Nr. 63/1

Nr. 63/1

Geowissenschaftliche Forschung an der Universität Basel.

Menschen, die im geowissenschaftlichen Bereich forschen sind aktuell in einem Umfeld tätig, das durch technologische Innovationen eine Unmenge an Daten und Informationen zum Zustand unseres Planeten zur Verfügung hat. Sie lassen uns quasi in Echtzeit beobachten und dokumentieren wie das menschliche Wirken die natürliche Umwelt und damit die Lebensbedingungen verändern. Dies zwingt die Geowissenschaften zunehmend von der Beobachter- in die Prognose-Rolle. Diesem Aspekt widmet sich die aktuelle Regio-Ausgabe. Stoffkreisläufe in Schweizer Gewässern, Bodendegradation, Staubemissionen und Stalagmiten sind dabei ebenso Thema wie die Anwednung umweltgeologischer Methoden in grossräumigen Infrastrukturprojekten.

 

 

Aquatische Biogeochemie an der Universität Basel – Mikrobielle Prozesse steuern das Treibhauspotenzial von Seen.

Moritz F. Lehmann und Mitglieder der Forschungsgruppe Aquatische Biogeochemie

Die Forschungsgruppe Aquatische Biogeochemie am Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel beschäftigt sich mit Stoffkreisläufen in Seen und anderen Gewässern. Sie untersucht die geochemischen, biologischen und physikalischen Prozesse, welche die Chemie dieser Gewässer sowie den Austausch von Spurengasen mit der Atmosphäre beeinflussen. Die Treibhausgase Lachgas (N2O) und Methan (CH4) stehen oft im Vordergrund der Forschungsarbeit.

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Gefährdung unserer Lebensgrundlage durch Bodendegradation – von der Methodenentwicklung zur Quantifizierung.

Yvonne Vahlensieck & Christine Alewell

Global stammen 95% aller Lebensmittel aus dem Boden, doch durch falsche oder zu intensive Nutzung – teilweise verstärkt durch Klimawandel – geht immer mehr wertvoller und nährstoffreicher Oberboden verloren. Das Ausmass der Bodenerosion lässt sich durch Messungen und Modellierungen ermitteln. Hierfür hat die Forschungsgruppe Umweltgeowissenschaften des Departements Umweltwissenschaften der Universität Basel in den letzten Jahren innovative Ansätze und Methoden entwickelt. Dies hilft dabei, die Ursachen und den Verlauf von Bodenerosion global und regional besser zu verstehen sowie Hotspots zu identifizieren. Letztendlich sind diese Erkenntnisse sowohl für Politik wie auch Gesellschaft wichtig, um rechtzeitig gezielte und effektive Gegenmassnahmen treffen zu können.

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Wie wirkt sich der globale Wandel auf die Landnutzung aus? – Die neue Forschungsgruppe «Globale und Regionale Landnutzungsänderungen» stellt sich vor.

Ruth Delzeit & Alena Schmidt

Die Forschungsgruppe «Globale und Regionale Landnutzungsänderungen» hat zum Ziel, ineinandergreifende Prozesse des globalen Wandels und ihre Auswirkungen auf die knappe Ressource Land sowie mögliche Zielkonflikte bei der Nutzung von Biomasse zu verstehen. Der Beitrag stellt die Forschungsgruppe, die genutzten Methoden und zwei Beispiele aus der Forschung vor. Im ersten Beispiel wird der Prozess beschrieben, mit dem gemeinsam mit Interessensgruppen Bioökonomieszenarien entwickelt wurden, im zweiten Beispiel wird ein möglicher Zielkonflikt zwischen Nahrungssicherheit und Erhalt der Biodiversität erläutert.

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Paläoklimarekonstruktionen an Stalagmiten aus der Schweiz..

Dominik Fleitmann, Stéphane Affolter und Anamaria Diana Häuselmann

Stalagmiten sind ein recht junges Klimaarchiv, das uns erlaubt, das Klima des Quartärs mit hoher Genauigkeit zu erforschen. Die Forschungsgruppe Quartärgeologie hat neue Labore aufgebaut und innovative analytische Methoden entwickelt, um Stalagmiten aus Höhlen in Europa, dem Mittleren Osten und Asien zu untersuchen. anhand von zwei Stalagmiten aus der Milandre-Höhle im schweizerischen Jura zeigen wir, wie Schwankungen in der Jahresmitteltemperatur mit Hilfe von Flüssigkeitseinschlüssen rekonstruiert werden können. Die neue Temperaturkurve reicht bis 14'000 Jahre vor heute zurück und zeigt deutlich, dass die heutigen Temperaturen aufgrund der Klimaerwärmung bereits deutlich erhöht sind.

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Wie beeinflussen Umweltveränderungen Ökosysteme, Artverbreitungen und Biodiversität? – Paläoökologische und biogeographische Studien bieten Antworten.

Oliver Heiri und Stefanie von Fumetti

Die Forschungsgruppe Geoökologie untersucht die Beziehung von Organismen, Ökosystemen und Populationen zu ihrer Umwelt auf unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen. Ziel dieser Studien ist, zu einem verbesserten Verständnis dieser biotischen Systeme und ihrer Reaktion auf Umweltveränderungen beizutragen, was auch die Vorhersage der Auswirkungen zukünftiger Umweltveränderungen auf Ökosysteme, Artverbreitungen und Biodiversität erleichtern wird.

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Physiogeographie und Umweltwandel – vom Prozess zum Planeten.

Nikolaus J. Kuhn, Wolfgang Fister und Heleen Vos

Die Physiogeographie befasst sich traditionell mit den natürlichen und quasi natürlichen Eigenschaften und Prozessen an der Erdoberfläche und versucht, diese zu einheitlichen Landschaften zu gruppieren. Lokaler und globaler Umweltwandel fügen dieser Aufgabe den Blick auf die zukünftige Entwicklung einzelner geographischer Räume, deren Bedeutung für die Nutzung durch die Menschen sowie ihre Wirkung auf die Stabilität des Systems Erde hinzu. Dazu muss Detailwissen zu Umweltwandel erarbeitet und in den Raum übertragen werden. Am Beispiel von Staubemissionen im südlichen Afrika wird diese Verknüpfung von Prozess und Planet als zentrale Aufgabe der Physiogeographie im 21. Jahrhundert erläutert.

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Gesundheitseffekte und Zusammensetzung von Feinstaub und urbane CO₂-Emissionen: Forschungsschwerpunkte in den Atmosphärenwissenschaften am Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel.

Markus Kalberer und FG Atmosphärenwissenschaften

In der Forschungsgruppe Atmosphärenwissenschaften am Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel werden sowohl chemische als auch physikalische Prozesse in der Atmosphäre erforscht. Einerseits untersuchen und quantifizieren wir diejenigen Feinstaub-Quellen und chemischen Komponenten unserer Umgebungsluft, welche zur Toxizität von verschmutzter Luft beitragen und welche bis heute immer noch schlecht erforscht sind. Diese Arbeiten werden sowohl in Laborexperimenten wie auch in Feldversuchen durchgeführt und erfolgen auch in Zusammenarbeit mit Zellbiologen, mit denen wir die schädlichen biologischen und toxikologischen Mechanismen identifizieren. Andererseits untersuchen wir Klimaeffekte an städtischen Standorten, wobei wir in Basel und anderen Städten mit Hilfe von langjährigen Messreihen und Modellen die Strahlungsbilanz und die lokalen Kohlendioxid-Flüsse und -Emissionen quantifizieren. Diese sind vor allem für Städte mit ihrer komplexen Umgebung nur unzureichend bekannt.

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Undercover Investigations – Forschung für eine nachhaltige Planung urbaner Infrastruktur im Raum Basel

Annette Affolter, Horst Dresmann und Jannis Epting

In den nächsten zwanzig Jahren werden in der Nordwestschweiz grosse Infrastrukturprojekte geplant, die zum Teil unter sehr herausfordernden Untergrundverhältnissen realisiert werden sollen. Für eine Beurteilung der Beeinflussung der Verkehrsinfrastrukturen auf die Untergrundressourcen bedarf es einer unabhängigen, praxisorientierten, geologischen, hydrogeologischen und geotechnischen Begleitung. Im Rahmen von Forschungsprojekten erarbeitet das Team der Angewandten und Umweltgeologie (AUG) hierzu anwendungsorientierte Grundlagen in enger Zusammenarbeit mit den Kantonen und Bundesfachstellen. Dieser Beitrag illustriert exemplarisch für das in Basel geplante Autobahnbauwerk «Rheintunnel» und den S-Bahntunnel «Herzstück», wie komplexe geologische Randbedingungen berücksichtigt und eine nachhaltige thermische Nutzung urbaner Untergrundressourcen realisiert werden können.

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Nr. 63/2

Nr. 63/2

Störungsökologie

Das vorliegende Heft untersucht, wie sich Störungsereignisse auf Wachstum und Biodiversität der Ökosysteme auswirken. Beleuchtet werden ausgesuchte Beispiele aus einem breiten Themenspektrum: Klimaextreme, anthropogene Störungsregime, Feuerökologie, Sturmschäden in Wäldern, Niedrigwasserverhältnisse im Jura oder Abflussdynamik in Auenlandschaften.


 

 

 

 

Störungen und Extremereignisse: ein Überblick

Thomas Wohlgemuth

Alle Ökosysteme werden episodisch oder periodisch durch kleinere oder grössere Extremereignisse in ihrem Wachstum gestört. Diese Störungen führen zum Absterben von Biomasse bzw. zur Transformation von lebender zu toter Biomasse. Das Wissen um die Vielfalt der Störungen und der Störungsregime, die in einer Landschaft wirken, ist wichtig für das Verständnis der Ökosysteme, weil davon sowohl die Charakteristik der Pflanzen- und Tiergemeinschaften als auch deren Dynamik der Biodiversität abhängen. Der Artikel vermittelt wichtige Inhalte der Störungsökologie und erklärt einige Konzepte, die aus Störungsereignissen abgeleitet wurden. Insbesondere wird die für die Biodiversität wichtige «Intermediate disturbance»-Hypothese vorgestellt.

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Die Vegetationszonen der Erde und deren typische Störungsregime und Klimaextreme

Andreas von Hessberg und Anke Jentsch

Störungen, im deutschen Sprachraum negativ toniert, sind für die Natur etwas Essentielles – sie sind der Antriebsmotor für Dynamik und Veränderungen. Würde es keine Störungen und Dynamik in der Natur geben, wären auf lange Sicht Evolution und Biodiversität gefährdet. Störungen verursachen kurzfristige Veränderungen der physikalischen, chemischen oder biologischen Bedingungen. Sie treten mal häufig, mal selten, mal heftig oder schwach auf. Besonders im Management von Schutzgebieten oder einzelnen Arten ist bekannt, dass Störungen als inhärente Systemteile mitgedacht werden müssen. Aber auch ganze Ökozonen der Erde besitzen von jeher charakteristische Störungsregime (meist Klimaextreme) und anthropogene Störungsregime (meist in Verbindung mit Landnutzungsregimen). Im vorliegenden Beitrag werden die typischen Störungsregime der borealen, gemässigten und mediterranen Zonen beschrieben.

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Feuer – Ein facettenreicher ökologischer Störfaktor

Johann Georg Goldammer

Die Feuerökologie war ursprünglich ein spezialisierter Zweig der Ökologie, der sich mit der Rolle des Feuers in Pflanzengesellschaften der Erde befasste. Im Fokus stand dabei die Erforschung der Zusammenhänge und Interaktionen von Faktoren, die nicht nur Auftreten und Auswirkungen des Feuers, sondern auch die funktionale Rolle von Feuer in Ökosystemen bzw. Ökosystemprozessen in den Natur- und Kulturlandschaften der Erde bestimmen. Mittlerweile versteht sich das Konzept der Feuerökologie auch als eine Wissenschaft der Biosphäre, da Vegetationsbrände auch Einfluss auf biogeochemische Kreisläufe, die Atmosphäre und das Klima haben. Weiterhin berührt feuerökologische Forschung auch humanökologische, ethnologische und sozioökonomische Fragestellungen und damit Gesellschaftswissenschaften. Insgesamt ist die Feuerökologie daher kein monodisziplinärer, sondern ein ausgesprochen transdisziplinärer Wissenschaftszweig. Im folgenden Beitrag werden ausgesuchte Beispiele beleuchtet, die auch die weitere Nachbarschaft der Regio Basiliensis betreffen.

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Windstörungen

Thomas Wohlgemuth

Stürme erzeugen kleine bis grossflächige Störungen, wovon Wälder wegen ihrer Wuchshöhe und Ausdehnung am stärksten betroffen sind. In West-, Mittel- und Nordeuropa ereignen sich in Bezug auf das betroffene Holzvolumen die grössten Sturmschäden, und Wind stellt den bedeutendsten Störfaktor für Wälder dar. Fichten sind in Mitteleuropa anfälliger gegenüber Winterstürmen als winterkahle Bäume. Eine typische Folge von Windwürfen sind Massenvermehrungen von Borkenkäfern, die zum Befall von intakten Fichtenbeständen führen. Windwurfflächen bewalden sich in Tieflagen rascher als in Hochlagen. In naturbelassenen und geräumten Störungsflächen verjüngt sich der Wald ähnlich rasch. Die Grösse von Windschäden wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, wovon die Windstärke, der Holzvorrat und die Baumart – Laub- oder Nadelholz – zu den wichtigsten zählen.

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Waldbrand Leuk und Windwurf Rorwald: Auswirkungen auf die Avifauna

Alexander Grendelmeier

Auf der Waldbrandfläche Leuk im Kanton Wallis sowie auf der Windwurffläche Rorwald im Kanton Obwalden wurden die jeweiligen Brutvogelbestände und deren zeitliche Entwicklung ermittelt. Die beiden Störereignisse schufen jeweils typische, offene und reichstrukturierte Lebensräume. Beide Flächen wiesen eine grosse Brutvogeldiversität auf, darunter auch Vogelarten, welche aufgrund des vorherrschenden geschlossenen Schweizer Waldes eher selten sind oder in ihrem Bestand abnehmen und deswegen auf spezifische Artenfördermassnahmen angewiesen sind. Störereignisse erhöhen die Lebensraumvielfalt und somit die Biodiversität, welche wiederum zu einem guten Ökosystemzustand beiträgt und letztlich Ökosystemdienstleistungen begünstigen kann.

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Fliessgewässer im Nordwestschweizer Jura in Zeiten der Trockenheit und des Klimawandels

Peter Lüscher, Rolf Weingartner, Daniela Pavia Santolamazza und Henning Lebrenz

Trockenheit und Niedrigwasser sind aus hydrologischer Sicht der Gewässer eine der grössten Herausforderungen in der Schweiz. In diesem Beitrag werden die Niedrigwasserverhältnisse im Nordwestschweizer Jura untersucht. Dabei steht die Frage der heutigen und zukünftigen Trockenheitsanfälligkeit im Mittelpunkt. Die Resultate belegen, dass signifikante Unterschiede zwischen Ketten- und Tafeljura bestehen, wobei die Fliessgewässer im Tafeljura insgesamt trockenheitsanfälliger sind. Gelingt es nicht, die Treibhausgasemissionen wirkungsvoll zu begrenzen, wird die Trockenheitsanfälligkeit gemäss dem Szenario ohne Massnahmen (RCP 8.5) bis Ende des Jahrhunderts deutlich zunehmen.

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Störungsregime in einer natürlichen, alpinen Flusslandschaft.
Der Tagliamento – König der Alpenflüsse

Andreas von Hessberg

Alpine Flusslandschaften gehören mit ihren hohen Abflussdynamiken und Geschiebemengen zu den dynamischsten Landschaften in Zentraleuropa. Die natürlichen Störungsregime, verursacht durch die Hochwässer und den Materialtransport, sind die entscheidenden Treiber des kontinuierlichen Kreislaufs von Sukzessionen und Vergehen. Dabei besitzt das Hochwasser drei bedeutsame und für die natürliche Dynamik essenzielle Wirkungsweisen: Es wirkt als Agens auf Grund der Wucht des Wasserdrucks direkt auf bewegliche und nicht bewegliche Objekte. Es wirkt als Prozess in Form von Überflutungen in zeitlich unterschiedlichen Skalen auf die belebte und unbelebte Natur. Es wirkt als Vektor in Form eines Transportmediums auf Objekte und verlagert diese. Eine grosse Bedeutung bei dieser natürlichen Störungsdynamik kommt dabei einem intakten Auenwald und einem unverbauten Flusslauf zu. Der Tagliamento im Nordosten Italiens ist das Paradebeispiel eines freifliessenden alpinen Flusses mit einer weitestgehend intakten Auenlandschaft.

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