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Analyse der Daten aus 16 Jahren

Forschung Marburg: Klimawandel Analyse der Daten aus 16 Jahren

Die Klimafolgen­forschungsstation des ­Projekts „Face2Face“ liegt in Linden bei Gießen.

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Ein Anreicherungsring der Klimaforschungsstation in Linden.

Quelle: Wolfgang Stein/Uni Gießen

Marburg. In Gießen haben Wissenschaftler seit 1998 Testflächen in artenreichem Feuchtgrünland mit CO2-reicher Luft behandelt und die Biomasse von Gräsern und Kräutern sowie Wetterdaten für eine Laufzeit von insgesamt 16 Jahren analysiert. Das ist insofern relevant, weil Grünländer mit Pflanzen, die einen C3-Stoffwechsel haben - beispielsweise Wiesen-Labkraut oder Gewöhnlicher Glatthafer - weltweit 26 Prozent der Landoberfläche und bis zu 70 Prozent der Agrarfläche einnehmen, erläutert der Marburger Geograph Wolfgang Obermeier.

Die Experimentierfläche der Universität Gießen besteht aus einer extensiv bewirtschafteten Mahdwiese mit einer seit über 100 Jahren weitestgehend konstanten Nutzung.

Und so funktioniert die Technik an der Teststation: Aus einem zentralen Tank, der mit Kohlendioxid gefüllt ist, wird das Gas über Leitungen zu ringförmigen Konstruktionen geleitet, wo die Luft innerhalb der Ringe mit CO2 angereichert wird. Dies geschieht über Rohre, welche im Abstand von etwa 50 Zentimetern auf der Ringkonstruktion angebracht sind. Je nach Windrichtung und -geschwindigkeit wird CO2-reiche Luft aus den in Windrichtung liegenden Rohren ausgelassen. In der Mitte eines jedes dieser Ringe mit einem Durchmesser von acht Metern befinden sich Sensoren, über welche eine Messung der CO2-Konzentrationen stattfindet.

Mathematisch-statistisches Modell entwickelt

Diese Messungen werden an eine Steuerungseinheit geschickt, welche vollautomatisch die ausgelassene CO2-reiche Luft nachjustiert, um eine konstante Anreicherung der CO2-Konzentration sicher zu stellen. Auf der in Windrichtung gegenüberliegenden Seite wird die angereicherte Luft dann wieder angesaugt und in das System zurückgeführt. Im Freiland simulieren diese Systeme mit der Kombination aus Rohren, Ventilatoren und Schaltsystemen während der Tageslichtstunden an 365 Tagen im Jahr eine Atmosphäre mit 20 Prozent erhöhter CO2-Konzentration, wie sie für das Jahr 2050 vorhersagt wird.

Für die Auswertung der Langzeitdatenreihe entwickelten die Forscher ein mathematisch-statistisches Modell, um Muster des Einflusses erhöhter CO2-Konzentrationen in Interaktion mit klimatischen Bedingungen auf das Ökosystem Grünland zu entdecken. Das Ergebnis der Analysen: Bei durchschnittlichen Temperaturen und Niederschlägen steigerte das Treibhausgas CO2 das Wachstum der Pflanzen am stärksten: Rund zwölf Prozent mehr oberirdische Biomasse produzierten die Pflanzen im Mittel bei dem erhöhtem CO2-Gehalt in der Luft - verglichen mit den Kontrollflächen bei unveränderter Umgebungsluft. Dieser sogenannte CO2-Düngungseffekt verschwand jedoch weitgehend wenn reichlich Wasser verfügbar war und halbierte sich unter trockenen und heißen Bedingungen.

Im extrem heißen Sommer in 2003 ist es sogar vorgekommen, dass die Pflanzen unter CO2-reicher Atmosphäre weniger Biomasse produzierten als solche unter heutigen Bedingungen, erklärt Obermeier. Bisher war man eher von gegenteiligen Effekten ausgegangen.

von Manfred Hitzeroth

Landesregierung fördert Projekt

Forscher der Universitäten Gießen und Marburg und der Hochschule Geisenheim arbeiten im Projekt ­„Face2Face“ gemeinsam daran, die komplexen Auswirkungen des Treibhausgases auf Grünland, Weinbau und Gartenbau besser zu verstehen. Dabei fördert sie das Land Hessen in der „Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz“. Das „Loewe“-Projekt wird seit 2014 finanziell vom Wissenschaftsministerium finanziert. Welche Folgen hat der Klimawandel für die mitteleuropäische Landwirtschaft? Das ist die übergeordnete Frage des Forschungsverbunds. Dabei gehen die Forscher von der Tatsache aus, dass es auf der Welt wärmer wird und der Kohlendioxidgehalt der Luft zunimmt, auch in Hessen. Um die komplexen Auswirkungen des Klimawandels auf Pflanzen, Böden, Mikroorganismen und Insekten zu untersuchen, verbindet der „Loewe“-Schwerpunkt „Face2Face“ zwei große Freiluft-Versuchseinrichtungen zu einer Forschungsplattform: die „Free Air Carbon Dioxide Enrichment (Face)“-Systeme der Justus-Liebig-Universität Gießen und der Hochschule Geisenheim. Diese Systeme ermöglichen es, die Kohlendioxid-Konzentration auf definierten Flächen zu regulieren und so zukünftige Zustände zu simulieren. Aus ihren Erkenntnissen wollen die Wissenschaftler Strategien zur Anpassung an den Klimawandel beziehungsweise zur Verminderung seiner Folgen entwickeln. Auch die von Geographie-Professor Jörg Bendix an der Philipps-Universität geleitete Arbeitsgruppe zum Thema Umweltmodellierung und Klimageographie ist an dem Forschungsverbund beteiligt.

Dabei wird das Thema „Statistische Modellierung und Projektion“ von dem Doktoranden Wolfgang Obermeier bearbeitet. Sein wissenschaftliches Ziel ist vor allem die Erforschung des Einflusses von erhöhten Kohlendioxidwerten und Klimaveränderungen auf Zusammensetzung, Produktion und Ökophysiologie des Grünlandsystems. Neben den Langzeitdatenreihen nutzt der Marburger Geographie-Doktorand Wolfgang Obermeier hierfür optische, hyperspektrale Sensoren mit dem Ziel einer nicht-invasiven, räumlich sowie zeitlich hochaufgelösten Analyse von Inhaltsstoffen der Pflanze wie Wasser- oder Stickstoffgehalt.

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