Sektion 5.2: Klimadynamik und Landschaftsentwicklung

In der Sektion 5.2 beschäftigen wir uns mit verschiedenen Aspekten natürlicher Klimavariabilität und dem Einfluss von Klimaänderungen auf den menschlichen Lebensraum in der Vergangenheit. Besondere Schwerpunkte unserer Forschung sind Entschlüsselung dekadischer Variabilität und ein besseres Verständnis vor allem schneller Klimaänderungen, die in Zeithorizonten verlaufen, welche von Menschen direkt erlebbar sind. Aus diesem Grund konzentrieren wir unsere Anstrengungen auf die Erstellung von zeitlich hochauflösenden Proxi-Daten aus natürlichen Archiven mit saisonaler zeitlicher Auflösung. Solche Archive sind jahresgeschichtete (warvierte) Ablagerungen in Seen und Baumringe.

Die von uns genutzten Klimaarchive stammen aus dem Quartär, dem jüngsten Zeitabschnitt der Erdgeschichte. Das Quartär reicht bis in die Gegenwart und ist durch große Klimaumschwünge und periodische Vergletscherungen in der Nordhemisphäre charakterisiert. Unser besonderes Augenmerk ist auf die langfristigen Wechsel von Kaltzeiten (Glazialen) zu warmen Zeitabschnitten (Interglazialen) und umgekehrt gerichtet. Diese Übergänge sind durch eine besondere Dynamik des Klimas mit starken und kurzfristigen Klimaumschwüngen gekennzeichnet. Ein Beispiel dafür ist die etwa 1100 Jahre andauernde Jüngere Dryaszeit am Ende der letzten Kaltzeit, die mit einem abrupten Temperatursturz innerhalb weniger Jahre beginnt und mit einer ebenso raschen Erwärmung endet. Damit kann diese von menschlichen Aktivitäten unbeeinflusste Zeit als ein natürliches Klima-Experiment betrachtet werden. Ein solches Experiment ist ideal geeignet um die unbekannten Ursachen und die Dynamik sehr starker und abrupter Klimaänderungen entschlüsseln zu können. Durch diese Kenntnisse wollen wir Schwellenwerte im Klimasystem und die zugrunde liegenden Prozesse besser verstehen lernen.

Besonders sind wir auch an den Mechanismen von Klima- und Umweltveränderungen in unserem gegenwärtigen Interglazial, dem Holozän, interessiert. Mit hoher zeitlicher Auflösung und Präzision vergleichen wir die holozäne Klimaentwicklung mit jener früherer Interglaziale, in denen der moderne Mensch natürliche Prozesse noch nicht beeinflusste.

Im Einzelnen erstellen wir Zeitreihen extremer Wetterereignisse die viele tausend Jahre in die Vergangenheit zurückreichen. Ziel dieser Arbeiten ist das Erkennen von Mustern in der Häufigkeit des Auftretens solcher Wetterextreme, um die Beziehungen zu Änderungen klimatischer Rahmenbedingungen zu verstehen. Wir nutzen hochauflösende Sedimentabfolgen auch für das Studium vergangener Erdmagnetfeldveränderungen und die damit verbundenen möglichen Effekte auf das Klima im System Erde.

Mit unserem Forschungskonzept tragen wir zu den übergeordneten Zielen vom Forschungsbereich Erde und Umwelt der Helmholtz Gemeinschaft bei. Der Forschungsbereich untersucht grundlegende Funktionen des Systems Erde und die Wechselwirkungen zwischen Natur und Gesellschaft um eine wissensbasierte Grundlage zur langfristigen Sicherung menschlichen Lebens zu erschaffen. Es handelt sich dabei um das detaillierte Verständnis komplexer Änderungen von Erde und Umwelt mit dem Ziel der besseren Vorhersage über zukünftige Entwicklungen, welche als Planungsgrundlage für Entscheidungsträger in Politik und Gesellschaft auf sicherer wissenschaftlicher Grundlage erfolgen sollen.

Um unsere Forschungsziele zu erreichen entwickeln wir neue Klimaproxies anhand der Zusammensetzung und Struktur von fein laminierten Seeablagerungen (Warven) und von Zellstrukturen im Holz (Holzanatomie). Unsere Proxi-Zeitreihen kalibrieren wir mit Beobachtungsergebnissen rezenter Prozesse (Monitoring). Unsere Vision dabei ist die Verknüpfung (Integration) langer Zeitreihen aus unseren Geoarchiven mit den instrumentellen Daten um die gegenwärtig zu beobachtenden Änderungen in einem langfristigen Kontext einschätzen zu können.

Da die Rekonstruktionen der Änderungen von Klima, Umwelt und Erdmagnetfeld aus natürlichen Archiven auf sehr genaue Zeitskalen angewiesen sind, ist ein besonders wichtiger Aspekt unserer Forschung die Erstellung präziser Chronologien. Diese basieren auf Warven- und Baumringzählungen sowie der Tephrochronologie.

Unsere modernen Labore sind mit der notwendigen speziellen Probennahme- und Analysetechnik ausgestattet um sowohl warvierte Seesedimente als auch Baumringe zu untersuchen. Die Ausstattung umfasst verschiedene Systeme für Stechbohrungen in Seen, zerstörungsfreie Scanner Analytik, ein Präparationslabor für spezielle Großdünnschliffe von Nasssedimenten, ein Mikroskopie Labor, ein konfokales Lasermikroskop zur Holzanatomie Analyse, Massenspektrometer zur Messung stabiler Isotope in Sedimenten und Baumringen, Geochemische Labore und Labore zur Bestimmung von Paläo- und Gesteinsmagnetik. Zusätzlich nutzen wir zur Messung gegenwertiger Sedimentablagerungen in Seen und vom Baumringwachstum hochwertige Monitoring-Technologie aus dem Helmholtz TERENEO Programm. Zu unserer Ausrüstungen zählen auch Sonderentwicklungen wie zum Beispiel ein hochgenaues Bohrsystem, mit dem bis zu 100 Meter lange kontinuierliche Seesedimentprofile gewonnen werden können, die einen vollständigen Klimazyklus von der letzten bis zur heutigen Warmzeit umfassen.

Karte der Projektlokationen

Ein zentraler Aspekt unseres Forschungskonzepts ist die Abschätzung regionaler Unterschiede in den Reaktionen auf globale Veränderungen. Dazu konzentrieren wir unsere Untersuchungen gezielt auf verschiedene regionale Profile quer über den Eurasischen Kontinent.

Kernregionen unserer Seesedimentuntersuchungen sind warvierte Maarseen in der Eifel (Meerfelder Maar), Italien (Lago Grande di Monticchio) und China (Sihailongwan), da diese Seen sehr lange, ungestörte Sedimentabfolgen enthalten und auf Grund ihrer kleinen Einzugsgebiete empfindlich auf Klimaänderungen reagieren.

Zur Erstellung langer zeitreihen von hydro-meteorologischen Extremen in warvierten Seeablagerungen sind für uns im alpinen Gebiet der Mondsee in Österreich und der Ammersee in Deutschland wichtige Untersuchungsgebiete. Im Helmholtz Virtuellen Institut ICLEA (Virtuelles Institut zur Integrierten Klima- und Landschaftsentwicklungsanalyse) untersuchen wir warvierte Seesedimente in den geologisch jungen glazialen Landschaften des norddeutschen (Tiefer See) und polnischen (Jezioro Czechowskie) Tieflands. Außerdem sind wir am Suigetsu Varved Sediment Project (Japan) und den ICDP (International Continental Drilling Program) Projekten Lake El'gygytgyn Drilling Project (Nordostsibirien) und Dead Sea Deep Drilling Project (DSDDP) (Israel) beteiligt.

An verschiedenen Waldstandorten in NE-Deutschland im Rahmen von ICLEA und Zentral Asien wenden wir spezielle, im Gelände einsetzbare Methoden an, die die Messung von Veränderungen klimatischer Signale und von Isotopensignaturen der Atmosphäre und ihre Übertragung über die Böden in das Holz von Baumringen erlauben. Durch die Verbindung mit quantitativer Holzanatomie und hochauflösender intra-annueller Isotopenanalyse von Baumringen erstellen wir neue Transferfunktionen, die mit klimatologischen, hydrologischen und ökophysiologischen instrumentellen Messdaten kalibriert und verifiziert werden. Dadurch verbessern wir sowohl die Interpretation von paläoklimatischen Proxidaten als auch das Verständnis der Anpassungsfähigkeit von Bäumen an Klimaveränderungen. Gegenwärtig entwickeln wir lange Multi-Parameter-Aufzeichnungsreihen aus Baumringen (Baumringdicke, Zellstruktur, Stabile Isotope) für das Holozän und spätglaziale Zeitfenster.

Sektionsleiter

Profilfoto von  Prof. Dr. Achim Brauer

Prof. Dr. Achim Brauer
Leitung Klimadynamik und Landschaftsentwicklung

Telegrafenberg
Haus C, Raum 324
14473 Potsdam
Tel. +49 331 288-1330

Assistenz

Profilfoto von   Christine Gerschke

Christine Gerschke
Assistenz Klimadynamik und Landschaftsentwicklung

Telegrafenberg
Haus C, Raum 325
14473 Potsdam
Tel. +49 331 288-1331