Sand Dune Systems in Iran - Distribution and Activity.

Winderosion sowie aktive Sanddünen sind charakteristische Phänomene und Begleiterscheinungen der Landdegradation. Sie sind im Iran weit verbreitet. Die Kenntnisstanddefizite über Sanddünenbewegungen im Iran und über Winderosion sowie äolischen Transport im Gebiet der Sistan Plains (Ost-Iran) sind insbesondere in der englischsprachigen Literatur beträchtlich. Kenntnisse über aktive Dünenbewegung und das Monitoring von äolischen Transportprozessen sind aber eine Voraussetzung für Strategien zur Schadensvermeidung. Winderosion ist eines der bedeutendsten Probleme der Sistan Region im Osten vom Iran an der Grenze zu Afghanistan. Die Dissertation verfolgt zwei Hauptziele: 1) Bewertung der Sanddünenaktivität auf der nationalen Ebene des Iran; 2) Analyse des Windregimes sowie der raum-zeitlichen Muster der Winderosion in der Sistan Region. Bezüglich des ersten Ziels wurde die räumliche Variabilität des Windenergieumfeldes mittels der Methode von Fryberger & Dean (1979) ermittelt, basierend auf dem Sanddrift-Potential (DP), sowie Daten von 204 meteorologischen Stationen in den Wüsten des Irans und in deren Umfeld. Zur Bewertung der Sanddünenaktivität im Iran wurden drei weit verbreitete Dünen-Modelle genutzt: der Lancaster Mobilitäts-Index (1988), der Tsoar Mobilitäts-Index (2005) sowie ein von Yizhaq et al. (2009) vorgestellter Index. Die Anwendung und Auswertung der Index-Ermittlungen hat gezeigt, dass die Dünengebiete des Iran große Unterschiede bezüglich der Mobilität aufweisen. Durch alle drei Modelle konnte nachgewiesen werden, dass das Gebiet Sistan Plain, die gesamte Wüste Lut sowie die Zirkuh Qaien und Deyhook Regionen vollständig aktive Dünen aufweisen, während die Rig Boland, Booshroyeh dnd die Neyshabor Dünenfelder im nördlichen Iran als stabilisierte Dünen gekennzeichnet werden konnten. Für andere Dünenfelder konnte eine wenig einheitliche Zuordnung zu den Dünenaktivitätsklassen ermittelt werden. Während die Einstufung mit dem Lancaster Mobilitäts- Index und mit dem Yizhag Mobilitäts-Index eher ähnliche Ergebnisse ergab, wichen die Ergebnisse, die mit dem Tsoar Mobilitäts-Index ermittelt worden, davon ab. Insgesamt konnten mit diesen Modellen vergleichbare Ergebnisse erzielt werden; in einigen Fällen wurden aber auch voneinander abweichende Resultate ermittelt. Die Ursachen dafür liegen in den verwendeten Parametern und deren Einfluss auf die Modellberechnungen zu Grunde. Heterogene Modell-Ergebnisse wurden berechnet, wenn der Wind nur geringe Zeit andauerte, aber mit hoher Energie blies, wie z.B. im Norden der Dasht-e Kavir Wüste (Damagan, Foromad) und an einigen Stationen (Sedeh Birjand) im Einflussbereich des sog. 120-Tage-Winds. Im Rahmen zahlreicher Geländeaufenthalte konnten Dünen in diesen Gebieten als aktiv gekennzeichnet werden, während sie mittels des Lancaster-Indices (LMI) als nicht aktiv bzw. semi-aktiv hätten eingestuft werden müssen, aufgrund von einem geringen oder nur moderaten Anteil von Windereignissen über dem Transportgrenzwert. Zugleich wurden für diese Gebiete hohe Driftpotentiale ermittelt, und mit dem Tsoar Mobilitäts-Index (TMI) wurden diese Dünengebiete als aktiv eingestuft, während die Einstufung mit dem Yizhag-Modell (YMI) aktive und semi-aktive Dünen ergab. Trotz hoher Windenergie war der Anteil der Winde, die den Grenzwert (W%) von 12 Knoten oder 6,2 m/sec überschreiten, relativ gering, da Hochgeschwindigkeitswinde nur in der warmen Jahreszeit vorkommen; denn das übrige Jahr herrscht dort Kalmwetter vor. Die Windenergieparameter sind von Modell zu Modell (LMI) (W%), TMI und YMI (DP) unterschiedlich. Das Driftpotential (DP) reflektiert die Quantität (Häufigkeit) und Qualität (Intensität) der Windenergie, während W% nur die Quantität (Windhäufigkeit über den Transportgrenzwert) beschreibt. Wenn DP im LMI anstelle von W% benutzt wird, lassen sich damit wahrscheinlich noch bessere Ergebnisse erzielen. Durch Statistische Analysen (Korrelationskoeffizienten) zwischen den DP-Werten und dem Prozentanteil von Windereignissen über dem Transportgrenzwert konnte für die meteorologischen Stationen des Untersuchungsgebietes eine moderate Beziehung nachgewiesen werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde zunächst W% durch das DP (vu) ersetzt und als Windenergieparameter im Lancaster Mobilitäts-Index (1988) genutzt sowie anschließend ein Modifizierter Lancaster Index (MLI) entwickelt. Basierend auf diesen Modellergebnissen und Feldbeobachtungen konnte ein Modifizierter Lancaster Mobilitäts-Index zur Anwendung kommen. Dadurch war es möglich, ein eher realistisches Ergebnis der räumlichen Differenzierung der Sanddünenaktivität für die Wüsten des Irans aufzuzeigen. Mit Bezug auf das zweite Ziel wurden die Windregime, die Dünenbildung und die Transportraten für die Gebiete Sistan und Registan ermittelt. Sowohl das Sistan Gebiet im Ost-Iran als auch das Registan Gebiet in SW Afghanistan werden sehr stark durch den Sadobist Roozeh Wind (120-Tage- Wind) beeinflusst. Dieser bläst zunächst entlang der Iranisch-Afghanischen Grenze von Nord nach Süd, dann wechselt er die Windrichtung nach SW in das Sistan Gebiet, um schließlich nach Osten, nach SW-Afghanistan, umzubiegen, wo er die Registan Dünenfelder speist. Dieser Wind weht während der warmen Jahreszeit aufgrund eines Druckgradienten zwischen dem Turkmenistan- Hoch und dem Pakistan-Tief. Um die Windregime und den Sandtransport bestimmen zu können, wurden basierend auf langjährigen Datenreihen von 16 meteorologischen Stationen Windrosen erstellt, DP, die Resultant Drift Direction (RDD), das Resultant Drift Potential (RDP) und das RDP/DP Verhältnis unter Nutzung der Fryberger & Dean's (1979) Methode errechnet. Die Verbreitung des Registan Sanddünenfeldes wurde mittels Landsat ETM Daten, Google Earth Szenen und Geländeaufnahmen (Letztere nur im Iranischen Teil) erkundet. Angaben über die räumliche Differenzierung des Driftpotentials konnten unter Nutzung von GIS und geostatistischen Methoden durch Datenüberlagerung auf der Sanddünenkarte erarbeitet werden. Die Resultate zeigen, dass DP sich von Nord nach Süd entlang der Grenze zwischen dem Iran und Afghanistan vergrößert und seine höchsten Werte in der Sistan Region erreicht; danach nimmt es bis zum Registan Sanddünenfeld sukzessive ab. Die höchsten Windenergiewerte wurden, basierend auf Driftpotentialen, exakt dort bestimmt, wo die ephemeren Seen im nördlichen Teil der Sistan Plain vorkommen, welche dort als Quellgebiete intensiver Staub und Sandstürme während der trockenen Jahreszeit fungieren. Die jährlich ermittelten Driftpotentiale im Sistan Gebiet erreichen die höchsten Werte (2516 vector units) in Binnenland-Wüstengebieten, weshalb es gerechtfertigt ist, dieses Gebiet als die windigste Wüste der Erde zu bezeichnen. Die zeitliche Entwicklung des Driftpotentials zeigt einen Anstieg zwischen 1999 und 2007, gefolgt durch eine Reduzierung bis 2015 im Sistan Gebiet. Die Ergebnisse zeigen auch, dass das Windregime im Sistan- und im Registan Gebiet eine unimodale Verteilung während der Periode des 120-Tage-Winds (Sadobist Roozeh) aufweist, was auch durch die Dominanz von Transversal-, Barchanoiden- und Barchan Dünen in beiden Gebieten erklärt werden kann . Im Zusammenhang mit dem zweiten Ziel erfolgte auch die Messung der Sediment- transportraten im Bereich des Hamoun-e Baringak Sees, einem der sechs ephemeren Seen, die enorme Mengen an äolischen Sedimenten für den atmogenen Transport in der Sistan Region bereit stellen. Die Erdoberflächensensitivität gegenüber Abwehungen wurde mittels 74 Erosionsmessstäben ermittelt, die stichprobenartig in den Seebodensedimenten des Baringak Lake eingebettet wurden. Die äolischen Transportraten wurden einzeln während drei Sturmereignissen 2013, sowie auch für die gesamte Untersuchungsperiode bestimmt. Die räumlichen und zeitlichen Unterschiede des äolischen Transports wurden mittels GIS und geostatistischen Methoden sowohl für jedes einzelne Event als auch für die gesamte Untersuchungsdauer von 103 Tagen fixiert. Die daraus resultierenden Variogramme zeigen eine hohe räumliche Abhängigkeit der unterschiedlichen Ereignisse. Zugleich konnte damit nachgewiesen werden, dass die genutzten geostatistischen Techniken ein geeignetes Werkzeug für die kartographische Fixierung des äolischen Sedimenttransports sind. Die durchschnittliche Transportrate als Ausdruck der ermittelten Drifthöhe über dem trockenen Seeboden betrug 1,93 cm oder 31 kg/m2 zwischen dem 5. August und dem 17. November 2013.