Forschende wollen Sandaufspülungen optimieren

Sand ist einer der wichtigsten Rohstoffe. Weltweit werden jährlich 15 Milliarden Tonnen aus der Natur abgebaut. Auch im Küstenschutz wird viel Sand benötigt, um Strände und Dünen zu erhalten. Ein vom BMBF gefördertes Projekt analysiert die Maßnahmen.

Der Sand wird aus dem Meer an Land gespült und dort mit Planierraupen verteilt.
Der Sand wird aus dem Meer an Land gespült und dort mit Planierraupen verteilt. © R. Gieschen

Sylt braucht jedes Jahr eine Generalüberholung. Vor allem während der Zeit der Winterstürme wirken die Naturgewalten an der Westküste der größten Nordseeinsel. Die Brandung spült jährlich rund eine Million Kubikmeter Sand ins Meer, die Küstenlinie verschiebt sich um bis zu vier Meter. Nur mit großem technischem Aufwand können die Folgen dieser Erosion behoben werden.

Ein seit Jahrzehnten bewährtes Konzept sind Sandaufspülungen. Dazu werden spezielle Spülschiffe angefordert, die ein Sand-Wasser-Gemisch mehrere Kilometer vor der Küste aus 15 bis 30 Metern Meerestiefe an Bord saugen und über Spülleitungen an den Strand pumpen. Dort wird der Sand mit Planierraupen verteilt.

50 Millionen Kubikmeter Sand für Sylt

Eine andere Variante: Der Sand wird im Wasser vor dem Strand von einem Schiff verteilt, wodurch Sandbänke gestärkt werden und den Wellen die Wucht genommen wird. Die jährlichen Kosten belaufen sich auf bis zu zehn Millionen Euro. Seit 1972 wurden nach Angaben der Küstenschutzbehörde auf Sylt rund 50 Millionen Kubikmeter Sand aufgespült. Es ist ein ewiges Tauziehen zwischen Meer und Mensch.

Doch die Umweltfolgen dieses großflächigen Sandabbaus unter anderen im Sandentnahmegebiet Westerland, rund acht Kilometer westlich vor Sylt, sind bislang kaum untersucht worden. Zwar haben sich Aufspülungen als Küstenschutzmaßnahme bewährt, allerdings fehlen bislang Strategien, um diese Maßnahmen nachhaltig und noch effektiver zu gestalten.

Untersuchungen in den Abbaugebieten

Hier setzte das vom Bundesforschungsministerium geförderte Verbundprojekt STENCIL an, an dem Ingenieure, Geologen, Biologen und Toxikologen verschiedener wissenschaftlicher Einrichtungen beteiligt waren. Im Fokus der Forscher stand nicht nur eine umfassende Analyse der aktuellen Abbau- und Aufspülungsgebiete, sondern auch eine Bewertung der Folgen für die Ökosysteme.

„Wir haben uns die Frage gestellt, wie nachhaltig diese Maßnahmen tatsächlich sind, wenn die Aufspülungen im großem Umfang jährlich wiederholt werden müssen und dafür möglicherweise Habitate zerstört werden“, sagt Projektleiter Stefan Schimmels. Er ist Betriebsleiter am Forschungszentrum Küste, einer Einrichtung der Universitäten in Hannover und Braunschweig.  

Erste Ergebnisse des kürzlich abgeschlossenen Forschungsvorhabens sind bereits veröffentlicht worden. Grundsätzlich führe an der Praxis der Sandaufspülungen kein Weg vorbei, lautet das Fazit der Forscher, da sie flexibel einsetzbar seien – im Gegensatz zu starren Schutzbauten wie Buhnen oder Strandmauern. Doch auch die Nachteile müssten stärker berücksichtigt werden.

Krater im Meeresboden

So haben die Untersuchungen ergeben, dass sich das Meer weit weniger von den massiven Eingriffen erholt als bislang angenommen wurde. „In den Abbaugebieten vor Sylt sind auch nach Jahrzehnten noch riesige Krater sichtbar“, berichtet Schimmels. Die ehemals steilen Grubenränder rutschen in die Krater und feines Sediment setzt sich am Grund der Gruben ab.

Zu ähnlichen Ergebnissen sind Geologen der Universität Kiel gelangt: Sie stellten auch in anderen Sandabbaugebieten weltweit fest, dass sich die Meere nur langsam regenerieren. Zudem sind die natürlichen Sandkreisläufe ohnehin gestört. Experten schätzen, dass 50 Prozent des von Flüssen geführten Sandnachschubs durch Staudämme und Begradigungen nicht mehr das Meer erreichen.    

Um die Umweltverträglichkeit der Sandentnahmen zu verbessern, wurde im Rahmen von STENCIL ein neues Verfahren entwickelt, mit dem gemessen werden kann, wie Muscheln oder Fische auf diese Eingriffe reagieren. „Wenn aufgewirbeltes oder sich ablagerndes Sediment schädlich für bestimmte Lebewesen ist, dann sollten die Maßnahmen anders konzipiert werden“, fordert Schimmels.

Konkrete Lösungsvorschläge hierzu gibt es noch nicht, da es an langfristigen Beobachtungen und Studien fehlt, um die tatsächlichen Auswirkungen für die Ökosysteme beurteilen zu können. Die Forscher haben jedoch eine umfassende  SWAT-Analyse veröffentlicht, um Stärken, Schwächen, Chancen und Risiken solcher Maßnahmen darzustellen. Diese Analyse könnte künftig als Entscheidungshilfe für die Behörden dienen.

Weltweit steigt Nachfrage nach Sand

Die weitere und langfristige Überprüfung der Auswirkungen des Sandabbaus ist aus Sicht von Schimmels daher zwingend notwendig, zumal auch die Abbaumengen mariner Sandvorkommen weiter zunehmen - allein schon zum Erhalt der Strände und Dünen hierzulande. Ein Beispiel: Zwei Drittel der Außenküsten in Mecklenburg-Vorpommern werden als Rückgangsgebiete eingestuft.

Sandengpässe seien hierzulande zwar vorerst nicht zu erwarten, zumal strenge Gesetze den Abbau in der Nord- und Ostsee reglementieren, sagt Schimmels. „Allerdings hat im weltweiten Maßstab schon eine Sandkrise eingesetzt, da andere Länder nicht über diese Ressourcen verfügen. Die Auswirkungen des Klimawandels, die steigenden Meeresspiegel, werden diese Nachfrage weiter nach oben treiben.“

Das Projekt

STENCIL ist eines von zwölf Projekten im Programm „Küstenforschung in Nord- und Ostsee“ und wurde vom Bundesforschungsministerium im Rahmenprogramm Forschung für Nachhaltig Entwicklung (FONA3) gefördert. Das Vorhaben unter Leitung des Forschungszentrums Küste lief über einen Zeitraum von drei Jahren und endete im Oktober 2019. Beteiligt waren die Leibniz Universität Hannover, die Technische Universität Braunschweig, die RWTH Aachen University sowie das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung.