Institute und Experten

Die Landbiosphäre ist ein integraler Bestandteil des Erdsystems. Gibt es allgemeine Prinzipien, mit denen die Funktion der Biosphäre und deren Wechselwirkung mit dem Erdsystem beschrieben und vorhergesagt werden kann? Mit dieser Fragestellung beschäftigt sich die Arbeitsgruppe Biosphärentheorie und Modellierung am Max-Planck-Institut für Biogeochemie unter Nutzung von Ansätzen aus Thermodynamik, statistischer Mechanik und Optimalität. Nach einer kurzen Beschreibung der Biosphäre als einem dissipativen System werden drei Beispiele aufgezeigt, die die Stärke dieser Ansätze demonstrieren.

Aerosole sind von zentraler Bedeutung für Chemie und Physik der Atmosphäre, die Biosphäre sowie Klima und Gesundheit. Die luftgetragenen Partikel beeinflussen die Energiebilanz der Erde, Wasser- und Spurengaskreisläufe, sowie die Fortpflanzung und Erkrankungen biologischer Organismen. Aktuelle Untersuchungen dienen der Aufklärung relevanter Eigenschaften und Wirkungsmechanismen, speziell für biogene Komponenten.

Amazonische Überschwemmungswälder sind aufgrund der leichten Zugänglichkeit, der nährstoffreichen Böden und reichhaltigen natürlichen Ressourcen im besonderen Maβe bedroht. Das Wissen über Diversität, Dynamik und Baumwachstum und deren Beziehung zu Umweltfaktoren ist Grundlage für die Entwicklung nachhaltiger Managementkonzepte, welche die vielfältigen Wirkungen der Wälder unter gleichzeitiger Versorgung der lokalen Bevölkerung mit natürlichen Ressourcen gewährleisten.

Methan ist nach Kohlendioxid das zweitwichtigste anthropogene Treibhausgas, das zur Klimaveränderung beiträgt. Bisher wurde angenommen, dass es in der Natur nur dann entsteht, wenn Mikroorganismen in sauerstofffreien Habitaten Pflanzenmaterial zersetzen. Jüngste Arbeiten des Max-Planck-Instituts für Kernphysik zeigen, dass Pflanzen – entgegen der bisherigen Lehrmeinung – selbst Methan produzieren und in die Atmosphäre freisetzen.

Die Entwicklung und Stabilität der atlantischen Umwälzbewegung unter globaler Erwärmung wird mit dem Klimamodell des Max-Planck-Instituts für Meteorologie untersucht, einschließlich der Mess- bzw. Nachweisbarkeit einer solchen anthropogenen Veränderung. Für realistische Projektionen der Klimaentwicklung im 21. Jahrhundert ergibt sich eine 30-42%-ige Abschwächung, aber kein Zusammenbruch der Umwälzbewegung. Die starke natürliche Variabilität auf Zeitskalen von Tagen bis Jahrzehnten erfordert kontinuierliche Langzeitbeobachtungen im Atlantik, um eine eventuelle Abschwächung entdecken zu können.