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Max-Planck-Institut für Biogeochemie


Über das Institut

Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff: Diese vier für das Leben bedeutsamen Elemente werden auf der Erde ständig durch biologische, chemische und physikalische Prozesse umgesetzt. In jeweils unterschiedlichen chemischen Verbindungen vorliegend werden diese "Grundsubstanzen des Lebens" zusammen mit einer Reihe weiterer organischer Salze durch die Biosphäre freigesetzt und über die Atmosphäre und Hydrosphäre transportiert und verteilt. Sie finden schließlich den Weg wieder zurück in die Biosphäre, um erneut von den Organismen umgesetzt zu werden. Wegen der Kopplung von Prozessen, die sowohl durch die Biologie der Organismen als auch durch chemisch-physikalische Abläufe in der Geosphäre und Atmosphäre gesteuert werden, sind diese Kreisläufe als "Biogeochemische Kreisläufe" der Elemente bekannt.

Die Erforschung der zahlreichen biogeochemischen Umsetzungen, die an diesem globalen Stoffkreislauf mitwirken, ist eine der größten und drängendsten wissenschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit, denn der Mensch greift mit technischen Maßnahmen von globalem Ausmaß weltweit und mit großer Geschwindigkeit in diese natürlichen Kreisläufe ein, ohne dass die Folgen dieses Handelns bislang abschätzbar wären. Die Eingriffe des Menschen betreffen dabei nicht nur die klimawirksamen Spurengase in der Atmosphäre sondern auch die Landnutzung und die Diversität der Organismen.

Bei der Erforschung der globalen biogeochemischen Kreisläufe geht es darum, ein ungemein komplexes Gesamtsystem verstehen zu lernen, welches aus zahlreichen und unterschiedlichen Teilsystemen gebildet wird. Diese Teilsysteme sind miteinander über vielfältige Wechselwirkungen verknüpft und beeinflussen sich somit gegenseitig. Beispielgebend für solche Verflechtungen sind die Treibhausgase Kohlendioxid (C02), Methan (CH4), Lachgas (N20) und Wasserdampf (H20). In der Luft liegen diese Gase zwar nur in geringen Konzentrationen vor, bestimmen jedoch in ganz entscheidendem Maße das Klima der Erde und somit die Lebensbedingungen für alle auf ihr lebenden Organismen.

Die Konzentration und Verteilung dieser Gase werden durch biologische, chemische und physikalische Prozesse gesteuert, die in der terrestrischen Biosphäre, in den Ozeanen und in der Atmosphäre ablaufen - und sie werden sowohl durch planetarische als auch durch menschliche Einflüsse modifiziert. So führten Veränderungen der Erdbahn um die Sonne und Schwankungen der Sonneneinstrahlung zu den bekannten Eiszeiten. Die Nutzung fossiler Brennstoffe, Waldrodung und land- und forstwirtschaftliche Aktivitäten setzen Kohlendioxid in großem Ausmaß frei und versetzen die Erdatmosphäre und das Erdklima in einen Zustand früherer geologischer Zeiträume, in denen der Mensch noch nicht existierte. Seit dem Beginn der Industrialisierung überlagern sich somit natürlich bedingte und auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen ablaufende Konzentrationsänderungen der Spurengase mit anthropogenen Eingriffen.

Dies gilt nicht nur für das Kohlendioxid sondern auch für den Stickstoff und für das Süßwasser - damit wird die Erforschung des "Systems Erde" zur zwingenden Notwendigkeit: Es gilt herauszufinden, ob und bis zu welchem Grad die Natur menschliche Störungen noch ausgleichen kann und inwieweit sich das Gesamtsystem Erde in neue quasi-stationäre Zustände bewegt und ob diese zum Leben für den Menschen noch geeignet sind. In gleicher Weise kann man die biogeochemischen Kreisläufe mit der Landnutzung durch den Menschen und den Eingriffen in die Biodiversität in Verbindung setzen.

Für die Beantwortung dieser Fragen genügt es nicht, den gegenwärtigen Zustand des Gesamtsystems und seiner durch menschliche Einflüsse bedingten Änderungen zu erfassen. Vielmehr sind einerseits gezielte Experimente zur Aufdeckung funktioneller Zusammenhänge erforderlich, andererseits gilt es, Zustände der Vergangenheit zu erkennen, also paläoklimatologische und paläoökologische Untersuchungen vorzunehmen, um aus der Vergangenheit auf die Anpassungsfähigkeit der Organismen in der Zukunft zu schließen.

"Wie reagieren Ökosysteme und biogeochemische Kreisläufe auf sich ändernde Bedingungen des Klimas, der Landnutzung und der Diversität?" - diese Frage ist die zentrale Herausforderung für die Forschung in dem neuen Max-Planck-Institut. Sie verlangt ein bisher ungekanntes Maß an Integration zwischen unterschiedlichsten wissenschaftlichen Disziplinen sowie eine enge Verbindung zwischen Modellierung und Beobachtung und zwischen theoretischer und experimenteller Forschung.

Das Programm des Institutes umfasst die Planung und Durchführung kritischer Modellexperimente, den Vergleich zwischen Modell und Beobachtung sowie die Verknüpfung von Paläodaten und heutigen Befunden. Dementsprechend werden Biologen, Meteorologen, Geowissenschaftler, Chemiker und Mathematiker in insgesamt sieben Arbeitsgruppen interdisziplinär zusammenarbeiten.

Eine zentrale Einrichtung des Institutes unterstützt die Arbeiten der wissenschaftlichen Abteilungen mit chemischer Analytik, Datenverarbeitung und mit der Organisation Iangfristiger Freilandexperimente

Das Institut hat einen Personalstand von 70 Planstellen. Eine etwa gleich hohe Zahl an zusätzlichen Mitarbeitern wird an Forschungsprojekten zur Untersuchung spezieller Fragen mitarbeiten.

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Weitere Informationen: http://www.bgc-jena.mpg.de/