opensea Projektwoche

Die openSea Projektwoche fand vom 15.05 – 17.05.2017 statt. Das Ziel der Projektwoche war es, unser eigens dafür entwickelte Unterwassermessgerät im Watt anzuwenden und Schülern das wissenschaftliche Arbeiten zu demonstrieren. Mit Hilfe der gemessenen Parameter sollten verschiedene ökologische Fragestellungen bearbeitet werden, z. B. wie sich die Temperatur mit dem auflaufenden Wasser ändert. Das Messgerät musste dafür (mindestens) über eine Tide im Wasser liegen bleiben können. Aus den aufgezeichneten Daten wollten wir z. B. Rückschlüsse auf die Wasserbedeckungszeit am Messstandort ziehen und mit den biotischen Faktoren in Zusammenhang bringen. Die Projektwoche fand in Zusammenarbeit mit dem Nationalpark Schleswig-Holsteinisches Wattenmeer statt, mit Unterstützung von Evelyn Schollenberger, die die Wattkartierungen geleitet und die Organisation mit den Schulen vor Ort durchgeführt hat.

Ausbringen der Messgeräte

Die Messgeräte haben wir bereits einen Tag im Voraus ins Watt gebracht, damit wir für den ersten Projekttag bereits Daten vorliegen haben. Zwei Messgeräte wurden in Büsum ausgebracht und zwei in Husum, sodass wir im besten Fall vier Messreihen erhalten konnten.

Um die Messgeräte im Wattboden zu verankern, haben wir Eimer eingegraben, sodass nur noch der Henkel oben herausragte. Das Messgerät konnte dann mit einem Karabinerhaken ganz einfach am Eimerhenkel befestigt werden. Wasserdicht verpackt war es so bereit für die Flut und somit das auflaufende Wasser. Die eingebauten Sensoren messen folgende Parameter:

  • Temperatur (je nach Wasserbedeckung die Wasser- oder Lufttemperatur)
  • Trübung
  • Strömungsrichtung
  • Strömungsgeschwindigkeit

Eine technische Beschreibung des Messgerätes folgt im senseBox Blog.

Tag 1 in Büsum, Schule am Meer:

Der erste Projekttag fand an der Schule am Meer in Büsum statt. Nach einer kurzen Begrüßung ging es raus ins Watt. Die Messgeräte in Husum haben wir in der Perlebucht platziert (s. Bild). Eins direkt an der Küste auf einem Herzmuschelfeld, das zweite ca. 300 m weit draußen neben einem kleinen Priel. Vor Ort haben wir die Geräte geöffnet und die auf einer SD-Karte gespeicherten Daten ausgelesen. Schon beim öffnen haben wir festgestellt, dass die Geräte mit Wasser vollgelaufen sind. Das Gehäuse hat dem hohen Wasserdruck nicht standgehalten sich dadurch verformt und Wasser durchgelassen. Nun stellte sich die Frage, ob die Messgeräte noch funktionieren oder überhaupt Daten aufgezeichnet haben. Die gute Nachricht, das küstennahe Messgerät hat 16 h lang Daten aufgezeichnet, also mehr als eine komplette Tide, die schlechte Nachricht, das Gerät außerhalb ist bereits bei auflaufendem Wasser nach 2 h kaputt gegangen. 

Die erste Ausgabe der Schüler war es, eine Wattkartierung an den Messstandorten durchzuführen. Dafür wurde zunächst ein 1 x 1 m-Quadrat auf dem Wattboden abgesteckt.

Als erstes wurde nun die Oberfläche analysiert: Wie groß ist der Abstand zu Ufer? Wie sieht der Wattboden aus? Welche und wie viele Tiere leben auf dem Wattboden?

Als zweites wurde die oberste Schicht untersucht. Mit einem kleinen Sieb wurde eine Probe abgetragen und im Wasser ausgewaschen. So konnten die winzigen Wattschnecken gezählt werden. Außerdem sollten die Fragen beantwortet werden, welcher Watttyp vorliegt und wie stark der Oxidationshorizont ist.

Als drittes wurden die tiefer liegenden Wattschichten untersucht. Mit einem Rohr wurde ein Profil des Wattbodens entnommen, der Sand erneut ausgewaschen und die lebenden Muscheln und Würmer gezählt. Das ganze wurde dreimal durchgeführt.

Im Anschluss an die Wattkartierung ging es zurück an die Schule. Dort bekamen die Schüler zunächst eine Einführung in die senseBox, damit sie verstehen, wie das Messgerät auf dem Watt funktioniert und wie es gebaut wurde. Schnell waren erste Programme geschrieben und LEDs am leuchten. Danach wurden die Daten in einem R-Workshop ausgewertet. Nach einer kurzen Einführung haben die Schüler Diagramme gezeichnet und konnten aus dem Temperaturverlauf die Wasserbedeckungszeit herleiten.

Tag 2 in Büsum, Gymnasium Heide Ost:

Der zweite Projekttag fand ebenfalls in Büsum statt. Dieses Mal aber mit einer Schulklasse des Gymnasium Heide Ost, die für die Wattkartierung nach Büsum angereist ist.

Der Wettergott war leider nicht auf unserer Seite. Auf dem Watt hat es in Strömen geregnet. Deshalb sind wir so schnell wie möglich wieder zur Schule zurück gekehrt und haben keine komplette Wattkartierung durchgeführt. Nach einer kurzen Teepause zum wieder aufwärmen, ging es dennoch motiviert und gut gelaunt mit dem senseBox-Workshop weiter.

Die Auswertung haben wir heute mit Excel anstelle von R gemacht. Innerhalb kürzester Zeit hatten die Schüler die Temperaturkurve und eine Trübungskurve für Büsum erstellt. Aus den Daten konnten wir schließlich die Wasserbedeckungszeit am Messstandort ableiten. 

Parallel zu der Wattkartierung in Büsum sind zwei von uns nach Husum gefahren, um die zwei Messgeräte dort aus dem Watt zu holen. Da die Geräte in Büsum voller Wasser gelaufen sind, wollten wir dort sicher stellen, dass uns wenigstens die bereits aufgezeichneten Daten nicht verloren gehen. Nach anfänglichen Sorgen, dass wir bei Regen und zwei Stunden vor Niedrigwasser das schlickige Watt noch nicht betreten können, waren die Sorgen im Nachhinein unbegründet. Das Watt war immerhin so fest, dass wir die Messgeräte erreichen und ausgraben konnten. Das Ergebnis der beiden Messgeräte war ähnlich wie in Büsum. Ein Gerät ist bei auflaufendem Wasser nach etwa einer Stunde kaputt gegangen, das zweite Gerät hat etwa 18 h Daten aufgezeichnet und enthält somit wieder eine komplette Tide.

Ergebnisse der Wattkartierung Messstandort Büsum nah

Der Messstandort lag ca. 80 m vom Ufer entfernt. Der Wattboden wies deutliche Rippelmarken auf und es waren einige Kothaufen von Wattwürmern zu sehen. Außerdem waren einige Kieselalgen zu finden, die z. B. Muscheln als Nahrungsquelle dienen. In den Proben konnte eine Vielzahl von Wattschnecken (~40-50 pro Probe) gezählt werden. Hier befindet sich Mischwatt. Dieses ist populationsreich und beherbergt zahlreiche Herzmuscheln und andere Wattbewohner wie Wattwürmer. Die Stelle am Priel dagegen besteht aus Sandwatt und wird durch das schnell auf- und ablaufende Wasser sehr stark aufgewühlt. Dadurch ist es sehr populationsärmer, da viele Tiere wie die Herzmuschel seichtere Gebiete bevorzugen.

Auswertung Büsum

Für die Auswertung in Büsum haben wir die Temperatur und die Trübung in einem Diagramm dargestellt. Um die Wasserbedeckungszeit herauszufinden, haben wir die Hoch- und Niedrigwasserzeiten mit einbezogen:

NW HW NW HW
Büsum 14.05.2017 09:44 Uhr 15:47 Uhr 22:03 Uhr 04:08 Uhr

Das Messgerät (Büsum strandnah)  wurde am 14.05.2017 um 10:36 Uhr kurz nach Niedrigwasser eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt lag der Messstandort trocken und somit wurde die Lufttemperatur gemessen. Da es an diesem Tag sehr warm war, liegen die Temperaturen bei 20 bis 25 °C. Gegen 13 Uhr fällt die Kurve stark ab. Dort ist das Wasser aufgelaufe, welches deutlich kälter war als die Luft. Zunächst ist das Wasser noch etwas wärmer, da es noch flach ist und von der Sonne aufgewärmt wird. In Richtung Hochwasser pendelt sich die Wassertemperatur aber sichtbar um 14 °C ein. Gegen 19 Uhr verzeichnet die Kurve einen Sprung nach oben. An dieser Stelle liegt das Messgerät durch das abgeflossene Wasser während der Ebbe wieder im trockenen. Ab diesem Zeitpunkt wird wieder die Lufttemperatur gemessen. Diese sinkt nun mit der hereinbrechenden Nacht stetig ab. Gegen 2 Uhr nachts ist das Wasser wieder zurückgekommen und hat das Messgerät zerstört.

Die Trübung unterstützt die mit der Temperatur aufgestellten Thesen:

Bis ca. 13 Uhr liegt der Wert bei einem konstanten Wert. Mit den auflaufenden Wasser sinkt der Wert sichtbar und nimmt in Richtung Hochwasser weiter ab. Gegen 19 Uhr steigt der Wert plötzlich wieder stark an, was darauf hindeutet, dass das Wasser wieder weg ist. Die Werte danach können nicht weiter interpretiert werden. Vermutlich ist da Messgerät bei ablaufendem Wasser mit dem Sensor im Sand liegen geblieben und hat deswegen unbrauchbare Werte aufgezeichnet.

Das Fazit, welches wir hieraus ziehen können ist, dass der Messstandort etwa 6 h unter Wasser stand. Damit liegt er im Umkehrschluss auch etwa die gleiche Zeit lang trocken. Diesen Bedingungen müssen sich die Wattbewohner anpassen, schließlich sind sie alle Wassertiere, die ihre Nahrung teilweise aus dem Wasser ziehen und ohne deshalb nicht leben können. Außerdem müssen sie mit regelmäßigen und vor allem im Sommer großen Temperatursprüngen in sehr kurzer Zeit zurecht kommen. Die meisten Wattbewohner, wie z. B. die Muscheln graben sich während der trocken liegenden Zeit in den Wattboden ein und kommen, sobald das Wasser wieder zurück ist wieder aus. Aus diesem Grund haben wir bei der Wattkartierung neben der Oberfläche auch den Untergrund untersucht und die Oxidationsstärke bestimmt. Je stärker die Schicht des sauerstoffhaltigen Bodens nämlich ist, umso mehr Lebensraum steht den Wattbewohnern zur Verfügung und desto größer ist demzufolge auch der Artenbestand.

Tag 3 in Husum, Theodor-Storm Schule

Der dritte und letzte Projekttag fand an der Theodor-Storm Schule in Husum statt. Aufgrund der Tidenzeiten hatten wir heute einen etwas abgewandelten Zeitplan.

An diesem Tag haben wir mit dem senseBox-Workshop begonnen. Die Informatik-Vorerfahrung hat sich in dieser Klasse schnell bemerkbar gemacht. Bereits nach weniger Minuten blinkten die ersten LEDs und kurz danach waren auch schon die ersten Piepser angeschlossen. Außerdem konnten sich die Schüler das bereits reingeholte Messgerät anschauen und feststellen, dass die darin verwendeten Komponenten zum großen Teil auch in ihrem senseBox-Baukasten wieder zu finden sind.

Mit dem Bus ging es dann nach Schobüll ins Watt. Das dortige Schlickwatt war eine besondere Herausforderung, da man bis über die Knöchel einsinkt. Dennoch waren alle mit Spaß bei der Sache und führten die Wattkartierung auch unter diesen Bedingungen durch.

 

 

Nachmittags folgte dann die Auswertung der Ergebnisse. Der Fokus lag dieses Mal nicht nur auf der Erstellung von Diagrammen, sondern zusätzlich auch auf dem Vergleich der beiden Messstandorte. In Kleingruppen wurden in Excel die entsprechenden Diagramme erstellt und im Anschluss präsentiert und gemeinsam diskutiert.

 

 

Ergebnisse der Wattkartierung Messstandort Husum nah

Das Messgerät lag ca. 200 m vom Ufer entfernt. Der Wattboden war sehr glatt und wies keinerlei Rippelmarken auf. Vereinzelt wurden ein paar Kieselalgen gefunden ansonsten fanden sich keine Anzeichen von Tieren auf dem Wattboden. In den Proben konnten Wattschnecken (~10 pro Probe) gezählt werden, Muscheln waren noch seltener. Lediglich 1 Herzmuschel und 1-2 Seeigelwürmer wurden pro Gruppe gefunden. Die Populationsärme liegt daran, dass wir uns im Schlickwatt befanden. Der Boden ist durch die geringe Korngröße des Sandes so stark verdichtet, dass wenig Sauerstoff in den Boden gelangt, der für die Wattbewohner überlebenswichtig ist.  Die Stärke des Oxidationshorizontes beträgt im Schlickwatt daher oft nur wenige Millimeter. Da wir uns direkt neben einem Priel befanden, hatten wir hier immerhin eine Stärke von 2-4 cm.

Auswertung Husum

Die Auswertung für Husum verlief ähnlich wie für Husum. Da der Trübungssensor ausgefallen ist, konnten wir hierfür nur eine Temperaturkurve zeichnen und wieder die Hoch- und Niedrigwasserzeiten mit einbeziehen:

NW HW NW HW
Husum 14.05.2017 10:59 Uhr 16:57 Uhr 23:25 Uhr 05:16 Uhr

  

Das Messgerät (Husum strandfern)  wurde am 14.05.2017 um 12:48 Uhr ca. 2 h nach Niedrigwasser eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt lag der Messstandort noch trocken. Aus diesem Grund wurde zunächst wieder die Lufttemperatur gemessen. Gegen 14:30 Uhr kommt das Wasser und die Kurve fällt stark ab.  Gegen 19 Uhr verzeichnet die Kurve wieder einen Sprung nach oben. An dieser Stelle liegt das Messgerät durch das abgeflossene Wasser während der Ebbe wieder im trockenen. An welchem Zeitpunkt das Gerät genau trocken liegt ist aus der Temperaturkurve nicht eindeutig erkennbar. Da der Trübungssensor aber nicht funktioniert hat, müssen wir den Zeitpunkt in etwa abschätzen. Bei weiterführender genauerer Analyse könnte man mit der Bewegungsrichtung genauere Aussagen machen. Ab diesem Zeitpunkt wird nun wieder die Lufttemperatur gemessen. Diese sinkt mit der hereinbrechenden Nacht wieder stetig ab. Gegen 3:15 Uhr nachts ist das Wasser wieder zurückgekommen und hat das Messgerät kurz danach zerstört.

Demnach lag in Husum eine Wasserbedeckungszeit von ca. 4 1/2 h vor. Diese ist damit deutlich kürzer als in Husum und schafft den Wattbewohnern schlechte Lebensbedingungen, da sie die meiste Zeit nicht im Wasser liegen. Aus diesem Grund und durch das Schlickwatt leben hier deutlich weniger Tiere als im Sandwatt in Büsum.

Fazit

Insgesamt verlief die Projektwoche sehr erfolgreich. Schüler und Lehrer waren durchgehend begeistert von der Projektidee und gaben uns fast ausschließlich ein positives Feedback. Auch von unserer Seite aus verliefen die Projekttage sehr gut. Das Ziel, die Schüler an wissenschaftliches Arbeiten heranzuführen haben wir erreicht. Zudem wurden die Schüler mit dem Lebensraum Watt vertraut gemacht. Obwohl sie direkt am Meer wohnen, waren die Schüler noch nie mit der Schule im Watt und viele gehen auch privat nicht hinein. Somit konnten wir einige Schüler auf eine etwas andere Weise an diesen Lebensraum vor ihrer Haustür heranführen und dafür neue Faszinationen wecken.

Die Messgeräte haben leider nicht so durchgehalten, wie wir es uns vorher gewünscht hätten. Dennoch sind wir mit den zwei Messreihen, die wir erhalten haben sehr zufrieden. Aus diesen kann man bereits sehr viele Informationen und Zusammenhänge ableiten.

Ausblick

Wie geht es nun weiter?

  1. Das Messgerät: Zunächst muss das Messgerät zuverlässiger einsetzbar sein. Es muss ein wasserdichtes Gehäuse entwickelt werden, das dem Wasserdruck standhält. Zudem müssen die noch nicht funktionierenden Sensoren überarbeitet und es können weitere hinzugefügt werden. Diese und andere Themen in Bezug auf das Messgerät könnten z. B. Studierende im Rahmen von Abschlussarbeiten an der Uni bearbeiten. Unsere Vision ist es, dass das Messgerät irgendwann so konzipiert ist, dass Lehrer dieses im Unterricht mit ihren Schülern eigenständig zusammenbauen, programmieren und ausbringen können.
  2. Die Projekttage: Auch die Nationalparkverwaltung wünscht sich eine Weiterentwicklung des Messgerätes und möchte weiterhin mit uns kooperieren. Projekttage in dieser Art sollen sich im Schulalltag etablieren und mit einem geeigneten Messgerät regelmäßig stattfinden. Geleitet und organisiert werden sollen die Projekttage dann aber von den Lehrern in Zusammenarbeit mit der Nationalparkverwaltung, die mit Material und Know-How unterstützen kann.