Ausführliche Beschreibung der Forschungaktivitäten

Abholzungfläche im Regenwald, Bild: MPI für Chemie

Die Biogeochemie ist ein wissenschaftlicher Bereich, der sich mit den Wechselwirkungen von Biosphäre und chemischer Umgebung der Erde befasst. Sie ist ein wesentlicher Bestandteil der sich kontinuierlich entwickelnden Erdsystemforschung, die die Erde als integrales System untersucht. Unsere Abteilung erforscht verschiedene Schlüsselaspekte der globalen Biogeochemie, z. B. die Rolle terrestrische Flora und Fauna als Quelle und Senke klimatisch bedeutender Spurengase und Aerosole, den Austausch von Spurengasen zwischen Boden-/Vegetationssystem und der Atmosphäre, die Auswirkungen von Vegetationsbränden auf Ökologie, Klima und atmosphärische Verschmutzung sowie die Rolle biogener und anderer Aerosole im Klimasystem. Die Klimawechsel-Gruppe untersucht Spuren veränderter biogeochemischer Zyklen anhand von Sedimenten und Ablagerungen in Höhlen. Unsere Forschung ist eng mit dem Internationalen Geosphere-Biosphere Programme (IGBP) verknüpft und von einer Zusammenarbeit rund um den Globus geprägt.

Aktuelle Projekte beinhalten die Untersuchung des Austauschs flüchtiger organischer Verbindungen von Pflanzen in tropischen Ökosystemen. Eines der wesentlichen Ziele ist das Verständnis der Rolle dieses Austauschs im Kohlenstoffhaushalt von Ökosystemen sowie in der gesamten terrestrischen Flora und Fauna. Die Umformung tropischer Regenwälder und Savannen in Weide- und Ackerland hat erheblichen Einfluss auf den Austausch von Spurengasen, insbesondere auf die Fähigkeit von Ökosystemen, als Quellen und Senken für zahlreiche verschiedene, stickstoffhaltige Spurengase und Aerosole zu fungieren. Wir untersuchen diese Auswirkungen an ausgewählten Standorten in tropischen und gemäßigten Zonen. Die Abteilung unterhält eine Außenstelle in Manaus. Dort werden in Zusammenarbeit mit dem Nationalen Institut für Amazonas-Forschung (Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, INPA) integrierte Studien zur Biogeochemie und Ökologie im zentralen Amazonasgebiet durchgeführt.

Unsere Forschungsergebnisse zeigen, dass die Menge der Aerosole und der Kondensationskerne über ursprünglichen Tropenkontinenten gering ist und den Bedingungen über entfernten Ozeangebieten ähnelt. Großflächige Brände im Rahmen von Abholzung und Brandrodung führen zu einem starken Anstieg der Aerosol- und Kondensationskern-Konzentration, was wiederum schwerwiegende Auswirkungen auf die Eigenschaften von Wolken hat. Dies verändert die Niederschlagsproduktion und führt zu einer Umverteilung von Energietransport und chemischen Stoffen in der tropischen Atmosphäre. Diese Auswirkungen sind jedoch weit über das Amazonasbecken und die Tropen hinaus spürbar.

Vegetationsbrände sind ein wichtiger ökologischer Faktor zahlreicher terrestrischer Systeme. Wir untersuchen die Rolle von Bränden in den Bereichen Ökologie, Klima und Atmosphärenchemie anhand von Modellen, Fernerkundung und Projekten im Amazonasgebiet und anderen Regionen. Darüber hinaus analysieren wir gas- und partikelförmige Emissionen von Vegetationsbränden und die Produkte der fotochemischen Verarbeitung dieser Emissionen in der Atmosphäre.

Anhand von Tracer-Isotopen untersuchen wir veränderte biogeochemische Zyklen und deren Wechselwirkungen mit dem Klimasystem. In diesem Zusammenhang messen wir die Isotopenzusammensetzungen von Elementen wie Uran, Thorium, Neodym, Cadmium und Blei in Schwebestaub, Meerwasser, Sedimenten und Stalagmiten.