Der Kohlenstoffkreislauf: lokal messen, global verstehen

Der Vortrag nimmt Euch mit auf eine Reise, die Einblicke in unsere Erforschung der Kohlenstoff- und Wasserkreisläufe von Ökosystemen bietet. Unsere Forschungsarbeit lebt von vielen Messdaten. Wir starten unsere Reise deshalb an einer Messstation im Nationalpark Hainich, an der mithilfe eines großen Turmes voller meteorologischer Instrumente der Austausch von Kohlendioxid und Wasser zwischen den Ökosystemen und der Atmosphäre erfasst wird. Es gibt hunderte solcher Messstationen auf der Erde, an sehr unterschiedlichen Standorten von der Arktis bis zu den Tropen. Aber wie können wir von diesen einzelnen Stationen etwas über die Kohlenstoff- und Wasserkreisläufe der ganzen Biosphäre lernen? Mit Satellitendaten und künstlicher Intelligenz!

Satelliten beobachten flächendeckend die ganze Erde und liefern wertvolle Informationen über den Zustand der Ökosysteme, manche jede Stunde, manche jeden Tag, manche jede Woche, und über viele Jahre, ja sogar Jahrzehnte hinweg. Wir füttern künstliche Intelligenz mit den Zeitreihen der Satellitendaten für die Orte der Messstationen, zusammen mit den Stationsmessungen vom Kohlenstoff- und Wasseraustausch der Ökosysteme. Der Algorithmus lernt von den Daten und erstellt ein Modell, das anhand der Satellitendaten berechnen kann, wie viel Wasser und Kohlendioxid die Ökosysteme aus der Atmosphäre aufnehmen oder an sie abgeben. Mithilfe eines großen Computers und moderner Informationsverarbeitungstechnologie wenden wir das Modell auf die flächendeckenden Satellitendaten an und erhalten Schätzungen, wie viel Wasser und Kohlendioxid die Ökosysteme weltweit mit der Atmosphäre austauschen. Diese datengetriebenen Ergebnisse sind wertvoll, da sie einen komplementären Ansatz und Blickwinkel zu theoriebasierten Modellen der Biosphäre liefern. Systematische Vergleiche von daten- und theoriebasierten Ergebnissen in Bezug auf wissenschaftliche Fragestellungen erlauben Rückschlüsse, wie robust unser Verständnis von Prozessen und Abläufen in den Ökosystemen ist, welche Unsicherheiten bestehen, und welche Aspekte verbessert werden sollten.

Am Ziel unserer Reise erwartet Euch ein anschauliches und aktuelles Beispiel unsere Arbeit, bei dem wir mittels des beschriebenen Ansatzes scheinbar widersprüchliche Ergebnisse verschiedener Forscher miteinander in Einklang bringen konnten. Gespannt? Wir hoffen, Euer Interesse geweckt zu haben, und laden Euch herzlich ein, auch unseren Infostand zu diesem Thema zu besuchen. Hier könnt Ihr direkt mit uns sprechen und diskutieren, nähere Informationen zu Aspekten bekommen, die Euch am meisten interessieren, oder Euch einfach ein paar Animationen unserer Ergebnisse ansehen.

Vortragender: Dr. Martin Jung