Max-Planck-Institut für Biogeochemie
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Das Max-Planck-Institut für Biogeochemie ist eine im Jahr 1997 gegründete Forschungseinrichtung auf dem Gebiet der Erdsystemforschung mit Sitz in Jena. Es ist Teil der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V..
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 arbeiten Biologen, Meteorologen, Geowissenschaftler, Chemiker und Mathematiker interdisziplinär zusammen. Zentrale Einrichtungen des Institutes unterstützen die Arbeiten der wissenschaftlichen Abteilungen mit Messung stabiler Isotopen, 14C-Analytik, chemischer Analytik, Datenverarbeitung und mit der Organisation langfristiger Freilandexperimente.
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[Bearbeiten] Wissenschaftlichen Zielsetzungen und Organisation
Das Institut definiert die folgenden wissenschaftlichen Zielsetzungen:
- Quantifizierung der Rolle dieser Wechselwirkungen für die Steuerung des Klimas der Erde in einer Zeit zunehmender anthropogener Einflüsse
- Entwicklung eines quantitativen und prädiktiven Verständnisses der Regulation von Prozessen in Ökosystemen und deren biogeochemischen Kreisläufen unter sich ändernden klimatischen Bedingungen
- Untersuchung der Rückkopplungsmechanismen der terrestrischen Erdoberfläche mit ihrer Vegetationsbedeckung auf die Zusammensetzung der Atmosphäre.
Das Institut hat drei Abteilungen:
- Biogeochemische Prozesse,
- Biogeochemische Systeme,
- Integration biogeochemischer Kreisläufe.
Selbständige Nachwuchsgruppen:
- Biogeochemische Model-Daten Integration,
- Biosphärische Theorie und Modellierung (diese Gruppe zog im Mai 2006 von der Universität von Maryland, USA nach Jena um),
- Organismische Biogeochemie.
[Bearbeiten] Fragestellungen
„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 im Max-Planck-Institut für Biogeochemie. 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.
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, 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 die Artenvielfalt der belebten Umwelt und der funktionellen Gefüge ihrer Ökosysteme 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.
[Bearbeiten] 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.
[Bearbeiten] Globale biogeochemische Kreisläufe
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 (CO2), Methan (CH4), Lachgas (N2O) und Wasserdampf (H2O). In der Luft liegen diese Gase zwar nur in geringen Konzentrationen vor, bestimmen jedoch in ganz entscheidendem Maße das Klima der Erde und 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.
