Im Fokus Ozon, Luftchemie, Erdsystemforschung, Umweltmodellierung - Forscherportrait Guy Brasseur - Max-Planck-Institut für Meteorologie
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Im Fokus
Ozon, Luftchemie, Erdsystemforschung, Umweltmodellierung -
Forscherportrait Guy Brasseur
Das kürzlich erschienene Buch „The Ozone Layer, From Discovery to Recovery“ ist eine spannende
Lektüre von der Entdeckung des Ozons im 19. Jahrhundert bis zu den internationalen Vereinbarun-
gen des späten 20. Jahrhunderts zum Schutz der Menschheit vor der Zerstörung des Ozons in der
Stratosphäre. Der Autor zeichnet die Entwicklung der wissenschaftlichen Erkenntnisse zu Fragen
der Luftqualität und der Chemie und Dynamik der Stratosphäre nach (Brasseur, 2020a). Das Buch
liest sich leicht und verständlich wie ein Wissenschaftsgeschichtsroman. Autor ist unser ehemaliger
Direktor am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M), der bekannte belgische Wissenschaft-
ler Guy Brasseur, ein ausgewiesener Experte in der Ozonforschung und der Entwicklung von Luft-
chemiemodellen. Wie kam es zu seinem Interesse am Ozon und seiner Leidenschaft fürs Bücher-
schreiben?
Prof. Guy Brasseur (Foto: Nicole Keller)
Schule und Studium in Belgien
Guy Brasseurs Interesse an der Atmosphärenwissenschaft und seine Leidenschaft, Erkenntnisse
und Zusammenhänge in Büchern niederzuschreiben, begann bereits in der Schule, wo er sich sehr
für Meteorologie interessierte und eine Wetterstation betrieb, die seine Schule angeschafft hatte.
Damit sollte im Rahmen des Physikunterrichts das Durchführen von Messungen gelehrt und ge-
lernt werden. Schon im Alter von 15 Jahren schrieb Guy Brasseur ein erstes Buch über seine Er-
kenntnisse zur Meteorologie, welches aber zunächst nicht veröffentlicht wurde. Während seines
Studiums der Angewandten Physik und Telekommunikation an der Freien Universität Brüssel,
reichte er dieses Buch auf Anraten seines Mentors bei einem Wettbewerb ein und gewann damit
1973 den Scientific Prize for Young Scientists, der von der Pharmafirma Glaxo ausgelobt worden
war und ihm im Beisein des belgischen Forschungsministers überreicht wurde. Damit war bereits
sein erstes Buch erfolgreich, und es sollten noch einige weitere folgen.
In Brüssel konnte Guy Brasseur zwar Meteorologie nicht als Fachgebiet studieren, aber er wollte
zumindest die Abschlussarbeit seines Physikstudiums über ein Thema schreiben, welches mit der
Im Fokus – Max-Planck-Institut für Meteorologie Atmosphäre zu tun hat. Bei Prof. Marcel Nicolet, der auch Direktor des Belgian Institute for Space Aeronomy war, schrieb er schließlich eine Arbeit über die Venusatmosphäre. Nach seinem Ab- schluss hat ihn Prof. Nicolet animiert, auch eine Doktorarbeit zu verfassen, obwohl Guy Brasseur dies zunächst nicht vorhatte. Im Rahmen seiner Doktorarbeit wandte er sich der Luftchemie und Erforschung der Ozonschicht zu, einem damals stark diskutierten Themenfeld in der wissenschaft- lichen Gemeinschaft. Ein neues Forschungsfeld entwickelt sich Denn am Anfang der 1970er Jahre stellte sich die wissenschaftliche Gemeinschaft die Frage, ob die Emissionen einer Flotte von Überschallflugzeugen, die in den nächsten Jahren in Betrieb ge- nommen werden sollten, die Ozonschicht zerstören, die die Biosphäre der Erde vor der schädlichen Wirkung der ultravioletten Strahlung der Sonne schützt. Bereits in den 1960er Jahren wurde darauf hingewiesen, dass der von den Triebwerken dieser Überschallflugzeuge emittierte Wasserdampf die Ozonschicht verändern und damit das Auftreten von Hautkrebs beim Menschen erhöhen wür- de. Harold Johnston zeigte 1971, dass die Gefahr weniger vom Wasserdampf als von den Stickoxi- den ausging, und dass der projizierte Anstieg der stratosphärischen Stickoxide den Ozonschild um etwa einen Faktor 2 reduzieren könnte. Ein Jahr zuvor hatte Paul Crutzen gezeigt, dass der wich- tigste natürliche Prozess, der für die Zerstörung von Ozon in der Stratosphäre verantwortlich ist, ein katalytischer Zyklus ist, an dem Stickoxide beteiligt sind, wenn diese auch nur in sehr geringer Menge in dieser Schicht der Atmosphäre vorhanden sind. Zu diesem Zeitpunkt waren Stickoxide noch nie in der Stratosphäre nachgewiesen worden. Das grundlegende Verständnis der photoche- mischen Prozesse in der Stratosphäre war damals noch sehr begrenzt. Ein neues Forschungsgebiet eröffnete sich hier (Brasseur, 2020b). Guy Brasseur wollte daher seine Dissertation über ein Thema auf diesem Gebiet schreiben. Er kontaktierte Marcel Nicolet, der ihm vorschlug, ein mathemati- sches Modell zu entwickeln und anzuwenden, um die Auswirkungen einer hypothetischen Flotte von Überschallflugzeugen auf das stratosphärische Ozon abzuschätzen. Nach seiner Promotion erhielt Guy Brasseur eine Anstellung am Belgian Institute for Space Aerono- my. Neben seinen wissenschaftlichen Interessen war Guy Brasseur zeitweilig auch in der belgischen Politik engagiert. Bereits als Student saß er im Stadtrat von Uccle, einer Gemeinde im südlichen Brüssel, wo er auch lebte. Zwischen 1977 und 1981 war er gewähltes Mitglied der belgischen Ab- geordnetenkammer und Delegierter in den parlamentarischen Versammlungen des Europarats in Straßburg und der Westeuropäischen Union in Paris. Die Forschung ruhte offiziell, da er für seine politischen Aktivitäten freigestellt war, aber er betreute weiterhin seine Doktoranden; manchmal wurden in weniger spannenden Parlamentssitzungen Arbeiten korrigiert. MPI für Chemie und NCAR: Ozon- und Erdsystemforschung Die Zeit in der Politik ging durch Neuwahlen zu Ende, und zurück in der Wissenschaft kam der Wunsch auf, für ein Jahr in die USA zu gehen. Zuvor jedoch verbrachte Guy Brasseur im Jahr 1984 fünf Monate am Max-Planck-Institut für Chemie (MPI-C), wo er mit Prof. Paul Crutzen arbeitete, dessen Forschung ihm bereits zu Zeiten seiner Promotion begegnet war. Paul Crutzen erhielt 1995 den Nobelpreis für Chemie gemeinsam mit Mario J. Molina und F. Sherwood Rowland für die Erklärung, wie Stickoxide die Ozonschicht zerstören und durch welche chemischen Prozesse das 18. März 2021 Seite 2 / 8
Im Fokus – Max-Planck-Institut für Meteorologie Ozonloch entsteht. Prof. Crutzen verstarb kürzlich am 21. Januar 2021. Guy Brasseur: „Paul Crutzen war ein außergewöhnlicher Mensch. Er brachte ständig neue Konzepte ein, die zur Quelle neuer Forschungsentwicklungen wurden und einen großen Einfluss auf die Forschungsagenda und die internationale Ozon- und Klimapolitik hatten.“ An diesen Aufenthalt in Mainz schloss sich ein Jahr als Gast am National Center for Atmopheric Research (NCAR) in Boulder, Colorado, USA an. Ein Stellenangebot des NCAR nahm Guy Brasseur zunächst nicht an, da er seine feste Position in Belgien nicht aufgeben wollte. Nach seiner Rückkehr nach Belgien und etwas Bedenkzeit ließ er sich dann aber doch für zwei weitere Jahre beurlauben, um am NCAR zu arbeiten und blieb dann dort. Zwei Jahre später, 1990, wurde Guy Brasseur am NCAR Direktor der Abteilung für Atmosphärenchemie. Zu dieser Zeit war die wissenschaftliche Ge- meinschaft aktiv an dem Problem des troposphärischen Ozons interessiert. Messungen in verschie- denen Regionen der Welt hatten einen signifikanten Anstieg der Ozonkonzentration aufgezeigt, nicht nur an der Oberfläche in städtischen Gebieten wie in Los Angeles während des Sommers, sondern auch in der hohen freien Atmosphäre. Da das Vorhandensein von Ozon, einem starken die Atemwege reizenden Oxidationsmittel, die Häufigkeit von Asthmaanfällen erhöhen und chronische Lungenobstruktionen verursachen kann, war es wichtig, die chemischen Prozesse zu verstehen, die zu seiner photochemischen Bildung und Zerstörung führen. Troposphärisches Ozon wurde daher zu einem wichtigen Forschungsthema für die NCAR-Abteilung, und die Erforschung des Globalen Wandels bekam in dieser Abteilung eine hohe Priorität (Brasseur, 2020b) Insbesondere die Frage der globalen Luftverschmutzung wurde als wesentlich erkannt und die USA, hier die National Science Foundation (NSF), setzten ein umfangreiches Forschungsprogramm unter dem Namen „Global Tropospheric Chemistry Program (GTCP)“ auf. Eine internationale Er- weiterung, das „International Global Atmospheric Chemistry (IGAC) Project“, wurde gegründet und mit dem „International Geosphere-Biosphere Program (IGBP)“ verbunden. Guy Brasseur hatte zwischen 2002 und 2005 den Vorsitz im Steering Committee des IGBP und arbeitete eng mit dem IGBP-Direktor Will Steffen zusammen. Gemeinsam förderten sie das Konzept der „Erdsystemfor- schung“ und die damit verbundene Notwendigkeit, globale und regionale Klimamodelle integra- tiver zu machen, und gekoppelte chemische und biologische Prozesse sowie deren Wechselwir- kungen mit den Aktivitäten des Menschen einzubeziehen. In dieser Zeit am NCAR entwickelte Guy Brasseur mit Kolleg*innen und Softwareingenieuren ein globales chemisches Transportmodell, das sich auf das Problem des troposphärischen Ozons konzentrierte (Brasseur et al., 1998). Dieses Modell MOZART (Model for Ozone and Related Tracers) wurde bald von mehreren Gruppen auf der ganzen Welt übernommen (Brasseur, 2020b). Direktor am MPI-M: Grundsteinlegung für ICON Nach etwas mehr als 10 Jahren am NCAR interessierte sich Guy Brasseur für neue Aufgaben. Es gab mehrere Angebote aus aller Welt; am Ende siegte die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) mit ihrem Ruf, Guy Brasseur als Direktor an das MPI-M nach Hamburg zu holen. Anfang der 2000er Jahre hatte die wissenschaftliche Gemeinschaft die Bedeutung der komplexen nichtlinearen Wechselwir- kungen und Rückkopplungen in der multi-skaligen Entwicklung des Klimasystems erkannt. Daher widmete er sich am MPI-M der Aufgabe traditionelle Klimamodelle zu umfassenderen Erdsystem- modellen zu erweitern, indem das biogeochemische System mit dem physikalischen Klimasystem 18. März 2021 Seite 3 / 8
Im Fokus – Max-Planck-Institut für Meteorologie
gekoppelt wird, und dabei insbesondere die Atmosphärenchemie und im Ozean biogeochemische
Prozesse berücksichtigt werden (Brasseur, 2020b).
Weggefährten: Ehemalige und amtierende Direktoren des MPI-M im Januar 2006:
Prof. Hartmut Graßl mit Prof. Guy Brasseur, Prof. Martin Claußen,
Prof. Klaus Hasselmann und Prof. Jochem Marotzke (v.l.n.r.)
(Foto: M. Böttinger, DKRZ)
Unter der Leitung von Guy Brasseur gab es neben einigen Umstrukturierungen am MPI-M und der
Einführung des Konzeptes der Erdsystemforschung und der Erdsystemmodellierung auch erste
Ideen für ein ganz neues Erdsystemmodell: ICON (Icosahedral Non-Hydrostatic). Der dynamische
Kern des hochentwickelten MPI-Erdsystemmodells ECHAM-MPIOM erschien veraltet, und es sollte
zunächst geprüft werden, ob es sinnvoll sein könnte, ein neuartiges Modell mit einem neuen dyna-
mischen Kern zu entwickeln. Eine kleine Gruppe von Wissenschaftlern war damit beauftragt dies
abzuschätzen. Es zeigte sich bald, dass die Entwicklung neuer Atmosphären- und Ozeanmodelle
mit dynamischen Kernen und der Fähigkeit, mit extrem hoher räumlicher Auflösung in verschiede-
ne Regionen der Welt zu zoomen, neue Möglichkeiten bieten würde: die Behandlung globaler und
regionaler Klimaveränderungen in einem einzigen mathematischen Rahmen, die Beantwortung
multi-skaliger dynamischer Fragen und die Verbesserung der Wettervorhersage. Da Guy Brasseur
Anfang 2006 das MPI-M wieder verließ, erlebte er die positive Entwicklung des neuen ICON-Mo-
dells nur aus der Ferne. ICON ist heute ein Vorreiter in der modernen Erdsystemmodellentwicklung
und wird zum Beispiel von der amerikanischen NSF als sehr innovativ gepriesen.
18. März 2021 Seite 4 / 8Im Fokus – Max-Planck-Institut für Meteorologie Climate Service Center Hamburg: Klimadienstleistungen für Entscheidungsträger*innen Guy Brasseurs Weg führte ihn im Januar 2006 zurück an das NCAR als Associate Director und Leiter des „Earth and Sun Systems Laboratory“, wo er bis Juli 2009 blieb. Seine bereits während seiner Zeit am MPI-M entstandene Idee, einen sogenannten Erdsystemservice zu entwickeln, setzte er nach seiner Rückkehr aus den USA als Gründungsdirektor des „Climate Service Center Germany“ (heute GERICS, damals CSC) um. Mit einer kleinen Gruppe von hochrangigen Forschenden hatte er in seiner MPI-M-Zeit eine Ideenskizze dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) vorgelegt. Aber erst im Jahr 2010 konnte das deutsche „Climate Service Center“ in Hamburg mit einer Finanzierung durch das BMBF aufgebaut werden. Der Zweck dieses Climate Service Centers ist es, wissenschaftlich glaubwürdige und umsetzbare Klimainformationen für Entscheidungsträ- ger*innen bereitzustellen. Die Aufgabe war für Guy Brasseur faszinierend, aber gleichzeitig auch nicht einfach, weil sie eine angemessene wechselseitige Interaktion mit Nutzer*innen verlangte. Sie bot aber eine einzigartige Gelegenheit, eine transdisziplinäre Vision unter Beteiligung von Natur- und Sozialwissenschaftlern sowie Vertreter*innen aus Industrie, Regierung und Kommunen zu entwickeln. Nach Guy Brasseurs Auffassung sind hier noch viele grundlegende Fragen zu beant- worten, insbesondere über die Art des Geschäftsmodells, das erforderlich ist, um Klimadienstleis- tungen erfolgreich zu machen, und über neue Ansätze zur Kommunikation und zu Partnerschaften mit verschiedenen Arten von Akteuren in der Gesellschaft (Brasseur & Gallardo, 2016; Brasseur, 2020b). Gruppe Umweltmodellierung: Vorhersage der regionalen Luftqualität verbessern Nach der Übergabe der Leitung des GERICS an die ehemalige MPI-M-Wissenschaftlerin Daniela Jacob fand Guy Brasseur seine wissenschaftliche Heimat wieder am MPI-M und leitet hier die Gruppe „Umweltmodellierung“. Die Gruppe entwickelt integrierte Modellierungsansätze, die ge- sellschaftlich wichtige Umweltfragen im Zusammenhang mit der menschlichen Entwicklung be- handeln. Hierbei geht es um Fragen, die sich durch den Klimawandel, das Bevölkerungswachstum, die Verstädterung, die Industrialisierung und intensive landwirtschaftliche Praktiken stellen. Als Schwerpunkt werden die Auswirkungen der Urbanisierung auf die regionale und globale Umwelt bewertet. Dabei ist eine Aufgabe, die Vorhersage der regionalen Luftverschmutzung, insbesondere in Asien (China), Südamerika (Brasilien) und Afrika zu verbessern. Werkzeuge für die Analyse und Vorhersa- ge der Luftqualität können Entscheidungsträger*innen helfen, wissenschaftlich fundierte Maßnah- men zur Reduzierung der chemischen Emissionen in industrialisierten und urbanisierten Regionen zu ergreifen. Die Gruppe trägt zur Entwicklung integrierter Modellierungssysteme bei, mit denen Vorhersagen gemacht werden können, die sich auf assimilierte Satellitenbeobachtungen, aktuelle Emissionsinventare, chemische und mikrophysikalische Umwandlungen, multi-skalige Transport- prozesse und Oberflächenablagerungen stützen. 18. März 2021 Seite 5 / 8
Im Fokus – Max-Planck-Institut für Meteorologie
Zum Beispiel ist aufgrund des starken Wirtschaftswachstums in China im letzten Jahrzehnt die
Luftverschmutzung in vielen Teilen des Landes zu einem ernsten Problem geworden. Aus diesem
Grund werden aktuelle regionale Luftverschmutzungsinformationen und Mittel zur Emissionskon-
trolle der Hauptschadstoffe immer wichtiger. Im Rahmen des FP7-Programms der EU gab es zwei
gemeinschaftliche Forschungsprojekte, in denen chinesische und europäische Partner zusammen-
arbeiten, um die Luftqualität in China mit Hilfe von Weltraumbeobachtungen zu untersuchen. An
einem dieser beiden Projekte, PANDA, ist die Gruppe Umweltmodellierung als Koordinator betei-
ligt.
Prof. Guy Brasseur vor dem historischen Museum des Wetterdienstes in
Schanghai (Foto: privat)
Ist Grundlagenforschung noch wichtig?
Persönliche Betrachtungen von Guy Brasseur
Rückblickend ist festzustellen, dass im letzten Jahrzehnt die Förderorganisationen in den meisten
Ländern zunehmend die Bedeutung der angewandten Forschung zur Lösung wichtiger gesellschaft-
licher Probleme betont haben, manchmal auf Kosten der Grundlagenforschung. Es ist klar, dass die
Rolle der Wissenschaftler*innen darin besteht, mit verschiedenen Interessengruppen zusammen-
zuarbeiten, um gesellschaftlich wichtige Fragen anzugehen und auf dringende Herausforderungen
wie den Ozonabbau oder den Klimawandel zu reagieren. Gleichzeitig gibt es keine nachhaltige
angewandte Wissenschaft ohne vorgelagertes Wissen aus der Grundlagenforschung. Heute ist es
dringend notwendig, langfristige Forschungsinitiativen zu unterstützen und eine starke intellektuel-
le Kapazität aufrechtzuerhalten, die in der Lage ist, auf Überraschungen zu reagieren, denen unser
Planet gegenübersteht. Vielleicht sollte die wissenschaftliche Gemeinschaft deutlicher zeigen wie
uneigennützige Forschung eine Voraussetzung für die Entwicklung von Innovationen und daher
wesentlich für unsere wirtschaftliche, soziale und kulturelle Entwicklung ist. (Brasseur, 2020b)
18. März 2021 Seite 6 / 8Im Fokus – Max-Planck-Institut für Meteorologie Ein Beispiel dafür, wie sich die Wissenschaft seit fast zwei Jahrhunderten entwickelt und sich mit einem Problem von höchster Bedeutung für die Zukunft der Menschheit beschäftigt hat, ist die Forschung zum Ozonproblem (Brasseur, 2020a). Die Entdeckung eines eigentümlichen Geruchs im Labor, der durch die Bildung einer unbekannten chemischen Spezies entstand, die erst mehr als 20 Jahre später identifiziert wurde, resultierte nicht aus einer geplanten Forschungsinitiative. Der Fortschritt, der darauffolgte, war das Werk einiger weniger unabhängiger Gelehrter, die miteinan- der kommunizierten und die ihre Ergebnisse in von ihren nationalen Akademien herausgegebenen Zeitschriften präsentierten. Nicht alle der vorgebrachten Ideen wurden sofort akzeptiert; einige wurden nach vielen Diskussionen und Debatten verworfen. Doch alle diese Pioniere der Ozonfor- schung waren Freidenker und motivierte Köpfe, die sich durch große intellektuelle Unabhängig- keit und Selbstlosigkeit auszeichneten. Wahrscheinlich ahnte keiner von ihnen, während sie ihre Forschungen durchführten, dass die stratosphärische Ozonfrage eines Tages zu einem quasi-poli- tischen Thema werden würde (Brasseur, 2020b). Guy Brasseur: „Lösungen für aktuelle Probleme können nicht ohne weitere Grundlagenforschung gefunden werden. Eine Institution wie die MPG steht vorbildhaft für die Freiheit der Grundlagen- forschung. Freie Forschung an ganz neuen Themen erzeugt neues Wissen, welches zur Lösung heute vielleicht noch unbekannter Probleme beitragen kann. Wie schon Max Planck sagte: ‘Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen‘.“ Mehr Information: Persönliche Webseite von Guy Brasseur: https://mpimet.mpg.de/en/staff/externalmembers/guy-brasseur Gruppenseite Umweltmodellierung: https://mpimet.mpg.de/en/science/independent-research-groups/environmental-modeling Projektseite MarcoPolo / PANDA: http://www.marcopolo-panda.eu/sample-page/ Bücher: Brasseur, G. P., & Solomon, S. (2005). Aeronomy of the middle atmosphere (p. 644). Dordrecht, The Netherlands: Springer. Brasseur, G. P., & Jacob, D. J. (2017). Modeling of atmospheric chemistry (p. 606). Cambridge, UK: Cambridge University Press. Brasseur, G. (2020a). The ozone layer, from discovery to recovery (pp. 264). Boston, MA: American Meteorological Society. 18. März 2021 Seite 7 / 8
Im Fokus – Max-Planck-Institut für Meteorologie Publikationen: Brasseur, G., & Nicolet, M. (1973). Chemospheric processes of nitric oxide in the mesosphere and stratosphere. Planetary and Space Science, 21(6), 939–961. https://doi.org/10.1016/0032‐0633(73 )90141‐4 Brasseur, G. (1984). Coupling between the thermosphere and the stratosphere: The role of nitric oxide. In J. Taubenheim (Ed.), Handbook for MAP (Vol. 10, pp. 116–121). Urbana, IL: Scientific Com- mittee on Solar‐Terrestrial Physics (SCOSTEP), University of Illinois. Brasseur, G. P., & Granier, C. (1992). Mount Pinatubo aerosols, chlorofluorocarbons, and ozone depletion. Science, 257(5074), 1239–1242. https://doi.org/10.1126/science.257.5074.1239 Brasseur, G. P., Hauglustaine, D. A., Walters, S., Rasch, P. J., Müller, J.‐F., Granier, C., & Tie, X. X. (1998). MOZART, a global chemical transport model for ozone and related tracers: 1. Mo- del description. Journal of Geophysical Research, 103(D21), 28,265–28,289. https://doi. org/10.1029/98JD02397 Brasseur, G., & Gallardo, L. (2016). Climate services: Lessons learned and future prospects. Earth‘s Future, 4(3), 79–89. https://doi.org/10.1002/2015EF000338 Brasseur, G. P., Xie, Y., Petersen, K., Bouarar, I., Flemming, J., Gauss, M., et al. (2019). Ensemble forecasts of air quality in eastern China—Part 1: Model description and implementation of the MarcoPolo‐panda prediction system, version 1. Geoscientific Model Development, 12(1), 33–67. https://doi.org/10.5194/gmd‐12‐33‐2019 Brasseur, G.P. (2020b) The importance of fundamental science for society: The suc- cess story of ozone research. Perspectives of Earth and Space Scientists. AGU, https://doi. org/10.1029/2020CN000136. Kontakt: Prof. Dr. Guy Brasseur Max-Planck-Institut für Meteorologie Tel.: 040 41173 301 (Assistentin Ina Döge) E-Mail: guy.brasseur@mpimet.mpg.de 18. März 2021 Seite 8 / 8
Sie können auch lesen
