Landschaften der Zukunft
biologische Vielfalt, Wasserressourcen und Ökosysteme erhalten
Topic 5 entwickelt Wege zu multifunktionalen Landschaften, die funktionierende Ökosysteme erhalten, den Verlust der biologischen Vielfalt stoppen und Wasser, Nahrungsmittel und bewohnbare Lebensräume als wesentliche Ressourcen für den Menschen bereitstellen.
Ein Überblick von Topicsprecherin Sabine Attinger
Struktur
© Helmholtz
© Copyright: Richard H. Ree, Field Museum, USA
Terrestrische Ökosysteme der Zukunft
Die Ausweitung und Intensivierung der Land- und Forstwirtschaft, die Zersiedelung der Landschaft und der Klimawandel sind die wichtigsten Faktoren, die die biologische Vielfalt, die Böden und die Ökosysteme beeinflussen. Die zentrale Frage ist, wie Ökosystemfunktionen und terrestrische Biodiversität nachhaltig erhalten oder sogar wiederhergestellt werden können. Die Entwicklung von Szenarien und Zukunftsbildern, die sich mit dieser zentralen Frage befassen, erfordert eine Erweiterung unseres derzeitigen Wissens über den globalen Wandel, um die Wechselwirkungen zwischen biotischen und abiotischen Prozessen und sozio-ökologischen Rückkopplungen einzubeziehen, und erfordert eine explizite Berücksichtigung von Nichtlinearitäten in den Trends von Ökosystemzuständen und -funktionen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen. Wir füllen empirische Wissenslücken mit Experimenten, Beobachtungen und verteilten Netzwerken auf regionaler und globaler Ebene und setzen neue Technologien ein, um die Präzision und Effizienz dieser Forschung zu verbessern. Unser Ziel ist es, handlungsfähiges, politikrelevantes Wissen zu liefern, einschließlich Instrumenten für das Landschaftsmanagement für Entscheidungsträger und Interessengruppen sowie Aktionsplänen für die biologische Vielfalt (z. B. für Bestäuber), um so den Verlust der biologischen Vielfalt und die Verschlechterung der Böden aufzuhalten und umzukehren.
Sprecher: Ingolf Kühn (UFZ) und Ralf Seppelt (UFZ)
© Photo: Stefan Kruse
Sicherung der Süßwasserressourcen
Wasser ist eine grundlegende Ressource für zahlreiche menschliche Bedürfnisse, wie die Trinkwasserversorgung, die Nahrungsmittelproduktion und die Energieversorgung. Die Belastungen und Auswirkungen führen zu einer Verschlechterung der Wassermenge, der Wasserqualität und der aquatischen Biodiversität, und viele Regionen der Welt sind von hydrologischen Extremen betroffen. Die erwartete Ausdehnung der städtischen Gebiete und die Intensivierung der Landwirtschaft werden die regionalen Wasserkreisläufe weiter verändern, und all diese Dynamiken werden von regional unterschiedlichen Mustern des Klimawandels begleitet. Gleichzeitig werden politische Maßnahmen auf nationaler, europäischer und globaler Ebene wahrscheinlich zu einem erhöhten Ressourcen- und vernetzten Wasserverbrauch führen. Die Bemühungen um eine sichere Wasserversorgung können nur dann wirksam sein, wenn ein integrierter hydrologischer, ökologischer und sozioökonomischer Ansatz verfolgt wird, der den gesamten Wasserkreislauf und die kritischen Kompromisse zwischen den konkurrierenden Anforderungen der menschlichen Wassernutzung und der Ökosysteme auf lösungsorientierte Weise berücksichtigt. Auf der Grundlage eines mechanistischen und quantitativen Verständnisses der zugrundeliegenden Prozesse werden historische, aktuelle und künftige Entwicklungen der Wasserquantität, -qualität und der Funktionsweise aquatischer Ökosysteme in den Einzugsgebieten unter den Bedingungen des globalen und des Klimawandels ermittelt. Dieser Ansatz ist einzigartig, da er den gesamten Wasserkreislauf von der regionalen bis zur globalen Ebene, eine Vielzahl von hydroökologischen Gegebenheiten und ein breites Spektrum von Gesellschafts- und Regierungsformen abdeckt. Auf diese Weise wird die Rolle des Wassers für die Sicherung vielfältiger Landschaftsfunktionen entschlüsselt.
Sprecher: Dietrich Borchardt (UFZ) und Bruno Merz (GFZ)
© André Künzelmann (UFZ)
Bestimmung von natürlicher Dynamik und Sensitivitäten des terrestrischen Oberflächensystems
Die Entwicklung von Strategien zur Förderung multifunktionaler Landschaften erfordert ein tiefes Verständnis der Prozesse in der Lithosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre und Biosphäre, die die Erdoberfläche formen, und ihrer Verbindungen zu atmosphärischen Prozessen. Es ist von entscheidender Bedeutung zu wissen, was die Stabilität des Oberflächensystems der Erde bestimmt und welches die notwendigen und ausreichenden Bedingungen für Systemveränderungen sind. Einige terrestrische Oberflächensysteme sind robust und stabil gegenüber starker Klimaänderungen, während andere, wie z. B. Permafrostsysteme, empfindlich auf geringfügige externe Veränderungen reagieren. Im Rahmen unserer Forschungsarbeiten erforschen wir die Verbindungen und Rückkopplungen zwischen Klima, Tektonik, Landschaften und Biota, wobei der Schwerpunkt auf der Sensitivität der terrestrischen Oberflächensysteme gegenüber dem Klimawandel liegt. Dabei werden sowohl Monitoring und Modellierung von Prozessen an der Erdoberfläche und den Klimawechselwirkungen auf Zeitskalen von Prozessereignissen bis hin zu großen säkularen und zyklischen Trends auf geologischen Zeitskalen als auch die Rekonstruktion vergangener Prozesse, die in tiefen Zeitarchiven aufgezeichnet sind, kombiniert. Dies wird dazu beitragen, die Auswirkungen künftiger globaler und klimatischer Veränderungen zu antizipieren und Unsicherheiten zu verringern. Von entscheidender Bedeutung ist, dass wir, wo immer möglich, die durch menschliche Aktivitäten verursachten Veränderungen von dem natürlichen Systemverhalten der Erde unterscheiden. Damit tragen wir zum Forschungsziel von Topic 5 bei, nämlich der Identifizierung wirksamer Schrauben für die Optimierung multifunktionaler Landschaften.
Sprecher:innen: Dirk Sachse (GFZ) und Ulrike Herzschuh (AWI)
© Adobe Stock
Robuste Projektionen liefern
Hochauflösende Klimamodellprojektionen zeigen, dass extreme Wetterereignisse zukünftig häufiger auftreten werden. Sommerliche Dürreperioden wie in Deutschland im Jahr 2018 werden eher die Regel als die Ausnahme sein und terrestrische Ökosysteme, Gewässer und städtische Gebiete beeinträchtigen. Robuste Erdsystemmodelle werden benötigt, um ein realistisches Bild der Zukunft, einschließlich der Wetterextreme, zu zeichnen und somit detaillierte, sektorübergreifende (Landwirtschaft, Wälder, Wassersysteme usw.) Impactstudien in Zusammenarbeit mit den anderen Subtopics von T5 zu ermöglichen. Wir verfügen über ein einzigartiges Know-how, um skalierbare, mechanistische, an die Komplexität angepasste, robuste und übertragbare (SMART) Modellsysteme mit einer noch nie dagewesenen zeitlichen und räumlichen Auflösung zu entwickeln. Diese Modellsysteme werden in einem zielgerichteten Ansatz parametrisiert und liefern zuverlässige Zukunftsprojektionen der Auswirkungen auf terrestrische Systeme und Süßwassersysteme zusammen mit einer Quantifizierung der Gesamtunsicherheit der Ergebnisse. Dank dieses einzigartigen Ansatzes können verschiedene Anpassungsstrategien, einschließlich der Planung für sozio-ökonomische Sektoren und politische Entscheidungen, auf regionaler Ebene, aber mit einer konsistenten nationalen und kontinentalen Abdeckung entwickelt werden. Um diese Modelle zu parametrisieren, entwickeln wir innovative Beobachtungs- und Überwachungsstrategien und wenden sie an. Dabei nutzen wir integrierte Observatorien wie TERENO auf nationaler Ebene oder eLTER (Long-Term Ecosystem Research in Europe) auf europäischer Ebene, Ereignisüberwachung wie durch MOSES sowie integrierte Produkte unseres neuen Fernerkundungszentrums (RSC). Die fortschrittlichsten Rechen- und Datenverarbeitungsmethoden wie Exascale- und Quantencomputing sowie KI-Technologien, Open Science und technologisch intelligente themenübergreifende Datenrepositorien tragen wesentlich zu diesem Fortschritt bei.
Sprecherin: Sabine Attinger (UFZ)
© André Künzelmann/ UFZ
Multifunktionale Landschaften und widerstandsfähige Städte schaffen
Um die Ressourcennutzung mit der Vielzahl weiterer Landschaftsfunktionen (z. B. Luft- und Wasserqualität, biologische Vielfalt, Beitrag zur menschlichen Gesundheit) auszubalancieren, sollten gesellschaftliche und wirtschaftliche Treiber, menschliches Verhalten, öffentliche und private Entscheidungsstrukturen sowie gesellschaftliche Veränderungsprozesse analysiert und verstanden werden. Städte sind dabei Entscheidungsarenen von besonderem Interesse: Als Brennpunkte zunehmender Land- und Ressourcennutzung, Treibhausgasemissionen und einer zunehmenden Exposition gegenüber Klima- und Umweltrisiken sowie der Interaktion einer Vielzahl unterschiedlicher Akteursgruppen, erfordern sie in besonderer Weise einen Ausgleich unterschiedlicher gesellschaftlicher Interessen und Zielkonflikte. Im Subtopic 5.5 wird das gesamte Spektrum sozial- und systemwissenschaftlicher Forschung (Ökonomie, Soziologie, Politikwissenschaft, Recht und Systemanalyse) eingesetzt und mit den Ergebnissen naturwissenschaftlicher Biodiversitäts- und Wasserforschung integriert, um gesellschaftliche Transformationspfade zu multifunktionalen Landschaften und resilienten Städten zu entwickeln. Wir fokussieren dabei z.B. auf die Weiterentwicklung der Gemeinsamen Agrarpolitik der EU, die Definition von Wasserqualitätszielen für die EU-Wasserrahmenrichtlinie nach 2027, den konfliktminimierenden Ausbau Erneuerbarer Energien oder der Entwicklung klimaangepasster städtischer Strukturen durch Nutzung blauer und grüner Infrastrukturen. Unsere langjährige Erfahrung in der transdisziplinären Forschung nutzen wir, um gemeinsam mit Stakeholdern die Kohärenz, Legitimität und Wirksamkeit unserer politischen Handlungsempfehlungen zu stärken.
Sprecher: Bernd Hansjürgens (UFZ)
Impressions
GCEF, Bad Lauchstädt, UFZ © Stefan Michalski
Water point / child's hands © André Künzelmann/ UFZ
Corn plants © André Künzelmann (UFZ)
© UFZ/ André Künzelmann
The Visualization Center TESSIN VISLab (Vislab) allows scientists with different backgrounds to explore and analyse complex and heterogeneous spatial data sets. © André Künzelmann / UFZ
Carina Landerer (UFZ) beim Tracking mit dem PAM-Sensor. Der Personal Air Monitoring-Sensor wird benutzt, um die individuellen Umweltbelastungen, die auf Fahrradfahrende in der Stadt wirken, zu messen - unter anderem die Feinstaubpartikelbelastung, die Temperatur und die Lärmbelastung. © André Künzelmann / UFZ
Santiago de Chile © André Künzelmann/ UFZ