Forschungsgruppe des Direktors

Ziel der Forschungsgruppe des Direktors ist es, die Rolle der terrestrischen Biosphäre im Klimasystem unserer Erde zu verstehen. Wie kann die Wechselwirkung zwischen der Vegetation und den anderen Komponenten des Klimasystems – allen voran Atmosphäre und Ozean – zu raschen, vielleicht auch abrupten Änderungen im System führen? Wie stark verändert die Wechselwirkung zwischen terrestrischer Biosphäre und Atmosphäre das Klima im Vergleich zur Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Ozean oder Eismassen? Gibt es Synergieeffekte zwischen den verschiedenen Wechselwirkungsprozessen? Diese Fragen werden hauptsächlich im Zusammenhang mit der Paläoklimatologie untersucht. Dabei bildet die Klimageschichte der Sahara und der arabischen Wüsten einen Schwerpunkt der Forschung.

(Graphic credit: Dominique Donoval, MPI-M)

 

Die Pflanzenvielfalt von Ökosystemen in ariden Gebieten wie Sahara und Sahel hat sich im Laufe der letzten Jahrtausende geändert. Ein mathematisches Modell zeigt, wie Pflanzenvielfalt die Wechselwirkung zwischen Klima und Vegetation stabilisiert, sodass der Rückgang verschiedener Taxa (farbige Linien) eher fluktuierend, graduell statt abrupt erfolgt (Claussen et al., Nature Geoscience, 6, 2013).

Ausgewählte Forschungsprojekte

Änderung der Landschaft der Sahara im Spiegel der marinen Klimaarchive: Änderungen der Zusammensetzung des Sediments im atlantischen Schelfmeer vor der Küste Nordafrikas zeigen eine abrupte und starke Erhöhung von Staubablagerungen im Nordatlantik gegen Ende der Afrikanischen Feuchteperiode vor ca. 4.900 – 5.500 Jahren. Vermutet wurde, dass die abrupte Zunahme des Staubeintrages mit einem  abrupten Rückgang der damaligen Vegetation in der Sahara zusammenhängen könnte. Alternativ wurde vorgeschlagen, diese Änderung im Staubeintrag nur den Änderungen des Klimas oder der küstennahen Ozeanzirkulation zuzuschreiben. Erstmals konnte mit Hilfe eines gekoppelten Atmosphären-Aerosol-Modells (ECHAM6-JSBACH-HAM2) nachgewiesen werden, dass die Änderung des Staubeintrages im Wesentlichen durch die rasche Änderung der Saharalandschaft hervorgerufen worden sein muss. Damit konnten wesentliche Fragen zur Dynamik der Vegetation in der Sahara während der letzten mehreren tausend Jahre beantwortet werden.

Siehe Egerer et al., 2016, 2017  in der Publikationsliste.

 

Untersuchungen zum Einfluss der Pflanzenvielfalt auf die Stabilität der Atmosphären-Vegetations-Wechselwirkung in semi-ariden Regionen: Paläo-Daten der Biodiversität in Nordafrika wurden analysiert und ein einfaches Modell der Wechselwirkung zwischen Klima und Vegetation wurde auf die Situation in der Sahara angepasst. Damit konnte die Vermutung, dass Ökosysteme mit einer großen Pflanzenvielfalt weniger zu abrupten Veränderungen neigen als Ökosysteme mit geringer Pflanzenvielfalt, bestätigt werden. Neuere Simulationen mit JSBACH und dem MPI-ESM zeigen sogar, dass nicht nur die Anzahl der Pflanzentypen in semi-ariden Regionen die Dynamik der Wechselwirkung zwischen Klima und Vegetation bestimmt, sondern vor allem die Eigenschaften der Pflanzentypen. Wenn Strauch- und Buschwerk aus der Simulation mit JSBACH ausgeschlossen werden, geht die simulierte Ausbreitung der Sahara im Holozän vor einigen tausend Jahren weitaus rascher vonstatten als in Simulationen, in denen sämtliche Pflanzentypen berücksichtigt werden. Diese Erkenntnis kann auch für die gegenwärtige, stark anthropogen geprägte Änderung der Landschaft am Südrand der Sahara von Nutzen sein.

Siehe Claussen et al., 2013; Groner et al., 2016; Groner, 2017 in der Publikationsliste.

 

Dynamik der Wechselwirkung zwischen Vegetation und Klima in verschiedenen Klimazuständen: Bisher wurde die Stabilität des Klimasystems für das Klima des späten Quartärs (glazial, interglazial und heutige Zeit) analysiert. Wir haben diese Analyse nun auf das warme, fast eisfreie Klima des frühen Eozäns, das vor gut 55 Millionen Jahren auf der Erde herrschte, erweitert. In Simulationen, die mit vegetationslosen Kontinenten gestartet wurden, entwickelte sich eine große Wüste in Zentralasien, die so genannte Tarim Wüste. In anderen Simulationen, die von bewaldeten Kontinenten ausgingen, entstand eine erheblich kleinere Wüste in Zentralasien. Allerdings bildeten sich Wüsten an der Westküste Nord- und Südamerikas aus. Diese Unterschiede sind auf eine großskalige Verschiebung der Zirkulation der Atmosphäre in den Tropen zurückzuführen, die durch  die Wechselwirkung zwischen Vegetation und Klima angestoßen wurde.

Siehe Port and Claussen, 2015 in der Publikationsliste.