Fast die Hälfte der Landfläche der Erde ist vom Menschen überprägt. Wesentliche Fragen sind deshalb, warum Menschen siedeln, wo sie siedeln und wie die Landnutzung auf eine solche Weise vorgenommen werden kann, dass Nachhaltigkeit und Artenvielflat gewährleistet bleiben, denn „wenn wir Biodiversität schützen wollen, dann muss das in den genutzten Naturräumen passieren“. Dazu wird im Topic zwar regional geforscht. Die Ergebnisse werden aber immer in einen globalen Kontext gebracht.

Mit Ökosystemen ist es ein bisschen wie mit Autos: Wenn ein Auto in allen Einzelteilen vor Ihnen liegt, werden Sie es kaum schaffen, alles wieder richtig zusammenzusetzen – selbst dann nicht, wenn Sie eine gute Gebrauchsanleitung haben. Und selbst wenn sie alle Teile richtig zusammenbringen, wissen Sie noch lange nicht, was das Auto alles kann und wie die einzelnen Teile miteinander agieren. Ein falscher Reifen – und Ihr Auto fängt an zu schlingern. Noch schlimmer wird es beim falschen Treibstoff oder einem falschen elektronischen Bauteil. Und ähnlich funktioniert ein Ökosystem. Unendlich viele Elemente agieren miteinander. Im Projekt „Neue Ökosysteme“ wollen Wissenschaftler des UFZ zumindest einen Teil dieser Zusammenhänge entschlüsseln, um zu erfahren, wie sie sich unter verändertem Klima entwickeln werden. Weil das Funktionieren der Ökosysteme die Grundlage für unser Leben ist. Frisches Wasser, saubere Luft, Bereitstellung von Biomasse, Nahrungsmitteln, Bestäubung von Pflanzen. Wie Sie das machen, hören Sie im Podcast.

Der Zoologe Oliver Schweiger hat bei diesem Projekt jede Menge Rechenaufgaben. Unzählige Daten fügt er in ein Rechenmodell ein. Dieses umfasst Parameter der Artenvielfalt, Ackerflächen, Pestizidmengen, bebaute Gebiete. Kurzum: unsere Landschaften und damit unsere Umwelt. Aus den Ergebnissen des mathematischen Modells resultieren Rückschlüsse für Handlungsstrategien. Zum Beispiel: Wenn eine Ackerfläche am Leipziger Stadtrand noch größer wird, würde die Zahl der Wildbienen um 20% zurückgehen. Daraus ergibt sich eine geringere Erntemenge in der benachbarten Apfelplantage. Gesamtwirtschaftlich gesehen ist es also nicht empfehlenswert, den Acker zu vergrößern.

Wasser ist unentbehrlich – und der Zugang zu sauberem Wasser ist Menschenrecht. Um zu helfen, dieses Recht umzusetzen, werden am UFZ Methoden entwickelt, mit denen Stoffbilanzen für Gewässer erstellt und Transformationsprozesse von Chemikalien nachvollzogen werden können. Es werden Modelle entwickelt, mit denen es möglich ist zu erklären, wie und warum bestimmte Stoffkonzentrationen überhaupt zustande gekommen sind und daraus abzuleiten, auf welche Weise der Mensch Wasser- und Stoffkreisläufe in Zeiten von Klimawandel und Globalisierung in wasserarmen und wasserreichen Regionen dieser Welt managen kann.

Das wissen wir nicht. Doch sicher ist eins. Auch dann brauchen wir noch sauberes Trinkwasser. Wer glaubt, das wäre vor allem ein Problem in Entwicklungsländern oder wasserarmen Regionen der Welt, der liegt falsch. Auch in Industrienationen wie Deutschland ist das eine große Herausforderung. Wir wissen heute noch nicht, wie sich Landwirtschaft, Verkehr und Industrie in Zukunft auf unsere wertvollen Grund- und Oberflächenwasserressourcen auswirken werden. Wasser und Stoffströme verlaufen zum Teil im Untergrund und die genauen Fließpfade sind daher oft schwer zu erfassen. Diese nachzuvollziehen und daraus Handlungsempfehlungen abzuleiten, ist eine große wissenschaftliche Herausforderung. Hinzu kommen Phänomene, die vor ein paar Jahren noch unbekannt waren. Zum Beispiel zu viele Huminstoffe im Wasser von Talsperren. Seit 20 Jahren steigt die Menge kontinuierlich an. Ein weltweites Problem. Die Ursachen sind noch nicht abschließend geklärt. Wenn dieser Trend so weiter geht, könnte unser Trinkwasser gefährdet sein.

Wir verwenden Chemikalien in großen Mengen in Produkten, die unser Leben verbessern. Gelangen sie bewusst oder unbewusst in die Umwelt, vermögen es Mensch und Natur nur begrenzt, ihre Wirkungen auf die Umwelt auszugleichen. Deshalb untersuchen die UFZ-Wissenschaftler Stoffeigenschaften und Umweltverhalten von Chemikalien. Welche Stoffe werden nicht abgebaut (Persistenz)? Welche reichern sich in Organismen an (Bioakkumulation)? Und welche sind giftig (Toxizität)? Dazu werden nicht nur chemische, sondern auch biologische Analysemethoden angewandt und weiterentwickelt mit dem Ziel, von der Reaktion einzelner Zellen, Organismen oder Lebensgemeinschaften auf ganze Ökosysteme oder den Menschen schließen zu können.

Wissenschaftler in dem Querschnittsthema (Topic 5 "Terrestrische Systeme: Von der Beobachtung zur Vorhersage") entwickeln Modelle, um Vorhersagen zu machen. Die Basis ihrer Modelle sind Messungen und Bobachtungen und die Anwendungsbereiche der Modelle liegen in der Hydrologie und Ökologie. Darüber hinaus unterscheiden sich die Modelle in ihrer Skala: Diese reicht von wenigen Quadratmetern bis hin zu Flussgebiete mit mehreren tausend Quadratkilometern. Am Beispiel eines Hochwassermodells erläutert Sabine Attinger die Komplexität der Entwicklung: In ein solches Modell fließen Angaben zur Vegetationsbedeckung, Bodenkarten mit den jeweiligen Bodentypen sowie Grundwasserparameter.

Lebten um 1900 noch 13 Prozent aller Menschen in Städten, ist es heute über die Hälfte der Weltbevölkerung – 54 Prozent. Städte sind Dreh- und Angelpunkte unserer gesellschaftlichen Entwicklung: Sie wachsen, schrumpfen, altern, werden schneller und mobiler, lauter oder leiser, dichter oder leerer, grauer oder grüner, anfälliger oder robuster. Sie brauchen und verbrauchen wertvolle Ressourcen: Raum, Fläche, Energie, Wasser. Sie stoßen CO2 aus. Hinzu kommt der Klimawandel. Städte sind Extremereignissen wie Hochwasser oder Hitzewellen ausgesetzt. Planer müssen sich deshalb ständig neuen Herausforderungen stellen. Wie gehen wir damit verantwortungsvoll um? Wie können Entwicklungen gesteuert, Konflikte gelöst und Chancen genutzt werden, damit das Leben in Städten auch in Zukunft lebenswert ist?

Deutschland hat eine Fläche von 357 111 Quadratkilometer. Das ist die Hälfte von Texas oder von der Türkei. Auf dieser relativ kleinen Fläche haben sich die Deutschen etwas sehr Mutiges vorgenommen. Sie wollen auf Kohle und Atomkraft soweit es geht verzichten und Energie gewinnen, die erneuerbar und umweltverträglich ist und weniger klimaschädliches Kohlendioxid produziert. Alle sind damit einverstanden. Die Deutschen stehen hinter diesem Vorhaben. Es gibt aber ein großes Problem: die begrenzte Fläche. Das Windrad steht viel zu nah am Haus, die Stromtrasse viel zu nah am Ort und die stinkende Biogasanlage belästigt die Anwohner. Nur wenige Themen erhitzen die Gemüter so stark, wie die Energiewende. Im Integrierten Projekt 'Energie und Landnutzung' wollen die Helmholtz-Forscher einen Weg finden, der für alle Parteien Vorteile bringt. Dem Menschen ebenso wie der Umwelt. Erste Erkenntnisse gibt es bereits.