ein Wasserlauf. „Wo wirklich ein Fluss fließt, wissen wir erst einmal nicht“, erklärt Domisch. Ob die Flüsse tatsächlich – ganzjährig oder zeitweise – Wasser führen, wird mithilfe ergänzender Daten ermittelt. Dazu gehören beispielsweise Niederschlag, Temperatur, Landnutzung, Bodenbeschaffenheit und Hangneigung. Im Modell werden diese Parameter mit den von weltweit 30.000 Messstationen gemessenen Wassermengen in Beziehung gesetzt.
Antworten auch für die Gewässerökologie
Das Team benötigte zweieinhalb Jahre und einen Supercomputer, um die auf dem „Hydrography90m“-Datensatz beruhende Karte zu erstellen. „Dabei arbeiten wir mit maschinellem Lernen, das heißt, unser Modell kann mit jedem weiteren Datensatz immer besser erkennen, welche Parametergrößen mit welchen Wassermengen zusammenhängen“, erläutert Erstautor Giuseppe Amatulli von der Yale University. Dadurch kann das Modell selbst dort, wo keine Messdaten zu Wassermengen vorliegen, den wahrscheinlichen Abfluss, also die Wassermenge im Fluss, anzeigen. Diese Daten und weitere Parameter lassen sich nun für insgesamt 726 Millionen Flussabschnitte weltweit ermitteln.
Das Modell kann so künftig Antworten auf entscheidende Fragen der Gewässerökologie liefern. Möglich wird dies vor allem deshalb, weil Hydrography90m die Einzugsgebiete von Flussabschnitten sehr kleinteilig erfasst und für diese jeweils fünf Hektar großen Einzugsgebiete bereits Umweltdaten mitliefert. Diese kann man dann nutzen, um Vorkommen von Artengemeinschaften zu charakterisieren, etwa mit welchen Klimadaten oder mit welcher Hangneigung sie verbunden sind. Daraus lassen sich Rückschlüsse ziehen auf die Biogeographie dieser Habitate – wo sie vorkommen und welche Faktoren sie prägen.
Quelle: Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB); Fachartikel: Earth System Science Data, doi: 10.5194/essd-14-4525-2022
