Max Planck Gesellschaft
Max Planck Institut für Biogeochemie

Theorie und Modellierung der Biosphäre



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Energy conversions within the Earth system. Biotic activity and geochemical cycling is embedded in a sequence of energy conversions (solid arrows) that are constrained by thermodynamics and that evolve to their limits. Various feedbacks (dashed arrows) alter these limits, resulting in evolutionary dynamics at different time scales that govern the behavior of the whole Earth system.

Unsere Forschung versucht, die Erde als komplexes Gesamtsystem zu verstehen, welches stark durch Wechselwirkungen, Leben, und den Menschen geprägt wird. Unser Forschungsansatz nutzt dabei eine Perspektive, in dem wir die Erde als Kraftwerk betrachten, welches aus Solarstrahlung andere Formen von Energie erzeugt. Diese Energie erhält die Winde in der Atmosphäre, die Strömungen im Ozean, und die globalen biogeochemischen Kreisläufe wie z. B. den Wasserkreislauf. Wir benutzen die Thermodynamik in unserer Arbeit, um die Grenzen der Energieumsatzsraten von Erdsystem-prozessen zu bestimmen. Diesen Ansatz wenden wir auf verschiedene Themen der Erdsystemforschung an, z.B. um den Einfluss des Leben besser zu verstehen, die Änderungen von biogeochemischen Kreisläufen aus einfachen Ansätzen zu beschreiben, oder die natürlichen Grenzen von erneuerbaren Energien zu ermitteln.


Energieumwandlungen im Erdsystem sind von zentraler Bedeutung für eine Reihe von Themen, die von Grundsatzfragen über die Treiber von geochemischen Kreisläufen zur Rolle des Lebens und den Grenzen erneuerbarer Energien reichen.


Veröffentlichungen


Eingereicht

Philipp Porada, Alexandra Tamm, Axel Kleidon, Ulrich Pöschl, and Bettina Weber (submitted) Global NO and HONO emissions of biological soil crusts estimated by a process-based non-vascular vegetation model, Biogeosciences.

Sonja Germer and Axel Kleidon (submitted), Did wind turbines in Germany generate electricity as would be expected from the prevailing wind conditions?, PLoS One.

Erwin Zehe, Ralf Loritz, Conrad Jackisch, Martijn Westhoff, Axel Kleidon, Theresa Blume, Sibylle Hassler, and Hubert H. Savenije (submitted) Energy states of soil water – a thermodynamic perspective on storage dynamics and the underlying controls , Hydrology and Earth System Sciences.

Taraka Davies-Barnard, Paul Valdes, Ryan Pavlick, Axel Kleidon, Andy Ridgwell (submitted) Vegetation Biodiversity Hotspots over the Inter-glacial cycle.

Maik Renner, Claire Brenner, Kaniska Mallick, Hans-Dieter Wizemann, Luigi Conte, Ivonne Trebs, Jianhui Wei, Volker Wulfmeyer, Karsten Schulz, and Axel Kleidon (submitted) Understanding model biases in the diurnal cycle of evapotranspiration: a case study in Luxembourg, Hydrology and Earth System Sciences.

Axel Kleidon and Hubert H. G. Savenije (submitted) Minimum dissipation of potential energy by groundwater outflow results in a simple linear catchment reservoir, Hydrology and Earth System Sciences.

Axel Kleidon and Maik Renner (2018) Diurnal land surface energy balance partitioning estimated from the thermodynamic limit of a cold heat engine, Earth System Dynamics, 9, 1127-1140.


Kürzlich erschienen

1Porada, P., Van Stan II, J. T., Kleidon, A. (2018). Significant contribution of non-vascular vegetation to global rainfall interception. Nature Geoscience, 11, 563-567. doi:10.1038/s41561-018-0176-7.
2Loritz, R., Gupta, H., Jackisch, C., Westhoff, M., Kleidon, A., Ehret, U., Zehe, E. (2018). On the dynamic nature of hydrological similarity. Hydrology and Earth System Sciences, 22(7), 3663-3684. doi:10.5194/hess-22-3663-2018.
3Frank, A., Carroll-Nellenback, J., Alberti, M., Kleidon, A. (2018). The Anthropocene generalized: evolution of exo-civilizations and their planetary feedback. Astrobiology, 18(5), 503-518. doi:10.1089/ast.2017.1671.
4Wang, T., Sun, F., Ge, Q., Kleidon, A., Liu, W. (2018). The effect of elevation bias in interpolated air temperature datasets on surface warming in China during 1951-2015. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 123(4), 2141-2151. doi:10.1002/2017JD027510.
5Buendía, C., Kleidon, A., Manzoni, S., Reu, B., Porporato, A. (2018). Evaluating the effect of nutrient redistribution by animals on the phosphorus cycle of lowland Amazonia. Biogeosciences, 15(1), 279-295. doi:10.5194/bg-15-279-2018.



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Arbeitsgruppe


Gruppenleitung:

Axel Kleidon, Leiter der Arbeitsgruppe "Theorie und Modellierung der Biosphäre".



Postdoktoranden/Wissenschaftler:

Maik Renner, DFG-CAOS Forschergruppe, Teilprojekt "Thermodynamik von Boden-Vegetation-Atmosphäre Transferprozessen".

Doktoranden:

Annu Panwar, arbeitet an Land-Atmosphäre Wechselwirkung und Verdunstung.



Masterstudierende/Praktika/Gäste:

  • Luigi Conte, arbeitet an Thermodynamik und die Oberflächenenergiebilanz in Amazonien.
  • Muye Du, arbeitet an Variabilität des Wasserkreislaufs in China (auf Besuch von Fubao Sun's Gruppe von der chinesischen Akademie der Wissenschaften).



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Kontakt


Dr. Axel Kleidon
Max-Planck-Institut für Biogeochemie
Hans-Knöll-Str. 10
07745 Jena
Deutschland
Tel.: 03641 57-6217
E-mail: axel.kleidon AT bgc-jena DOT mpg DOT de

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