Überblick über unsere Forschung

Stoffe vermischen sich, Wasser fließt den berg hinunter, brennendes Hoz wird zu Asche. Wenn bestimmte Prozesse hier nicht mitspielen würden, wäre alle Materie bald einheitlich gemischt. Wasser würde sich in den Ozeanen sammeln, Gebirge würden erodiert bis zum Meeresgrund, und anstatt von Holz gäbe es nur noch Asche. Diese Prozesse würden über die Verteilung der geochemischen Elemente die Erde in einen toten Planeten verwandeln, ohne Gradienten, die normalerweise geochemische Zyklen antreiben, ohne das freie Enegie für Leben verfügbar wäre.

Schwerpunkt 1: Die Thermodynamik des Erdsystems

Das Ziel dieses Schwerpunktes ist es, die thermody- namischen Eigenschaften der Erdsystemprozesse zu verstehen. mehr

Diese trivial erscheinenden Beobachtungen deuten allgemein zu der Aussage, dass alle Prozesse des Erdsystems sich über die Zeit verändern. Solche Prozesse sich irreversibel, sie lassen sich nicht umkehren und passieren spontan. Mit Hilfe der Thermodynamik können wir den Zustand dieser Prozesse beschreiben, verstehen und quantifizieren. Hier setzt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ein, er benutzt Entropie um den Zustand eines irreversiblen Prozesses zu beschreiben. Beim Abbau von Gradienten und freier Energie, die ein System antreiben, gehen die Prozesse ins thermodynamische Gleichgewicht, wobei die Entropie des Systems maximiert wird. Jetzt ist alle Materie gut gemischt und es ist keine freie Energie mehr verfügbar um Arbeit zu verrichten oder chemische oder metabolische Reaktionen anzutreiben.

Schwerpunkt 2: Veränderung der Landoberfläche

um die Prozesse zu verstehen, die Energie und geochemische Elemente über die Oberfläche austauschen. mehr

Diese fundamentale Betrachtung kann genauso auf geochemische Prozesse und globale Kreisläufe der Erde als auch auf Leben an sich angewendet werden. Unsere Erde ist weit entfernt von einem Zustand ohne Gradienten und freier Energie. Sie ist weit weg von einem "toten" stationären Zustand, geochemische Zyklen sind stark aktiv und es gibt Leben. Unsere erste Aussage und der 2. Hauptsatz der Thermodynamik scheinen hier nicht zu gelten. Es muss Mechanismen geben, die der Erde erlauben so weit vom thermodynamischen Gleichgewicht, vom Ende als toter Planet entfernt zu sein? Welche Prozesse leisten hier physikalische und chemische Arbeit die Stoffe trennt, Wasser nach oben gelangen läßt, Berge formt und aus Asche wieder Holz werden läßt? Allgemein gefragt, was baut Gradienten auf die gebraucht werden um die globalen Kreisläufe anzutreiben?

Schwerpunkt 3: Die diverse Biosphäre

um die Funktion der diversen, terrestrischen Biosphäre zu erklären, und ihre Interaktionen unter geochemischen Verhältnissen und Bedingungen zu verstehen. mehr

Leben hat zahlreiche Wege gefunden, widergespiegelt in ihre Diversität, um freie Energie zu nutzen und zu generieren, was sich widerum auf die Umweltbedingungen der Erde auswirkt. Eine Vielzahl biotischer Faktoren beeinflussen die Raten von geochemischen Prozessen, die sich widerum auf die globalen Kreisläufe von Kohlenstoff, Wasser und Sauerstoff auswirken. Wie beeinflussen diese biotische Faktoren den Zustanf des Erdsystems? Zu welchem Maß ist der einzigartige thermodynamische Zustand der Erde das Ergebnis der sehr geschäftigen Biosphäre? Und welche Rolle spielt Diversität für das Funktionieren der Biosphäre und ihrer Möglichkeiten zum anpassen und verändern?

In der nahen Vergangenheit der Erdgeschichte haben Menschen begonnen die Erde stark zu verändern. Verbrennen von fossilen Energieträgern verändert die chemische Komposition der Atmosphäre, Abholzen von großen Naturflächen für die Landwirtschaft beeinflusst den Austausch von Flüssen an Land, die Gewinnung von Windenergie aus der Atmosphäre wirkt sich auf die atmosphärische Grenzschicht aus. Wird die Erde durch die Tätigkeiten der Menschen näher oder weiter weg vom "toten" thermodynamischen Gleichgewicht geführt?

Unsere Arbeitsgruppegruppe

Die Arbeit der Gruppe “Biosphärische Theorie and Modelierung” teilt sich in drei Schwerpunkte auf:

Thermodynamic des Erdsystems: Entwicklung einer thermodynamischen Grundlage um Erdsystemprozessen zu charakterisieren.

Landoberflächen Dynamik: Zum Verständnis der Prozesse, die Energie und geochemische Elemente an Land austauschen.

The Diverse Biosphere: Zur Erklärung der Funktion einer diversen Biosphäre und wie sie mit vorherrschenden geochemischen Bedingungen interagiert.

Drittmittelprojekte

Der größte Teil unserer Forschung ist von reiner "wissenschaftlicher Neugier" getrieben und in gewissem Ausmaß kontrovers und wird somit nicht aus Projekten, sondern aus der Basisfinanzierung der Max-Planck-Gesellschaft bezahlt. Des Weiteren sind wir Teil folgender Projekte:

Planetary evolution and life: ,die die Voraussetzungen und das Potenzial von Himmelskörpern zur Entstehung von Leben untersucht. Geführt vom Institut für Planetenforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)