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In der Zukunftskammer: Dort, wo die Buchen und Fichten erhöhten Ozonkonzentrationen ausgesetzt werden, stellen die Wissenschaftler Dr. Manuela Baumgarten und Dr. Bálint Jákli deutliche Schäden an den Blättern fest. Auch die Alterung der Pflanzen setzt hier früher ein.

Zeitreise in die Zukunft

In Klimakammern setzen TUM-Forscher Bäume Einflüssen aus, wie sie in 100 Jahren sein könnten

Sie sind so etwas wie eine Zeitmaschine: In acht Kammern werden Bäume Klimabedingungen ausgesetzt, wie sie in Zukunft zu erwarten sind. Im Mittelpunkt des wissenschaftlichen Versuchs der TUM steht ein Gas, das der Vegetation großen Schaden zufügen kann.

Freising – Einem Missverständnis beugt Dr. Manuela Baumgarten gleich vor. Es geht in dem dreijährigen Projekt, das sie für die TUM School of Life Sciences leitet, zwar um Ozon. „Aber es handelt sich nicht um die allseits bekannte Ozonschicht ganz weit oben, die uns vor UV-Licht schützt, sondern um bodennahes Ozon.“

Das entsteht durch eine Kombination aus Verbrennungsprozessen, bei denen Stickoxide gebildet werden, und organischen Substanzen, die von der Vegetation abgegeben werden, wie Dr. Bálint Jákli, Mitarbeiter des Projekts, erklärt. „Wo beides zusammenkommt, da gibt es im Sommer bei erhöhter UV-Strahlung sehr hohe Ozonkonzentrationen.“ Konzentrationen, die seit der Industrialisierung um zirka das 4-fache zugenommen haben und weiter steigen dürften.

Seit zwei Jahren forschen die Wissenschaftler der Arbeitsgruppe „Ökophysiologie der Pflanzen“, wie Bodenozon Buchen und Fichten belasten und künftig schädigen könnte. Gefördert wird das auf drei Jahre angelegte Forschungsprojekt der TUM vom Umweltbundesamt (UBA), das sich eine Überprüfung der bisherigen Ozon-Risikobewertung wünscht.

Die Frage ist, wie sehr Ozon dem Wald der Zukunft schadet

„Wer Waldwirtschaft betreibt, muss oft Jahrzehnte im Voraus planen“, erklärt Jákli. „In Zeiten des Klimawandels will das UBA wissen, welchen Einflüssen der Wald in 100 Jahren ausgesetzt ist.“ Die Frage ist, mit welchen Produktionsausfällen bei Buchen und Fichten, den in Deutschland wirtschaftlich wichtigsten Laub- und Nadelbäumen, am Ende des Jahrhunderts zu rechnen ist. „Es geht darum, den Wald für die Zukunft fit zu machen“, betont Jákli. „Gegebenenfalls, indem man die Artenmischung anpasst.“

Schon in den 80er und 90er Jahren hat Forscher die schädigende Wirkung des Ozons auf Pflanzen brennend interessiert. Damals aber war es nur möglich, die Konzentration des Schadstoffs in der Luft zu messen. Inzwischen ist man technisch so weit, bestimmen zu können, wie viel Ozon eine Pflanze aufnimmt.

Dank ultramoderner Technik können die TUM-Forscher Klimaszenarien in den Kammern realistisch simulieren. Der technisch Verantwortliche des TUMmesa. Roman Meier, kann hier Temperatur, Luftfeuchte, Sonneneinstrahlung, CO2- und Ozonkonzentration steuern.

„Die Pflanzen betreiben den Gasaustausch und die Wasserabgabe mittels Spaltöffnungen, sogenannten Stomata“, erklärt Baumgarten. Durch die Stomata gelangt auch Ozon passiv in die Pflanze. „Wir analysieren nun, wie weit die Stomata geöffnet sind. Darüber kann man dann indirekt bestimmen, wie viel Ozon tatsächlich in die Pflanze gelangt, und da schädigend in den Zellen wirkt.“

TUM arbeitet mit ultramoderner Technik

Für das Projekt wurden spezielle Trans-P-Sensoren entwickelt, auf die inzwischen auch ein Patent besteht. Diese Geräte messen die Temperatur des Blattes, wie Jákli berichtet. „Daraus lässt sich berechnen, wie viel Wasser das Blatt abgibt. Darüber wiederum können wir indirekt herausfinden, wie weit die Stomata geöffnet sind, und wie viel Ozon, davon abhängig, aufgenommen wird.“ Vom Blatt über den Baum hochgerechnet, können die Wissenschaftler dann relativ genau voraussagen, zu welchen Produktionseinbußen es im Wald der Zukunft kommen kann.

Mit Sensoren werden die Blatttemperaturen gemessen und darüber Wasserverlust, Stomata-Öffnung und Ozonaufnahme bestimmt.

Die Pflanzen werden nun, zweiter Clou, unterschiedlichen Umweltbedingungen ausgesetzt. Klimaverhältnissen, wie sie heute vorherrschen, wie sie in vorindustrieller Zeit waren, und wie sie in 100 Jahren sein könnten, je nachdem, ob die Menschheit den Klimawandel in den Griff bekommt oder weiter wirtschaftet wie bisher. Die Berechnungen für Best Case (1,5 Grad Erderwärmung gegen Ende des Jahrhunderts) und Worst Case (4 Grad) sind so realistisch wie nur möglich gehalten, sagt Baumgarten. „Niemand sonst kann mit so einem hochaufgelösten Datensatz zur Klimawandel-Simulation experimentieren.“

Giftgenerator: Über diese Maschine wird das Ozon in die Kammern geblasen.

Forscher erhalten mehr als eine Million Daten pro Tag

Auch deshalb, weil die Forscher über die Technik verfügen, die die berechneten Klimata realistisch zu simulieren vermögen. Auf acht Klimakammern verteilt, die sich im TUMmesa, einer Forschungseinrichtung der TUM in Vötting, befinden, werden je 90 Buchen und Fichten den verschiedenen berechneten Einflüssen ausgesetzt. In den Kammern können nicht nur Temperatur, Luftfeuchte, CO2- und Ozonkonzentration genau gesteuert werden, sondern dank spezieller LED-Beleuchtung lässt sich auch das elektromagnetische Spektrum der Sonneneinstrahlung realistisch abbilden.

Über eine Million Datenpunkte schicken die Messsensoren in den Kammern an die Computer. Dr. Leonardo Teixera, der wissenschaftliche Direktor von TUMmesa, wirft einen Blick auf die Daten.

Die rund 500 Sensoren, die an den 180 Bäumen installiert sind, liefern über eine Million Datenpunkte pro Tag. Trotz oder gerade wegen der Unmenge an Informationen ergibt sich ein klares Bild. „Wir haben deutliche Ozonsymptome in den Zukunftskammern“, berichtet Manuela Baumgarten. Die Bäume würden deutlich früher altern als in den Kammern mit geringerer Ozonkonzentration, sagt Jákli. „Für die Vitalität der Bäume verheißt das nichts Positives.“ Auch wenn das Projekt noch ein Jahr läuft: Die Zwischenergebnisse sind jetzt schon beunruhigend. (Manuel Eser)

Wer mehr über das Projekt wissen will: Auf Youtube gibt es ein Video der TUM, in der das Projekt auf englischer Sprache mit deutschem Untertitel vorgestellt wird:

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