Uni Potsdam: Neu entdeckte „Klima-Wippe“ als Antrieb der menschlichen Evolution

Karlsruher Institut für Technologie am 24.6.2021:

KIT-Experten zu aktuellem Thema: Das Swabian MOSES Team zum Hagelunwetter im Neckartal

Mit mehreren Tausend Blitzeinschlägen, Hagel bis zu fünf Zentimetern Durchmesser und Starkniederschlägen, die zu zahlreichen überfluteten Fahrbahnen und zu Hochwasser an kleineren Flüssen führten, zog gestern Nachmittag (23.06.2021) ein schweres Hagelunwetter über den Süden Deutschlands. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und weiterer beteiligter wissenschaftlicher Einrichtungen konnten das Unwetter auf ihrer in genau diesem Raum aktuell laufenden Messkampagne „Swabian MOSES“ unmittelbar beobachten und wertvolle Daten sammeln.

Mit mehreren Tausend Blitzeinschlägen, Hagel bis zu fünf Zentimetern Durchmesser und Starkniederschlägen, die zu zahlreichen überfluteten Fahrbahnen und zu Hochwasser an kleineren Flüssen führten, zog gestern Nachmittag (23.06.2021) ein schweres Hagelunwetter über den Süden Deutschlands. In den seit Tagen vorherrschenden feucht-warmen Luftmassen entstand nördlich von Villingen-Schwenningen gegen 16:00 Uhr eine so genannte Superzelle. Während der nächsten drei Stunden zog diese genau entlang des Neckartals. Durch den schweren Hagelschlag, der sich in einer Schneise mit über zehn Kilometern Breite zum Teil mehr als zehn Zentimeter hoch auftürmte, kam es in den Landkreisen Reutlingen, Tübingen und Esslingen zu zahlreichen Schäden. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und weiterer beteiligter wissenschaftlicher Einrichtungen konnten das Unwetter auf ihrer in genau diesem Raum aktuell laufenden Messkampagne „Swabian MOSES“ unmittelbar beobachten und wertvolle Daten sammeln.

„Superzellen haben eine lange Lebensdauer und sind immer mit Hagel, Starkniederschlägen und schweren Sturmböen verbunden. Glücklicherweise treten diese Ereignisse bei uns vergleichsweise selten auf. In Baden-Württemberg unseren Analysen zufolge rund acht Mal pro Jahr“, sagt Atmosphärenforscher Jannik Wilhelm vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung des KIT, einer der Koordinatoren von Swabian MOSES. „Dabei handelt es sich um große Gewitterkomplexe, die aufgrund der Änderung des Horizontalwinds mit der Höhe rotieren.“

„Unsere Datenanalysen zeigen, dass die Region südlich von Stuttgart und die Schwäbische Alb der Schwerpunkt von Hagelgewittern in ganz Deutschland ist“, erläutert Professor Michael Kunz vom IMK, Mitkoordinator der Kampagne. Das Unwetter erinnere an den Hagelsturm vom 28. Juli 2013, der Schäden von über einer Milliarde Euro verursachte und damit eine der teuersten Naturkatastrophen Deutschlands war. „Damals waren die Hagelkörner mit einem Durchmesser von bis zu zehn Zentimetern aber deutlich größer. Wir rechnen daher mit deutlich geringeren Schadensummen, die aufgrund der großen betroffenen Fläche aber durchaus in den hohen zweistelligen Millionenbereich gehen könnten“, so Kunz.

Die Wetter- und Klimaforschenden des KIT waren während des Unwetters zur richtigen Zeit am richtigen Ort: „Die Superzelle zog direkt über unser mobiles Observatorium KITcube in Rottenburg am Neckar und konnte so genau untersucht werden“, sagt Dr. Andreas Wieser, wissenschaftlicher Direktor des KITcube und Leiter der aktuell laufenden Messphase. „Der KITcube liefert uns detaillierte Informationen über den Zustand der Atmosphäre bei der Entstehung und Entwicklung von Gewittern“.

„Unser Ziel ist es die Entstehung von extremen Wetterereignissen wie schweren Gewittern oder Hitzeperioden besser zu verstehen und ihren Zusammenhang mit dem Klimawandel herauszuarbeiten“, sagt Wilhelm. „Gestern haben wir mehr als genug Daten gesammelt um daraus in den nächsten Jahren neue Erkenntnisse bezüglich der Entstehung und Intensivierung von Gewittern sowie deren Folgen ableiten zu können.“ Die Feldmesskampagne Swabian MOSES läuft noch bis Ende September, dann mit einem besonderen Blick auf Hitzewellen.

Neben dem KIT sind an Swabian MOSES auch das Helmholtz Zentrum für Umweltforschung, das Forschungszentrum Jülich, die Universität Hohenheim, die Eberhard Karls Universität Tübingen, die Technische Universität Braunschweig, das Helmholtz Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt sowie der Deutsche Wetterdienst mit verschiedenen Messinstrumenten beteiligt.

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Hier einige Meldungen zum Thema Batterien:

Batterie der Zukunft ist aus Beton

Wieder aufladbare Batterien der Zukunft bestehen im Wesentlichen aus Zement, wie Forscher der Technischen Universität Chalmers prophezeien. Das Konzept basiert auf Zement, dem kurze Fasern aus Kohlenstoff beigemischt werden, um eine elektrische Leitfähigkeit zu erreichen.

Weiterlesen bei WOTECH. Zum selben Thema: Akalazia, Baublatt.ch,

Welt der Physik am 12.5.2021:

Sandwichelektrolyt für stabile Batterien

Für die Zukunft von Elektroautos spielen leistungsfähige Batterien eine maßgebliche Rolle. In vielen kleinen Schritten steigern die Hersteller bereits die Speicherkapazität der Batterien. Doch einen wirklichen Durchbruch erwarten Batterieforscher erst mit der kommenden Generation von Lithium-Ionen-Batterien. Hierfür wollen sie zwischen den Polen der Batterie keinen flüssigen, sondern einen festen Elektrolyten verwenden. Allerdings sind solche Batterien derzeit noch nicht stabil genug, um etwa ein Elektroauto über mehrere Jahre mit Strom zu versorgen. Eine Lösung für dieses Problem schlagen Wissenschaftler nun in der Fachzeitschrift „Nature“ vor. Aus mehreren Schichten entwickelten die Forscher einen festen Elektrolyten, der gefährliche Kurzschlüsse verhindert und so die Lebensdauer der Batterie deutlich erhöht.

Weiterlesen auf Welt der Physik

Electrive am 25.5.2021:

Der US-Batteriespezialisten Solid Power hat nähere Details zu seiner Plattform für Feststoffakkus veröffentlicht, die drei verschiedene Batteriedesigns ermöglicht. Dabei wird versprochen, dass die Kosten für das aktive Kathodenmaterial um bis zu 90 Prozent gesenkt werden können.

Electrive am 4.5.2021:

BMW und Ford investieren weiter in Feststoff-Akkus. Beide Autohersteller haben sich zusammen mit Volta Energy Technologies an einer 130 Millionen US-Dollar schweren Investitionsrunde des US-Feststoffbatterie-Spezialisten Solid Power beteiligt. Bereits 2022 sollen die beiden Autobauer 100-Ah-Zellen für Validierungstests erhalten.

Green Car Congress:

Blackstone Resources AG announced that its German subsidiary Blackstone Technology GmbH will increase its battery production capacity tenfold to 500 MWh per annum by 2022 for Li-ion batteries, which contain 3D-printed battery electrodes, at Blackstone’s Döbeln site in Saxony.

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Pressemitteilung des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) im Forschungsverbund Berlin e.V.:

Junge Seeadler bleiben länger im elterlichen Revier als vermutet – die Horstschutz-Zeiträume greifen zu kurz

Seeadler reagieren sensibel auf Störungen durch den Menschen, weshalb in unmittelbarer Umgebung der Horste forst- und landwirtschaftliche Nutzungen beschränkt sind. Diese saisonalen Schutzzeiträume sind in Brandenburg (bis 31. August) und in Mecklenburg-Vorpommern (bis 31. Juli) jedoch zu kurz, wie eine neue wissenschaftliche Untersuchung des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) zeigt. Mittels detaillierten Bewegungsdaten von 24 juvenilen Seeadlern mit GPS-Sendern konnten sie nachvollziehen, wann diese flügge werden und wann sie das elterliche Revier verlassen: im Durchschnitt gut 10 beziehungsweise 23 Wochen nach dem Schlüpfen.

Wenn Forstarbeiten wieder erlaubt sind, befindet sich ein Großteil der Jungvögel noch in der Nähe der Horste. In einer Publikation in der Fachzeitschrift „IBIS – International Journal of Avian Science“ empfehlen die Wissenschaftler daher eine Verlängerung der Schutzzeiträume um einen Monat.

Dr. Oliver Krone und sein Team vom Leibniz-IZW statteten im Zeitraum von 2004 bis 2016 insgesamt 24 juvenile Seeadler im Rahmen der Beringung, die üblicherweise zwischen 4 und 6 Wochen nach dem Schlüpfen stattfindet, mit GPS-Sendern aus. Das Ziel war, die Bewegungen der Tiere in der wichtigen Lebensspanne zwischen dem ersten Ausflug und dem Verlassen der Territorien der Eltern genau zu erfassen und zu analysieren. „Die jungen Seeadler verlassen im Durchschnitt im Alter von 72 Tagen zum ersten Mal das Nest für ihren Jungfernflug und im Durchschnitt weitere 93 Tage später das elterliche Revier“, fast Krone zusammen. In dieser Zeit sind die jungen Vögel sehr aktiv und unternehmen häufige Exkursionen vom Horst, die in Länge und Distanz stark variieren. Die Aktivität in dieser Phase variiert jedoch von Vogel zu Vogel sehr stark und beeinflusst den Zeitpunkt des Abschieds vom elterlichen Revier. „Je häufiger ein junger Seeadler solche Erkundungsflüge macht, desto später verlässt er im Durchschnitt das Revier vollständig“, erklärt Biologe Marc Engler. Gleiches gilt auch für die Qualität dieses Revieres: Verfügt es über mindestens ein Gewässer, welches sich zur Jagd eignet, bleiben die Jungvögel fast vier Wochen länger bei den Eltern.

Beide Zusammenhänge deuten stark darauf hin, dass juvenile Seeadler möglichst lange im elterlichen Revier verweilen, insofern die Bedingungen dafür stimmen. „Kommt es zu mehr Störungen an einem Horst, können sich die jungen Adler nicht so häufig auf Erkundungsflüge begeben und scheinen gezwungen zu werden, früher abzuwandern“, schließen Krone und Engler. Im Mittel werden sie zwischen Ende Mai und Anfang Juli flügge, sodass der Zeitraum bis zur Abwanderung oft bis in den September oder Oktober hineinreicht. „Eine Verlängerung der Horstschutzzeiträume von um mindestens einen Monat ist daher ratsam, um Störung und frühzeitiges Abwandern von Jungvögeln im Horstbereich und damit mögliche negative Auswirkungen auf deren Überleben zu verhindern. Dies gilt insbesondere für das Land Mecklenburg-Vorpommern, wo ab Anfang August Waldarbeiten und auch Jagd um die Horste wieder aufgenommen werden kann, wenn noch fast zwei Drittel der jungen Seeadler ihren Lebensmittelpunkt im elterlichen Horst haben.“

Intensive Schutzbemühungen in letzten 100 Jahren haben den Seeadler in Deutschland vor dem Aussterben bewahrt. Sie wurden in den 1920er Jahren unter Schutz gestellt, nachdem vor allem die Jagd die Bestände auf ein kritisches Level geschrumpft hatte. Mittlerweile ist die Seeadlerpopulation wieder auf ein stabiles Maß angewachsen. Derzeit gibt es rund 950 Brutpaare des Seeadlers in Deutschland, Hochrechnungen gehen von einem Potenzial von 1200 Brutpaaren für Deutschland aus. Allerdings wirkt sich noch immer die Verwendung von bleihaltiger Munition bei der Jagd negativ auf die Seeadler aus, die im Winter die von Jägern hinterlassene Aufbrüche erlegter Tiere fressen. Zudem zeigte ein Team unter der Leitung von Oliver Krone, dass nicht nur Forstarbeiten die Seeadler „stressen“, sondern auch Radfahrer und Fußgänger hormonelle Belastungssituationen verursachen. Sie maßen bei Seeadlern in Norddeutschland Konzentrationen des Hormons Corticosteron und seiner Stoffwechselprodukte und korrelierten diese Werte mit potenziellen Belastungsursachen. Sie fanden dabei heraus, dass die Werte des Hormons im Urin der Vögel höher sind, umso näher der Horst eines Brutpaares zu Wegen oder Straßen liegt. Diese Arbeit wurde im Oktober 2019 in der Fachzeitschrift „General and Comparative Endocrinology“ publiziert.

Originalpublikation: Engler M, Krone O (2021): Movement patterns of the White-tailed Sea Eagle Haliaeetus albicilla: Post-fledging behaviour, natal dispersal onset and the role of the natal environment. IBIS. DOI: 10.1111/ibi.12967

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Uni Potsdam:

Neu entdeckte „Klima-Wippe“ als Antrieb der menschlichen Evolution

Die Klimaforscherin Dr. Stefanie Kaboth-Bahr von der Universität Potsdam und ein internationales Forscherteam haben herausgefunden, dass frühe El Niño-artige Klimamuster der primäre Antrieb für Umweltveränderungen im Afrika südlich der Sahara über die letzten 620.000 Jahre – eine kritische Periode für die Evolution unserer Spezies – waren. Das Team entdeckte, dass die Klimaschwankungen einen stärkeren Einfluss auf diesen Teil von Afrika hatten als eiszeitliche Zyklen, die bisher vorrangig mit der menschlichen Evolution in Verbindung gebracht wurden.

Während der Klimawandel als entscheidender Antrieb der Evolution unserer Spezies in Afrika weitgehend etabliert ist, werden der genaue Charakter dieses Klimawandels und sein Einfluss auf die menschliche Entwicklung noch immer kontrovers diskutiert. Da der Wechsel zwischen eiszeitlichen und zwischeneiszeitlichen Perioden weite Teile der Erde geprägt hat, wurde er entsprechend als entscheidender Faktor für Umweltveränderungen in Afrika während der letzten rund eine Million Jahre angesehen, der kritischen Periode menschlicher Evolution. Veränderungen im Ökosystem, angetrieben durch diese Eiszeit-Zyklen, so die vorherrschende Meinung, hatten die Evolution und Ausbreitung der frühen Menschen stimuliert.

Eine Publikation, die in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) erschienen ist, stellt nun eine andere Sichtweise dar. Dr. Stefanie Kaboth-Bahr und eine internationale, multidisziplinäre Gruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern haben frühe El Niño-artige Wettermuster als den maßgeblichen Steuerungsfaktor großer Klimaumschwünge in Afrika identifiziert. Dies ermöglichte dem Forscherteam, den vorhanden klimatischen Rahmen der menschlichen Evolution neu zu bewerten.

Dem Regen folgend

In einem neuen Forschungsansatz integrierten Dr. Kaboth-Bahr und ihr Team elf Klimaarchive aus ganz Afrika, die die zurückliegenden 620.000 Jahre abdecken, um ein umfassendes räumliches Bild zu erstellen, wann und wo auf dem Kontinent feuchte oder trockene Bedingungen herrschten. „Wir waren überrascht, eine deutliche klimatische Ost-West-Schwankung zu finden, die dem Muster sehr ähnlich ist, das durch die Klimaphänomene El Niño und La Niña erzeugt wird, die heute die Niederschlagsverteilung in Afrika stark beeinflussen“, erklärt Dr. Stefanie Kaboth-Bahr. Die Autorinnen und Autoren schlussfolgern, dass der Hauptantrieb dieser Schwankung der tropische Pazifik war, und zwar durch seinen Einfluss auf die sogenannte „Walker-Circulation“, einen Gürtel sich bewegender Luftmassen entlang des Äquators, der zu einem großen Teil die Verteilung von Niederschlag und Trockenheit in den Tropen bestimmt.
Die Daten zeigen deutlich, dass sich die Feucht- und Trockengebiete zwischen dem Osten und Westen des afrikanischen Kontinents auf Zeitskalen von etwa 100.000 Jahren verschoben haben, wobei jede klimatische Verschiebung von großen Umwälzungen in der Flora und Säugetierfauna begleitet wurde.
Laut den Forschenden könnte der sich daraus ergebende ökologische Flickenteppich eine entscheidende Komponente der menschlichen Evolution und der frühen Demografie gewesen sein. Die vielfältigen, ressourcenreichen und stabilen Umweltbedingungen waren möglicherweise für die Entwicklung des frühen modernen Menschen ausschlaggebend. Obwohl Klimaveränderung sicherlich nicht der einzige Faktor für die frühe menschliche Evolution war, so weisen die Autoren darauf hin, dass die Studie dennoch eine neue Perspektive auf die enge Verbindung zwischen Umweltschwankungen und dem Ursprung unserer frühen Vorfahren eröffnet.
„Eine Neubewertung der Perioden von Stillstand, Wandel und Aussterben vor dem Hintergrund des veränderten klimatischen Bezugssystems wird neue Einblicke in die tiefe menschliche Vergangenheit ermöglichen“, so Dr. Stefanie Kaboth-Bahr. „Dies bedeutet zwar nicht, dass Menschen im Angesicht des Klimawandels hilflos waren. Eine sich verändernde Habitatverfügbarkeit hätte allerdings sicherlich die Bevölkerungsstruktur und damit letztlich den Genaustausch, der direkt mit der menschlichen Evolution verknüpft ist, verändert.“

Link zur Publikation: Stefanie Kaboth-Bahr, William D. Gosling, Ralf Vogelsang, André Bahr, Eleanor M. L. Scerri, Asfawossen Asrat, Andrew S. Cohen, Walter Düsing, Verena E. Foerster, Henry F. Lamb, Mark A. Maslin, Helen M. Roberts, Frank Schäbitz, Martin H. Trauth, 2021, Paleo-ENSO influence on African environments and early modern humans, PNAS, 2021, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2018277118