Max-Planck-Institut für Biogeochemie

Von Buschfeuern in Afrika gelangen in manchen Zeiten mehr Rußpartikel in den zentralen Amazonasregenwald als von regionalen Bränden.

Frank-Walter Steinmeier reiste mit Bundesumweltministerin Steffi Lemke zu ATTO im brasilianischen Amazonas-Regenwald

Der Mensch hat die Menge an Stickstoff in der Umwelt in den letzten hundert Jahren verdoppelt – mit dramatischen Folgen für die Artenvielfalt

Windturbinen brauchen beim massiven Ausbau Platz, um möglichst effizient zu sein. Generell kann Fotovoltaik deutlich mehr Strom erzeugen als Windkraft

Wälder können große Mengen Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen – so weit herrscht Konsens in der Wissenschaft. Streit gibt es jedoch darüber, wie der Wald dem Klimaschutz mehr dient: wenn er nachhaltig bewirtschaftet wird oder wenn er sich selbst überlassen bleibt

Kein Tier, keine Pflanze und kein Einzeller kommt ohne Stickstoff aus, doch der Mensch bringt immer mehr davon in Umlauf – mit diversen Folgen für Gesundheit und Umwelt. Sönke Zaehle, Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena, untersucht den Stickstoffkreislauf und seine Rückkopplung mit dem Klima. Die Ergebnisse sind auch umweltpolitisch relevant.

Damit Deutschland bis zur Mitte des Jahrhunderts klimaneutral ist, sollen regenerative Quellen viel mehr Strom liefern als die heute insgesamt produzierten rund 500 Terawattstunden. Denn dann müssen auch die fossilen Energieträger, die heute noch für die Wärmegewinnung, im Verkehr und in der Industrieproduktion eingesetzt werden, mithilfe von Strom ersetzt werden. Neben der Frage, wo Fotovoltaik- und Windkraftanlagen gebaut werden dürfen, sollte der Ausbau auch berücksichtigen, welche Leistung die verschiedenen regenerativen Energieformen erbringen können – speziell die Windkraft.

Die dauerhaft gefrorenen Böden vor allem am nördlichen Polarkreis speichern mehr als eine Billion Tonnen Kohlenstoff. Doch mit dem Klimawandel tauen sie mehr und mehr auf. Ob dadurch große Mengen Treibhausgase freigesetzt werden, ist eine der wichtigen ungelösten Fragen der Klimaforschung. Auch Mathias Göckede, Leiter einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena, geht ihr nach und ist bereits auf teils überraschende Antworten gestoßen.

Den Wäldern in Deutschland und anderen Teilen Europas setzt der Klimawandel sehr heftig zu. Bislang nicht hinter- fragte Überzeugungen, welche Bäume Hitze und Trockenheit widerstehen, gelten nicht mehr. Daher plädiert der Ökophysiologe Henrik Hartmann dafür, ein interdisziplinäres Institut für Waldumbau zu schaffen. Es soll wissenschaftliche Erkenntnisse liefern, wie der Wald gestaltet werden kann, um die fortschreitende Erderwärmung auszuhalten.

Dürren, Hitzewellen und Überschwemmungen – solche extremen Wetter- und Klimaereignisse dürften mit dem Klimawandel zunehmen und heftiger werden. Markus Reichstein, Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena, arbeitet mit seinem Team daran, ihre Folgen vorherzusagen. Er setzt dabei auf große Datenmengen und künstliche Intelligenz. Auf diese Weise möchte er Gesellschaften gegenüber Klimaextremen robuster machen.

Die Häufigkeit von extremen Wetter- und Klimaereignissen nimmt mit jedem zusätzlichen Grad der globalen Erwärmung zu. Solche Ereignisse wirken sich auf die Ökosysteme aus und hinterlassen über mehrere Jahre hinweg Spuren. Da sich die Intervalle zwischen den Stressbedingungen verkürzen, ist die Erholungsphase zwischen zwei Ereignissen kürzer. Das gefährdet die Stabilität der Ökosysteme. Mithilfe der Fernerkundung können wir den Zustand der Vegetation und die Folgen von Extremereignissen überwachen. Daraus lassen sich wichtige Erkenntnisse über Managementstrategien ableiten. 

Das Überleben der Menschen auf der Erde hängt von der Funktionsfähigkeit der äußersten Schicht unseres Planeten, der „kritischen Zone“, ab. Im Anthropozän hat der Mensch durch sein Handeln in den Stoffaustausch zwischen Organismen und den Ökosystemsphären eingegriffen und bedroht dadurch die Funktionsweise der kritischen Zone. Wie verringern Biodiversitätsverluste die kontinentale Kohlenstoffspeicherung und beschleunigen so den Klimawandel? Die Welt der Bodenmikroorganismen liegt im Fokus unseres Interesses, da hier der molekulare Antrieb der globalen Stoffkreisläufe verborgen ist  

Klimaextreme, insbesondere Hitzewellen, Dürren, und deren Kombination nehmen im Zuge des Klimawandels zwangsläufig zu. Doch wie sich diese Ereignisse auf die terrestrische Biosphäre auswirken, welche Ökosystemfunktionen stark beeinträchtigt werden, und welche Rückkopplungen es dadurch im Klimasystem geben kann, ist nur wenig bekannt. Am Max-Planck-Institut für Biogeochemie entwickeln wir neue Methoden zur Detektion von Extremereignissen in heterogenen Datenströmen. Unsere Ergebnisse zeigen unter anderem wie unterschiedlich verschiedene Ökosysteme auf Extremereignisse reagieren können.

Wie stabil Kohlenstoff zukünftig im arktischen Permafrost gebunden bleibt anstatt als Treibhausgas in die Atmosphäre zu entweichen, ist von höchster Bedeutung für das globale Klima. Hierbei spielen Wasser, Eis und Schnee eine wichtige Rolle. Unsere Feldforschung in Sibirien erklärt anhand neuer Daten und Modelle, wie die Umverteilung der Wassermassen und eine erhöhte Schneebedeckung, zwei bekannte Folgen des momentanen Klimawandels, den Kohlenstoffhaushalt in der Arktis weiter destabilisieren können. Die Ergebnisse helfen, die Rolle der Arktis im globalen Klimawandel verlässlicher zu bewerten.

Die Kohlenstoffspeicherung in Landökosystemen wird erheblich durch den Wettbewerb von Pflanzen und Bodenorganismen um wichtige Nährstoffe, zum Bespiel Stickstoff und Phosphor, beeinflusst. Durch die Kombination neuer Laborexperimente mit verbesserten Ansätzen zur numerischen Simulation der Landökosysteme lassen sich detaillierte Kenntnisse der Bedeutung dieser Nährstofflimitierung für die zukünftige Entwicklung dieses Kohlenstoffspeichers gewinnen. Damit leistet diese Forschung einen Beitrag zum besseren Verständnis der Auswirkung des menschengemachten Kohlenstoffdioxidausstoßes auf das Klima.