Das Flusslabor

Wenn du lange genug in einen Fluss schaust, schaut der Fluss auch in dich hinein. So, frei nach Nietzsche, wirkt es, wenn man Alexander Sukhodolov bei seiner Arbeit am Tagliamento beobachtet. Mit langsamen, fließenden Bewegungen richtet er den Versuchsaufbau ein, jeden Morgen neu, jeden Morgen gleich. Rollt mit gewandten Handgriffen Kabel aus, installiert diffizile Messgeräte. Dann beginnt er mit der Beobachtung seines sich immerfort verändernden Forschungsobjektes.

Seit 13 Jahren verbringt Sukhodolov jeden Sommer am Tagliamento, diesem wilden Fluss, der die Region Friaul ganz im Nordosten Italiens in der Mitte teilt. Wenn er den Rest des Jahres in Berlin am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) forscht, geben die Stadt und der Wissenschaftsbetrieb dem Ökohdydrologen den Takt vor. Hier bestimmt der Fluss, einer der letzten frei fließenden der Zentralalpen, Sukhodolovs Tempo: sein Wasserstand, die Sonnenstunden, der Sediment-Eintrag, der Regen.

Die Arbeit am Tagliamento bedarf Geduld, sagt Sukhodolov, der Fluss teile seine Geheimnisse nicht bereitwillig. Aber die Antworten, die in ihm stecken – darauf, wie wir angesichts der Klimakrise Fischsterben verhindern, mit zunehmenden Fluten und Dürren umgehen können, und vielleicht sogar die Lösung eines der großen Rätsel der Mathematik – seien es wert, sich dem Tempo des Flusses zu beugen

Um ihnen nachzugehen, hat Alexander Sukhodolov an einem Seitenarm des Alpenflusses ein etwas anderes Labor eingerichtet, gemeinsam mit Oleksandra Shumilova, die wie er am Berliner IGB forscht und mit der er verheiratet ist. »River Lab« haben sie die Forschungsstation genannt, die auf einer kleinen Aue im Flussbett liegt und für Spazierengeher kaum als solche zu erkennen ist: Ein Unterstand am Ufer des Flusses, ein Steg, der zu einem in der Mitte des Flusses stehenden Häuschen führt. Und im Wasser: Ein mit Holz und Steinen gebauter Strömungskanal, in dem die Versuche stattfinden. Hier verbinden die IGB-Forscher klassische Feld- und Laborforschung miteinander.

Sukhodolov sitzt im Stelzen-Häuschen und schaut aufs unter ihm dahinfließende Wasser. Es ist so klar, dass man versucht ist, die unzähligen bunten Kiesel am Grund zu zählen. Zu klar, sagt Sukhodolov etwas missmutig und nimmt sich einen Spaten. Dann steigt er über einen Steg von seinem Häuschen ins wadentiefe Wasser und watet langsam flussaufwärts. Ohne Partikel, ruft er über die Schulter, während er sich von der Messstation entfernt, können seine Geräte nichts erfassen. Weiter oben wühlt Sukhodolov das Flussbett auf, bis feines Sediment das allzu klare Wasser trübt. Zufrieden nickt er Oleksandra Shumilova zu: Die Messungen für diesen Tag können endlich beginnen.

So ein Fluss ist eine einfache Sache, könnte man meinen: Oben die Quelle, in der Mitte tiefes, am Ufer flaches Wasser, am Ende die Mündung. Was kann man da schon falsch machen? Doch leider ist die Lage komplizierter: Laut einem Bericht der EU-Kommission sind die Oberflächengewässerkörper in Deutschland in katastrophaler Verfassung. Mehr als ein Drittel der Seen und Flüsse gelten aufgrund von Verschmutzung und übermäßiger Wasserentnahme als chemisch belastet, allerorts werden sie umgeleitet, aufgestaut, begradigt, verrohrt. Oder direkt als Abfluss genutzt. Wie lange können die so veränderten Gewässer dem Dauerdruck standhalten und ihre Funktion als Ökosysteme, Erholungsraum und Wirtschaftsfaktor erfüllen?

Der Tagliamento ist eine große Ausnahme. Wie nur wenige andere Flüsse in Europa, ist er kaum vom Menschen verändert worden. Er entspringt in den Karnischen Alpen, dicht an der Grenze von Italien, Österreich und Slowenien, im Verlauf seiner 170 Kilometer wächst er vom schmalen Bächlein zu einem kraftvollen Fluss heran und mündet schließlich in der Adria. Auf diesem Weg wird er kaum von Dämmen, Begradigungen oder Kanälen beschränkt. Nur an einer Handvoll Stellen hat der Mensch in den 150 Quadratkilometer umfassenden Auenkorridor des Flusses eingegriffen.

Wer am Ufer des Tagliamento steht, begreift mit einem Blick, wie einzigartig er ist: In einem ausufernd breiten Kiesbett wechseln sich Seitenarme mit baumbewachsenen Auen, Sandbänken und kleinen Inseln ab. »Verflochten« nennt man diese Art Fluss, weil sich die verschiedenen Stränge des Ökosystems Schlinge um Schlinge um sich selbst winden – wie bei einem Zopf. Und nach jeder Winterflut erneuert sich das komplexe System, das Spiel aus Wasser, Inseln und Auen, von selbst.

Flüsse, sagt Sukhodolov, prägten uns alle mehr, als das den meisten bewusst sei. Die Mehrheit der Menschen lebt an Flussufern. Sie denken, dass sie es sind, die die Flüsse formen. Aber eigentlichen formen die Flüsse uns und unsere Zivilisationen.

Der heute 62-jährige Sukhodolov war schon als Kind von Flüssen fasziniert. In Russland wächst er in der Nähe der Laba auf, die im Kaukasus entspringt und sich auf ihrem Weg ins Schwarze Meer mit größeren Strömen vereint. Mit sieben beginnt Sukhodolov mit dem Kayakfahren. Wenn er heute, 55 Jahre später, von seinen Flussabenteuern berichtet, die ihn auf unzähligen Touren durch eisige Bergflüsse in Italien, menschenfressende Ströme in Sambia oder einsame Wildnis in Kanada geführt haben, wird klar: Dieser Mann liebt Flüsse wirklich. Nur folgerichtig dass er in Odessa Hydrologie studierte, in den USA, Norwegen und Großbritannien forschte und schließlich neue Standards in der Hydrodynamik etabliert hat. Heute gilt er weltweit als Experte für das Zusammenfließen von Flüssen.

Beim Kayakfahren lernt man zu denken wie ein Fisch, sagt Sukhodolov. Wie bewege ich mich am besten durch Stromschnellen, wo finde ich Schutz, wie kann ich Turbulenzen verstehen und nutzen? Er schaut auf den ruhig dahinfließenden Tagliamento. Wild sieht das Wasser hier am Seitenarm für den ungeübten Beobachter nicht aus. Gemächlich zieht der klare Strom über den Grund der bunten Kiesel. Der Fluss-Kenner Sukhodolov aber sieht etwas anderes. Er zeigt auf stromabwärts tanzende, kreisförmige Schatten im Flussbett: Silhouetten der handgroßen Strudel, die den Versuchsaufbau des River-Labs durchfließen und das Wasser auf seinem Weg über das Kiesbett verwirbeln. Im Kayak auf einem wilden Fluss muss man diese Muster schnell erfassen und intuitiv auf sie reagieren. In unserer Forschung untersuchen wir sie mit ausdauernden Messungen und mit den Mitteln der Mathematik.

Seit 1995 arbeitet Sukhodolov am IGB, direkt am Berliner Müggelsee, was es ihm auch abseits der Feldforschung in Norditalien ermöglicht, nahe am Wasser zu leben. Jeden zweiten Morgen macht er vor der Arbeit eine zwölf Kilometer lange Kayaktour. Das hilft, das Fisch-Denken zu trainieren.

Aus der Verbindung zum Wasser ist auch seine Idee für das »River Lab« entstanden: ein Ort, der es ihm und anderen Wissenschaftlern ermöglicht, die komplexen Prozesse zu beobachten und zu verstehen, die in einem frei fließenden Fluss ablaufen. Und daraus abzuleiten: Wie lassen Flüsse sich effektiv schützen? Und wie können wir sie nachhaltig bewirtschaften, ohne das Ökosystem zu zerstören? Denn auch, da manchen die Besiedelung des Mars zum Greifen nahe erscheint, verstehen wir ganz grundlegende Dinge über unser irdisches Ökosystem nicht. Zum Beispiel, wie Flüsse sich mischen und welche Rolle Turbulenzen dabei spielen.

Dafür sind Sukodolov und Shumilova auch in diesem August an den Tagliamento zurückgekehrt. Seit acht Jahren forschen sie gemeinsam hier am Fluss. Die beiden haben sich bei ihrer Arbeit am IGB kennengelernt, seit 2023 sind sie verheiratet. Ihre Tochter Alesya hat jeden ihrer fünf Geburtstage am Tagliamento gefeiert. Während die Eltern in Badesandalen und kurzen Hosen durch den Alpenfluss waten, sich in stillem Einvernehmen die Geräte reichen, mit routinierten Handgriffen den Versuchsaufbau einrichten und die Messungen überprüfen, spielt das Kind versunken mit Kieseln am Ufer.

Doch während dieses Bild – eine Forscher-Familie an einem sanft dahinfließenden Fluss – eine große Ruhe ausstrahlt, ist Sukhodolovs und Shumilovas wissenschaftliches Interesse doch auf das genaue Gegenteil gerichtet: Turbulenzen. Die kennt wahrscheinlich jeder, der schon mal länger einen Fluss beobachtet hat oder mit dem Flugzeug geflogen ist. Es sind chaotische Strömungen in Flüssigkeiten und Gasen, die Verwirbelungen bilden können. Bisher können sie nicht exakt beschrieben werden, weil die mathematischen Modelle mit Vereinfachungen arbeiten, worunter die Vorhersagefähigkeit leidet. Dass wir nicht genau wissen, welche Richtung verwirbeltes Wasser oder verwirbelte Luft als nächstes einschlagen, gilt als eines der großen ungelösten mathematischen Probleme, die das amerikanische Clay Mathematics Institute zu den »Millenium-Problemen« auserkoren hat. Und es ist die Frage, der sich Alexander Sukhodolov am wilden Tagliamento gemeinsam mit Oleksandra Shumilova widmet.

Unsere Messungen haben von Beginn an sehr viel weniger Turbulenzen gezeigt, als die Standard-Theorie es vorhersagt, sagt Sukhodolov. Mit den im »River Lab« gesammelten Daten und Erkenntnissen entwickelten Shumilova und Sukhodolov eine völlig neue Theorie der Mischdynamik an Flüssen, die sie 2022 im Fachmagazin »Nature Geoscience« veröffentlichten. Sie berücksichtigen darin auch bisher vernachlässigte Aspekte wie seitlich fließende Strömungen, die Form und Gestalt des Flussbetts, den Zusammenflusswinkel von Flussarmen und auch den Einfluss von Turbulenzen. Ihre Theorie könnte so erklären helfen, warum manche Flüsse sich schon nach wenigen Metern miteinander vermischen, andere aber erst nach vielen Kilometern.

Das Millenium-Problem lösen sie damit nicht. Aber ihre Arbeit trägt dazu bei, dass es irgendwann gelöst werden könnte. Immer weiter wollen sie die Lücke zwischen den theoretischen mathematischen Gleichungen und den realen turbulenten Strömungen im Fluss schließen.

Was die beiden tun – ihre Sommer Jahr für Jahr mit Messungen an wilden Flüssen zu verbringen –, ist in der Wissenschaft die große Ausnahme: Man kann Flüsse nicht einfach nur im Büro studieren, ist Oleksandra Shumilova überzeugt. All die Vereinfachungen in Laborversuchen oder Computermodellen werden ihrer komplexen Realität nicht gerecht. Während sie das sagt, steht sie im knöcheltiefen Wasser des Alpenflusses. Die Beine der 34-Jährigen sind von der Arbeit im River Lab braungebrannt, die Kälte des Tagliamento – der sich wie ein gutes Kneipp-Becken auch im Sommer nicht auf mehr als 10 Grad erwärmt – nimmt sie schon lange nicht mehr wahr. Sie lächelt, als sei allein die Frage danach komisch.

Zu Beginn jeden Sommers müssen sie den Versuchsaufbau, durch den Shumilova gerade watet, von Neuem aufbauen, weil sich der heute so sanft plätschernde Tagliamento im Winter in einen tosenden Strom verwandelt, der jedes Bauwerk, das ihm im Wege steht, mitreißen würde. Das »River Lab« und seine Forschung müssen sich diesem Zyklus anpassen. Jedes Mal, wenn wir zurückkommen, ist die Aue verändert, sagt Shumilova.

Sie zeigt auf den Aufbau im Wasser, »das Modell«, wie die Forscher es nennen: ein 60 Meter langer und sieben Meter breiter Strömungskanal, begrenzt von mit Kies gefüllten Holzkästen. Am oberen Teil der Rinne, wo das Wasser hineinfließt, haben wir eine 16 Meter lange Flusskreuzung nachgebaut. Dort können wir verschiedene Parameter verändern, etwa wie viel Wasser einströmt oder in welchem Winkel die Flussarme aufeinandertreffen, erklärt Shumilova. Die Messungen der Wassergeschwindigkeit im hinteren Teil des Modells erfassen sie mit Doppler-Velocimetern. Diese Geräte helfen ihnen, die Dynamik im Fluss besser zu verstehen und so ihre Theorie der Mischdynamik weiterzuentwickeln.

Insgesamt eineinhalb Jahre ihres Lebens hat sie forschend an dieser Flussaue verbracht, sagt Shumilova. Die gewonnenen Erkenntnisse seien es wert gewesen. Es braucht Zeit, um die Muster im natürlichen System zu erkennen. Und noch mehr Zeit, sie von Momentaufnahmen unterscheiden zu können. Weil sie sich für derartige unentdeckte Zusammenhänge in der Natur interessiert, studierte Shumilova Flusswissenschaften. Wie bei Sukhodolov ist da aber auch bei ihr eine persönliche Verbindung: Aufgewachsen ist sie in Mykolaiv, jener ukrainischen Stadt, die zwischen zwei großen Flüssen liegt und deren Einwohner heute dennoch unter Wasserknappheit leiden.

Die Pipeline, die meine Stadt früher mit Trinkwasser aus dem Fluss Dniper versorgt hat, wurde 2022 im Krieg zerstört. Weil das Wasser aus der Leitung in den vergangenen drei Jahren genau so ungenießbar war wie das aus dem nahen Fluss, mussten die Menschen der Stadt sich jeden dritten Tag bei einer zentralen Ausgabestelle anstellen, um Trinkwasser zu erhalten. Auch Shumilovas Eltern. Die Pipeline wurde mittlerweile repariert, auf trinkbares Wasser warten die Menschen in Mykolaiv aber weiterhin.

Das hat meine Sicht darauf geprägt, wie abhängig wir von intakten Flusssystemen sind, sagt sie und schaut auf das an ihren Beinen vorbei strömende Wasser. Es ist wichtig, Flüsse besser zu verstehen und diese Einsichten zu ihrem Schutz zu nutzen – und zu unserem. Wenn der Tagliamento sie auch persönlich etwas gelehrt habe, sagt die Forscherin, dann, dass das Leben so dynamisch wie ein Fluss ist. Er erfährt extreme Ereignisse wie Fluten oder Dürren, aber das System könne sich danach wieder erholen. Auch wir Menschen hätten die Fähigkeit, glaubt sie, nach Krieg, Tod, Krankheit wieder aufzustehen, uns anzupassen, weiterzumachen. Wie das geht, lerne ich vom Tagliamento.

Hier zeigt sich, wie sehr sich schon kleinste Veränderungen im natürlichen System auswirken können. Und das ist weit über die Ufer diese Alpenflusses hinaus relevant: Im August 2022 wurden nur etwas mehr als eine Autostunde vom Leibniz Institut am Müggelsee entfernt 360 Tonnen tote Fische aus der Oder geborgen. Hinter dem Massensterben steckten wahrscheinlich salzhaltige Industrieabwässer, die in das bereits durch Hitze und Dürre gestresste Ökosystem geleitet wurden. In der Folge vermehrte sich die Brackwasseralge Prymnesium parvum unkontrolliert – und setzte ein für die Fische tödliches Gift frei.

Rund 1.000 Kilometer weiter südlich untersuchen Sukhodolov und Shumilova am Tagliamento, welche Faktoren zu der Tragödie beigetragen haben. Zum Beispiel der Bewuchs mit Wasserpflanzen in den künstlich angelegten Uferbuchten, den Buhnen, und im Strömungskanal. In einem Experiment gehen Sukhodolov und Shumilova der Frage nach, wie dieser Umstand sich auf die Vermischung von Schadstoffen und damit auf das Fischsterben ausgewirkt haben könnte – und was man daraus für die Zukunft lernen kann. In früheren Experimenten am Tagliamento hatte ein Gruppe unter Leitung von Sukhodolov bereits den Einfluss der Vegetation auf die turbulente Strömungsstruktur untersucht. Jetzt, im Sommer 2025, wollen sie genauer erforschen; wie das Vorhandensein von Wasserpflanzen sich dort, wo zwei Flussarme zusammenfließen, auf die Vermischung von Schadstoffen auswirkt.

Dafür stellen die beiden Wasserpflanzen aus Plastik an den Scheitelpunkt der zwei künstlich aufgebauten Flussarme und messen anschließend, wie sie die Strömung beeinflussen. Schon wenige Wasserpflanzen können die ganze Dynamik verändern, sagt Sukhodolov, das zeigten ihre ersten Experimente am Tagliamento. Ihre These: Vermutlich trägt der Pflanzenbewuchs dazu bei, dass das Wasser weniger schnell fließt, die Tiefe des Flusses zunimmt und sich somit die auch als Dispersion bezeichnete Zerstreuung verstärkt – im Zusammenspiel könnten diese Faktoren dafür sorgen, dass sich Schadstoffe wie die der toxischen Brackwasseralge langsamer ausbreiten.

Die beiden Forscher hoffen, dass sich Katastrophen wie diese mit Hilfe ihrer Erkenntnisse in Zukunft verhindern lassen. Nicht nur an der Oder, sondern auch an anderen Flüssen, die im Zuge der Klimakrise mit veränderten Gegebenheiten konfrontiert sind.

Denn das sei die besondere Qualität des Tagliamento, vielleicht sogar seine Essenz: Veränderung. Als ich angefangen habe, hier zu forschen, war die Aue, auf der wir jetzt stehen, nur ein Kieshaufen, sagt Shumilova und zeigt auf den jungen Wald, hinter sich: Weiden, Erlen, Pappeln und Birken schwanken im sanften Wind. Eine Libelle fliegt eilig vorbei. Es gibt Muster in der Art, wie sich der Fluss nach den Fluten im Winter neu organisiert, sagt Shumilova. Und diese Muster könnten für eine Welt, in der Flüsse immer häufiger zeitweise austrocknen, wichtig werden. Schon heute betrifft das mehr als die Hälfte aller Flüsse weltweit. Und es könnten in der Klimakrise noch mehr werden.

Eine Flussinsel wird weggewaschen, eine neue entsteht. Ihr Aufbau vollzieht sich nach immer gleichen Mustern, denen das Wasser folgt, das Sediment, aber auch die Insekten, Rehe und Wildschweine, die in den Auen leben. Zu verstehen, wie sich die Natur am Tagliamento nach jeder Flut wiederherstellt, dieses Wissen will Oleksandra Shumilova in Zukunft auch für ihre Heimat nutzen. Wie wirken die andauernden Kriegshandlungen auf die Flusssysteme der Ukraine? Wie erholen sich die von den militärischen Aktionen betroffenen Flüsse? Und insbesondere: Was geschieht in den  Auen der Flüsse, an denen Dämme beschädigt wurden? Für diese Vorhaben wurde Shumilova im Dezember 2025 mit dem Caroline von Humboldt-Preis ausgezeichnet und wird ihren Fragen in diesem Jahr mit Unterstützung einer Forschungsgruppe nachgehen.

Gegen Abend, wenn die Schatten der Erlen auf der gegenüberliegenden Uferseite auf das Riverlab fallen und die der Turbulenzen im Flussbett überlagern, ist die Zeit, in der sich der Tagliamento erforschen lässt, für diesen Tag abgelaufen. Sukhodolov und Shumilova beginnen mit dem Abbau ihrer Instrumente: Die Velocimeter, die Kabel, die Rechner, alles wird mit ruhigen, geübten Handgriffen eingeholt und im Kofferraum des Range Rovers verstaut.

Um zurück nach Hause zu kommen, muss die Forscher-Familie flussabwärts den Tagliamento durchqueren. Oleksandra Shumilova geht voraus, sie nimmt ihre Tochter an der Hand und watet mit ihr durch das klare, kalte Wasser in Richtung des Dorfes, das hinter einem Wäldchen auf der anderen Flussseite liegt und in dem die Familie für den Sommer wohnt. Alexander Sukhodolov kommt nach, er muss den mit Gerätschaften beladenen Range Rover durch das Flussbett fahren, Langsam rollt der Wagen vom sandigen Untergrund der Flussinsel ins Flussbett, ruckelt über Kies und teilt mit seinen Reifen das klare Wasser des Tagliamento. Am River Lab und in der Flussaue werden bis zum nächsten Morgen nur das Rauschen des Flusses, die Rufe der Bienenfresser und das Rascheln der Pappeln zu hören sein. Nach wenigen Biegungen durch dichten Wald, ist der wilde Fluss verschwunden. Für heute hat er den Forschern genug Geheimnisse verraten.