Helmholtz-Gemeinschaft
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Forschungsbereich Erde und Umwelt

Die Erd- und Umweltforschung untersucht die grundlegenden Funktionen des Systems Erde und die Wechselwirkungen zwischen Gesellschaft und Natur und schafft damit eine solide Wissensbasis, um die menschlichen Lebensgrundlagen langfristig zu sichern.

Aufgabe

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Lena River Delta - Landsat 2000 05, Bild: Alfred-Wegener-Institut

Schwerpunkte des Forschungsbereichs Erde und Umwelt liegen darin, die langfristigen Beobachtungssysteme auszubauen und zu vernetzen, Vorhersagen zu verbessern und die Ergebnisse schnellstmöglich der Gesellschaft bereitzustellen. Die Forscher erarbeiten wissensbasierte Handlungsempfehlungen, wie sich Ressourcen der Erde nachhaltig nutzen lassen, ohne die Lebensgrundlagen zu zerstören. So bringt die Helmholtz-Klimainitiative REKLIM die Kompetenz von neun Helmholtz-Zentren zusammen, um regionale und globale Klimamodelle zu verbessern. Eine wichtige Rolle spielen der Aufbau und Betrieb von Infrastrukturen wie dem Forschungsflugzeug HALO oder dem Netzwerk TERENO, für das bisher in vier ausgewählten Regionen Deutschlands terrestrische Observatorien errichtet wurden. Mit COSYNA wird ein Langzeitbeobachtungssystem zuerst für die deutsche Nordsee und später auch für arktische Küstengewässer aufgebaut.

Ausblick

Um den Herausforderungen zu begegnen, bündelt der Forschungsbereich Erde und Umwelt auch in Zukunft die Kapazitäten der beteiligten Zentren in gemeinsamen Forschungsportfolios. Dies schafft neue Koalitionen und ermöglicht den Ausbau von Erdbeobachtungs- und Wissenssystemen sowie von integrierten Modellansätzen. Das interdisziplinär angelegte Portfoliothema „Earth System Knowledge Platform – Observation, Information and Transfer“ (ESKP) vernetzt das von allen Zentren des Forschungsbereichs sowie von externen Partnern erarbeitete Wissen mit dem Ziel, die Gesellschaft dabei zu unterstützen, mit den komplexen Veränderungen im System Erde umzugehen. In dieser Programmperiode (2014 bis 2018) wird der Forschungsbereich durch das neue Programm „Ozeane: Von der Tiefsee bis zur Atmosphäre“ unterstützt.

Wissensplattform "ESKP"

Forschungsprogramme


Geosystem

In diesem Programm geht es darum, die Prozesse in der Geosphäre und ihre Wechselwirkungen mit der Hydrosphäre, Atmosphäre und Biosphäre zu analysieren.

Mehr zum Forschungsprogramm Geosystem


Marine, Küsten- und Polare Systeme

Das Programm konzentriert sich auf Veränderungen in der Arktis und Antarktis, ihre Interaktion mit dem globalen Klima und die polaren Ökosysteme, auf verwundbare Küsten und Schelfmeere und die polare Perspektive der Erdsystemanalyse.

Mehr zum Forschungsprogramm Marine, Küsten- und Polare Systeme


Ozeane

Die physikalischen, chemischen, biologischen und geologischen Prozesse in den Ozeanen und ihre Wechselwirkungen mit dem Meeresboden und der Atmosphäre untersucht dieses Programm interdisziplinär.

Mehr zum Forschungsprogramm Ozeane


Atmosphäre und Klima

Ziel des Programms ist es, die Rolle der Atmosphäre im Klimasystem besser zu verstehen. Themen sind  Wolken und Wetterforschung, Landoberflächen-Prozesse, troposphärische Spurenstoffe und chemische Prozesse sowie die obere Troposphäre und mittlere Atmosphäre.

Mehr zum Forschungsprogramm Atmosphäre und Klima


Terrestrische Umwelt

Dieses Programm zielt darauf ab, die natürlichen Grundlagen für das menschliche Leben und die Gesundheit zu sichern. Es befasst sich mit den Wirkungen des globalen Wandels und des Klimawandels auf terrestrische Umweltsysteme.

Mehr zum Forschungsprogramm Terrestrische Umwelt

Die Programme in der Förderperiode 2014-2018

Am Forschungsbereich Erde und Umwelt sind acht Helmholtz-Zentren beteiligt: das Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), das Forschungszentrum Jülich, das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (seit 2012), das Helmholtz-Zentrum Geesthacht für Material- und Küstenforschung (HZG), das Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, das Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ und das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ sowie das Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Die Forschung findet aktuell in fünf Programmen statt.

Forschungsprogramme


Geosystem

In diesem Programm geht es darum, die Prozesse in der Geosphäre und ihre Wechselwirkungen mit der Hydrosphäre, Atmosphäre und Biosphäre zu analysieren.

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Marine, Küsten- und Polare Systeme

Das Programm konzentriert sich auf Veränderungen in der Arktis und Antarktis, ihre Interaktion mit dem globalen Klima und die polaren Ökosysteme, auf verwundbare Küsten und Schelfmeere und die polare Perspektive der Erdsystemanalyse.

Mehr zum Forschungsprogramm Marine, Küsten- und Polare Systeme


Ozeane

Die physikalischen, chemischen, biologischen und geologischen Prozesse in den Ozeanen und ihre Wechselwirkungen mit dem Meeresboden und der Atmosphäre untersucht dieses Programm interdisziplinär.

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Atmosphäre und Klima

Ziel des Programms ist es, die Rolle der Atmosphäre im Klimasystem besser zu verstehen. Themen sind  Wolken und Wetterforschung, Landoberflächen-Prozesse, troposphärische Spurenstoffe und chemische Prozesse sowie die obere Troposphäre und mittlere Atmosphäre.

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Terrestrische Umwelt

Dieses Programm zielt darauf ab, die natürlichen Grundlagen für das menschliche Leben und die Gesundheit zu sichern. Es befasst sich mit den Wirkungen des globalen Wandels und des Klimawandels auf terrestrische Umweltsysteme.

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Einblicke in den Forschungsbereich Erde und Umwelt

Hier stellen wir Ihnen aktuelle Forschungsprojekte von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den Helmholtz-Zentren vor.

Anpassung an den Klimawandel im Ozean

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Kai T. Lohbeck prüft eine Flasche mit einer Kultur von Emiliania huxleyi in den Laboren des GEOMAR. Bild: Maike Nicolai/GEOMAR

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

 

Die wichtigste einzellige Kalkalge der Weltozeane, Emiliania huxleyi, kann sich gleichzeitig an die zunehmende Ozeanversauerung und steigende Wassertemperaturen anpassen. Das haben Wissenschaftler des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und des Thünen-Instituts für Seefischerei in einem bislang einmaligen Evolutionsexperiment demonstriert. Die Forscher widerlegten mit ihrer Studie die verbreitete Vermutung, evolutionäre Anpassungen an diese beiden Aspekte des Klimawandels würden sich gegenseitig behindern. „Auch wenn das Experiment unter Laborbedingungen durchgeführt wurde, zeigt es deutlich, welch großes Anpassungspotenzial in Emiliania huxleyi steckt“, sagt Lothar Schlüter, Erstautor der Studie. „Der Beweis ist erbracht. Prognosen über den Ozean der Zukunft müssen solche adaptiven Veränderungen unbedingt berücksichtigen.“ Für das Experiment wurde eine einzelne Zelle von Emiliania huxleyi aus dem Raunefjord in Norwegen genutzt, vermehrt und dann über ein Jahr (etwa 460 Algen-Generationen) in fünf Kulturen unterschiedlichen Temperatur- und Kohlendioxidbedingungen ausgesetzt. Angepasste Populationen wuchsen bei hohen Wassertemperaturen deutlich schneller als die nicht angepassten – unabhängig vom Kohlendioxid- Gehalt im Wasser. In einem Teilexperiment kamen die Forscher zu dem überraschenden Ergebnis, dass sich die Kulturen, die ein Jahr lang gleichzeitig dem höchsten CO2- Wert und den höchsten Temperaturen ausgesetzt waren, am schnellsten auf die erneut höheren Temperaturen einstellten.

Weitere Studien sind auf dem Weg. „Mittlerweile läuft in unseren Laboren das weltweit längste und komplexeste Experiment zu dieser Fragestellung“, sagt Thorsten Reusch, Leiter des Forschungsbereichs Marine Ökologie am GEOMAR. Die Ergebnisse werden jetzt unter anderem auch in biogeochemische Modelle einbezogen, welche die Produktivität des Ozeans der Zukunft und Grenzen der Kohlenstoff-Speicherung errechnen. Außerdem fließen die Erkenntnisse zur evolutionären Anpassung in eine Untersuchung von zukünftigen Artenverschiebungen im Plankton ein.

 

 


Wandel im Tal des Toten Meeres

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Die tiefstgelegene meteorologische Messstation der Erde: Direkt am Toten Meer steht ein sechs Meter hoher Messmast. Die Instrumente messen Strahlung, Verdunstung und Wärme. Bild: KIT/Ulrich Corsmeier

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Der Wasserspiegel des Toten Meeres sinkt seit Jahrzehnten dramatisch. Welche Rolle dabei die Verdunstung, Dunstschicht und lokale Windsysteme spielen, messen Forscher in der Messkampagne HEADS. Demnach variiert die Wasserverdunstung im Tal des Toten Meeres je nach Jahreszeit und meteorologischen Bedingungen. Die Messungen sind eingebettet in das Helmholtz-Virtuelle Institut „DESERVE – Dead Sea Research Venue“, in dem Wissenschaftler aus Deutschland, Jordanien, Israel und Palästina unter Federführung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zusammenarbeiten.


So schrumpfen die Gletscher in Grönland und der Antarktis

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Höhenveränderungen des grönländischen Eisschildes von Januar 2011 bis Januar 2014; rot: Gletscher haben an Volumen eingebüßt, blau: Gletscher sind gewachsen. Karte: Helm et al.

Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Wer das Ausmaß des Klimawandels in den Polarregionen beurteilen will, braucht verlässliche Daten. Etwa solche über die Eisverluste der Gletscher. Glaziologen des Alfred-Wegener- Instituts haben mithilfe des ESA-Satelliten CryoSat-2 erstmals flächendeckende Höhenkarten der Eisschilde auf Grönland und in der Antarktis erstellt. Damit konnten sie nachweisen, dass die Eispanzer beider Regionen derzeit in Rekordtempo schrumpfen. Insgesamt verlieren sie pro Jahr rund 500 Kubikkilometer Eis. Das entspricht einer Eisschicht, die rund 600 Meter dick ist und sich über das gesamte Stadtgebiet Hamburgs erstreckt.


Veröffentlichung zum Klimawandel im Ostseeraum

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Marcus Reckermann, Leiter des erläutert ie die Frage nach den Ursachen des regionalen Klimawandels. Internationalen Baltic Earth-Sekretariats am HZG. Bild: HZG

Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Im April 2015 wurde der regionale Klimabericht „Second Assessment of Climate Change for the Baltic Sea Basin” als Open Access veröffentlicht. 141 Autoren aus zwölf Ländern haben daran mitgearbeitet. Koordiniert wurde der Bericht vom Internationalen Baltic Earth-Sekretariat am HZG. 25 Kapitel spannen den Bogen von der letzten Eiszeit über die vergangenen 200 Jahre bis hin zu Projektionen bis 2100 und potenziellen Auswirkungen auf die Natur. Sozio-ökonomische Aspekte wie Landnutzung, Landwirtschaft und Städte werden ebenso erläutert wie die Frage nach den Ursachen des regionalen Klimawandels


Das Weizengenom: Ein Riese mit Bedeutung für die Zukunft

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Forscher am Helmholtz Zentrum München haben das riesige Weizengenom entschlüsselt. Bild: Irina Tischenko/Fotolia

Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Weizen zählt weltweit zu den am häufigsten angebauten Getreidesorten. Forscher um Klaus Mayer am Helmholtz Zentrum München konnten nun wichtige neue Einblicke in das Erbgut des Getreides gewinnen. Sie fanden heraus, dass Weizen ein Genom hat, dessen Größe das menschliche um das Fünffache übersteigt. Eine Besonderheit dabei ist: Es ist polyploid – es beinhaltet drei unabhängige Subgenome. Diese konnten die Wissenschaftler nun entschlüsseln und neue Einblicke in ihr kompliziertes Wechselspiel gewinnen. Die Ergebnisse erklären die hohe Anpassungsfähigkeit der Pflanze.


Ein Bakterium reinigt das Grundwasser

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Am UFZ wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Chemikalien kostengünstig aus Grundwasser entfernen lassen. Bild: André Künzelmann/UFZ

Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung (HZG)

An vielen Industriestandorten in aller Welt wird das Grundwasser durch Chemikalien wie Benzol und Methyltertiärbutylether (MTBE) verunreinigt. Forscher des UFZ haben jetzt ein Bakterium – Aquincola tertiaricarbonis – isoliert, das die Schadstoffe abbauen kann. Auf dieser Basis entwickelten sie ein ökologisch und wirtschaftlich konkurrenzfähiges Reinigungsverfahren und brachten es zur Marktreife. Am Standort des Ökologischen Großprojektes Leuna wird es bereits eingesetzt: Dort ging 2014 eine Anlage in Betrieb, die täglich bis zu 500.000 Liter belastetes Grundwasser reinigt.


Woher kommt das Eis auf Grönland?

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Die Watkins-Berge im südlichen Ostgrönland mit dem höchsten Gipfel Grönlands, Gunbjørn Fjeld (3700 m über NN). Bild: Peter Japsen, GEUS

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Das Eis auf Grönland konnte sich nur aufgrund von Prozessen im tiefen Erdinneren bilden, fanden Forscher des GFZ heraus. Die großräumige Vergletscherung in der Arktis begann erst vor etwa 2,7 Millionen Jahren, also vor geologisch kurzer Zeit. Aufsteigendes heißes Gestein im Erdmantel hob Grönland so weit an, dass die Gebirgsgipfel in entsprechend kalte Höhen der Atmosphäre reichen. Tektonisch wanderte Grönland dabei weit genug nach Norden, was zu geringerer Sonneneinstrahlung im Winter führt. Zudem verlagerte sich die Erdachse, wobei Grönland noch weiter nach Norden rutschte.

Initiativen im Forschungsbereich Erde und Umwelt

Im Folgenden sehen Sie eine Auswahl von Initiativen im Forschungsbereich Erde und Umwelt:

Wissensplattform Erde & Umwelt (ESKP)

Die Wissensplattform Erde & Umwelt (Earth System Knowledge Platform - ESKP) bietet ein breites Informationsangebot zu Themen aus dem Forschungsbereich "Erde & Umwelt" im Internet. Beteiligt sind acht Helmholtz-Zentren.

Mehr zur Wissensplattform Erde & Umwelt (ESKP)


Climate Service Center Germany (GERICS)

Das Climate Service Center Germany (GERICS) ist der zentrale Ansprechpartner für alle Fragen zum Klimawandel und den daraus abzuleitenden Anpassungsstrategien. Es wendet sich als Informations- und Beratungsplattform an Entscheidungsträger aus der Politik, der Wirtschaft und Meinungsführer der öffentlichen Wahrnehmung.

Mehr zum Climate Service Center Germany (GERICS)


European Climate Research Alliance (ECRA)

Die European Climate Research Alliance (ECRA) ist ein Zusammenschluss führender europäischer Forschungsinstitutionen auf dem Gebiet der Klimaforschung. ECRA hat zum Ziel, die europäischen Kompetenzen in der Klimaforschung zu bündeln, auszuweiten und zu optimieren, indem bestehende nationale Forschungskapazitäten und Infrastrukturen gemeinsam genutzt werden.

Mehr zur European Climate Research Alliance (ECRA)


Helmholtz-Verbund Regionale Klimaänderungen (REKLIM)

Die Erde befindet sich in einem tief greifenden Klimawandel, dessen Auswirkungen regional aber sehr unterschiedlich ausgeprägt sein können. Neun Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft bündeln ihre Kompetenzen in dem Helmholtz-Verbund Regionale Klimaänderungen (REKLIM), um solche Fragen zu beantworten. Der Forschungsverbund wurde in der Förderperiode 2009 - 2013 mit einem Budget von 32,2 Millionen ausgestattet und ist nun in der 3. Periode der programmorientierten Forschung der Helmholtz-Gemeinschaft als Querschnittsverbund bestätigt worden.

Mehr zum Helmholtz-Verbund Regionale Klimaänderungen (REKLIM)


Netzwerk der regionalen Helmholtz-Klimabüros

Der globale Klimawandel wirkt sich regional sehr unterschiedlich aus. Anpassungsstrategien an den Klimawandel müssen diese regionalen Unterschiede berücksichtigen, um beispielsweise Fehlinvestitionen zu vermeiden. Wegen des stetig wachsenden Beratungsbedarfs hat die Helmholtz-Gemeinschaft ein Netzwerk Regionaler Klimabüros aufgebaut.

Mehr zu den Helmholtz-Klimabüros


TERENO - Terrestrial Environmental Observatories

TERENO ist eine Beobachtungsplattform, die verschiedene terrestrische Observatorien in unterschiedlichen repräsentativen Regionen in Deutschland verbindet. Diese Observatorien liefern kontinuierlich räumlich und zeitlich erfasste Langzeit-Daten, die helfen, die integrierten Prozessmodelle von terrestrischen Systemen weiterzuentwickeln und zu validieren.

Mehr zu TERENO - Terrestrial Enviromental Observatories

 

Kontakt

Prof. Dr. Peter M. Herzig

Forschungsbereichskoordinator Erde und Umwelt

Direktor, GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
24148 Kiel

Telefon: +49 431 600-2800
Fax: +49 431 600-2805
pherzig(at)geomar.de
http://www.geomar.de


Dr. Cathrin Brüchmann

Forschungsbereichsbeauftragte Erde und Umwelt

Helmholtz-Gemeinschaft

Telefon: +49 30 206329-45
cathrin.bruechmann (at) helmholtz.de


 

"Taking the pulse of the planet" 

Broschüre des Helmholtz Earth Observatory Network (Januar 2013)

 

Integrierte Forschung zur Lösung globaler Wasserprobleme

Broschüre des Helmholtz Wasser Netzwerks

29.09.2016