Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ

Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ (bis 28. November 2006: UFZ–Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH) beschäftigt sich mit der Grundlagenforschung und angewandten Forschung in den Bereichen „Erde und Umwelt“, „Gesundheit“ und „Energie“ der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.

Am UFZ arbeiten über 1.000 Mitarbeiter und erforschen die komplexen Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt in genutzten und gestörten Landschaften, insbesondere dicht besiedelten städtischen und industriellen Ballungsräumen sowie naturnahen Landschaften. Die Wissenschaftler des UFZ entwickeln Konzepte und Verfahren, die helfen sollen, die natürlichen Lebensgrundlagen für nachfolgende Generationen zu sichern.

Es wurde am 12. Dezember 1991 gegründet und der Forschungsbetrieb wurde am 2. Januar 1992 aufgenommen.

Hauptstandorte sind Leipzig, Halle und Magdeburg. Dazu kommen noch Standorte in Bitterfeld, Bad Lauchstädt und Altmärkische Wische, Ortsteil Falkenberg.

Die Forschungsstruktur

Die Forschung am UFZ ist in 34 methodischen Kompetenzzentren, den sogenannten Departments, organisiert.

Die große Zahl der Departments verdeutlicht die fachliche Breite und Vielfalt am UFZ. Organisatorisch gebündelt sind die Departments in sieben Fachbereichen:

  1. Umweltmodellierung und Monitoring
  2. Wasser- und Bodenforschung
  3. Terrestrische Ökologie
  4. Umwelttechnologie
  5. Ökotoxikologie
  6. Gesundheitsforschung
  7. Sozialwissenschaften

Inhaltlich untergliedert sich die Forschung am UFZ in drei Kernthemen und drei Querschnittskompetenzen (siehe Grafik). Sie sind den Helmholtz-Forschungsbereichen Erde und Umwelt (Programm „Terrestrische Umwelt“ / 85 Prozent der UFZ-Ressourcen), Gesundheit (Programm „Umweltbedingte Störungen der Gesundheit“ / 8 Prozent) sowie Energie (Programme „Erneuerbare Energien“ und „Technologie, Innovation und Gesellschaft“ / 7 Prozent) zugeordnet.

Die Forschungsprogramme der Helmholtz-Gemeinschaft werden von international renommierten Gutachtern in fünfjährigen Abständen auf wissenschaftliche Exzellenz und strategische Relevanz evaluiert.

Die Forschungsstruktur des UFZ

Forschung

Kernthema Landnutzung / Biodiversität / Bioenergie

Wir müssen die biologische Vielfalt erhalten – weil wir sie brauchen und sie es uns wert ist. Foto: André Künzelmann/UFZ

Die biologische Vielfalt ist für uns Menschen absolut notwendig, denn sie sorgt für funktionierende Ökosysteme und ökologische Dienstleistungen. Zwar hat die Wertschätzung der biologischen Vielfalt auf vielen Ebenen zugenommen, aber die Umsetzung in entsprechendes Handeln geht weiterhin nur schleppend voran. So wurde auch das europäische Ziel, den Verlust der biologischen Vielfalt bis 2010 zu stoppen, deutlich verfehlt. Es stellt sich also die Frage, welche Welt mit wie viel Biodiversität wir zukünftig haben wollen und brauchen.

Mehr als 100 Forscherinnen und Forscher unterschiedlicher natur- und sozialwissenschaftlicher Disziplinen des UFZ arbeiten daran, Antworten auf diese Frage zu finden. Dazu klären sie grundlegende Zusammenhänge auf – beispielsweise, wie sich Flächenverbrauch, Landschaftszerschneidung, biologisch invasive Arten oder der Klimawandel auf Tier- und Pflanzenpopulationen und die Funktionen von Ökosystemen auswirken. Sie wollen herausfinden, ob eine höhere genetische Vielfalt und eine größere Artenvielfalt tatsächlich dafür sorgen, dass Ökosysteme stabiler sind und Veränderungen besser abpuffern können. Sie betrachten die biologische Vielfalt aus ökonomischer Sicht, stellen Vor- und Nachteile von Entscheidungen – also Nutzen und Kosten – gegenüber und liefern damit systematische Grundlagen, wie mit dem knappen Gut Biodiversität ökonomisch umgegangen werden kann (siehe TEEB – The Economics of Ecosystems and Biodiversity, www.teebweb.org).

Eng mit der Biodiversität verbunden sind Chancen und Risiken der Bioenergie, denn sie wird gegenwärtig als einer der wichtigsten erneuerbaren und ausbaufähigen Energieträger gehandelt und beeinflusst die Land-, Forst- und Wasserwirtschaft, die Energieversorgung und die Gesellschaft. Hier können Modelle helfen, verschiedene Entwicklungsperspektiven in Szenarien durchzuspielen, um Entscheidungsgrundlagen für eine nachhaltige Bioenergiestrategie bereitzustellen.

Kernthema Wasser | Boden

Ein besseres Management der Wasserressourcen ist notwendig. Denn Zugang zu sauberem Wasser ist Menschenrecht. Foto: André Künzelmann/UFZ

Wasser ist für alle ökologischen und gesellschaftlichen Prozesse unentbehrlich. Es spielt eine Schlüsselrolle bei der Versorgung der rasant wachsenden Weltbevölkerung. Es beeinflusst Ökosysteme, Artenvielfalt, Landschaftsfunktionen und Landnutzung. Jede Änderung des Wasser- und Stoffkreislaufes – ob verursacht durch Klimawandel, Umweltkatastrophen oder Globalisierung – verändert die Form und Stabilität von Landschaften und Lebensräumen und führt zu neuen Risiken für Mensch und Umwelt.

Etwa 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der unterschiedlichsten Disziplinen des UFZ tragen zu Systemlösungen bei. Sie entwickeln innovative Analytik, Monitoringmethoden und Computermodelle, um den ökologischen Zustand und die Entwicklung von Gewässern und Böden besser charakterisieren und vorhersagen zu können. Sie analysieren, welche Veränderungen durch chemische Substanzen oder Stressoren wie Hochwasser, lange Trockenperioden oder eingeschleppte Tier- und Pflanzenarten in Gewässern ausgelöst werden. Sie setzen sich mit der Landnutzungsdynamik als wichtigste Steuergröße des Wasser- und Stoffhaushaltes von Flussgebieten auseinander und unterstützen Wirtschaft und Politik, die Wasserrahmenrichtlinie der EU umzusetzen.

Die UFZ-Forscher untersuchen Wasser- und Stoffflüsse im Untergrund von der Porenskala bis zum Feld. Mithilfe der UFZ-Forschungsplattform SAFIRA werden Managementkonzepte zur Revitalisierung von Megasites – das sind großflächig kontaminierte Standorte – entwickelt. In wasserarmen Regionen dieser Welt sollen exakte Bilanzierungen der vorhandenen Wasserressourcen sowie neue Sanierungs- und Abwassertechnologien helfen, die Ressource Wasser zu schonen und die Ressource Abwasser wiederzuverwerten. Ziel ist es, die Menge und Qualität vorhandener Wasserressourcen sowohl für den Menschen als auch für die natürlichen Ökosysteme unter den Bedingungen des globalen Wandels zu sichern und die Wissensgrundlagen für ein nachhaltiges Wassermanagement zu schaffen. Deshalb hat das UFZ die Water Science Alliance – ein Netzwerk zur Stärkung der deutschen Wasserforschung auf nationaler, europäischer und internationaler Ebene – initiiert (www.watersciencealliance.de).

Kernthema Chemikalien in der Umwelt | Gesundheit

Chemikalien verbessern unsere Lebensbedingungen. Sie haben aber auch Nebenwirkungen, vor denen wir Umwelt und Mensch schützen müssen. Foto: André Künzelmann/UFZ

Chemie gehört zum Leben wie die Luft zum Atmen und verbessert im Grundsatz unsere Lebensbedingungen. Doch sie hat Nebenwirkungen, die die Natur nur in begrenztem Maße auszugleichen vermag. Kenntnisse über chemische Substanzen sind die maßgebliche Grundlage, um Natur und Gesundheit zu schützen.

Etwa 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Umweltchemie, Ökotoxikologie, chemischen und biologischen Analytik, Umweltimmunologie bis hin zur Genetik untersuchen deshalb das komplexe Verhalten chemischer Stoffe. Sie kombinieren chemische und biologische Analysemethoden, um Schadstoffen in der Umwelt auf die Spur zu kommen. Sie wollen herausfinden, ob es tatsächlich die üblichen Verdächtigen sind oder ob möglicherweise Spurenstoffe, Abbauprodukte oder Kombinationswirkungen von Chemikalien langfristig Probleme bereiten können. Sie entwickeln Modellsysteme, um die biologische Wirkung von Chemikalien zu erforschen und Alternativen für Tierversuche zu finden. Dazu nutzen sie im Wasser lebende Organismen wie Algen, Leuchtbakterien, Wasserflöhe oder Fische bzw. deren Embryonen. Die Forscher arbeiten außerdem an Computerprogrammen, mit denen Stoffeigenschaften, Umweltverhalten und Toxizität von Chemikalien vorhergesagt werden können. Die Wissenschaftler untersuchen aber auch, wie Chemikalien auf Zellen des Immunsystems wirken und zu umweltbedingten Krankheiten wie Allergien beitragen. Dabei gewinnt die Systembiologie immer mehr an Bedeutung. Diese noch recht junge Wissenschaftsdisziplin vereint Biologie, Mathematik und Physik in experimentellen und modellbasierten Ansätzen, um biologische Prozesse in Zellen, Geweben und Organismen als Ganzes zu verstehen.

Ziel ist es, Daten und Wissen zum Vorkommen, der Verfügbarkeit und Wirkung von chemischen Stoffen zu generieren, um deren Gefahrenpotenzial besser abschätzen und damit auch managen zu können.

Querschnittskompetenz Sozialwissenschaftliche Forschung

Biologische Vielfalt, Landnutzung, Energie der Zukunft, Wasserressourcen, Boden, Chemikalien in der Umwelt – sie alle haben etwas gemeinsam: Akteure aus Staat, Privatwirtschaft und Zivilgesellschaft bestimmen mit ihrem Handeln und ihren Entscheidungen, wohin sich die Umwelt entwickelt. Doch wie funktioniert das? Auf welcher Basis, mit welchem Wissen und mit welcher Motivation treffen die unterschiedlichen Akteure ihre Entscheidungen?

Ökonomen, Juristen, Soziologen und Politikwissenschaftler am UFZ analysieren, wie verschiedene Akteure innerhalb bestimmter gesellschaftlicher Rahmenbedingungen, Regeln, Normen und Werte – den so genannten Institutionen – zusammenwirken. Dazu müssen sie zunächst identifiziert und verstanden werden. Die Wissenschaftler untersuchen die Aushandlungsprozesse zwischen den Akteuren – auch Governance genannt –, durch die z. B. Entscheidungen über die Nutzung und Gestaltung von Landschaften getroffen werden. Sie entwickeln Politikinstrumente wie Gebote, Abgaben oder Zertifikate. Da viele Umweltprobleme und Konflikte im Grenzbereich zwischen Ökologie und Ökonomie entstehen, ist es wichtig zu verstehen, wie ökologische und ökonomische Faktoren zusammenspielen. Deshalb entwickeln die Sozialwissenschaftler des UFZ gemeinsam mit den Naturwissenschaftlern integrierte Bewertungsmethoden, um zu einer Gesamtbeurteilung alternativer Entscheidungsmöglichkeiten zu kommen. Modelle und Simulationen, sollen dabei den Dialog zwischen Wissenschaftlern und Entscheidungsträgern aus Politik und Verwaltung unterstützen.

Ziel ist es, den Anwendungsbezug der Umweltforschung des UFZ zu stärken. Dabei orientieren sich die Wissenschaftler am Leitbild einer nachhaltigen Entwicklung.

Querschnittskompetenz Monitoring | Observatorien

Zuverlässige Daten über den Zustand und Veränderungen der Umwelt sind notwendig, um umweltpolitische Entscheidungen treffen zu können. Foto: André Künzelmann/UFZ

Der globale Wandel verändert unsere Umwelt – doch wo und wie genau? Welche konkreten lokalen und regionalen Folgen hat der Klimawandel? Wird beispielsweise die Filterfunktion von Böden für das Grundwasser beeinträchtigt? Verlieren die Böden an Fruchtbarkeit? Suchen und finden Pflanzen und Tiere neue Lebensräume? Für präzise Antworten fehlen über einen längeren Zeitraum hinweg gesammelte Daten, die Veränderungen dokumentieren und eine Einschätzung der künftigen Entwicklungen erlauben.

Diese Lücke wollen die Wissenschaftler schließen, indem sie die Auswirkungen des Klima- und Landnutzungswandels auf terrestrische Ökosysteme untersuchen – und zwar über lange Zeiträume und auf unterschiedlichen Skalen. Dafür entwickeln und nutzen die Forscher innovative Methoden sowie Mess- und Sensorgeräte, mit denen sie Umwelt- und Klimadaten besser erfassen können - mit Experimenten, dauerhaften Beobachtungsplattformen am Boden sowie mithilfe von Flugzeugen und Satelliten aus der Luft und aus dem Weltall.

So werden im Rahmen des Helmholtz-Projektes TERENO (www.tereno.net), an dem sechs Helmholtz-Zentren beteiligt sind, vier Observatorien betrieben: in der Eifel und der Niederrheinischen Bucht, im nordostdeutschen Tiefland, im Großraum Leipzig-Halle und in den Alpen. Fast das gesamte Spektrum der relevanten Umweltdaten wird hier mittels modernster Messmethoden und -techniken, mittels Geophysik und Fernerkundung erfasst und ausgewertet. Neben Klimadaten sind das insbesondere Beobachtungen zur Wasser- und Bodenqualität, zur biologischen Vielfalt und atmosphärischen Wechselwirkungen. Eine besondere Rolle werden dabei auch das UFZ-Klimaexploratorium in Bad Lauchstädt, ein Großversuch zum Klimawandel, sowie MOBICOS, eine Beobachtungsplattform speziell für Fließgewässer, spielen. Die Forschungsplattform MOSAIC des UFZ wiederum vereint innovative Kartierungs- und Monitoringtechnologien, die eine hoch aufgelöste Erkundung komplexer Untergrundstrukturen ermöglichen.

Geplant sind zukünftig weitere Observatorien im vom Klimawandel besonders betroffenen Mittelmeerraum (TERENO-MED). Sie alle sollen Teile eines europäischen Netzwerkes von Observatorien werden.

Querschnittskompetenz Modellierung | Visualisierung

Daten über die Umwelt müssen bewertet, verstanden und verarbeitet werden, ansonsten sind sie ohne Aussage. Foto: André Künzelmann/UFZ

Umweltforschung ist heute ohne den Einsatz von komplexen Computermodellen kaum mehr vorstellbar. Obwohl Fragestellungen der terrestrischen Umweltforschung – beispielsweise die Folgen des Verlustes von biologischer Vielfalt, das Wassermanagement in wasserarmen Regionen, die Effizienz erneuerbarer Energien und die Ressourceneffizienz oder die Wirkung von Umweltchemikalien auf Organismen und Lebensgemeinschaften – sehr unterschiedlich sind, sehen sich Wissenschaftler oft mit ähnlichen methodischen Problemen bei der Erstellung von Modellen konfrontiert.

Die Modellierungs- und Visualisierungsplattform TESSIN trägt dazu bei, die in verschiedenen UFZ-Departments vorhandene Expertise im Bereich der Modellierung zusammenzuführen und zu stärken, integrierte Modellierungskonzepte mit einem systemanalytischen Ansatz zu entwickeln und anzuwenden und deren Ergebnisse Wissenschaftlern und Entscheidungsträgern zur Verfügung zu stellen. Immer mehr wird dabei auf die präzise Abbildung realer Systeme gesetzt. Dafür werden am UFZ numerische Methoden und wissenschaftliche Software entwickelt, um schließlich aus den Daten, welche für die unterschiedlichsten Umweltprozesse erhoben wurden, Simulationen und Visualisierungen im 3D-Visualisierungszentrum des UFZ zu erstellen.

Beispiele sind optimierte Bewässerungssysteme in der Landwirtschaft, Frühwarnsysteme für Starkregen oder Stürme, die Berechnung von Wasserbilanzen für Regionen mit lückenhafter Datenlage, Ausbreitungsszenarien für Schadstoffe im Grundwasser oder Risikoanalysen für geothermische Prozesse und geotechnische Speicher im Untergrund. Hydrologische Prozesse in Umweltsystemen zu modellieren, ist keine leichte, aber notwendige Aufgabe, denn sie sind ein wichtiger Baustein für bessere Klimamodelle.

Ziel ist es, auf der Grundlage von Modellen und virtueller Realität das Prozessverständnis zu verbessern und den Dialog zwischen Wissenschaftlern und Entscheidungsträgern zu erleichtern.

Fachbereiche und ihre Departments

Fachbereich: Biodiversität und Terrestrische Ökosysteme

Naturschutzforschung - Biozönoseforschung - Bodenökologie

Zum Fachbereich gehören die Naturschutzforschung, die Biozönosenforschung und die Bodenökologie. Der Bereich Naturschutzforschung befindet sich am Standort Leipzig und wird von Klaus Henle geleitet. Ziel der Arbeit ist die wissenschaftlichen Grundlagen für den Schutz der Biologischen Vielfalt und der Nachhaltigen Landnutzung zu verbessern. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Erforschung von Umweltveränderungen und deren Auswirkungen auf die Biodiversität. Außerdem hat das Department den Anspruch Erkenntnisse für praktische Anwendungen und den Dialog mit der Politik aufzuarbeiten.

Gearbeitet wird zu Auenökologie, zum Monitoring von Biodiversität zu Bioindikationssysteme. Ein weitere Bereich befasst sich mit Konzepten und Strategien für das „Biodiversitätsmanagement“ und der Politikberatung. Außerdem befassen sich die UFZ-Wissenschaftler mit der Bedeutung des Konzepts der Ökosystemdienstleistungen für Naturschutz und Politik. Zunehmende Bedeutung gewinnt die Forschung zum konkreten Lebensraumverlust und -fragmentierung sowie die Auswirkungen von Landnutzung und Klimawandel auf die Biodiversität.

Die Abteilung Biozönoseforschung und Bodenökologie befinden sich am Standort Halle. Die Biozönosenforschung führt Tier- und Pflanzenökologie sowie Populations- und Synökologie zusammen. Strukturveränderungen in Lebensgemeinschaften (Biozönosen) werden analysiert und bewertet. Das Verständnis dieser Veränderungen ist eine wichtige Voraussetzung, um biologische Vielfalt begreifen und gezielt beeinflussen zu können. Ziele sind, die zönotische Entwicklung bei sich verändernden Umweltbedingungen zu prognostizieren. Dies geschieht beispielsweise durch die Modellierung von biotischen und abiotischen Prozessen. Ein weiteres Ziel ist es, die Tier- und Pflanzenpopulationen und deren Zönosen für als Indikationssystem zu nutzen, wie in dem deutschlandweiten Projekt des Tagfalter-Monitorings. Damit kann die Effektivität von Management-, Sanierungs- und Naturschutzmaßnahmen kontrolliert werden.[1]

Personen

Im Fachbereich arbeiten über 150 Personen. Im folgenden wird eine Auswahl der Professoren und Post-Doktoranden gelistet:

  • Guy Pe’er, Post-Doktorand Landschafts- und Tierökologie
  • Kurt Jax, Professor für Naturschutzforschung

Fachbereich: Wasser- und Bodenforschung

Seenforschung – Fließgewässerökologie – Aquatische Ökosystemanalyse – Bodenphysik - Hydrogeologie - Catchment Hydrology

Fachbereich: Umweltsystemmodellierung und Monitoring

Landschaftsökologie – Hydrosystemmodellierung – Umweltinformatik – Ökologische Systemanalyse - Monitoring- und Erkundungstechnologien

Fachbereich: Umwelttechnologie

Umweltmikrobiologie – Isotopenbiogeochemie – Technische Umweltchemie – Grundwassersanierung – Umweltbiotechnologie - Bioenergie - Umwelt- und Biotechnologisches Zentrum (UBZ)

Fachbereich: Ökotoxikologie

Analytik – Wirkungsorientierte Analytik – Ökologische Chemie – Bioanalytische Ökotoxikologie – System-Ökotoxikologie - Analytische Umweltchemie

Fachbereich: Gesundheitsforschung

Umweltimmunologie – Metabolomics – Proteomics

Fachbereich: Sozialwissenschaften

Ökonomie – Stadt- und Umweltsoziologie – Umwelt- und Planungsrecht – Umweltpolitik

Kooperationen

Das UFZ kooperiert sowohl mit deutschen Behörden, als auch mit Universitäten und Institutionen weltweit. Einige Projekte werden mit den Bundesamt für Naturschutz und dem Land Sachsen und Sachsen-Anhalt durchgeführt.

Finanzierung

Das UFZ wird zu 90 % von der Bundesrepublik Deutschland und zu jeweils 5 % von den Bundesländern Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert.

Personen

Am UFZ arbeiten über 1.000 Personen.

Publikationen

Das UFZ gibt eine Reihe von Broschüren, Thesenpapieren und weiteren Publikationen heraus. Jährlich erscheint ein Jahresbericht über die Arbeit des Zentrums. Die Wissenschaftler des UFZ veröffentlichen in wissenschaftlichen Journalen und im Projekt Handbook Of Ecological Concepts. Eine Übersicht der Publikationen ist auf der Internetseite des UFZ zu finden.[2]

Einzelnachweise

  1. UFZ Selbstdarstellung auf www.ufz.de
  2. UFZ: Informationen und Publikationen

Weblinks

51.35208611111112.428822222222Koordinaten: 51° 21′ 8″ N, 12° 25′ 44″ O


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