Quelle: Universität Hamburg 12. August 2024.

12. August 2024 – Eine neue Studie des Exzellenzclusters CLICCS der Universität Hamburg zeigt, wie viel CO₂ im Arktischen Ozean durch die Erosion von Permafrost in die Atmosphäre entweicht.

Die Weltmeere mildern den Klimawandel, denn sie entziehen der Atmosphäre rund 30 Prozent der vom Menschen freigesetzten Treibhausgase. Doch dieser Anteil wird durch die Folgen der Erderwärmung beeinflusst. Zum Beispiel durch die Erosion von Permafrostboden an den Küsten des Arktischen Ozeans. Diese reduziert die CO₂-Aufnahmefähigkeit des Meerwassers deutlich. Dr. David Nielsen und sein Team können erstmals in Klimamodellen darstellen, wie stark sich dieser Effekt in der Zukunft auswirken wird. Die Studie ist jetzt im Fachmagazin Nature Climate Change erschienen.

Demnach werden im Arktischen Ozean pro Jahr und pro Grad Celsius globaler Temperaturerhöhung ein bis zwei Millionen Tonnen CO₂ weniger von der Atmosphäre aufgenommen als bisher angenommen. Das entspricht einem Zehntel der Emissionen, die in Europa jährlich durch den Autoverkehr verursacht werden.

Durch das Auftauen und Abtragen der über Jahrtausende gefrorenen Küstenstreifen gelangen große Mengen Erdboden und Sedimente in den Ozean. Wie die Partikel genau mit dem Meerwasser reagieren, hängt von ihrer Zusammensetzung ab. In jedem Fall erhöhen sie mit ihren organischen Bestandteilen den Kohlenstoffgehalt im Wasser und verringern so die Aufnahmefähigkeit für CO₂ aus der Luft – und zwar um zehn bis 15 Prozent im gesamten Arktischen Ozean, wie das Team berechnete.

„Wir können den Meeren dankbar sein, dass sie einen großen Teil unserer Treibhausgase aufnehmen“, sagt Klimaforscher Nielsen. „Doch vielleicht setzt sich diese Dienstleistung der Meere nicht unbegrenzt fort. Wenn wir wissen wollen, ob wir uns auch in Zukunft auf ihre Wirkung verlassen können, müssen wir die Mechanismen der CO₂-Aufnahme genau verstehen.“

Nielsens Studie trägt dazu bei, den Einfluss von Permafrost-Erosion besser zu verstehen. Dadurch kann dieser künftig in Klimavorhersagen und Kohlenstoffbudgets mitberücksichtigt werden. So könnte sich die Erosion bis zum Jahr 2100 um den Faktor zwei bis drei beschleunigen. Das Team untersuchte deshalb verschiedene Szenarien für Küstenerosion, je nachdem, wie erfolgreich sich der Klimaschutz weltweit entwickelt.

Orginalpublikation:
Nielsen DM, Chegini F, Maerz J, Brune S, Mathis M, Dobrynin M, Baehr J, Brovkin V, Ilyina T (2024): Reduced Arctic Ocean CO₂ uptake due to coastal permafrost erosion; Nature Climate Change; https://www.nature.com/articles/s41558-024-02074-3

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Quelle: Universität Bremen 10. Juli 2024.

10. Juli 2024 – Deutschland investiert derzeit Milliardensummen, um den Ausstoß von Treibhausgasen durch Stahlwerke deutlich zu reduzieren. Dies soll vor allem durch die Umstellung auf den Wasserstoffbetrieb passieren. Aber wie misst man überhaupt die Menge an Treibhausgasen, die beim Produktionsprozess entstehen? „Bisher war man weitgehend auf Angaben und Berechnungen der Stahlhersteller angewiesen“, sagt Dr. Heinrich Bovensmann vom Institut für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen. „Nun haben wir ein Verfahren entwickelt, mit dem man diese Freisetzungen auch unabhängig messen und berechnen kann – mit Satellitendaten zur Zusammensetzung der Atmosphäre.“

Bei der Herstellung von Stahl entstehen große Mengen an Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Kohlenstoffmonoxid (CO). 2022 betrugen beispielsweise die deutschen CO₂-Emissionen der Roheisen- und Stahlerzeugung nach Angaben des Umweltbundesamtes rund 23,5 Millionen Tonnen. Dass diese Emissionen auch aus dem Weltraum feststellbar sind, wissen die IUP-Forschenden spätestens seit dem großen Moorbrand im Emsland im September und Oktober 2018: „Das war kein offenes Feuer, sondern eins, das im Boden schwelte“, so Heinrich Bovensmann. „Solch ein Brand erzeugt besonders viel Kohlenstoffmonoxid, was wir dann auch mit den hochgenauen Bildern des 2017 gestarteten Erdbeobachtungssatelliten Sentinel-5P sichtbar gemacht haben.“ Was aber auch zu sehen war, war eine Kohlenstoffmonoxid-Abgasfahne aus dem Ruhrgebiet – die des größten deutschen Stahlstandortes in Duisburg.

Dem Kohlenstoffmonoxid mit Satelliten auf der Spur
Postdoktorand Oliver Schneising aus dem IUP-Team interessierte sich fortan für diese Emissionen und untersuchte Satellitendaten auch im Hinblick auf weitere deutsche Stahlstandorte mit integrierten Hüttenwerken. Hier wies er die Kohlenstoffmonoxid-Freisetzungen in Duisburg, Dillingen,Salzgitter Bremen und Eisenhüttenstadt zweifelsfrei nach. „Die primäre Stahlerzeugung erfolgt weltweit überwiegend mit dem sogenannten Linz-Donawitz-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird Sauerstoff auf kohlenstoffreiches Roheisen aufgeblasen, um den Kohlenstoffgehalt mittels Oxidation zu minimieren und so hochwertigen kohlenstoffarmen Stahl zu erhalten“, erläutert der Bremer Wissenschaftler. „Das dabei freigesetzte Kohlenstoffmonoxid – CO – lässt sich mit der neuen Generation von Satellitensensoren vom Weltraum aus besser bestimmen als das Treibhausgas CO₂ selbst.“

Um aus den Erdfernerkundungsmessungen die CO-Emissionen zu bestimmen, sahen sich die Bremer Forschenden um Schneising die meteorologischen Verhältnisse – insbesondere den Wind – zu den Messzeitpunkten genau an. „Wir haben die CO-Emissionen der oben genannten Stahlstandorte bestimmt und zu den CO₂-Emissionen ins Verhältnis gesetzt, die von den Stahlherstellern für dieselbe Zeitperiode berichtet wurden“, sagt Schneising. „Diese Analyse ergibt standortübergreifend eine sehr hohe Korrelation von CO mit CO₂. Dies rechtfertigt es, aus den CO-Beobachtungen auch die CO₂-Emissionen zu bestimmen.“ Das von der IUP-Forschungsgruppe entwickelte Verfahren wurde inzwischen nach fachlicher Begutachtung in einer renommierten wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht.

Treibhausgas-Monitoringsystem für Deutschland in der Entwicklung
Die Arbeiten des Instituts für Umweltphysik zu diesem Thema finden im Rahmen einer umfangreichen Forschungsinitiative statt, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert. Sie hat den Titel „Integriertes Treibhausgas-Monitoringsystem für Deutschland“ (ITMS) und wird vom Deutschen Wetterdienst sowie dem Max-Planck-Institut für Biogeochemie geleitet. „Das ITMS-Projekt zielt auf die Entwicklung und Umsetzung eines Systems ab, das atmosphärische Beobachtungen vom Boden, aus der Luft und aus dem Weltraum mit hochauflösende Emissionsinventaren und hochauflösenden atmosphärischen Modellen kombiniert und zur Überwachung und Dokumentation von Treibhausgas-Quellen und -Senken nutzt“, erläutert Dr. Heinrich Bovensmann vom IUP, welches die Bremer Beteiligung für das Institut koordiniert. „Die Universität Bremen ist dabei für einen großen Teil der Aktivitäten mitverantwortlich. Sie stimmt die Aktivitäten im Bereich der Beobachtungsdaten ab, wobei kontinuierlich erhobene Beobachtungen aus Messnetzwerken und von Satelliten eine wichtige Rolle spielen.“

Die Forschungsgruppe des Instituts für Umweltphysik hat ihre Ergebnisse mittlerweile im angesehenen Fachmagazin „Atmospheric Chemistry and Physics“ der European Geosciences Union publiziert: https://acp.copernicus.org/articles/24/7609/2024/
pdf: https://acp.copernicus.org/articles/24/7609/2024/acp-24-7609-2024.pdf

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Quelle: Naturhistorisches Museum Wien 21. März 2024.

21. März 2024 – Die Fossilienwelt Weinviertel öffnet mit einer vom NHM Wien kuratierten, neuen Ausstellung am Ostermontag, 1. April 2024, nach der Winterpause wieder ihre Türen. Die Schau „Eisplanet und Hitzehölle. Klimaextreme in der Erdgeschichte“ entführt in eine tropische Vergangenheit, als Teile Österreichs von einem warmen Meer bedeckt waren, und man auch im Winter baden hätte können.

Im Vergleich zu den Klimaschwankungen der Erdgeschichte ist das tropische Intermezzo vor 16 Millionen Jahren aber kaum erwähnenswert. Über Milliarden von Jahren geriet das Klima der Erde immer wieder in Schieflage und reichte vom unwirtlichen Eisplaneten zur glühenden Hitzehölle.

Wir leben derzeit in einer warmen Phase einer Eiszeit, die vor 2,6 Millionen Jahren begann. Aufgrund der sich ändernden Umlaufbahn der Erde und durch Änderungen der Ausrichtung der Erdachse wechseln sich seitdem sehr kalte Perioden mit relativ warmen Phasen ab. Den letzten Kälte-Höhepunkt erreichte die Eiszeit vor etwa 25.000 Jahren, als sich Niederösterreich in eine karge Mammutsteppe verwandelte. Wesentlich dramatischer war aber die Eiszeit vor 700 Millionen Jahren, als sogar die Ozeane weitgehend zugefroren waren. Für das Leben war dieser „Snownball Earth“ fast das Ende. Ursache war unter anderem die damals noch geringere Strahlkraft der Sonne. Gerettet wurde die Erde durch Vulkane, die das Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂) in die Atmosphäre bliesen und so wieder zur Erwärmung führten.

Ein krasses Gegenteil zum Eisplaneten war das Super-Treibhaus vor 250 Millionen Jahren. Damals vereinten sich die meisten Kontinente zu einem gigantischen Großkontinent, Pangaea. Wolken gelangten kaum auf den gewaltigen Kontinent, der extrem trocken wurde und sich bei Jahresdurchschnitts-Temperaturen von über 40° C enorm aufheizte. Wieder begann für das Leben eine dramatische Krise. Wälder verschwanden und in weiten Teilen Europas breiteten sich Wüsten aus. Mehr als 96% aller Tiere starben aus. Die harten Schalen der Eier von Reptilien erwiesen sich nun aber als Überlebensvorteil. Sie schützten vor der Trockenheit. Ohne die Klimakatastrophe vor 250 Millionen Jahren wären daher die Dinosaurier nie entstanden und letztlich hätte es auch uns Menschen nie gegeben. Denn wir stammen, wie alle Säugetiere, von einer urtümlichen Gruppe von Reptilien ab, die an die harten Bedingungen Pangaeas perfekt angepasst waren.

Im Wechsel an Kalt- und Warmzeiten würde in 15.000 Jahren die nächste Eiszeit folgen. Der Wienerwald würde Tundra und Steppe weichen, Innsbruck würde unter Gletschern begraben sein. Doch die vom Menschen ausgelöste Klimaerwärmung könnte diesen natürlichen Rhythmus schon unterbrochen haben. Wohin wird sich das Klima in geologischen Zeiträumen entwickeln?

Für die Hitzehölle Pangaeas fehlt die passende Landmasse. Die Kontinente werden auch in einigen Millionen Jahren noch von Ozeanen umgeben sein, von denen Feuchtigkeit ins Land gelangen kann. Eine mögliche Zukunft zeigt der Blick zurück ins Karbon – dem Steinkohle-Zeitalter. Im heißen, feuchten Klima breiteten sich vor 330 Millionen Jahren in Europa erstmals dichte Sumpfwälder aus. Riesenlibellen mit über 80 Zentimeter Flügelspannweite flogen zwischen den Bäumen und plumpe Amphibien bevölkerten die Sümpfe. Damals schwankte der Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre zwischen 400 bis 800 ppm. Schon heute haben wir die untere Grenze des Steinkohlen-Zeitalters erreicht!

Über Millionen von Jahren speicherten die Pflanzen das CO₂ in ihren Stämmen und Blättern, die in den Sümpfen zu Kohle wurden. In nur wenigen Jahrzehnten führen wir dieses in der Kohle gespeicherte Treibhausgas durch Verbrennung wieder zurück in die Atmosphäre – mit unübersehbaren Folgen.

Führt unser Weg zurück ins Karbon? Zeigt die Vergangenheit mögliche Szenarien für die Zukunft? Sich darüber Gedanken zu machen, dazu regt die von der Geologisch-Paläontologischen Abteilung des Naturhistorischen Museums Wien kuratierte Sonderausstellung in der Fossilienwelt Weinviertel an.

Wo:
Fossilienwelt GmbH, Austernplatz 1, 2100 Stetten
T +43 (0)2262/62409

Öffnungszeiten:
1. April bis 31. Oktober 2024
Di – So von 10 bis 17 Uhr,
letzter Einlass 15:30 Uhr
Montag Ruhetag (ausgenommen Feiertag).

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Quelle: ESA Science & Exploration, 25. Januar 2024.

Aufgabe: Verstehen, warum der nächste Nachbar der Erde, die Venus, so anders ist.

Partnerschaft: EnVision ist eine von der ESA geleitete Mission in Partnerschaft mit der NASA, wobei die NASA das Synthetic Aperture Radar (VenSAR) und das Deep Space Network für kritische Phasen der Mission bereitstellt (weitere Informationen zu den europäischen Beiträgen zu EnVision siehe unten)

Warum die Venus? Die Venus ist der erdähnlichste der terrestrischen Planeten der Sonne, was ihre Größe, Zusammensetzung und Entfernung von der Sonne betrifft. Doch zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Geschichte der Planeten begannen beide, sich sehr unterschiedlich zu entwickeln. Die Venus ist heute viel zu heiß, um flüssiges Wasser an ihrer Oberfläche zu beherbergen, aber sie könnte über Milliarden von Jahren ein eher erdähnliches Klima gehabt haben, bevor sie einen unkontrollierbaren Treibhauseffekt entwickelte. Daher ist die Venus ein natürliches Laboratorium, um zu untersuchen, wie sich die Bewohnbarkeit – oder das Fehlen derselben – im Sonnensystem entwickelt hat.

Zielsetzungen: EnVision wird die erste Mission sein, die die Venus von ihrem inneren Kern bis zu ihrer oberen Atmosphäre erforscht und die Wechselwirkung zwischen ihren verschiedenen Hüllen – Atmosphäre, Oberfläche/Unterfläche und Inneres – charakterisiert. Ziel ist es, einen ganzheitlichen Blick auf die Venus zu werfen und die Geschichte, die Aktivität und das Klima des Planeten zu untersuchen.

Die EnVision-Mission wird sich mit einer Reihe von Schlüsselfragen zu unserem Nachbarn befassen:

• Wie haben sich die Oberfläche und das Innere der Venus entwickelt?
• Wie aktiv ist die Venus heute geologisch und tektonisch, und wie aktiv war sie in den letzten Milliarden Jahren?
• Wie werden die Atmosphäre und das Klima der Venus durch geologische Prozesse geformt?
• Gab es auf der Venus Ozeane – und könnten sich in den ältesten Gesteinen der Venusoberfläche Hinweise auf vergangenes Wasser finden?
• Wie verliert die Venus Wärme, und wann und warum hat der Treibhauseffekt auf dem Planeten begonnen?

Vorläufer: Die Mission baut auf dem Erfolg von Missionen wie Venus Express der ESA (2005-2014), dem sowjetischen Venera-Programm (1961-1984), der Pioneer-Venus-Mission der NASA (1978-1992) und dem Magellan Orbiter der NASA (1989-1994) auf. Zusammenfassungen dieser Missionen und ihrer wissenschaftlichen Ergebnisse finden Sie unter ‚Frühere Venusmissionen‚. Das Projekt wird auch die Ergebnisse der Akatsuki-Mission der JAXA nutzen, die 2015 in eine Umlaufbahn um die Venus eintrat. EnVision wird in Synergie mit den bevorstehenden NASA-Missionen VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) und DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging) arbeiten, um die bisher umfassendste Untersuchung der Venus zu ermöglichen

Abmessungen: EnVision wird ein grob rechteckiger, dreiachsenstabilisierter Satellit sein, der beim Start 2,5 Tonnen wiegt und in verstautem Zustand ca. 2 m x 2 m x 3 m misst, mit zwei ausfahrbaren Solarzellen

Instrumente: Die wissenschaftliche Nutzlast von EnVision besteht aus VenSAR, einem Dualpolarisations-S-Band-Radar, das auch als Mikrowellenradiometer und Höhenmesser arbeitet und die Venusoberfläche kartieren wird, drei optischen Spektrometern (VenSpec-M, VenSpec-U und VenSpec-H) zur Beobachtung der Venusoberfläche und -atmosphäre sowie dem Subsurface Radar Sounder (SRS), einem Hochfrequenz (HF)-Sondierungsradar zur Untersuchung des obersten Kilometers des Untergrunds. Ergänzt werden diese Systeme durch eine funkwissenschaftliche Untersuchung, bei der das Telemetriesystem TT&C (Telemetry Tracking and Command) des Raumfahrzeugs genutzt wird, um das Schwerefeld des Planeten zu kartieren und seine innere Struktur einzugrenzen sowie die Zusammensetzung und Struktur der Venusatmosphäre zu messen.

Auswahl: Die Mission wurde vom Ausschuss für das Wissenschaftsprogramm der ESA am 10. Juni 2021 als fünfte Mission der mittleren Klasse im Rahmen des Plans Cosmic Vision der ESA ausgewählt. Sie wurde am 25. Januar 2024 angenommen.

Start: Der Start von EnVision ist für die frühen 2030er Jahre geplant. Die Mission soll vom Weltraumbahnhof der ESA in Kourou, Französisch-Guayana, mit einer Ariane 62 starten.

Reise und Umlaufbahn: EnVision wird die Venus nach einer 15-monatigen Reise erreichen. Nach der Ankunft wird die Sonde 15 Monate lang die Venusatmosphäre durchfliegen, um allmählich ihre wissenschaftliche Umlaufbahn zu erreichen, eine niedrige, quasi polare Venusumlaufbahn mit einer variablen Höhe zwischen 220 und 540 km und einer Umlaufzeit von etwa 94 Minuten.

Lebenszeit: Nominale wissenschaftliche Gesamtdauer von sechs Venus-Sternzeittagen (vier Erdjahre)

Beiträge der ESA-Mitgliedsstaaten: ASI, DLR, BelSPO und CNES werden jeweils die Beschaffung der Instrumente SRS, VenSpec-M, VenSpec-H und VenSpec-U leiten. Das radiowissenschaftliche Experiment wird von Instituten in Frankreich und Deutschland geleitet. Start und Betrieb werden durch das ESA Mission Operations Centre (MOC) im ESOC (Darmstadt) und das Science Operations Centre (SOC) im ESAC (Madrid) unterstützt, wobei der Instrumentenbetrieb und die operativen Schnittstellen auf die Instrumententeams verteilt sind.

Fakten zur EnVision-Mission

EnVision wird Beobachtungen im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bereich sowie im Mikrowellen- und Hochfrequenzradiobereich kombinieren, um geologische und atmosphärische Prozesse in verschiedenen Maßstäben zu untersuchen, vom Kern bis zur oberen Atmosphäre der Venus.

Die Sonde wird die offenen Fragen weiterverfolgen, die durch frühere Missionen zum Planeten aufgeworfen wurden, darunter die ESA-Sonde Venus Express, die sich auf die Erforschung der Atmosphäre konzentrierte, aber auch eine rätselhafte Planetenoberfläche mit Anzeichen geologischer Aktivität zeigte. Weitere Fragen betreffen das Klima und die Geschichte des Wassers auf der Venus.

Jüngste Forschungsergebnisse deuten stark darauf hin, dass die Entwicklung der Atmosphäre und des Inneren der Venus miteinander gekoppelt sind, was die Notwendigkeit unterstreicht, die Atmosphäre, die Oberfläche und das Innere der Venus als ein System zu untersuchen.

Der Beitrag der NASA zu EnVision, VenSAR, baut auf jahrzehntelanger Erfahrung mit planetarischen Radargeräten auf, die auf die 1989 zur Venus gestartete NASA/JPL Magellan-Radarmission zurückgeht.

EnVision ist die erste Mission zur Venus mit einem Sondierungsradar (SRS), das die Eigenschaften des Planeten direkt messen wird.

Darüber hinaus wird das VenSAR-Radar das erste Instrument sein, das Teile des Planeten mit einer sehr feinen Auflösung von 10 Metern abbildet und polarimetrische Aufnahmen macht, um unser Wissen über die Venusoberfläche zu erweitern.

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• EnVision : ESAs Venus-Mission (M5) auf Ariane 62

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Quelle: LNDW 2023 8. Juni 2023.

Mit Experimenten, Wissenschaftsshows, Vorträgen, Laborführungen und vielen anderen Veranstaltungen bieten rund 60 Einrichtungen ein abwechslungsreiches Programm für die ganze Familie: Vom Bau einer mittelsteinzeitlichen Hütte mit Repliken steinzeitlicher Werkzeuge als Citizen-Science-Projekt über soft-robotische Handentwicklung in der humanoiden Robotik bis hin zu anderen wichtigen Themen unserer Zeit – Klimawandel, Ernährung und Digitalisierung – die Lange Nacht der Wissenschaften (LNDW) bietet tiefe Einblicke in Naturwissenschaft und Technik, in Bildung und Forschung, in Mensch und Gesellschaft, in Medizin und Gesundheit, in Kunst und Kultur.

„Es erfüllt mich mit großer Freude, dass bei der Langen Nacht der Wissenschaften erneut eine beeindruckende Anzahl von wissenschaftlichen Einrichtungen einen Einblick in ihre Forschung eröffnet. Die LNDW bietet eine herausragende Gelegenheit, die Vielfalt und Innovationskraft der einzigartigen Wissenschaftslandschaft in Berlin und Potsdam kennenzulernen. Wir verbinden damit das Ziel, Wissenschaft erlebbar zu machen: Erleben. Verstehen. Wissen.“, betonte Prof. Dr. Julia von Blumenthal, Vorstandsvorsitzende des LNDW e. V. und Präsidentin der Humboldt-Universität zu Berlin anlässlich des heutigen Pressegesprächs.

„Die Lange Nacht der Wissenschaften steht seit vielen Jahren für die Verbindung von rund 60 Wissenschaftseinrichtungen mit den Menschen in unserer Stadt. Wissenschaft hat den Auftrag, auf die vielen gesellschaftlichen Fragen – sei es im Bereich Ökologie und Klimawandel, Digitalisierung, Künstliche Intelligenz oder Gesundheitsversorgung – Antworten zu geben. Die zahlreichen Themen und innovativen Veranstaltungsformate im Programm der Langen Nacht der Wissenschaften am 17. Juni machen sie zu einer außergewöhnlich gelungenen Veranstaltung, die Forschung für die Menschen aller Altersgruppen greifbar macht und ihre Neugierde weckt.“, sagte Dr. Ina Czyborra, Senatorin für Wissenschaft, Gesundheit und Pflege.

Die Lange Nacht der Wissenschaften lebt vom Engagement der wissenschaftlichen Einrichtungen. So feiert beispielsweise die Berliner Hochschule für Technik – Gastgeberin des diesjährigen Pressegesprächs – in diesem Jahr ihr zwanzigjähriges LNDW-Jubiläum.

„Als Mitglied der vielfältigen Wissenschaftslandschaft der Hauptstadtregion ist es für uns ein besonders wichtiges Anliegen, auch Partner der Langen Nacht der Wissenschaften zu sein. Wir engagieren uns in diesem Rahmen im zwanzigsten Jahr und freuen uns, einen Abend lang unseren Gästen Einblicke in ganz unterschiedliche Themen in unseren über 100 spannenden Einzelprogrammen zu ermöglichen”, sagte Prof. Dr.-Ing. Werner Ullmann, Präsident der Berliner Hochschule für Technik.

Folgende drei Programmhighlights wurden am 8. Juni 2023 im Rahmen eines Pressegesprächs vorgestellt:
Soft-robotische Handentwicklung in der Humanoiden Robotik
Prof. Dr. Hannes Höppner, Berliner Hochschule für Technik
Im Studiengang Humanoide Robotik sowie im Forschungslabor Soft Interactive Robotics Lab (SIRo-Lab) erforschen Wissenschaftler:innen und Studierende die Entwicklung von Roboterhänden. Das Projektteam demonstriert beim Pressegespräch das Greifen von Objekten mit einem Cobot und zeigt eine vielversprechende Roboterhand.
https://www.langenachtderwissenschaften.de/programm/detail/92734
Citizen-Science-Projekt The Interaction Lab: Wie verhalten sich Menschen in historischen Umgebungen?
Prof. Dr. Antje Wilton, Freie Universität Berlin
Expert:innen der Archäotechnik erbauen eine mittelsteinzeitliche Hütte mit etlichen Repliken steinzeitlicher Werkzeuge und dokumentieren ihre Arbeitsergebnisse in einem Video. Besucher:innen sind herzliche zum Mitmachen eingeladen. Ein Begleitprogramm bietet zusätzliche Informationen. https://www.langenachtderwissenschaften.de/programm/detail/93871
Not Just Celsius – Klimagerechtigkeit auf der Kippe
Paul Baule, Interactive Media Foundation (in Kooperation mit der Humboldt-Universität zu Berlin)
Eine interaktive Datenvisualisierung verbildlicht den Besucher:innen den CO2-Ausstoß unterschiedlicher Akteur:innen und ermöglicht es ihnen, Folgen und Ursachen des Klimawandels miteinander zu vergleichen. Eine interaktive Waage macht die Verbindung von Klimawandel und sozialer Ungerechtigkeit deutlich.
https://www.langenachtderwissenschaften.de/programm/detail/92766

Das gesamte Programm finden Sie hier: https://www.langenachtderwissenschaften.de/programm

Ein besonderer Dank gilt der Senatsverwaltung für Wissenschaft, Gesundheit und Pflege, der Wall GmbH, der Berliner Sparkasse und unserer Spenderin, der Technologiestiftung Berlin.

Der Weg zum Ticket
Tickets können über die LNDW-Website oder über Ticketmaster-Vorverkaufsstellen gekauft werden. Die Lange Nacht der Wissenschaften hält dabei besondere Angebote für Gruppen und Familien bereit, z. B. mit dem reduzierten Familienticket oder dem Fünf- Freund:innen-Ticket. Die Karten berechtigen zum Besuch aller Veranstaltungen der teilnehmenden Wissenschaftseinrichtungen in Berlin und Potsdam sowie zur kostenlosen Nutzung der Sonderbusse auf den fünf Sonderbusrouten in Potsdam, Wannsee, Dahlem, Buch und Adlershof. Tickets und weitere Informationen: https://www.langenachtderwissenschaften.de/informationen/tickets

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Quelle: Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung 6. Juni 2023.

6. Juni 2023 – Die durchschnittliche Oberflächentemperatur der Ozeane ist im Zuge des Klimawandels massiv gestiegen. Einige Meeresregionen wie der Südliche Ozean rund um die Antarktis haben sich in den vergangenen 40 Jahren jedoch kaum erwärmt oder sogar leicht abgekühlt. Ein Forschungsteam des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) konnte nun zeigen, dass dies nur ein kurzfristiger Übergangszustand zu Beginn eines sehr langfristigen Klimawandels ist, im Zuge dessen sich gerade die heute noch kühleren Bereiche am stärksten erhitzen werden. Die Studie ist im Fachmagazin Nature Communications, Earth & Environment erschienen.

Seit 40 Jahren liefern Satelliten verlässliche und flächendeckende Messdaten zur Erwärmung der Ozeane. Für die Zeit davor waren Forschende noch auf lückenhafte Temperaturmessdaten etwa von Handelsschiffen angewiesen. „Dieser nun relativ lange Zeitraum mit guten Daten zeigt einen deutlichen Erwärmungstrend in den Ozeanen, die ja mit mehr als 90 Prozent einen Großteil der durch Treibhausgase erzeugten, zusätzlichen Wärme im Erdsystem aufnehmen“, sagt AWI-Ozeanograf Hu Yang, Erstautor der Studie. Diese zusätzliche Wärme ist allerdings ungleich in den Meeren verteilt. Während sich die subtropischen Ozeanregionen in den vergangenen vier Jahrzehnten sehr stark erwärmt haben, stieg die Oberflächentemperatur im tropischen Ostpazifik und in den subpolaren Meeren – etwa rund um die Antarktis – kaum oder sank sogar. „Diese Beobachtungen stehen in einem gewissen Widerspruch zum rekonstruierten Paläoklima vergangener Erdzeitalter, das beim Wechsel zu Heißzeiten die stärksten Erwärmungen in hohen Breiten rund um die Pole zeigt“, ergänzt Prof. Dr. Gerrit Lohmann, Leiter der Arbeitsgruppe Dynamik des Paläoklimas am AWI.

„Dieses Muster der letzten 40 Jahre wurde häufig als eine natürliche Klimaschwankung dargestellt, die sogenannte pacific decadal oscillation – kurz PDO“, erläutert Hu Yang. „Unsere Modellsimulationen, die wir im Rahmen der Studie durchgeführt haben, deuten allerdings in eine andere Richtung.“ Demnach sind die Erwärmungstrends das Ergebnis von Strömungsmustern in den Ozeanen, darunter vor allem dynamische Konvergenz und Divergenz. Konvergenz tritt zum Beispiel in subtropischen Wirbeln auf, in denen das warme Oberflächenwasser zusammenfließt und vertikal in die Tiefe transportiert wird (Downwelling). Divergenz findet dagegen in subpolaren Wirbeln statt, in denen Massen auseinanderfließen und kaltes Wasser aus der Tiefe an die Oberfläche kommt (Upwelling).

„Dieses Muster ist allerdings nur ein im erdgeschichtlichen Maßstab extrem kurzer Übergangszustand zu Beginn des anthropogenen Klimawandels“, sagt Hu Yang. „Er tritt nur auf, so lange sich die Erwärmung in Folge steigernder CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre auf die oberen Schichten der Ozeane fokussiert.“ Langfristig – so zeigen es die Computermodelle der Forschenden – wird sich das ändern. Denn die zusätzliche Wärme wird nach und nach in die Tiefsee transportiert. „Dann werden sich die subpolaren Ozeane der hohen Breiten, die eine wichtige Verbindung zwischen den oberflächennahen Schichten und der Tiefsee darstellen, deutlich stärker erwärmen als die subtropischen Regionen. Und diese Erwärmung wird sich über Jahrhunderte fortsetzen, selbst wenn die Treibausgasemissionen in naher Zukunft nicht mehr weiter steigen. Die Folgen könnten massiv sein. So birgt dieser Trend etwa die Gefahr eines Meeresspiegelanstiegs um mehr als 10 Meter. Die jetzt schon beobachtete drastische Erhitzung der Ozeane und ihre Folgen sind also nur der Anfang.“

Originalpublikation:
Yang, H., Lohmann, G., Stepanek, C. et al. Satellite-observed strong subtropical ocean warming as an early signature of global warming. Commun Earth Environ 4, 178 (2023).
doi.org/10.1038/s43247-023-00839-w
https://www.nature.com/articles/s43247-023-00839-w

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• Klimawandel

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Die Geschichte der Tiere auf der Erde umfasst über eine halbe Milliarde Jahre, doch verlief sie nicht geradlinig. Insgesamt mindestens fünfmal stand das Leben am Abgrund. Längst noch nicht jedes Massensterben der Erdgeschichte ist aufgeklärt. Zwischen den Zeitaltern Perm und Trias war es besonders schlimm: Der blaue Planet erlebte vor 251 Millionen Jahre das bis heute größte Massensterben seiner Tierwelt, bei dem über 70 Prozent der Landtiere und sogar 95 Prozent aller Tierarten in den Meeren ausstarben.

Karl hat für diesen AstroGeo Podcast viele Studien gesichtet: Was wissen Geologinnen und Geologen über die Ursache der permotriassischen Katastrophe? Über die letzten Jahrzehnte wurden etliche Thesen formuliert, allen voran brodelnde Vulkane im heutigen Sibirien und der Einschlag eines gewaltigen Meteoriten. Mittlerweile ist klar: Das größte Massensterben sollte uns Menschen interessieren. Denn Vieles, was damals auf der Erde passierte, scheint sich nun durch unser Handeln zu wiederholen, wenn wir nichts dagegen unternehmen.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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Quelle: Universität Bremen 12 Januar 2023.

12. Januar 2023 – Das Institut für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen ist ein weltweit führendes Institut im Bereich der Auswertung und Interpretation globaler Satellitenmessungen der Treibhausgase Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Methan (CH₄) und weiterer atmosphärischer Spurengase, die für Klima und Luftqualität von großer Bedeutung sind. Das Institut leitet das Treibhausgas-Projekt GHG-CCI der Klimawandelinitiative der Europäischen Raumfahrtagentur ESA und liefert entsprechende Daten an den europäischen Copernicus Klimawandel-Service C3S und an den Copernicus Atmosphärenbeobachtungs-Service CAMS. Die neueste Copernicus Mitteilung zur Treibhausgasentwicklung (Link siehe unten) basiert wesentlich auf den vom IUP bereitgestellten Satelliten-Daten und deren Analyse.

„Der Methan-Anstieg bleibt in 2022 mit etwa 0,6% sehr hoch, liegt aber unterhalb der Rekordwerte der vergangenen beiden Jahre. Unsere Vermutung dafür ist, dass es einerseits mehr Emissionen gegeben hat, gleichzeitig aber die atmosphärische Methansenke abgenommen hat. Der CO₂-Anstieg ist mit etwas über 0,5% ähnlich hoch wie in den vergangenen Jahren“, fasst Umweltphysiker Dr. Michael Buchwitz erste Ergebnisse zusammen.

Treibhausgasmessungen seit 2002
Die Zeitserien der Treibhausgasmessungen aus dem Weltraum beginnen 2002 mit dem von der Universität Bremen vorgeschlagenen und wissenschaftlich betreutem SCIAMACHY-Instrument auf dem europäischen Umweltsatelliten ENVISAT. Diese Messungen werden derzeit unter anderem von japanischen (GOSAT und GOSAT-2) und amerikanischen (OCO-2) Satelliten fortgesetzt.

Die Satelliten messen das vertikal gemittelte Mischungsverhältnis von CO₂ und CH₄. Diese Messgrößen werden mit XCO2 und XCH4 bezeichnet und sie unterscheiden sich von den üblicherweise berichteten Messungen bodennaher Konzentrationen. Die Daten werde in den Einheiten „Teilchen pro Millionen“ (parts per million, ppm) für CO₂ und „Teilchen pro Milliarde“ (parts per billion, ppb) für CH₄ angegeben. Eine XCO2 Konzentration von 400 ppm bedeutet, dass die Atmosphäre 400 CO₂-Moleküle pro eine Millionen Luftmoleküle enthält. „Methan ist 2022 etwa um 11,8 ppb gestiegen, CO₂ um 2,1 ppm“, so Buchwitz.

Die anhängende Abbildung zeigt oben den Zeitverlauf der Konzentrationen beider Gase seit 2003. Wie man sieht, steigt CO₂ nahezu gleichförmig an – im Gegensatz zum Methan. In den Jahren 2000 bis 2006 war die Methankonzentration im Mittel stabil. Seit 2007 jedoch steigt Methan (wieder) an, und zwar mit besonders hohen Anstiegsraten in den vergangenen Jahren (Abbildung unten). Die Rekordwerte der Jahre 2020 und 2021 sind vermutlich mit einer COVID-19-induzierten Erhöhung der Methansenke verbunden, aber auch mit einem Anstieg der Methan-Emissionen (Details siehe „Copernicus Pressemitteilung“).

„Leider gibt es noch viele Wissenslücken bezüglich der diversen natürlichen und anthropogenen Quellen und Senken von Methan und anderen Treibhausgasen“, sagt Buchwitz. „Es ist daher nach wie vor erforderlich, das bestehende System zur globalen Beobachtung klimarelevanter Parameter optimal zu nutzen und weiter zu verbessern.“

Weitere Informationen:
Copernicus Pressemitteilung „2022 was a year of climate extremes, with record high temperatures and rising concentrations of greenhouse gases“:
https://climate.copernicus.eu/copernicus-2022-was-year-climate-extremes-record-high-temperatures-and-rising-concentrations

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Quelle: Universität Wien 8. November 2022.

8. November 2022 – Die Himmelskörper unseres Sonnensystems beeinflussen auch die Klimazyklen unserer Erde. Der Frage, wie dieser astronomische „Herzschlag“ das Erdklima in einer frühen Warmzeit änderte, ging ein Team aus Geo- und Klimawissenschafter*innen der Universität Wien gemeinsam mit internationalen Kolleg*innen nach. Anhand von Simulationen und Daten aus Bohrkernen konnte nachgewiesen werden, dass astronomische Zyklen – zusätzlich zu Verschiebungen von Kontinentalplatten und schwankendem CO₂-Anteil in der Atmosphäre – Klimaveränderungen vor etwa 200 Millionen Jahren antrieben. Auch für verbesserte Prognosen können diese neuen Daten aus vergangenen warmen Klimaphasen mit höheren Treibhausgaskonzentrationen interessant sein. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal PNAS publiziert.

Dass die Wechselwirkungen zwischen den Himmelskörpern im Sonnensystem das Klima der Erde periodisch verändern, ist für die vergangenen drei Millionen Jahre klar: „Wir wissen unter anderem, dass Eiszeitzyklen dadurch hervorgerufen wurden, dass sich die Umlaufbahn der Erde und ihre Eigenrotation durch die Anziehungskräfte der Planeten und des Erdmonds periodisch verändern – und das beeinflusst wiederum die Sonneneinstrahlung und damit das Klima“, erklärt der Paläoklimaforscher Jan Landwehrs von der Universität Wien. Diese Zyklen sind eine der wichtigsten natürlichen Antriebskräfte von globalen Klimaveränderungen der jüngeren Erdgeschichte und insbesondere für die vergangenen Eiszeiten verantwortlich.

Wie dies aber auch wärmere Klimaphasen mit höheren Treibhausgaskonzentrationen in der früheren Erdgeschichte beeinflusste, war bisher noch unklar. Dieser Frage ging nun ein Team aus Geolog*innen und Klimaforscher*innen der Universität Wien, des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung und der Universitäten Southampton (UK) sowie Columbia (USA) nach. Die Ergebnisse wurden aktuell im Fachjournal PNAS publiziert.

Neues Klimamodell zeigt Einfluss astronomischer Kräfte
Durch die neue Studie lässt sich der Einfluss anderer Himmelskörper auf das Erdklima auch für die späte Trias und frühe Jura (also vor etwa 230 bis 200 Millionen Jahren) nachweisen, eine Zeit der globalen Erwärmung und hohen CO₂-Konzentration in der Atmosphäre, in der auch bereits Dinosaurier den Superkontinent Pangäa bevölkerten. Das Forschungsteam untersuchte dafür Sediment-Bohrkerne aus dem Newark-Hartford-Becken im Osten der USA, das vor 233 bis 199 Millionen Jahren in den Tropen von Pangäa lag und langsam nach Norden wanderte (von 5° auf 20°).

„Aus diesem geologischen Archiv lässt sich ablesen, dass der Wasserspiegel großer Seen immer wieder innerhalb weniger tausend Jahre stieg und fiel. Durch Klimasimulationen konnten wir darauf aufbauend zeigen, dass die astronomischen Kräfte neben dem CO₂-Gehalt in der Atmosphäre und den tektonischen Plattenbewegungen einen wichtigen Faktor des Klimawandels darstellen“, erklärt Hauptautor Landwehrs, Doktoratsstudent an der Vienna International School of Earth and Space Sciences (VISESS) der Universität Wien, der auch am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung forscht.

Um den außerirdischen Einfluss abzubilden, wurden Simulationen mit dem neu entwickelten Erdsystemmodell CLIMBER-X durchgeführt: „Dieses besonders schnelle Modell erlaubte es erstmals, solche klimatischen Zyklen für weit zurückliegende Zeiträume dynamisch zu simulieren“, erklärt Georg Feulner vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung.

Klimakrise und Massenaussterben
Die Ergebnisse erklären die Vergangenheit, seien aber auch für die Zukunft interessant, „im Hinblick darauf, wie die derzeitige Klimakrise und ein zukünftiges Treibhausklima simuliert und damit vorhergesagt werden kann“, betont Mitautor Michael Wagreich vom Institut für Geologie der Universität Wien. An der Trias-Jura-Grenze vor 200 Millionen Jahren änderte sich das Klima u.a. durch vulkanische CO₂-Emissionen drastisch und es kam zum einem der größten Massenaussterben der Erdgeschichte.

Auch wenn dabei viele Faktoren zusammenspielten und frühere Veränderungen sich oft über viel längere Zeiträume von Tausenden von Jahren erstreckten, zeigt sich jeweils der starke Einfluss von CO₂ auf das Klima: „Wenn wir nicht rasch die Treibhausgase in der Atmosphäre begrenzen, wird unsere Zeit als die des sechsten großen Massenaussterbens in die Erdgeschichte eingehen“, warnt Wagreich.

Originalpublikation:
Landwehrs, J., Feulner, G., Willeit, M., Petri, S., Sames, B., Wagreich, M., Whiteside, J. H. & Olsen, P. E. (2022): Modes of Pangean lake-level cyclicity driven by astronomical climate pacing modulated by continental position and pCO2. PNAS
DOI: 10.1073/pnas.2203818119, https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2203818119.

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• Planet Erde

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Quelle: Max-Planck-Institut für Biogeochemie 20. Oktober 2022.

20. Okober 2022 – Das ITMS wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und soll der Bundesregierung und der Öffentlichkeit gesicherte Informationen zu Stand und Entwicklung der Treibhausgasflüsse zur Verfügung stellen.

Neu daran ist, dass die Quellen (Freisetzung) und Senken (Aufnahme) von Treibhausgasen, nun auf Beobachtungen basierend, unabhängig ermittelt werden können: Auf der Grundlage der gemessenen Konzentrationen in der Atmosphäre und mittels aktueller Modellierung der Quellen- und Senkenprozesse sowie des meteorologischen Transports werden neue Berechnungen mit einer hohen Zuverlässigkeit ermöglicht. Gerade vertrauenswürdige Daten sind für eine faktenbasierte Politik zur Eindämmung des Klimawandels, für die Steuerung des Handels mit CO₂-Zertifikaten und den Weg zu einer klimaneutralen Wirtschaft (NetZero) von besonderer Relevanz.

Zum Kick-Off Meeting vom 18. bis 20. Oktober 2022 am MPI-BGC trafen sich die beteiligten Forschungspartner mit einem erweiterten Kreis interessierter Forschungsgruppen, um die konkreten Pläne für die erste vierjährige Projektphase abzustimmen.

Dazu erklärt Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger: „Die Bewältigung des Klimawandels ist eine Menschheitsaufgabe, die uns nur mit Forschung und Innovationen gelingen wird. Mit dem Integrierten Treibhausgas-Monitoringsystem für Deutschland können erstmals Treibhausgasquellen und -senken direkt überwacht werden. Dadurch erhalten wir ein genaueres Lagebild für einen besseren Klimaschutz und können Klimaschutzmaßnahmen auf ihre Wirksamkeit hin überprüfen.“

Inverse Modellierung findet Quellen und Senken
Quellen und Senken von Treibhausgasen sowie deren Herkunft an der Oberfläche unserer Erde können mit Hilfe der „inversen Modellierung“ ermittelt werden. Dieses Verfahren nutzt echte Beobachtungsdaten von atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen und unter Zuhilfenahme eines Modells lässt sich auf die räumliche Verteilung sowie die Stärke der Quellen und Senken rückschließen. „Die erste Projektphase wird es ermöglichen, existierende Beobachtungsdaten der atmosphärischen Treibhausgase vom Boden, aus der Luft sowie aus dem Weltraum mit der operationellen Wettervorhersage zusammenzubringen. In weiteren Projektphasen werden Änderungen der Treibhausgasemissionen verschiedener Sektoren, wie z.B. der Energieerzeugung, der Landwirtschaft oder dem Verkehr in Zeiträumen von Monaten bis mehrere Jahre und Jahrzehnte bestimmt werden“, so Dr. Christoph Gerbig vom MPI für Biogeochemie. Die von ihm geleitete Forschungsgruppe wird zusammen mit dem Referat Emissionsverifikation Treibhausgase des Deutschen Wetterdienstes (DWD) die inverse Treibhausgas-Modellierung für Deutschland entwickeln. „Beim DWD werden wir die inverse Modellierung in den operationellen Betrieb überführen und so die Politikberatung zum Treibhausgas-Monitoring verstetigen“, sagt Tobias Fuchs, DWD Vorstand Klima und Umwelt.

Nordstream-Leckagen zeigen die Bedeutung echter Messungen
Wie wichtig reale Messungen sind, zeigen jüngst die Lecks von Nordstream 1 und 2, aus denen große Mengen von Methan (CH₄) in die Atmosphäre gelangten. Treibhausgase sind nicht sichtbar, werden aber unter anderem von Messtationen des Integrated Carbon Observation System (ICOS) am Boden und von Satelliten aus erfasst. „Mithilfe des auf unserem Wettervorhersagesystem ICON aufbauenden atmosphärischen Transportmodells ICON-ART konnten wir den Weg der Abluftfahne über Nordeuropa unmittelbar nachverfolgen“, so Tobias Fuchs weiter.

Satellitendaten sind ein bedeutender Baustein
Zu den wichtigsten Fortschritten des ITMS gehört die Verbesserung des Datenflusses von den verschiedenen Beobachtungssystemen, die Messungen am Boden, von Flugzeugen und von Satelliten umfassen. Hierbei werden insbesondere die neuen Satellitendaten wichtige Beiträge leisten. „Hochaufgelöste Satellitenmessungen der atmosphärischen Konzentration erlauben es, die Emissionsstärke von lokalen CO₂– und CH₄-Quellen vom Weltall aus zu quantifizieren, dies haben wir mit Flugzeugmessungen demonstriert“, erläutert Dr. Heinrich Bovensmann von der Universität Bremen. Für die neuen Satellitensysteme wie z.B. Copernicus CO2M und MERLIN konnte dies anhand von flugzeug-gestützten Messungen demonstriert werden.

Den Ursprung zu kennen, ist die Voraussetzung für erfolgreiche Maßnahmen
Aber auch das Wissen über einzelne Emissionsprozesse wird im ITMS weiterentwickelt und für das Modellsystem verfügbar gemacht:
„Es ist unabdingbar, die Quellen von Treibhausgasemissionen räumlich und zeitlich im Detail besser aufzulösen“, so Dr. Ralf Kiese vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Um Quellen, und Senken biologischen Ursprungs zu berechnen, verwendet sein Team prozessbasierte Simulationsmodelle. In Zusammenspiel mit Schätzungen zu Emissionen aus Verkehr und Industrie wird es zukünftig möglich sein, zwischen Emissionen aus fossilen Quellen, der Land- und Forstwirtschaft sowie natürlichen Quellen wie Feuchtgebieten zu unterscheiden. „Damit können mit ITMS konkrete Maßnahmen zur Senkung lokaler Emissionen bewertet werden.“

Im Rahmen des ITMS fördert das BMBF Forschungsprojekte zu Kernkomponenten in den Bereichen Atmosphärische Modellierung, Beobachtungsdaten sowie Quellen und Senken. Auf diese Kernprojekte werden weitere Beiträge zum ITMS aufbauen. Zu den federführenden Partnern gehören das Max-Planck-Institut für Biogeochemie, der Deutsche Wetterdienst (DWD), das Institut für Umweltphysik der Universität Bremen, das Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sowie das Institut für Physik der Atmosphäre des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Des Weiteren sind auch das Umweltbundesamt sowie das Thünen-Institut für Agrarklimaschutz beteiligt, die beide eine zentrale Rolle in der nationalen Berichterstattung spielen.

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• Klimawandel

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Quelle: Forschungszentrum Jülich 29. August 2022.

Nach dem erfolgreichen Jungfernflug in Schweden im vergangenen Jahr dient die aktuelle Kampagne neben der Erforschung der stratosphärischen Luftschichten dazu, die Europäische Weltraumagentur ESA bei der Vorbereitung von Satellitenmissionen wie CAIRT und FORUM zu unterstützen. Der Ballon mit Gloria-B steigt bis zu 36 Kilometer hoch in der Atmosphäre auf und hat dort einen Durchmesser von rund 100 Metern.

CAIRT („The Changing-Atmosphere Infra-Red Tomography Explorer“) ist ein Satellitenkonzept, das vom Forschungszentrum Jülich, dem KIT und neun weiteren Partnern entwickelt wurde. Dabei handelt es sich um ein Infrarot-Tomographie-Experiment zur Untersuchung der Atmosphäre im Wandel. Treibhausgase und Luftschadstoffe, aber auch natürliche Phänomene wie Vulkanausbrüche wirken sich auf die Erdatmosphäre aus. Ziel von CAIRT ist es, diese Prozesse detailliert untersuchen zu können. Die ESA hat CAIRT im vergangenen Jahr in die engere Wahl für die Mission „Earth Explorer 11“ gezogen. GLORIA trägt hierbei als Vorläuferinstrument von CAIRT aus großen Höhen Messungen bei, die dabei helfen, die technische Machbarkeit sowie die Messmöglichkeiten des Satelliteninstruments zu demonstrieren.

Die GLORIA-B-Messungen in Kanada werden von den Entwicklungsingenieur*innen vom Institut für Systeme der Elektronik betreut, die das Detektorauslesesystem und den Prozessierungsrechner entwickelt haben. Die Messungen ergänzen weitere Ballonstarts am Forschungszentrum Jülich: „Zeitnah zum GLORIA-Flug sammeln unsere Kolleg*innen in Jülich mithilfe von Messgeräten an kleineren Stratosphärenballons Luftproben und untersuchen sie später im Labor auf Spurengase wie Methan und FCKW. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die stratosphärische Zirkulation ableiten, die sich durch den Klimawandel verändert“, erläutert Dr. Jörn Ungermann vom Institut für Stratosphäre, der die Messkampagne in Timmins von Jülicher Seite aus koordiniert. Durch den Vergleich beider Messmethoden soll gezeigt werden, dass GLORIA und später CAIRT die stratosphärische Zirkulation in dieser schwer zugänglichen Region der oberen Atmosphäre untersuchen kann.

Die beiden Datensätze werden ein Schlaglicht auf die Zirkulation der mittleren Atmosphäre werfen. Luftmassen steigen durch die tropische Tropopause auf, werden innerhalb der Stratosphäre zu höheren Breiten transportiert und sinken dort in höheren Breiten wieder ab. Das Alter der Luft seit Eintritt in die Stratosphäre lässt sich durch die Messungen bestimmen. Es beträgt in der Regel mehrere Jahre, ist aber mit hohen Unsicherheiten behaftet. Die Transportprozesse sind von großer Bedeutung für den Treibhauseffekt, da sie in einer besonders sensitiven Höhe stattfinden.

Darüber hinaus wird GLORIA in einer ähnlichen Messgeometrie wie das bereits für die Earth-Explorer-9-Mission ausgewählte Fernerkundungsexperiment FORUM eingesetzt. Die Kombination von GLORIA mit dem italienischen FIRMOS Instrument wird zeigen, inwieweit sich FORUM mit dem Wettersatelliten MetOp-SG ergänzt.

Das Forschungszentrum Jülich ist seit 2018 in der Mission Advisory Group vertreten und hat wesentlich zur erfolgreichen Auswahl von FORUM beigetragen. Der Start des Satelliten ist für das Jahr 2027 geplant. Das Hauptinstrument wird das von der Erde in den Weltraum abgestrahlte Licht spektral hochaufgelöst messen und dabei erstmals auch bei Wellenlängen im sogenannten fernen Infrarot. Dieser bisher unerforschte Teil der Erdstrahlung sorgt für etwa die Hälfte der Strahlungskühlung der Erde und für die Hälfte des Treibhauseffekts. Darüber hinaus enthalten die Messungen spektrale Fingerabdrücke des Wasserdampffeedbacks, der den menschengemachten Treibhauseffekt verstärkt.

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• Klimawandel

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Quelle: Universität Bern 27. Juni 2022.

27. Juni 2022 – Das Leben auf der Erde begann in den Ozeanen. Bei der Suche nach Leben auf anderen Planeten ist daher das Potenzial für flüssiges Wasser eine wichtige Voraussetzung. Um es zu finden, haben Forschende traditionell nach Planeten gesucht, die unserem eigenen ähneln. Langfristig flüssiges Wasser muss aber nicht unbedingt unter ähnlichen Bedingungen wie auf der Erde vorkommen. Forschende der Universität Bern und der Universität Zürich, die Mitglieder des Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS sind, berichten in einer in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlichten Studie, dass günstige Bedingungen über Jahrmilliarden sogar auf Planeten herrschen könnten, die unserem Heimatplaneten kaum ähneln.

Urtümliche Treibhäuser
«Einer der Gründe, warum Wasser auf der Erde flüssig sein kann, ist die Atmosphäre», erklärt Studienmitautorin Ravit Helled, Professorin für Theoretische Astrophysik an der Universität Zürich und Mitglied des NFS PlanetS. «Mit ihrem natürlichen Treibhauseffekt fängt sie genau die richtige Menge an Wärme ein, um die notwendigen Bedingungen für Ozeane, Flüsse und Regen zu schaffen», so die Forscherin.

Die Erdatmosphäre war in ihrer Frühzeit jedoch ganz anders. «Als sich der Planet erstmals aus kosmischem Gas und Staub bildete, sammelte er eine Atmosphäre an, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestand – eine so genannte Uratmosphäre», erklärt Helled. Im Laufe ihrer Entwicklung verlor die Erde jedoch diese ursprüngliche Atmosphäre.

Andere, massereichere Planeten können viel größere Uratmosphären ansammeln, die sie in einigen Fällen erhalten können. «Solche massiven Uratmosphären können auch einen Treibhauseffekt hervorrufen – ähnlich wie die heutige Erdatmosphäre. Wir wollten deshalb herausfinden, ob diese Atmosphären die notwendigen Bedingungen für flüssiges Wasser schaffen können», sagt Helled.

Flüssiges Wasser für Milliarden von Jahren
Dazu modellierte das Team unzählige Planeten und simulierte deren Entwicklung über Milliarden von Jahren. Dabei berücksichtigten sie nicht nur die Eigenschaften der Planetenatmosphären, sondern auch die Intensität der Strahlung ihrer jeweiligen Sterne sowie die nach außen abstrahlende innere Wärme der Planeten. Während diese geothermische Wärme auf der Erde nur eine geringe Rolle für die Bedingungen an der Oberfläche spielt, kann sie auf Planeten mit massiven Uratmosphären einen substanziellen Beitrag dazu leisten.

«Wir haben herausgefunden, dass in vielen Fällen die ursprünglichen Atmosphären durch die intensive Strahlung der Sterne verloren gegangen sind – vor allem auf Planeten, die sich in der Nähe ihres Sterns befinden. Doch in den Fällen, in denen Atmosphären erhalten wurden, können Bedingungen entstehen, unter denen flüssiges Wasser existieren kann», berichtet Marit Mol Lous, Doktorandin und Hauptautorin der Studie. Laut der Forscherin der Universität Bern und der Universität Zürich sind «in Fällen, in denen genügend geothermische Wärme die Oberfläche erreicht, die intensive Strahlung von einem Stern wie der Sonne nicht einmal nötig, damit Bedingungen an der Oberfläche herrschen, die die Existenz von flüssigem Wasser erlauben»

«Am wichtigsten ist vielleicht, dass unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Bedingungen über sehr lange Zeiträume anhalten können – bis zu mehreren zehn Milliarden Jahren», betont die Forscherin, die auch Mitglied des NFS Planeten ist.

Horizont für die Suche nach außerirdischem Leben erweitern
«Für viele mag dies eine Überraschung sein. Die Astronomie erwartet normalerweise, dass flüssiges Wasser in Regionen um Sterne vorkommt, die genau die richtige Menge an Strahlung erhalten: nicht zu viel, damit das Wasser nicht verdampft, und nicht zu wenig, damit es nicht komplett gefriert», erklärt Studien-Mitautor Christoph Mordasini, Professor für Theoretische Astrophysik an der Universität Bern und Mitglied des NFS PlanetS.

«Da das Vorhandensein von flüssigem Wasser eine wahrscheinliche Voraussetzung für Leben ist und das Leben auf der Erde wahrscheinlich viele Millionen Jahre gebraucht hat, um sich zu entwickeln, könnte dies den Horizont für die Suche nach außerirdischen Lebensformen erheblich erweitern. Nach unseren Ergebnissen könnte es sich sogar auf sogenannten freischwebenden Planeten, die nicht um einen Stern kreisen, entwickeln», so Mordasini.

Dennoch bleibt der Forscher vorsichtig: «Unsere Ergebnisse sind zwar aufregend, sollten aber mit Vorsicht genossen werden. Denn damit solche Planeten langfristig flüssiges Wasser haben können, müssen sie die passende Atmosphäre haben. Wir wissen nicht, wie häufig dies der Fall ist.» Und selbst unter den richtigen Bedingungen wisse man nicht, wie wahrscheinlich es sei, dass sich Leben in einem solch exotischen potentiellen Habitat entwickle. «Das ist eine Frage für die Astrobiologie. Mit unserer Arbeit haben wir jedoch gezeigt, dass unsere erdzentrische Vorstellung von einem lebensfreundlichen Planeten möglicherweise zu eng gefasst ist», so Mordasini abschließend.

Publikation
Marit Mol Lous, Ravit Helled & Christoph Mordasini: Potential long-term habitable conditions on planets with primordial H-He atmospheres, Nature Astronomy, June 2022, DOI: 10.1038/s41550-022-01699-8.
https://www.nature.com/articles/s41550-022-01699-8

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• Exoplaneten

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Quelle: Pressedienst der Universität Hamburg, 21. Juni 2022.

21. Juni 2022 – Dr. Armineh Barkhordarian weist im Fachjournal Nature Communications Earth and Environment jetzt nach, dass dieser Pool sich nicht durch natürliche Klimaschwankungen erklären lässt – er ist durch menschlichen Einfluss entstanden. „Dieser Wärmepool wird die Wassertemperatur auch in Zukunft ansteigen lassen und so zu häufigeren und stärkeren lokalen Hitzewellen im Ozean führen. Das bringt die Ökosysteme an ihre Grenzen“, erklärt Barkhordarian, Expertin für Atmosphärische Wissenschaften. Barkhordarian ist Mitglied des Exzellenzclusters „Climate, Climatic Change, and Society“ (CLICCS) der Universität Hamburg.

Das Team um Barkhordarian zeigt, dass der Pool in der Vergangenheit immer wieder lokale Hitzewellen im Ozean befördert hat. Eines dieser Phänomene ist als tödlicher „Pacific Ocean Blob“ mit verheerenden Auswirkungen in den Jahren 2014 und 2015 bekannt geworden. Die Produktivität der Ozeane brach ein, giftige Algenblüten traten auf, eine hohe Zahl von Seevögeln und Meeressäugern starb. Zusätzlich beförderte das Ereignis schwere Dürren an der Westküste der USA.

Die jüngste Hitzewelle dauerte ganze drei Jahre an, von 2019 bis 2021, mit einer Wassertemperatur von sechs Grad Celsius über dem Normalwert. Das Team um Barkhordarian konnte jetzt belegen, dass dieses Extremereignis direkt auf den vom Menschen verursachten Anstieg der globalen Treibhausgase zurückgeht. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine solche Hitzewelle auch ohne den Einfluss des Menschen stattgefunden hätte, beträgt weniger als ein Prozent, mit 99-prozentiger Wahrscheinlichkeit ist ein Treibhausgasantrieb erforderlich.

Die Studie zeigt, dass die Temperatur im Nordost-Pazifik in den letzten 25 Jahren durchschnittlich um 0,05 Grad Celsius pro Jahr gestiegen ist. Die Region kühlte im Winter insgesamt weniger ab und der Sommer dauerte in Schnitt 37 Tage länger. Dies führte dazu, dass dort allein in den letzten 20 Jahren 31 marine Hitzewellen auftraten, während von 1982 bis 1999 nur neun auftraten.

„Häufigere und extremere Hitzewellen im Ozean belasten die Ökosysteme dramatisch. Das birgt nicht nur enorme Gefahren für die Biodiversität. Es kann auch dazu führen, dass in marinen Ökosystemen eine Schwelle überschritten wird, nach der eine Erholung nicht mehr möglich ist“, sagt Armineh Barkhordarian. „Durch die Entdeckung des Wärmepools bekommen wir jetzt entscheidende Informationen über die Wahrscheinlichkeit solcher Ereignisse in der Zukunft.“

Inwieweit ist der Mensch verantwortlich? Mit der so genannten Attributionsforschung vergleichen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie sich die Welt mit und ohne den Einfluss des Menschen entwickelt hätte. So wurde in der vorliegenden Studie der Anteil an Hitzewellen im Meer berechnet, der auf die vom Menschen zusätzlich emittierten Treibhausgase nach 1982 zurückzuführen ist. Dadurch werden auch statistische Aussagen für die Zukunft möglich.

Originalpublikation
Barkhordarian A, Nielsen DM, Baehr J (2022): Recent marine heatwaves in the North Pacific warming pool can be attributed to rising atmospheric levels of greenhouse gases; Nature Communications Earth and Environment, DOI: 10.1038/s43247-022-00461-2.
https://www.nature.com/articles/s43247-022-00461-2

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• Klimawandel

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Quelle: Universität Zürich.

8. Februar 2022 – Die Schweiz erlebte im letzten Winter heftige Schneefälle: Züge und Trams fielen aus und Bäume brachen unter der Schneelast. In den vergangenen Tagen fiel auch an der US-Ostküste ungewohnt viel Schnee bei sehr niedrigen Temperaturen bis hinunter nach Florida. In Ostasien werden Wintereinbrüche dieser Art durch wärmere arktische Winter ausgelöst, wie ein internationales Team von Forschenden aus der Schweiz, Korea, China, Japan und Großbritannien zeigt. Die kühleren Winter im Süden schwächen nicht nur die Vegetationsaktivität in den immergrünen Subtropen, sondern beeinträchtigen die Ökosysteme bis in den Frühling hinein, etwa aufgrund von abgebrochenen Ästen oder Frostschäden an Blättern. «Die kühleren Winter schränken die Produktivität der Wälder ein, das heißt sie nehmen weniger CO2 aus der Luft auf», erklärt Erstautor Jin-Soo Kim vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltstudien der UZH. «Darüber hinaus verringern sie die landwirtschaftlichen Erträge bei Getreide, Obst, Wurzelgemüse und Hülsenfrüchten.»

Zusammenhängende Wettervorgänge weit voneinander entfernter Gebiete
Die Wissenschaftler kombinierten Erdsystemmodelle, Satellitendaten und lokale Beobachtungen. Zudem analysierten sie die Temperaturen der Meeresoberflächen der Barents- und Karasee. Dabei fanden sie heraus, dass in Jahren mit überdurchschnittlich hohen Temperaturen in der Arktis Veränderungen in der atmosphärischen Zirkulation zu einem anormalen und deutlich kälteren Klima in Ostasien führten. In besonders kalten Jahren wirkten sich diese ungünstigen Bedingungen negativ auf das Wachstum der Vegetation aus, verzögerten die Blütezeit und minderten die Ernteerträge.

Zugleich verminderte sich die Kohlenstoffaufnahmekapazität der Region während Winter und Frühling gemäß Schätzungen der Forschenden um 65 Megatonnen. Zum Vergleich: Die Schweiz emittiert jährlich 8,8 Megatonnen Kohlenstoff. Die klimatisch bedingte Schwächung der Kohlenstoff-Aufnahmekapazität sollte laut den Autoren bei Diskussionen rund um Kohlenstoff- resp. Klimaneutralität deshalb berücksichtigt werden.

Klimawandel bewirkt ökologische und sozioökonomische Schäden
Die durch menschliche Treibhausgasemissionen verursachte Erwärmung der Arktis führt zu sozioökonomischen Schäden für die Menschen bis in die Subtropen. Für Mitautorin und UZH-Erdsystemwissenschaftlerin Gabriela Schaepman-Strub zeigen die Erkenntnisse, wie komplex die Auswirkungen des Klimawandels sind: «Aufgrund von Fernwirkungen in der atmosphärischen Zirkulation beeinflusst die starke Erwärmung im arktischen System, insbesondere über der Barents- und Karasee, Ökosysteme in Tausenden von Kilometern Entfernung – und dies über mehrere Wochen hinweg. Die Erwärmung der Arktis bedroht nicht nur den Eisbären, sondern wird auch uns auf vielfältige Weise prägen.»

Literatur:
Jin-Soo Kim, Jong-Seong Kug, Sujong Jeong, Jin-Ho Yoon, Ning Zeng, Jinkyu Hong, Jee-Hoon Jeong, Yuan Zhao, Xiaoqiu Chen, Mathew Williams, Kazuhito Ichii & Gabriela Schaepman-Strub: Arctic warming-induced cold damage to East Asian terrestrial ecosystems. 1 February 2022, DOI: 10.1038/s43247-022-00343-7

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• Klimawandel

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Quelle: Naturhistorisches Museum Wien.

25. August 2021 – Die Überreste sind Zeugen einer der größten Umweltkatastrophen der Erdgeschichte, der „Karnischen Krise“. Diese Phase zeichnet sich durch einen Klimawandel vor 233 Millionen Jahren aus, der zu einem gigantischen weltweiten Massensterben in den Meeren des Erdmittelalters führte. Die Ergebnisse wurden nun erstmals publiziert (Scientific Reports).

Die Polzberg-Fundstelle

Ein kleiner Graben zwischen Gaming und Lunz am See (Niederösterreich) verbirgt, nahezu unscheinbar, eine der wichtigsten Fossil-Fundstellen Österreichs, der tiefe Einblicke in die Erdgeschichte des Landes gewährt: In 233 Millionen alten, feinst laminierten Gesteinsschichten (Reingrabner Schiefer) werden hier seit über 140 Jahren Sensationen des Erdmittelalters gefunden. Die schwarzen, kalkig bis tonigen Meeres-Ablagerungen beinhalten eine Konservat-Lagerstätte von Weltruf – Fundstellen, in denen Fossilien besonders gut und vollständig erhalten sind. 6.397 dieser fossilen Funde lagern dabei teilweise seit über hundert Jahren in den großen Sammlungen des Naturhistorischen Museums Wien, der Universität Wien und der Geologischen Bundesanstalt in Wien. Zusätzlich konnte neues Material durch die Citizen Scientists Birgitt und Karl Aschauer aus Waidhofen an der Ybbs in den letzten Jahren geborgen werden. Die Einzigartigkeit dieser Fundstelle am Polzberg wurde im Laufe des letzten Jahrhunderts immer wieder diskutiert, nun wurde die erste wissenschaftliche Bearbeitung dazu in „Scientific Reports“ publiziert.

Bewohner eines feindlichen Lebensraumes

Zwei Millionen Jahre dauerte die globale Karnische Krise an, deren Auswirkungen in den Ablagerungen überliefert wurden. Die enthaltenen Fossilien geben erstmals Einblick in die Lebensgemeinschaften im damaligen Reiflinger Meer. Die späte Triaszeit war durch ein Treibhausklima mit monsunartigen Niederschlägen geprägt, was zu einem vermehrtem Schlammeintrag ins Meer führte. Die Riffe erstickten und am Meeresboden wurde der Sauerstoff knapp.

Zahlreiche Arten konnten bis heute nachgewiesen werden, wobei nahezu jährlich neue Spezies am Polzberg entdeckt werden. Neben Ammoniten, Tintenfischen, Muscheln, Schnecken, Krebsen, Meeresasseln und Borstenwürmern kommen auch Fische häufig vor. Zu den besonderen Funden zählen Knorpelfische wie der haiähnliche Acrodus oder der sehr seltene Quastenflosser Coelocanthus. Aus den Küstensümpfen wurde selbst ein Lungenfisch eingeschwemmt – ein weltweit einzigartiges Fossil. Die Nähe zu Süßwasser bestätigen auch die zahlreichen Blattfußkrebse Eustheria und selbst Pflanzen wie die Konifere Voltzia sind durch kleine Ästchen vertreten. Das dominierende Element der gesamten Fauna ist jedoch der Leitammonit Austrotrachyceras minor, welcher zu Tausenden vorkommt. Die große Diversität der entdeckten Fauna sowie die fantastische Erhaltung erlauben es, die Umwelt der späten Triaszeit zu erforschen und neue Erkenntnisse über Umweltbedingungen, Nahrungsketten und die Räuber-Beute-Verhältnisse dieser Zeit zu gewinnen. Bei winzigen Krebsen beginnend, reichte die Nahrungskette über kleinere Fische bis hin zu räuberischen Tintenfischen und Ammoniten, die wiederum von größeren Raubfischen gejagt wurden. Nach Ichthyosauriern wird noch gesucht, die vermutlich die größten Prädatoren dieses Ökosystems waren.

Die Forschung wird vom Land Niederösterreich (Wissenschaft und Forschung) und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (Geo/Hydro Sciences) im Rahmen zweier Projekte über zwei Jahre kofinanziert werden.

Zur Publikation in “Scientific Reports”:
Lukeneder, A & Lukeneder P. 2021. The Upper Triassic Polzberg palaeobiota from a marine Konservat-Lagerstätte deposited during the Carnian Pluvial Episode in Austria. Nature Research, Scientific Reports.

Science Talks – Massensterben, Sumpfwälder und fliegende Fische von Lunz

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• Planet Erde

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