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Daten zur UV-Strahlung sollen der Ökosystemforschung helfen

22.04.2014

Forscher des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben vorhandene Daten zur UV-B-Strahlung auf der Erde so aufbereitet, dass Wissenschaftler sie zur Beantwortung ökologischer Fragestellungen nutzen können. Damit lassen sich, laut Publikation im Online-Journal der British Ecological Society „Methods in Ecology and Evolution“, neue Rückschlüsse auf die globale Verbreitung von Tier- und Pflanzenarten ziehen.

Welchen Einfluss Temperatur und Niederschläge auf die globale Verteilung von Tier- und Pflanzenarten haben, steht im Fokus vieler Forschungsvorhaben. Eine andere wichtige Komponente der Klimaforschung wird dagegen oft vernachlässigt: Die UV-B-Strahlung.


UV-B Durchschnittswerte mit der im Schnitt höchsten monatlichen Strahlungsintensität weltweit.

Quelle: Tomáš Václavík/UFZ


UV-B Durchschnittswerte mit der im Schnitt niedrigsten monatlichen Strahlungsintensität weltweit.

Quelle: Tomáš Václavík/UFZ

Landschaftsökologen des UFZ haben nun unter Mitarbeit von Wissenschaftlern der Universitäten Olomouc (Tschechien), Halle und Lüneburg Daten der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA zur UV-B-Belastung so aufbereitet, dass sie zur Erforschung des Einflusses von UV-B-Strahlung auf Organismen genutzt werden können.

Die Basisdaten dazu lieferte ein NASA-Satellit, der seit 2004 in einer Höhe von 705 Kilometern um die Erde kreist und täglich die UV-Strahlung misst. „Entscheidend für uns sind aber nicht die Tages-, sondern die Langzeitwerte der Strahlung, da diese für Organismen relevant sind“, sagt UFZ-Wissenschaftler Michael Beckmann, Hauptautor der Studie. Die Daten zur UV-B-Strahlung haben die Forscher deshalb nach sechs Parametern ausgewertet. Dazu zählen Jahresdurchschnitt, Saisonalität sowie Monate und Quartale mit der im Schnitt höchsten oder niedrigsten Strahlungsintensität.

Um die gewaltigen NASA-Datensätze nutzen zu können, entwickelten die UFZ-Forscher einen Rechenalgorithmus, mit dem sich nicht nur fehlende oder fehlerhafte Messwerte entfernen, sondern auch die Tagesmessungen monatsweise aufsummieren und langjährige Durchschnittswerte ermitteln ließen. Die aufbereiteten Daten liegen bislang für die Jahre 2004 bis 2013 vor und sollen künftig jährlich aktualisiert werden.

Mit dem Datenmaterial können Wissenschaftler nun in makroökologischen Analysen modellieren, wie UV-B-Strahlung die weltweite Verbreitung von Tier- und Pflanzenarten beeinflusst. „Zwar gibt es da noch viele Unwägbarkeiten“, sagt Michael Beckmann, „aber die UV-Strahlung ist ein weiterer Faktor, der erklären kann, warum eine Art an einem Standort vorkommt oder nicht.“

Auch bei anderen Fragestellungen kann der Datensatz helfen. Materialforscher können analysieren, wie UV-sensible Materialien wie Lack oder Plastik in bestimmten Regionen der Welt besser geschützt werden können. Für Humanmediziner bieten die Daten die Chance, Häufungen von Hautkrankheiten möglicherweise besser erklären zu können. „Der Phantasie, wie Forscher die Daten nutzen, sind keine Grenzen gesetzt“, sagt Beckmann.

Auch deshalb sind die Daten kostenlos im Internet abrufbar und in Form von Landkarten optisch aufbereitet. Sie dokumentieren, dass beispielsweise in Ländern auf der Südhalbkugel wie etwa Neuseeland die UV-B Strahlung bis zu 50 Prozent höher ist als in Ländern auf der Nordhalbkugel wie zum Beispiel Deutschland. Generell ist die UV-Belastung im Winter wegen der kürzeren Sonnenscheindauer geringer als im Sommer.

Hintergrund: Die energiereiche UV-B-Strahlung verursacht, anders als die eher ungefährlichen UV-A-Strahlen, gesundheitliche Schäden bei Menschen, Tieren und Pflanzen. Bekannt sind höhere Hautkrebsrisiken aus Neuseeland und Australien für Menschen, die sich längere Zeit ungeschützt der Sonne aussetzen. Auch bei Walen und Amphibien sind Hautschäden belegt. Bei Amphibien kann die UV-B-Strahlung außerdem die Überlebenswahrscheinlichkeit der Kaulquappen und der Eier in den Laichballen reduzieren. Bei Pflanzen verringern die Strahlen die Leistung der Photosynthese, mit der die Pflanzen Kohlendioxid und Wasser mithilfe der Sonnenenergie in Zucker und Sauerstoff umwandeln. Das hemmt den Aufbau von Biomasse und reduziert damit beispielweise den Ertrag von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen.

Publikation:
Beckmann, M., Václavík, T., Manceur, A. M., Šprtová, L., von Wehrden, H., Welk, E., Cord, A. F. (2014), glUV: a global UV-B radiation data set for macroecological studies. Methods in Ecology and Evolution. doi: 10.1111/2041-210X.12168
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/2041-210X.12168/abstract

Weitere Informationen:
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ
Michael Beckmann
Telefon: 0341/235-1946
E-Mail: michael.beckmann@ufz.de
oder über
Tilo Arnhold, Susanne Hufe (UFZ-Pressestelle)
Telefon: +49-(0)341-235-1635, -1630
http://www.ufz.de/index.php?de=640

Link:
Datensatz (global UV-B dataset for macroecology: glUV) als Version 1.0. zur kostenlosen Nutzung: www.ufz.de/gluv


Im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) erforschen Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Veränderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsmöglichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg mehr als 1.100 Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert.
http://www.ufz.de/

Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit 35.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3,8 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894). http://www.helmholtz.de/

Susanne Hufe | UFZ News

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