Leibniz Nordost - Leibniz-Institut für Katalyse
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Leibniz Nordost
Journal der Leibniz-Institute MV
ISSN 1862-6335 Nr. 28-2019
Geförderte
Forschung
IOW: Schuften für das Ökosystem
INP: Textilbeton – Baustoff der Zukunft
LIKAT: Klimagas Nr. 1 wird Rohstoff
FBN: Im Wandel der Zeit
IAP: Wärmekraftmaschine Atmosphäre
Editorial
Ed
E
Editorial
Editoria
Editori
Editor
Edito
Edit
Edi
ditorial
ditorial
itorial
torial
orial
rial
ial
al
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
zwei Jahre brauchten die Daten, bis sie das Bild das weder hochspezialisierte Experten noch Laien
eines schwarzen Lochs offenbarten. Vor Jahren kaltlässt. So mancher Theoretiker unter den Phy-
behandelte die Fachwelt dieses astrophysikalische sikern erwartet von der weiteren Erforschung der
Phänomen noch als Randthema. Und nun feierte sie schwarzen Löcher eine Umwälzung des Naturver-
das erste Abbild eines schwarzen Lochs aus der Ga- ständnisses, wie sie seinerzeit Einsteins Relativitäts-
laxie M87 euphorisch als Triumph der Wissenschaft. theorie bewirkt hatte. Andrew Strominger, der noch
In einschlägigen Magazinen erfuhren wir Laien die gemeinsam mit Stephen Hawking über schwarze
ganze Geschichte. Die hat wieder einmal mit Ein- Löcher debattierte, fabuliert über Einsteins Feldglei-
stein zu tun. Und vor allem mit tiefen Einsichten und chungen wie ein Dirigent über Partituren von Bach-
großen Irrtümern. Kantaten: „Sie hören nicht auf uns zu beschenken“,
Schwarze Löcher galten als der Inbegriff des wird er im „Spiegel“ zitiert.
Unbeobachtbaren, ein Spezialfall der Allgemeinen Das sagt mir, mit welcher Erwartung und vor
Relativitätstheorie, den Karl Schwarzschild sofort allem mit wie viel Freude Menschen an ihr wissen-
aus Einsteins Feldgleichungen errechnete. Doch schaftliches Tagwerk gehen, und damit bin ich bei
in seiner Konsequenz nahm niemand diesen Spe- unserer heutigen Ausgabe von Leibniz Nordost.
zialfall der „Singularität“ ernst. Er besagte, dass Diesmal geht es um die BMBF-geförderte Bünde-
eine extrem dichte Masse (z. B. die Erde auf den lung unterschiedlicher Kompetenzen in Projekten,
Durchmesser eines 2-Cent-Stücks geschrumpft) die die Klima, Umwelt und Ressourcen schützen helfen
Raumzeit derart krümmen würde, dass der betref- und vieles mehr. Wenn ich sehe, wie diese Forsche-
fenden Region nicht einmal mehr Licht entkommen rinnen und Forscher ihr Herzblut an ihre Themen
könne. Das war selbst Einstein zu radikal. Und über- geben, dann weiß ich diese Dinge in guter Hand.
haupt. Wie sollte sich das überprüfen lassen. Und mir wird selbst warm ums Herz.
Acht Observatorien in Nord- und Südamerika,
in der Antarktis und in Europa schlossen sich in Ich wünsche Ihnen eine anregende Lektüre!
einem Konsortium zum virtuellen „Event Horizon
Telescope“ (EHT) von 8.000 km Durchmesser zu- Ihre
sammen, das 2017 seinen Fokus auf M87 richtete,
54 Millionen Lichtjahre entfernt. Mehrere Forscher-
gruppen haben mit den Rohdaten gerechnet und
sie interpretiert. Mit einem visualisierten Ergebnis,
Inhalt
2 - Editorial
3 - Grußwort
4 - Schuften für das Ökosystem
6 - Textilbeton – Baustoff der Zukunft
8 - Klimagas Nr. 1 wird Rohstoff
10 - Im Wandel der Zeit
12 - Wärmekraftmaschine Atmosphäre
14 - News aus den Instituten
17 - Vom andern lernen: das Leistungsnetz
18 - Die Leibniz-Institute Mecklenburg-Vorpommerns
19 - Nachgefragt, Hans Burchard, IOW
Titelbild: Einsatz eines Multicorers auf dem FS ELISABETH MANN BORGESE zur Gewinnung von kurzen Sedi-
mentkernen. Anhand solcher Kerne untersuchen WissenschaftlerInnen des IOW im Rahmen des BMBF
geförderten Forschungsprojektes SECOS die Funktion von Sedimenten für Küstenökosysteme.
Foto: S. Kube, IOW
Rückseite: Modul mit dielektrisch behinderten Entladungen: Durch modifizierte Elektrodenplatten, zwi-
schen denen dielektrisch behinderte Entladungen erzeugt werden, kann die Belastung der Raumluft mit
Mikroorganismen deutlich gesenkt werden. Ebenso können chemische Stoffe auf diese Weise abgebaut
2 werden. Foto: Eric Timmermann, INP
Grußwort
Grußwort
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
Investitionen in Bildung, Forschung und
Wissenschaft und deren Transfer in Wirt-
schaft und Gesellschaft sind die Basis
für Wettbewerbsfähigkeit, Wachstum
und gesellschaftliche Entwicklung. Diese
Investitionen sind auch die Grundlage
dafür, dass die Wissenschaft uns die er-
Foto: Ludwig Maerz
hofften Antworten auf die drängenden
Fragen geben kann.
Deutschland profitiert von seinem
leistungsstarken Wissenschaftssystem
und seiner forschungsstarken Wirtschaft
und gehört heute zu den innovativsten
Volkswirtschaften weltweit. Langfristig
angelegte, gemeinsame Maßnahmen Dr. Michael Meister,
von Bund und Ländern, wie der Pakt für Parlamentarischer Staatssekretär
Forschung und Innovation, haben hierzu bei der Bundesministerin für
einen essenziellen Beitrag geleistet, in- Bildung und Forschung
dem er langfristige Planungssicherheit
und kontinuierliche Budgetaufwüchse einzelne besonders herauszuheben. Und
mit forschungspolitischen Zielsetzungen dennoch: das Projekt BONUS MICRO-
verknüpft. Eine der Zielsetzungen und POLL des Leibniz-Instituts für Ostseefor-
ein mir persönlich sehr wichtiges Anlie- schung Warnemünde trifft den Nerv der
gen ist der Dialog zwischen Wissenschaft Zeit. Es befasst sich mit den Auswirkun-
und Gesellschaft. Die Wissenschaft kann gen von Mikroplastik auf das Ökosystem
und soll für den gesellschaftlichen Dis- Ostsee. Als europäisches Verbundprojekt
kurs Impulse setzen und fachlich fundier- mit mehreren Partnern im In- und Aus-
ten Rat geben. Die Leibniz-Gemeinschaft land zeigt BONUS MICROPOLL in beson-
integriert diesen kontinuierlichen und ders anschaulicher Weise, was es heißt,
intensiven Austausch zwischen Wis- über ein gesellschaftlich höchst relevan-
senschaft, Wirtschaft und Gesellschaft tes Thema in intensiver Vernetzung zu
– „theoria cum praxi“ – auf ganz selbst- forschen.
verständliche Weise. Dieses Magazin, Das Thema „Vernetzung“ bestimmt
mit dem sich die fünf herausragenden auch das vom BMBF geförderte Ver-
Leibniz-Einrichtungen des Landes Meck- bundvorhaben, mit dem die Leibniz-
lenburg-Vorpommern der Öffentlichkeit Institute in Mecklenburg-Vorpommern
präsentieren und über ihre Forschung einen erfolgversprechenden Ansatz zur
berichten, ist ein schönes Beispiel dafür. Bereitstellung institutsübergreifender
Die Leibniz-Gemeinschaft hat sich Leistungen für den Wissens- und Tech-
als unverzichtbares Element des deut- nologietransfer in regionalen Netzwer-
schen Wissenschaftssystems fest etab- ken verfolgen. Sie haben es sich zur Auf-
liert. Besondere Stärken von Leibniz sind gabe gemacht, Instrumente und Wege zu
die große thematische Bandbreite der finden, wie Institute ganz unterschiedli-
Forschung, die Verbindung von Erkennt- cher fachlicher Disziplinen zusammen an
nisgewinn und Anwendungsorientierung übergreifenden Fragestellungen arbeiten
sowie das immense Vernetzungspotenti- können. Ganz im Sinne der Leibniz-Idea-
al, das in der Gemeinschaft steckt. Die le erproben sie damit, wie erfolgreicher
insgesamt 12 Leibniz-Forschungsver- Wissens- und Technologietransfer ohne
bünde sind ein hervorragender Ansatz, zusätzliche übergeordnete Strukturen er-
um Forschung mit hoher wissenschaft- möglicht werden kann.
licher und gesellschaftlicher Relevanz zu Ich wünsche den Instituten der Leib-
betreiben. niz-Gemeinschaft in Mecklenburg-Vor-
Es ist an dieser Stelle nicht einfach, pommern viel Erfolg bei ihrer Arbeit und
unter den vielen Vorhaben Ihrer Institute diesem Magazin eine große Verbreitung.
3
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Ostseeforscher
erfassen Leistungen
des Meeresbodens.
Meeresbiologin Mayya Gogina trennt mithilfe von Sieben die Bodenlebewesen vom Sediment,
Von Barbara Hentzsch um sie bestimmen zu können. Foto/ Grafik: IOW
Im Zusammenhang mit dem Meeresbo- deutschen Küstenmeeren – Bewertung ment und dem darüberstehenden Was-
den von „Leistungen“ zu sprechen, er- der Funktion mariner benthischer Sys- ser aussehen. Eine wichtige Frage, denn
scheint auf den ersten Blick absurd. Wa- teme im Kontext menschlicher Nutzung über diese Stoff-Ströme können auch
rum sollten Sandrippeln und Riffe und kurz: SECOS“ koordiniert. Die Idee hinter Nährstoffe zurück ins System gelangen,
ihr farbenprächtiger Bewuchs nicht ein- SECOS: durch eine intensive Analyse der die vor Jahren im Sediment festgelegt
fach nur schön oder Natur sein dürfen? Funktionen, mit denen der Meeresboden wurden.
Sollen sie! Aber viel zu oft werden sie zur Gesundheit des Ökosystems beiträgt, „Die Rückhaltung von Nährstoffen ist
durch wirtschaftliche Nutzung des Mee- sollte es bei gleichzeitiger Kartierung eine extrem wichtige Leistung des Mee-
resbodens gestört oder gar zerstört. Ob des Meeresbodens möglich werden, die resbodens“, betont Ulrich Bathmann. „In
durch Fischerei, Verkehr, Bauwerke oder Gefährdung von Ökosystemleistungen der Ostsee gehört die Belastung mit zu
Einleitungen – die Ursachen für mögliche durch bestimmte Nutzungen zu erfassen. viel Nährstoffen zu den größten Umwelt-
Schädigungen sind vielfältig. In Küsten- Ein Mammutwerk, das die Beteiligung problemen. Wir nennen das Überdün-
meeren wie der Ostsee treffen sie zudem von rund 30 Wissenschaftler*innen er- gung. Sie führt zu Sauerstoffmangelzo-
alle auf engstem Raum zusammen und forderte. Nun kommt das Projekt zu sei- nen, in denen kein höheres Leben mehr
können sich so in ihren Wirkungen ver- nem Abschluss. existieren kann.“ Und so wird ein Teufels-
stärken. kreis angetrieben, denn unter Sauerstoff-
„Wir beobachten, dass der Meeres- Bestandsaufnahme zu Sedimenten mangel werden zum Beispiel einmal im
boden der Küstenmeere weltweit unter Am Anfang stand die Bestandsaufnah- Sediment festgelegte Phosphate wieder
Druck steht. Dabei haben wir noch lan- me: Wo befinden sich welche Sedimen- ins Wasser abgegeben. Aber da gibt es
ge nicht verstanden, welche Funktionen te am Boden der deutschen Ostsee? Auf ja noch die Bodenlebewesen – das so
er im Ökosystem der Meere übernimmt der Basis solcher Sedimentkarten (siehe genannte Makrozoobenthos. Schnecken,
und können deshalb auch noch nicht in oben) wurden dann sieben Positionen Würmer, Muscheln durchwühlen und
vollem Umfang die Folgeschäden einer ausgewählt, die während der Projektlauf- durchspülen die obersten Zentimeter des
Zerstörung begreifen“, sagt Ulrich Bath- zeit detailliert und zu unterschiedlichen Meeresbodens und sorgen damit aktiv
mann, Direktor des Leibniz-Instituts für Jahreszeiten untersucht wurden. An für eine Sauerstoffversorgung. Gleich-
Ostseeforschung (IOW). Bathmann hat Kurzsedimentkernen wurde zum Beispiel zeitig werden durch diese Aktivitäten
in den vergangenen sechs Jahren ein in- analysiert, welche Inhaltsstoffe das Po- gespeicherte Nährstoffe im Boden gehal-
terdisziplinäres Verbundprojekt mit dem renwasser der Sedimente enthielt und ten, die bei Sauerstoffmangel sonst ins
Titel „Die Leistung der Sedimente in wie die Stoffflüsse zwischen dem Sedi- Wasser übergehen würden.
4 Leibniz Nordost 28 - 2019
Grafiken: IOW
Mayya Gogina, Benthologin am Leibniz- Beispiel die Gebiete um Fehmarn, aber
Institut für Ostseeforschung Warnemün- auch in der Kieler Bucht, in der Kadetrin- BMBF-Projekt SECOS:
de, hat sich im Rahmen von SECOS mit ne und beim Adlergrund.“ Die Leistung der Sedimente in
der Frage beschäftigt, in welchen Grö- Die Meeresbiologin blieb aber nicht deutschen Küstenmeeren
ßenordnungen dieses Makrozoobenthos bei der Zählung der Arten stehen: „Uns
den Stoff-Fluss zwischen der Sediment- interessiert die Zusammensetzung der Laufzeit: 2013 – 2016, 2016 – 2019
Wasser-Grenzschicht beeinflusst: „Wir unterschiedlichen funktionellen Gruppen.
wissen, dass es einen Zusammenhang Konkret heißt das: von wie vielen Arten Beteiligte Partner:
zwischen der Intensität der Bodendurch- wird die Funktion der Durchwühlung • Leibniz-Institut für Ostseeforschung
wühlung durch Tiere und den Stofffluss (Bioturbation) des Meeresbodens über- (Koordination)
gibt. Das wollten wir quantifizieren, um nommen? Wird diese Leistung von vielen • Universität Rostock
die Auswirkungen, die Änderungen in der unterschiedlichen Arten getragen oder • Institut für ökologische
Besiedlung auf die Stoffkreisläufe haben, hängt sie von wenigen Arten ab und ist Wirtschaftsforschung
auch beziffern zu können.“ somit viel anfälliger gegenüber Umwelt- • Bundesamt für Seeschifffahrt
veränderungen.“ Auch die Beantwortung und Hydrographie
Hot spots der Artenvielfalt dieser Fragen lässt sich nun in Karten • Konrad-Zuse-Zentrum für
Ein ehrgeiziges Ziel, das am Ende nicht er- erfassen. Der komplette Datenschatz ist Informationstechnik Berlin
reicht werden konnte, weil sich während in Form eines Geoinformationssystems • Christian-Albrechts-Universität
der Projektlaufzeit die Rahmenbedingun- (GIS) im Internet abrufbar. Für Ämter und zu Kiel
gen drastisch änderten: ein gigantischer Behörden bietet er eine wertvolle Orien-
Salzwassereinbruch brachte 2014/2015 tierungshilfe, wenn es um die Bewertung
sauerstoffreiches Salzwasser in die Bo- von Leistungen des Meeresbodens geht.
denschichten und veränderte die Sau-
erstoffverhältnisse so stark, dass eine Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Vergleichbarkeit mit vorherigen Mess- Dr. Mayya Gogina
kampagnen nicht mehr gegeben war. E-Mail: mayya.gogina@
Trotz dieser Intervention der Na- io-warnemuende.de
tur konnten Mayya Gogina und ihre Telefon: +49 381 5197 393
Kolleg*innen auf fünf Forschungsfahr-
ten, über drei Jahre verteilt und zu unter- Prof. Dr. Ulrich Bathmann
schiedlichen Jahreszeiten durchgeführt, E-Mail: ulrich.bathmann@
einen wahren Schatz an Informationen io-warnemuende.de
zum Meeresboden zusammentragen. Ein Telefon: +49 381 5197 101
Beispiel ist die Erfassung der Besiedlung
des Meeresbodens in der gesamten deut-
schen Ostsee. „Wir können sehr deutlich
Projektkoordinator Ulrich Bathmann während
hot spots erkennen, an denen die Arten- einer Mess-Kampagne im Januar 2016.
vielfalt besonders hoch ist. Das sind zum Foto: IOW
5
TTextilbeton
Textilbeto
Textilbet
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Text
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beton
eton–nBaustoff
ton
on – Baust
Baus
Bau
Ba
Baust
ustder
stt
INP-Forscher
funktionalisieren
Carbonfasern
mithilfe von
Plasmen.
Von Charlotte Giese Dagmar Jasinski am Röntgen-Photoelektronen-Spektrometer (XPS) des INP zur Analytik der
chemischen Zusammensetzung der plasmabehandelten Oberflächen.
Korrosionsfrei, flexibel gestaltbar, zugfest Foto: Carsten Desjardins, INP. Links: Im Rasterelektronenmikroskop wird deutlich, dass eine
enge Umhüllung der 7 Mikrometer starken Carbonfaser mit der mineralischen Matrix (Beton)
und deutlich leichter als herkömmlicher erzeugt wird. Foto: Institut für Baustoffe der TU Dresden
Stahlbeton – das alles sind Eigenschaf-
ten, die Textilbeton zu einem begehrten Beton. Brückenbau, Instandsetzung von sche Universität Dresden mit dem Institut
Baumaterial der Zukunft machen. Das Gebäuden, die Herstellung von Fassaden- für Baustoffe (IfB) und dem Institut für
Verbundmaterial aus Beton und Hochleis- elementen oder dünnen, aber dennoch Textilmaschinen und Textile Hochleis-
tungsfaserwerkstoffen bringt nicht nur in tragfähigen Strukturen sind nur ein paar tungswerkstofftechnik (ITM) gemeinsam
der Leichtbau-Architektur einige Vorteile Beispiele für das breite Anwendungsfeld mit Partnern aus der Industrie beteiligt
mit. Schlanke Bauteile mit enormer Trag- des innovativen Baustoffs. sind. Im Forschungskonsortium „Carbon
fähigkeit und Biegezugfestigkeit, die auch Einziges Hindernis für eine breite Concrete Composites (C3) – V2.6 – Anor-
noch besonders leicht und dauerhaft sind, Anwendung der Carbonbeton-Bauweise ganisch gebundene Bewehrungsstruktu-
eröffnen völlig neue Perspektiven. im Gebäudesektor: Die Bewehrungsele- ren“ sollen stoffliche und technologische
mente halten höheren Temperaturen von Voraussetzungen für die innovative Be-
Innovativer Baustoff mehreren hundert Grad Celsius nicht tonbauweise geschaffen und damit tem-
Im Unterschied zu Stahlbeton besteht bei stand. Nicht etwa die Fasern selbst, son- peraturstabile und mechanisch leistungs-
Textilbeton die Bewehrung aus Faserwerk- dern das derzeit eingesetzte polymerba- fähige Bewehrungsstrukturen entwickelt
stoffen wie z. B. alkaliresistentem Glas sierte Tränkungsmaterial, welches zur werden.
oder Kohlenstofffasern, auch Carbonfa- Verbindung der einzelnen Bestandteile Wesentliche Rolle des INP in diesem
sern genannt. Je nach Verfahren werden dient, erweicht und zersetzt sich. Damit Projekt ist es, eine praktikable Plasma-
mehrere Tausend Filamente mit einem ist die lastübertragende Verbundwirkung behandlungsmethode für die Carbon-
Durchmesser von nur wenigen Mikrome- zum Beton nicht mehr gewährleistet und faseroberflächen zu erarbeiten. Im Hin-
tern zu Faserbündeln zusammengefasst allgemeingültige Brandschutzbestimmun- blick auf die großtechnische Umsetzung
um daraus die zumeist gitterförmigen gen werden nicht erfüllt. erscheinen hier Plasmaverfahren unter
Bewehrungsstrukturen, die sogenannten Atmosphärendruck als geeignet, wie ge-
Gehege, zu fertigen. Diese textilartigen Das Verbundvorhaben meinsame Untersuchungen des INP, des
Faserstränge werden anschließend in Mit dieser Problematik befasst sich ein ITM und des IfB zeigten. In einem ersten
besonders festen und feinkörnigen Be- Forschungsprojekt, an dem das Leibniz- Schritt gelang es mit sauerstoffhaltigen
ton eingearbeitet. Sie bringen die nöti- Institut für Plasmaforschung und Techno- Plasmen die Benetzbarkeit der Carbon-
ge Flexibilität und Zugfestigkeit in den logie (INP) in Greifswald und die Techni- fasern gezielt zu verbessern. Durch die
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Doppel-T-Träger:
Der Vergleich zwischen
Stahl- (links) und Carbon-
beton. Foto: Thilo Schoch
plasmagestützte Applikation von Funkti- etablierten Testverfahren führen können:
onsschichten konnte eine noch innigere So wurden für beschichtete Bewehrungs- Projekt: Das interdisziplinäre Projekt
Verbindung zwischen den Materialien strukturen vergleichsweise hohe Verbund- Carbon Concrete Composites (C³) ist
erreicht werden. Als schichtbildende Sub- festigkeiten zur Betonmatrix gemessen, eines von zehn geförderten Projek-
stanz wird dem Plasma eine siliziumhal- obwohl die Strukturen eine relativ geringe ten im Programm des Bundesminis-
tige Verbindung beigemischt. Die wenige Biegezugfestigkeit aufwiesen. In der Praxis teriums für Bildung und Forschung
Nanometer dünne Beschichtung verbes- werden neben der Erzeugung hoher Werte »Zwanzig20 – Partnerschaft für Innova-
sert reproduzierbar die Benetzbarkeit und für die Verbundfestigkeit zunehmend sol- tion« der Initiative »Unternehmen Re-
befördert die Anhaftung von reaktiven che Forderungen, wie hohe Reproduzier- gion«. „V2.6 - Anorganisch gebundene
Feinststoffen an der Grenzfläche zu den barkeit und geringe Streuung der Kenn- Bewehrungsstrukturen“ ist ein Teilpro-
Carbonfasern. werte, maßgebend. Hier zeichnen sich jekt des mehrfach ausgezeichneten
„Die Untersuchung der chemischen gerade diejenigen Teststrukturen aus, die Vorhabens.
Zusammensetzung der Oberflächen er- im Plasma beschichtet worden sind. Projektpartner: Technische Universität
laubt uns einen Einblick in die tieferen Dresden; Institut für Baustoffe (TUD
Zusammenhänge der Haftung zwischen Ausblick IfB); Institut für Textilmaschinen und
Faser und Beton“, erklärt Dagmar Jasins- Der Einsatz von technischen Plasmen Textile Hochleistungswerkstofftechnik
ki, technische Mitarbeiterin am INP in der kann also einen wesentlichen Beitrag bei (TUD ITM), Leibniz-Institut für Plasma-
Abteilung Plasmaoberflächentechnik. Sie der Herstellung temperaturunempfindli- forschung und Technologie e.V. (INP),
führt die Messungen im Röntgen-Photo- cher Carbon-Betonkonstruktionen leisten. Groz-Beckert KG (FTA), EBF Dresden
elektronen-Spektrometer (XPS) durch, Die Anforderungen an den industriellen GmbH Forschung, Entwicklung, Er-
welche eine genaue Analyse der Fest- Baustoff gehen aber weit über die Stand- probung (EBF), Deuna Zement GmbH
stoff-Oberflächen ermöglicht und somit und Brandsicherheit baulicher Anlagen (WDI)
dabei hilft, die erzielten Haftungseigen- hinaus. So müssen Werkstoffe heutzuta- Laufzeit: 24 Monate – von Mai 2017 bis
schaften zu erklären und die Wirkung der ge auch kostenoptimiert und nachhaltig April 2019
Plasmabehandlung einzuschätzen. herstellbar und wiederverwendbar sein. Fördersumme: Anteil des INP: 97 400 €
Bei den Kosten und der Materialeffizienz Unterstützt durch: BMBF Bundesmi-
Plasmaprozess verbessert kann die Carbonbeton-Bauweise ihre Vor- nisteriums für Bildung und Forschung
Materialverbund teile bereits ausspielen: Kohlenstofffasern
Die auf diese Weise im Plasma beschich- sind im Einzelnen teurer als Stahl. Doch
INITIIERT DURCH
teten Faserbündel wurden im Anschluss durch ihre geringe Dichte und gleichzeitig
mit einer mineralischen Lösung getränkt, hohe Tragfähigkeit werden große Spann-
um die sogenannten Bewehrungsstruktu- weiten möglich. Dadurch wird weniger
ren herzustellen. Diese Strukturen konn- Material benötigt. Zudem ist ihre Lebens-
ten dann hinsichtlich ihrer mechanischen dauer mehr als doppelt so lang.
Eigenschaften untersucht werden. Im Be- Das alles macht Textilbeton zu ei- Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
sonderen wurde ihre Biegezugfestigkeit nem Hochleistungs-Werkstoff der Zukunft. Dr. Rüdiger Foest
und die Verbundfestigkeit zur Betonma- Ganz gleich ob im Neubau oder in der Sa- E-Mail: foest@inp-greifswald.de
trix bei unterschiedlichen Materialtempe- nierung, Carbonbeton wird die Bauwelt Telefon: +49 3834 554-3835
raturen geprüft. Die Analyseergebnisse nachhaltig verändern und eröffnet neue
belegen, dass die Plasmabehandlung ei- Perspektiven für die globalen Heraus-
nen positiven Einfluss auf die Funktionali- forderungen der Zukunft. Die plasmage-
tät des Materials hat. stützte Oberflächentechnik erweist sich
Die Untersuchungsergebnisse zei- auch hier als wesentliche Querschnitts-
gen auch, dass neuartige Behandlungs- technologie, die diesem neuen Werkstoff
methoden zu einer Neubewertung von zum Durchbruch verhilft.
7
KKlimagas
Klimaga
Klimag
Klima
Klim
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Klimagas
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Rohstoff
Nr.
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Nr. . 1 wir
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Aus CO 2 entsteht
mittels Sonnenlicht
eine wichtige
Grundchemikalie
und Vorstufe für
Methanol. BMBF-
Projekt am LIKAT.
Jennifer Strunk, Bereichsleiterin am LIKAT: „Die Messungen sind kompliziert, doch der Prozess
wird am Ende ein einfacher sein.“ Im Hintergrund die Reaktionsanlage. Foto: Marcus Klahn, LIKAT
Von Regine Rachow Vision: Einfach in der Anwendung eingeschränkt über Sonne verfügen. Das
„Kohlendioxid ist ein stabiles Molekül, ist die Vision.
Die Natur macht es vor. Grüne Pflanzen das höchst ungern mit anderen Stoffen Von 2010 bis 2015 hatte Jennifer
produzieren mit Chlorophyll und Son- reagiert“, erläutert Jennifer Strunk, Mit- Strunk, damals noch an der Ruhr-Univer-
nenstrahlen aus Kohlendioxid und Was- glied des Vorstands und Bereichsleiterin sität Bochum, eine vom BMBF geförderte
ser energiereiche Glucose und Sauerstoff, am LIKAT. „Es braucht dazu einen An- Nachwuchsgruppe geleitet um zu erkun-
beides Lebensgrundlage für Mensch und schub.“ Die Gruppe nutzt dafür Kataly- den, wie sich aus CO2 und H2O photokata-
Tier. Mittels Sonnenenergie unmittelbar satoren, die mit Sonnenlicht arbeiten, in lytisch Methanol bzw. Methan herstellen
aus CO2 und H2O wertvolle Grundstoffe diesem Falle sogenannte Perowskite, die lässt. Dass solche Reaktionen funktionie-
herzustellen, das zählt zu den ehrgeizigs- auch natürlich als Mineral vorkommen. ren, weiß die Fachwelt. „Doch bis heute
ten Forschungszielen weltweit. Am Leib- Projektpartner an der Uni Oldenburg ha- gelang es niemandem, nennenswerte
niz-Institut für Katalyse (LIKAT) in Rostock ben sie für diese Funktion optimiert. In Mengen an Produkten zu bekommen, die
haben sich Jennifer Strunk und ihr Team Kontakt mit Sonnenlicht setzt der pulver- für eine wirtschaftliche Nutzung interes-
diesem Ziel verschrieben, und zwar der förmige Katalysator reaktive Elektronen sant sind“, sagt die Chemikerin.
CO2-Umsetzung mittels Photokatalyse. frei, die wiederum das CO2 aktivieren, so-
Gefördert werden sie dabei vom Bundes- dass es mit Reaktionspartnern eine neue Neuer Forschungsansatz
ministerium für Bildung und Forschung, chemische Verbindung eingehen kann. Die Nachwuchsgruppe erkannte in ihrem
BMBF. Mehr ist am Ende auch nicht nötig, Projekt, dass die Chemie hier einen neu-
sagt Jennifer Strunk: „Ein Reaktionspart- en Ansatz braucht und tiefer als bisher in
Ihren Charme beziehen diese Arbei- ner, ein aktiver Feststoff, dazu das CO2 die molekularen Grundlagen der Reak-
ten aus der Tatsache, dass mit CO2 ein Kli- als Abgas aus Kraftwerken, Zement- oder tion eindringen muss, um zu verstehen,
magas auf lange Sicht verwertet werden Stahlwerken oder auch als Nebenprodukt was da im Experiment geschieht. Diese
kann, welches die Liste der sieben Treib- aus Biogasanlagen, und Sonne.“ Das Erkenntnisse und erste Ideen für den neu-
hausgase anführt. Laut aktuellem Kyoto- Kohlendioxid kann „ganz einfach umge- en Ansatz führten zu einem neuen BMBF-
Protokoll soll ihr Ausstoß bis 2020 im setzt“ werden. Denn das Verfahren soll Projekt mit Namen Prophecy, wofür das
Vergleich zu 1990 um 20 Prozent und bis auch für jene Regionen Asiens oder Afri- LIKAT 2016 den Zuschlag bekam. Dort
2030 um mindestens 40 Prozent sinken. kas gut handhabbar sein, die nahezu un- sind die LIKAT-Chemiker Teil eines Kon-
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sortiums, sie arbeiten eng mit Forschern
in Karlsruhe, Oldenburg und Berlin zu-
sammen (siehe Kasten).
„Ursprünglich wollten wir Methanol
als Hauptprodukt“, sagt Jennifer Strunk.
„Doch wir erhielten stets Methan. Und
auch dies in zu geringen Mengen.“ Ihre
Gruppe entdeckte, dass sich Vorstufen
des Methanols an den Katalysator binden,
wo sie dann vom Licht zersetzt werden.
Vorstufen des Methans hingegen bleiben
stabil und können deshalb freigesetzt
werden. Insofern lautete das neue End-
produkt nun Methan, aus dem sich indus-
triell Synthesegas herstellen lässt. In der
Chemie wird es für Reaktionen wie die
Hydroformylierung oder zur Herstellung
von Methanol benötigt.
Eine zweite offene Frage ist die nach
dem Verbleib des Sauerstoffs in der Re-
aktion. In den grünen Pflanzen reagieren
Photokatalysator und Licht beschleunigen die Reaktion von Methan und CO2 zu Synthese-
CO2 und H2O miteinander, wobei sich auf
gas. Hier zu sehen sind die Lichtquelle und der Photoreaktor. Foto: LIKAT, nordlicht
der molekularen Ebene überzählige Sau-
erstoffatome zu Sauerstoffmolekülen, O2,
verbinden. In der Photosynthese entsteht
dieses O2 als Nebenprodukt. In den Expe- verfälschen und Chemiker dazu verleiten, und bei großen Tonnagen funktionieren.
rimenten der Chemiker entstand es hin- die Umsätze ihrer Experimente zu über- Und es ist völlig offen, wer da das Ren-
gegen gar nicht. Es blieb, wie ihre Ana- schätzen. nen macht. Nur eines ist sicher, dass das
lyse ergab, an den Katalysator gebunden. Der Gruppe von Jennifer Strunk ge- Rostocker Verfahren tatsächlich den ein-
Also suchten die Forscher nach einem lang es, einen Reaktor zu bauen, der im facheren Prozess darstellt.
neuen Reaktionspartner des CO2, der, an- hochreinen Bereich arbeitet. Dort kön-
ders als H2O, keinen Sauerstoff enthält. nen sie unter „wohlkontrollierten Bedin-
gungen“ den gesamten Reaktionspfad BMBF-Projekt Prophecy
Zentraler Knackpunkt: höchste Reinheit der CO2-Umsetzung analysieren und alle 2017 – 2019
Für die LIKAT-Chemiker lag es an dieser Zwischenstufen bis zur atomaren Ebene
Stelle nahe, Methan, CH4, als Reaktions- dokumentieren. Und vor allem sämtliche Beteiligte Partner
partner zu verwenden. Denn beides, CO2 Fehlerquellen ausschließen. • LIKAT: Einfluss der Reaktionsbedin-
und Methan, reagiert direkt zu Synthese- gungen, mechanistische Analyse des
gas, einer Vorstufe von Methanol. Und Weltweite Relevanz Reaktionspfades.
neben dem Kohlendioxid ist Methan Kli- „Ja, die Messungen sind kompliziert“, • Carl von Ossietzky Universität Olden-
magas Nr. 2, das üblicherweise in Bio- sagt Jennifer Strunk. Doch nur mit den burg: Entwicklung der Perowskite als
gasanlagen anfällt. Wie klimaneutral und Erkenntnissen daraus lassen sich die Er- Katalysatoren.
nachhaltig ein solches Verfahren letztlich gebnisse aus dem Labor auf technische • Institut für Technikfolgenabschät-
arbeiten kann, das wird die Nachhaltig- Maßstäbe übertragen, wie sie für die in- zung und Systemanalyse, Karlsruhe:
keitsanalyse zeigen, die Teil dieses Pro- dustrielle Nutzung notwendig sind. „Und Nachhaltigkeitsuntersuchungen die-
jektes ist und am Institut für Technikfol- der Prozess wird am Ende tatsächlich ein ses Verfahrens der CO2-Reduktion.
genabschätzung und Systemanalyse in einfacher sein!“ Davon ist sie überzeugt. • TU Berlin: Untersuchung der Umset-
Karlsruhe erfolgt. Die Reaktion kommt ohne hohe Tempe- zung von CO2 mit Methan.
„Die zentrale Herausforderung bei die- raturen und Drücke aus und es muss kei-
ser CO2-Reduktion aber ist der vollständi- ne Raffinerie dafür gebaut werden. Ein
ge Ausschluss von Verunreinigungen“, Kollege, dem die Chemikerin auf einem
betont Jennifer Strunk. Die Forscherin ist Kongress davon berichtete, bezeichnete
davon überzeugt, dass dort die Antwort das Verfahren einmal als „Plasticbag-Re- Wissenschaftliche Ansprechpartnerin:
auf die Frage liegt, warum es im weltwei- actor“. – Wenngleich natürlich niemand Prof. Dr. Jennifer Strunk
ten Bemühen um nennenswerte Ausbeu- eine Plastiktüte dafür verwenden würde. E-Mail: jennifer.strunk@catalysis.de
ten keine wirklich belastbaren Resultate In etlichen Labors in China, in Japan, Telefon: +49 381 1281-375
gibt. „Da CO2 thermodynamisch so stabil in den USA, in Europa arbeiten die Kol-
ist, reagiert jede Verunreinigung schnel- legen konzentriert an der CO2-Umsetzung.
ler zu einem Produkt als das CO2 selbst.“ Mit ganz unterschiedlichen Ansätzen. Die
Z. B. können Lösungsmittelreste aus der Frage ist, wer als erster nachweisen kann,
Katalysatorherstellung die Messdaten dass seine Ergebnisse praxistauglich sind
9
Im Wandel
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Spuren von
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Schweinezucht.
Sauen der Rasse Deutsches veredeltes Landschwein (1920er Jahre)
Alle Abbildungen: Archiv Zentralmagazin Naturwissenschaftlicher Sammlungen der
Von Steffen Maak und Ralf Pfuhl Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Das Schwein ist seit seiner Domestikation die insbesondere durch Selektion von Einzigartige Skelettsammlung
vor rund 10.000 Jahren im Unterschied Tieren mit zusätzlichen Rippen „stromli- an der Martin-Luther-Universität Halle
zu anderen Nutztieren ausschließlich nienförmiger“ wurde. In einem durch das Das Gesamtziel des Vorhabens kann
zur Fleischerzeugung verwendet worden. Zentralmagazin Naturwissenschaftlicher mit einer Reflexion über annähernd 100
Das bedeutete eine rigorose züchterische Sammlungen (ZNS) der Martin-Luther- Generationen der Schweinezucht be-
Selektion vorwiegend auf Merkmale des Universität (MLU) Halle-Wittenberg initi- schrieben werden. Dabei werden sowohl
Wachstums, der Schlachtkörperqualität, ierten und durch das Bundesministerium biologische und tierzüchterische Aspek-
der Futterverwertung sowie der Frucht- für Bildung und Forschung (BMBF) ge- te als auch soziale, wirtschaftliche und
barkeit. Im Ergebnis zeigen sich die heu- förderten Projekt wollen Wissenschaftler tierethische Gesichtspunkte beleuchtet.
tigen Hausschweinerassen ihren wilden diesen Veränderungen auf den Grund Zentrale Fragestellungen sind dabei: Wel-
Vorfahren, dem Wildschwein, in vielen gehen. chen morphologischen Wandel hat das
Eigenschaften hoch überlegen. So wer- Neben der MLU als Koordinator Hausschwein in den letzten 100 Jahren
den gegenwärtig je Muttersau mehr als sind das Leibniz-Institut für Nutztierbio- vollzogen? Wie hat sich der menschliche
25 Ferkel im Jahr abgesetzt, die in der logie (FBN) Dummerstorf, das Museum Zeitgeschmack dem Hausschwein gegen-
Mastphase 700 g bis 1.000 g am Tag zu- für Naturkunde (MfN, Leibniz-Institut für über entwickelt? Welche soziokulturel-
nehmen können. Ein Großteil des züchte- Evolutions- und Biodiversitätsforschung, len und ökonomischen Ursachen haben
rischen Fortschritts wurde dabei in den Berlin) und die Stiftung Tierärztliche dabei eine Rolle gespielt? Wie sehr sind
letzten 100 bis 150 Jahren erreicht, wobei Hochschule Hannover Partner im Projekt tierethische Aspekte in die früheren und
sich die Zuchtziele mehrfach änderten. „Das Hausschwein: Gerichtete Selektion heutigen Zuchtziele eingeflossen?
Stand zu Beginn der intensiven und Zeitgeschmack – Morphologie und Um Antworten auf diese Fragen zu
Zucht die Erzeugung von energiereicher Genetik über 100 Generationen“. Renom- erhalten, ist eine interdisziplinäre Bear-
Nahrung für den Menschen (Fett und mierte französische und britische For- beitung des Projekts unverzichtbar, die
Fleisch) im Vordergrund, verlagerte sich schungseinrichtungen sind assoziierte sich in der Beteiligung von Biologen,
der Schwerpunkt in den letzten 50 Jah- Partner in diesem im Rahmen der BMBF- Nutztierwissenschaftlern und Vertretern
ren einseitig auf mageres Fleisch. Dies Förderrichtlinie „Vernetzen – Erschließen weiterer Disziplinen widerspiegelt.
veränderte naturgemäß auch die äuße- – Forschen. Allianz für universitäre Samm- Ermöglicht wird das Projekt vor al-
re Erscheinung von Hausschweinrassen, lungen“ finanzierten Vorhaben. lem durch das dem ZNS zugehörige
10 Leibniz Nordost 28 - 2019Haustiermuseum, das über eine weltweit
einzigartige osteologische Sammlung
verschiedener historischer Haustierras-
sen verfügt. Die Skelette der vor mehr
als 100 Jahren geschlachteten Tiere der
Rassen Deutsches Edelschwein und der
Deutschen Landrasse stehen für die Un-
tersuchungen zur Verfügung. Darüber
hinaus sind Abstammung und Lebens-
daten für diese Tiere bekannt. Weiterhin
stehen historische Wildschweinskelette
aus dem MfN für die Untersuchungen zur
Verfügung. Als Vergleich werden typische
Vertreter aus beiden Rassen sowie von
Wildschweinen der heutigen Zeit heran-
gezogen. Oben: Skelett
eines historischen
Die für die Analysen zur Verfügung Hausschweins vor der
stehenden Schweineskelette repräsen- Präparation: gedrungene
tieren einen Zeitraum der züchterischen Form und weniger
Rippenpaare als heute
Bearbeitung der Rassen, der sich beim
Schwein auf fast 100 Generationen er- Rechts oben:
streckt. Wenn man davon ausgeht, dass Im Haustiergarten der
Universität Halle gehalte-
eine menschliche Generation im biologi- nes Wildschwein
schen Sinne 25 bis 30 Jahre umfasst, wür- (1930er Jahre)
de das einem Zeitfenster von mehr als
Rechts unten: Sau der
2.500 Jahren menschlicher Entwicklung Rasse Deutsches Edel-
entsprechen. Interessante Aufschlüsse schwein (1930er Jahre)
sind auch aus der vergleichenden Analyse
historischer und moderner Wildschweine
zu erwarten, da diese keiner künstlichen single nucleotide polymorphism) durch- der Zeitgeschmack sollen parallel ausge-
Selektion unterlagen. geführt. Dies ermöglicht die gleichzeitige arbeitet werden und einen Abschnitt der
Betrachtung von etwa 65.000 variablen Agrargeschichte aus wirtschaftlicher und
Kombination von Morphometrie Positionen auf allen Chromosomen des sozio-kultureller Sicht beleuchten.
und Molekulargenetik Schweins. Während zu den Vertretern Das Forschungsprojekt soll eine
Alle Skelette werden nach international der modernen Rassen Analysedaten von Wissens- und Datenlücke bezüglich der
standardisierten Verfahren der Archäo- Hunderten Individuen am FBN vorliegen, Interpretation der gerichteten Selektion
zoologie untersucht und beschrieben. Da- stellt sich die Situation bei den histori- (Zucht) im jeweiligen theoretischen Kon-
mit lassen sich vor allem Veränderungen schen Skeletten völlig anders dar. Die text der zwei auch an Sammlungsmateri-
in Körpergröße, Schädelform und Rip- Gewinnung von Erbgut aus Knochen von al anwendbaren Artkonzepte (Morpholo-
penanzahl erfassen, die wiederum Rück- über 100 Jahre alten Schweinen erfordert gical Species Concept, Genetic Species
schlüsse auf veränderte Zuchtziele, wie spezielle Kenntnisse und Labors, die vom Concept) schließen und die Effekte eines
der unterschiedlichen Betonung fleisch- Projektpartner MfN eingebracht werden. künstlichen Selektionsdrucks (Zuchtaus-
tragender Partien am Schweinekörper er- Mittels eines komplexen Verfahrens, wahl) auf verschiedenen Ebenen erfassen
lauben. Teilweise wird eine moderne, als der Hybrid-Capture-Technology, wird er- und interpretieren.
geometrische Morphometrie bezeichnete reicht, dass möglichst viele der Erbgut- Neben den rein wissenschaftlichen
Methode angewandt, die dreidimensi- abschnitte sowohl für die historischen Ergebnissen sollen die Erkenntnisse in
onale Formen an Skelettteilen erfassen als auch für die modernen Rassen direkt Form von Sonderausstellungen an den
und quantitativ beschreiben kann. Damit vergleichbar werden. Genetisch-statisti- Museen in Berlin und Halle einer breiten
wäre sogar ein späterer, dreidimensiona- sche Verfahren beziehen sowohl genomi- Öffentlichkeit nähergebracht werden.
ler Druck der Strukturen möglich. Durch sche als auch morphologische Daten zur
den Vergleich von Hausschwein-Rasse- Ermittlung von Gemeinsamkeiten und
tieren und Wildschweinen im jeweiligen Unterschieden zwischen den Schweine- Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Abstand von 100 Jahren können Rasse- gruppen ein. Hierbei ist eine zentrale Fra- Prof. Dr. Steffen Maak
veränderungen somit „vertikal“ als auch ge, in welchem Umfang sich die starken E-Mail: maak@fbn-dummerstorf.de
„horizontal“ geprüft werden. Veränderungen im Erscheinungsbild der Telefon: +49 38208 68-850
Parallel zu den umfangreichen mor- Schweine auch auf der Ebene des Erb-
phologischen Untersuchungen werden guts niedergeschlagen haben.
Analysen des Erbguts der Tiere durch- Die historischen Daten zu den Tieren,
geführt. Dazu wird eine Genotypisierung die damalige und moderne Haltung, ehe-
mit einem sogenannten SNP-Chip (SNP: malige und aktuelle Nutzungsform sowie
11Wärmekraftmaschine
W
Wärmekraftmaschine
Wärmekra
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hin
in
n
Atmosphäre
Modellierung
der globalen
Energie- und
Entropiebilanz.
Der Autor in seinem Arbeitszimmer. Foto: Becker, IAP
Von Erich Becker
Die großräumige Dynamik der Atmo- ner recht kalten Temperatur von ca. -18 °C, tems in Abhängigkeit von der geographi-
sphäre und der damit verbundene Aus- 255 K. Die tatsächliche Temperatur an der schen Breite aus einer Modellrechnung.
tausch von Luftmassen zwischen niede- Erdoberfläche beträgt jedoch im globalen Offenbar dominiert in den Tropen die
ren und hohen Breiten sind untrennbar Mittel etwa 14 °C (287 K). Ein Großteil der absorbierte solare Strahlung, während
mit der Entropieproduktion auf der Zen- ausgehenden Wärmestrahlung entsteht in mittleren und hohen Breiten (Extratro-
timeterskala verknüpft. Dieser verblüffen- also nicht an der Erdoberfläche, sondern pen) die ausgehende Wärmestrahlung
de Zusammenhang ist wesentlich für die in den oberen Schichten der Atmosphäre. dominiert. Das Klimasystem wird also
genaue Beschreibung der Energiebilanz Der Grund für die relativ warme Ober- permanent in den Tropen bei hohen Tem-
des Klimasystems. Dabei geht es wie flächentemperatur ist der natürliche peraturen geheizt und in höheren Breiten
bei einer Wärmekraftmaschine um die Treibhauseffekt, der in der Hauptsache bei niedrigen Temperaturen gekühlt.
Transformation von Wärme in Arbeit, in durch die thermische Rückstrahlung von Gemäß dem zweiten Hauptsatz der
diesem Falle um die Bewegung von Luft- Wasserdampf, Wolken und Kohlendi- Thermodynamik wird daher permanent
massen. Dabei kommt es zu Reibungsver- oxid (CO2) aus der Atmosphäre zustande Entropie in den Weltraum exportiert, was
lusten. Diese Reibungsverluste sind un- kommt. Auch der vertikale Transport von nur bei gleichzeitiger interner Entropie-
vermeidlich und werden durch eine stets latenter Wärme spielt bei dem Energie- produktion des Klimasystems möglich ist.
positive Entropieproduktion beschrieben, austausch zwischen der Oberfläche und Diese Entropieproduktion entspricht der
der wir im Folgenden nachgehen wollen. der Atmosphäre eine entscheidende molekularen Reibungswärme aufgrund
Rolle. Aufgrund des anthropogenen CO2- der Luftströmungen. Diesem Prozess lie-
Strahlungsbilanz im globalen Mittel Anstiegs verstärkt sich vor allem der vom gen großräumige und in der Folge klein-
Die Atmosphäre einschließlich der Wasserdampf hervorgerufene Treibhaus- räumige Turbulenzen (einschließlich der
oberen Schichten des Ozeans und des effekt: eine wärmere Atmosphäre kann Luftreibung an der Oberfläche) zugrunde,
Bodens bildet ein offenes thermodyna- mehr Wasserdampf aufnehmen. Dadurch die schließlich die Entropieproduktion
misches System, das von der Sonnen- verschiebt sich das globale Gleichge- auf der Zentimeterskala bewirken.
strahlung geheizt wird und diese Energie wicht zu etwas höheren Temperaturen. Die Wärmekraftmaschine Atmosphä-
in Form von Wärmestrahlung wieder in re wird durch die Temperaturunterschie-
den Weltraum abgibt. Die thermische Breitenabhängige Strahlungsbilanz de in Bewegung gesetzt und generiert
Abstrahlung der absorbierten Sonnen- Die Ein- und Ausstrahlung ist nicht gleich- also ständig „frischen“ Wind, der durch
energie geschieht nach den Gesetzen der mäßig über die Erde verteilt. Abbildung 1 Reibung wieder vernichtet (dissipiert)
Physik (Stefan-Boltzmann-Gesetz) bei ei- zeigt die Strahlungsbilanz des Klimasys- wird. Übrig bleibt dabei die Reibungs-
12 Leibniz Nordost 28 - 2019wärme als Entropieproduktion. Würde
man den Generierungsprozess abschal-
ten, käme die gesamte Atmosphäre ein-
schließlich der oberen Schichten mit ih- Abbildung 1:
Breitenabhängige Strahlungs-
ren sehr großen Windgeschwindigkeiten bilanz. Gezeigt ist die absorbierte
aufgrund der Luftreibung innerhalb etwa solare Strahlung (ASR – Absorbed
einer Woche zur Ruhe. Solar Radiation, rot), die ausge-
hende langwellige Strahlung
(OLR – Outgoing Longwave
Dynamische Prozesse Radiation, blau) sowie die Strah-
Wie kommt nun überhaupt der Wärme- lungsbilanz am oberen Ende der
Atmosphäre (RTOA – Radiation
austausch durch die großräumigen Luft- at Top Of the Atmosphere, grün),
bewegungen zustande? Die Meteorologie wobei RTOA = ASR - OLR.
kennt dafür den Begriff der „baroklinen
Instabilität“. Damit ist folgendes gemeint:
Aufgrund horizontaler Temperaturunter-
schiede enthält die Atmosphäre einen
gewissen Anteil von „verfügbarer poten-
tieller Energie“, der in kinetische Energie,
also in Wind, transformiert werden kann.
Und obwohl die großräumigen Winde
aufgrund der Corioliskraft näherungswei-
se parallel zu den Linien konstanten Dru-
ckes wehen, entstehen dennoch kleine
Abweichungen, die Luftdruckgegensätze
permanent abbauen.
Der damit im Zusammenhang stehen-
de Energieaustausch zwischen niedrigen
und hohen Breiten ist in Abbildung 2 ver-
anschaulicht. Das Bild zeigt eine Moment-
aufnahme der Wettersituation im Februar
aus einer hochaufgelösten globalen Mo-
dellsimulation. Man sieht, dass polwärti- Abbildung 2: Momentaufnahme der Wettersituation im Februar aus einer vereinfachten
ge Strömungen mit warmen und feuch- Klimasimulation mit hoher Auflösung. Links: Temperatur in der Modellschicht, die etwa
ten Luftmassen einhergehen, während 1,4 km über Meeresniveau entspricht. Rechts: vertikale integrierte latente Wärme
(entspricht Wolkenbildung). Die weißen Isolinien markieren die Hoch- und Tiefdruckgebiete
sich südwärts gerichtete Luftströmungen anhand der Stromfunktion in dieser Modellschicht. Die Pfeile markieren Gebiete starker
durch kältere Temperaturen auszeichnen. südwestlicher Strömung östlich zweier großskaliger Tiefdruckgebiete. Diese Strömungen
Der Nettoeffekt ist ein Energiefluss von sind besonders warm und feucht. Über dem Ural hingegen befindet sich eine kalte südwärts
gerichtete Strömung. Grafiken: IAP
niederen zu mittleren und hohen Breiten.
Fazit und Projekte Schwerellen der hauptsächliche Antrieb von der globalen Skala bis hinunter zur
Ohne molekulare Reibung, die erst auf der großskaligen Zirkulation und die da- Zentimeterskala erfordert.
der Zentimeterskala wirkt, wäre also der mit verbundene Dissipation ist ein we- Die Behandlung kleinräumiger Pro-
fortwährende großskalige Luftmassen- sentlicher Faktor im großskaligen Ener- zesse geschieht in numerischen Model-
austausch zwischen niederen und hohen giebudget. len mithilfe von Parametrisierungen, die
Breiten nicht möglich. Das global ge- Für diesen speziellen Teil der Wär- stets mehr oder weniger empirisch sind.
mittelte Bild des Klimasystems ist daher mekraftmaschine Atmosphäre haben wir Jedoch kann man diese Parametrisie-
nicht nur eine überaus grobe geometri- in der Theorie-Abteilung des IAP speziel- rungen so weit entwickeln, dass neueste
sche Vereinfachung. Es missachtet vor le Modelle und Methoden entwickelt, die Erkentnisse aus praktischen Messungen
allem die Eigenschaft der Atmosphäre wir auch in verschiedene Projekte einbrin- und theoretischen Methoden Eingang
als Wärmekraftmaschine. Wie sich diese gen. So geht es im BMBF-Projekt ROMIC finden. Dies ist eine der wesentlichen
Eigenschaft in einem künftigen Klima ver- (Role Of the Middle atmosphere In Clima- Forschungsaufgaben in der Abteilung für
ändert, ist ungewiss. Klimamodellen fällt te) um das Zusammenspiel verschiedener Theorie und Modellierung am IAP.
es vor allem schwer, die Energie- und En- Wellen im Hinblick auf langfristige Ände-
tropiebudgets präzise darzustellen. rungen im Erdsystem. Und, gemeinsam Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Besonders gravierend sind jene mit Institutionen in Hamburg und Bremen Prof. Dr. Erich Becker
Prozesse, die zu Energietransformation sowie dem IOW, geht es im DFG-Transre- E-Mail: becker@iap-kborn.de
und Entropieproduktion führen, im Hö- gio „Energy transfers in atmosphere and Telefon: +49 38293 68-300
henbereich zwischen 50 und 120 km, der ocean” um die Entwicklung von energe-
Mesosphäre und unteren Thermosphäre, tisch präzisen Atmosphären- und Ozean-
auf den sich die Forschungsarbeiten des modellen, was, wie wir gesehen haben,
IAP konzentrieren. Hier sind brechende die konsistente Behandlung der Prozesse
13Kurze Meldungen
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Meldungen
Meldungen
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Mel
Meld
Meldu
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dungen
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Leibniz-WissenschaftsCampus LIKAT: Matthias Beller
Phosphorforschung ist Fellow der EurASc
Die Leibniz-Gemeinschaft hat Anfang April eine Unterstützung des Wis- Der LIKAT-Direktor Matthias Beller
senschaftsCampus Phosphorforschung Rostock (P-Campus) für weitere erhielt eine Einladung, Fellow der
vier Jahre mit gut 1,13 Mio. Euro beschlossen. Damit kann der 2015 ge- Europäischen Akademie der Wissen-
gründete P-Campus, in dem sich fünf Leibniz-Institute der Region (IOW, schaften (EurASc) zu werden. Seine
LIKAT, FBN, IPK, INP) und die Universität Rostock zusammengeschlossen Nominierung wurde von allen Mitglie-
haben, seine erfolgreiche interdisziplinäre Forschung rings um das es- dern des gesamten Verwaltungsrats
senzielle Element Phosphor und dessen Rolle in Umwelt und Wirtschaft „mit Begeisterung unterstützt“, wie
fortsetzen und ausbauen. Er ist einer von insgesamt 22 Wissenschafts- Präsident Rodrigo Martins es in sei-
Campi zu einem thematischen Fokus und dient der strategischen Vernet- nem Schreiben an den LIKAT-Direktor
zung von Leibniz-Instituten mit Universitäten sowie weiteren regionalen formulierte.
Partnern. Nach Aussage von P-Campus-Sprecher Ulrich Bathmann ver- Die EurASc vereint als unabhängi-
deutliche die Förderung einer 2. Phase die hohe Qualität der bisherigen ger internationaler Zusammenschluss
Arbeiten, die weltweit herausragende Stellung der Phosphorforschung seit 2003 rund 600 Mitglieder, „die
im Umfeld von Rostock und die damit verbundene Schärfung des Ex- besten europäischen Wissenschaft-
zellenzprofils der Universität und der Leibniz-Institute in Mecklenburg- ler“, wie Martins schreibt, in einer Vi-
Vorpommern. sion für ein geeintes Europa. Sie ver-
folgt das Ziel, die wissenschaftliche
Zusammenarbeit zu stärken sowie
FBN: Dummerstorfer Biolo- Wissen und Kompetenz seiner Mit-
gielaborant von IHK Rostock glieder für Forschung, technologische
ausgezeichnet Anwendung und soziale Entwicklung
zu nutzen. Sie vergibt den Leonar-
Auch 2018 ehrte die Industrie- und Han- do da Vinci-Preis für herausragende
delskammer zu Rostock mit einer Fest- lebenslange Leistungen, die Blaise
veranstaltung diejenigen Prüfungsteil- Pascal-Medaille für herausragende
nehmer und -teilnehmerinnen, die ihre persönliche Beiträge zu Wissenschaft
Abschlussprüfung in einem anerkannten Sebastian Gaedecke. Foto: FBN, nordlicht und Technologie sowie den Kepler-
Ausbildungsberuf mit herausragenden Preis für Gruppen talentierter junger
Leistungen bestanden haben. Zu den logielaboranten am Leibniz- Ins titut Wissenschaftler mehrerer europäi-
Ausgezeichneten gehörte Sebastian Ga- für Nutztierbiologie mit hervorragenden scher Nationalitäten.
edecke, der seine Ausbildung zum Bio- Leistungen abschloss.
LIKAT: “Max-Buchner-Stipendium“ für Nachwuchsforscher am LIKAT
Christian Hering-Junghans, Habilitand die Aktivierung von molekularem Stick- auch explora-
am LIKAT, erhielt ein “Max-Buchner-Sti- stoff“ ist Christian Hering-Junghans tiv zu verfol-
pendium” der DECHEMA. Die DECHEMA einer von 15 jungen Wissenschaftlern, gen und neue
würdigt damit jährlich junge Wissen- die im letzten Jahr das Stipendium er- For s c hung s -
schaftler, die in ihren Arbeiten neue The- hielten. Die innovativen Vorhaben aus ansätze zu
men aufgreifen oder neue methodische unterschiedlichen Bereichen werden mit evaluieren,
Ansätze für die Lösung bestehender je 10.000 Euro gefördert. Die Fördermit- heißt es in ei-
Probleme vorschlagen. Mit seinem For- tel dürfen frei eingesetzt werden und ner Mitteilung Christian Hering-Junghans.
schungsvorhaben „Liganden-Design für bieten damit die Möglichkeit, neue Ideen der DECHEMA. Foto: LIKAT
IAP: Internationale Forschungsinitiative berät
Die Teilnehmer der
Wie sich atmosphärische Turbulenz ge- (FISAPS), das vom 6. bis FISAPS-Fachtagung
nau vermessen lässt und wie sie sich im 8. November 2018 im IAP vor der IAP-Villa. FISAPS
ist eine Initiative im Rah-
Zuge des globalen Wandels ändert, über stattfand. Speziell wurde men des internationalen
diese und andere Themen verständigten die Zusammenführung ver- Forschungsprogramms
sich 35 Fachwissenschaftler auf einem schiedener Einzelaktivitäten SPARC (Stratosphere-tro-
posphere Processes And
Arbeitstreffen zu feinskaligen atmos- auf globaler Ebene disku- their Role in Climate).
phärischen Prozessen und Strukturen tiert. Foto: M. Priester, IAP
14 Leibniz Nordost 28 - 2019Kurze Meldungen
IOW: Meeresphysiker mit Georg-Wüst-Preis geehrt
Hans Burchard, stellvertretender Leiter sammlung der European Geosciences
der IOW-Sektion Physikalische Ozeano- Union (EGU) am 10. April in Wien. Mit
graphie, ist mit dem Georg-Wüst-Preis dem jetzt zum achten Mal verliehenen
2019 der Deutschen Gesellschaft für Preis würdigte die DGM Burchards Ar-
Meeresforschung (DGM) für herausra- beiten zur maßgeblichen Weiterent-
gende Beiträge zur Meeresforschung wicklung der computergestützten Mo-
Hans Burchard mit Georg Wüst-Preis.
ausgezeichnet worden. Er erhielt die von dellierung von Turbulenz und anderen
Foto: L. Umlauf, IOW
der internationalen Fachzeitschrift „Oce- dynamischen Prozessen im Ozean, die
an Dynamics“ unterstützte Auszeich- ganz wesentlich das Leben im Meer prä- halb ein wichtiger Einflussfaktor sind,
nung im Rahmen der Jahreshauptver- gen und auch für viele Prozesse außer- etwa für Klimaentwicklungen.
FBN: Neue Nachwuchsgruppe IOW: BRIESE-Preis 2018 –
„Wachstumsphysiologie der Fische“ Fortschritt bei pH-Monitoring
Am Leibniz-Institut für Nutztierbiologie Am 19. Februar erhielt der IOW-
in Dummerstorf, FBN, wurde die neue Meereschemiker Jens Daniel Müller
Nachwuchsgruppe „Wachstumsphysio- den diesjährigen BRIESE-Preis für
logie der Fische“ eingerichtet. Die ge- Meeresforschung. Die Jury würdigte
bürtige Rostockerin Bianka Grunow lei- damit seine Forschung zu den Beson-
tet diese Forschergruppe im Institut für derheiten der Ozeanversauerung in
Muskelbiologie und Wachstum. Bianca Rand- und Küstenmeeren. Am Bei-
Grunow hat zuvor an der Fraunhofer Ein- spiel der Ostsee zeigte Müller auf,
richtung für Marine Biotechnologie und dass diese unter fundamental ande-
Zelltechnik (EMB), Lübeck, der Universi- ren Voraussetzungen stattfindet als
tätsmedizin Greifswald sowie in Kanada, im offenen Ozean. Mit der Weiter-
Großbritannien, Kolumbien und Norwe- Bianka Grunow. entwicklung einer hochpräzisen opti-
Foto: FBN, nordlicht
gen geforscht. schen pH-Messmethode, die bislang
Die Forschungsaktivitäten des FBN genetik werden damit um das Fachge- nur bei den hohen Salzgehalten der
an Nutzfischen auf dem Gebiet der Fisch- biet der Wachstumsphysiologie ergänzt. offenen Weltmeere eingesetzt wer-
den konnte, jetzt aber auch in weniger
salzigem Brackwasser anwendbar ist,
INP: Mitglied im Associate Editors Board des Journals schuf er außerdem die Grundlage, um
Plasma Sources Science and Technology (PSST) pH-Änderungen auch im Brackwasser
weltweit vergleichbar zu machen. Der
Ronny Brandenburg, Leiter des For- Heute unterstützt er im Associate Editor von der Reederei Briese Schiffahrts
schungsschwerpunkts Plasmachemi- Board die Entscheidungen des Heraus- GmbH & Co. KG gestiftete Preis für
sche Prozesse am INP, wurde in das gebers. herausragende Doktorarbeiten in der
Associate Editors Board des renommier- Meeresforschung ist mit 5000 Euro
ten Journal Plasma Sources Science dotiert.
and Technology (PSST) berufen. PSST
(IOP Publishing) ist eine internationale
Fachzeitschrift, die sich ausschließlich
den Aspekten der Niedertemperatur-
plasmen widmet. Das interdisziplinäre
Journal richtet sich an Physiker, Ingeni-
eure und Materialwissenschaftler, die
an neuesten Studien zu Niedertempe-
raturplasmen, deren Grundlagen und
Anwendungen, interessiert sind. Bereits
2014 erhielt Brandenburg den Noah
Hershkowitz Early Career Award, bei
dem er für seine herausragenden Beiträ-
Ronny Brandenburg mit einer Ausgabe
ge im dynamischen Forschungsfeld der
der Fachzeitschrift Plasma Sources v.l.n.r.: U. Bathmann, J. Müller, Kapitän
Plasmaquellen und zu deren technologi- Science and Technology (PSST). Krüger. Foto: K. Beck, IOW
scher Anwendung ausgezeichnet wurde. Foto: Henning Kraudzun, INP
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