Heute ist der Digital GreenTalents Award gestartet. Bis zum 15. Mai können
sich junge Nachwuchswissenschaftler*innen aus der ganzen Welt bewerben,
die an der Schnittstelle von Digitalisierung und Nachhaltigkeit forschen.

Berlin, 27. März 2024 – Wie können wir gute und gesunde Lebensbedingungen
für alle Menschen schaffen, wenn der globale Klimawandel unsere heutige
Wirtschafts- und Lebensweise infrage stellt? Welchen Beitrag kann die
Digitalisierung für eine nachhaltigere Zukunft leisten?

Wer sich wissenschaftlich mit Antworten auf diese drängenden Fragen
beschäftigt, kann sich ab sofort für den Digital GreenTalents Award
bewerben. Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
werden 20 talentierte Nachwuchswissenschaftler*innen aus aller Welt mit
einem Fokus auf Digitalisierung und Nachhaltigkeit gesucht. Sie werden von
einer hochkarätigen Jury ausgewählt und auf der Digital GreenTech
Statuskonferenz im November ausgezeichnet. Bewerbungen werden bis zum 15.
Mai angenommen.

Zu gewinnen gibt es einen vollfinanzierten dreimonatigen
Forschungsaufenthalt in Deutschland, die Teilnahme an einer SpringSchool
im kommenden Jahr mit Workshops, Exkursionen und Networking sowie die
Aufnahme in ein globales Digital GreenTalents-Netzwerk.

Mehr zu den Teilnahmebedingungen, Bewerbungsformular sowie weiteren
Informationen: www.digitalgreentalents.de

Der Antarktische Zirkumpolarstrom spielt eine wichtige Rolle für die
globale Umwälzzirkulation, den Wärme- und CO2-Austausch zwischen Ozean und
Atmosphäre und die Stabilität der antarktischen Eismassen. Ein
Forschungsteam unter Leitung des AWI hat nun an Klimaarchiven in
Sedimenten aus dem Südpazifik die Fließgeschwindigkeit in den letzten 5,3
Millionen Jahren rekonstruiert. Ihre jetzt in Nature publizierten Daten
zeigen: in Kaltzeiten verlor die Strömung an Schwung, in Warmzeiten wurde
sie schneller. Sollte sie durch die gegenwärtige Erderwärmung also künftig
an Kraft gewinnen, könnte der Südliche Ozean weniger CO2 speichern und
mehr Wärme die Antarktis erreichen.

Er befördert mehr als 100-mal so viel Wasser wie alle Flüsse der Erde
zusammen, ist bis zu 2000 Kilometer breit und reicht bis in die Tiefsee
hinab: der Antarktische Zirkumpolarstrom (engl. Antarctic Circumpolar
Current, ACC). In der Vergangenheit unterlag dieses mächtigste
Strömungssystem der Erde erheblichen natürlichen Schwankungen, wie
aktuelle Untersuchungen an Sedimentbohrkernen offenbaren. Kältere Phasen
im Pliozän und im darauffolgenden Pleistozän, in denen der ACC langsamer
wurde, korrelieren dabei mit dem Vormarsch des Westantarktischen
Eisschilds. In wärmeren Phasen beschleunigte er sich, und der Rückzug der
Eismassen folgte. „Erklären lässt sich der Eisrückgang durch einen
erhöhten Wärmetransport nach Süden“, sagt Dr. Frank Lamy, Forscher in der
Sektion Marine Geologie am Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für
Polar- und Meeresforschung (AWI) und Erstautor der Nature-Studie. „Ein
stärkerer ACC sorgt dafür, dass mehr warmes Tiefenwasser an die
Schelfeiskante der Antarktis gelangt.“

„Der ACC hat einen großen Einfluss auf die Wärmeverteilung und die
CO2-Speicherung im Ozean. Unklar war aber bislang, wie der ACC auf
Klimaschwankungen reagiert und ob Veränderungen des ACC die Folgen der
Erwärmung bremsen oder noch verstärken“, sagt Frank Lamy. „Für bessere
Vorhersagen des zukünftigen Klimas und der Stabilität des Antarktischen
Eisschilds anhand von Computermodellen benötigen wir daher Paläodaten, die
uns etwas über die Stärke des ACC in früheren Warmphasen der Erdgeschichte
verraten.“

Um an diese Daten zu gelangen, fuhr 2019 eine internationale Expedition
geleitet von Frank Lamy und der Geochemikerin Prof. Gisela Winckler vom
Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University (USA) mit dem
Bohrschiff JOIDES Resolution in den zentralen Südpazifik. Dort, in der
Subantarktis, konnte das Forschungsteam aus dem Meeresboden in 3600 Meter
Wassertiefe zwei lange Bohrproben gewinnen, die jeweils aus mehreren
Sedimentkernen bestehen. „Die Bohrstellen liegen in der Nähe von Point
Nemo, dem am weitesten von Landmassen oder Inseln entfernten Ort der Erde,
wo der ACC unbeeinflusst von kontinentalen Landmassen strömt“, sagt Prof.
Helge Arz, Meeresgeologe am Leibniz-Institut für Ostseeforschung
Warnemünde und einer der Hauptautoren der Studie. „An den
Sedimentablagerungen in dieser Region lässt sich seine mittlere
Fließgeschwindigkeit in der Vergangenheit rekonstruieren.“

Die 145 und 213 Meter tiefen Bohrungen im Südpazifik waren Teil des
International Ocean Discovery Program (IODP), das die Erdgeschichte anhand
von geochemischen Spuren in marinen Sedimenten und Gesteinen unter dem
Meeresboden entschlüsselt. Ihnen waren umfangreiche Erkundungsarbeiten auf
mehreren Expeditionen mit dem Forschungsschiff Polarstern vorausgegangen.
Die Sedimente der Bohrkerne reichen 5,3 Millionen Jahre zurück und
umfassen drei vollständige Epochen:
•       das Pliozän, in dem es bis zu drei Grad wärmer war als heute und
die CO2-Konzentration in der Atmosphäre mit über 400 ppm ähnlich hohe
Werte erreichte wie aktuell;
•       das Pleistozän, das vor 2,6 Millionen Jahren begann und von
wechselnden Eiszeiten (Glaziale) und Warmzeiten (Interglaziale) geprägt
war
•       und das Holozän, eine Warmzeit, die mit dem Ende der letzten
Eiszeit vor etwa 12.000 Jahren einsetzte und bis heute andauert.

Entlang der verschiedenen Zeitaltern zugeordneten Schichten in den
Bohrkernen analysierten die Forschenden die Größenverteilung von
Sedimentpartikeln, die sich in Abhängigkeit von der
Strömungsgeschwindigkeit am Meeresboden absetzen. Auf diese Weise konnten
sie die Evolution des ACC seit dem frühen Pliozän bestimmen, als eine
langfristige Abkühlung des Klimas einsetzte. Zusätzliche Hinweise zur
Dynamik des ACC in der jüngeren Erdgeschichte lieferten Sedimentkerne von
früheren Reisen mit der Polarstern im Südpazifik.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass der ACC im Pliozän bis vor drei Millionen
Jahren zunächst schneller wurde, während die Erde langsam abkühlte.
Ursache dafür war ein wachsendes Temperaturgefälle vom Äquator zur
Antarktis, das für stärkere Westwinde sorgte - den Hauptantreiber des ACC.
Trotz anhaltender Abkühlung verlor er danach an Kraft. „Die Trendumkehr
fällt mit einer Zeit zusammen, in der sich das Klima und die Zirkulation
in der Atmosphäre und im Ozean stark veränderten“, sagt Frank Lamy. „Vor
2,7 Millionen Jahren, am Ende des Pliozäns, vereiste die Nordhalbkugel
großflächig und die Eisschilde der Antarktis dehnten sich aus. Grund waren
durch tektonische Prozesse ausgelöste Veränderungen in den
Meeresströmungen im Zusammenspiel mit langfristiger Meeresabkühlung und
sinkenden atmosphärischen CO2 Gehalten.“

Für die vergangenen knapp 800.000 Jahre, in denen der CO2-Gehalt in der
Atmosphäre zwischen 170 und 300 ppm schwankte, konnten die Forschenden an
den Sedimentbohrkernen einen engen Zusammenhang zwischen der Stärke des
ACC und den glazialen Zyklen nachweisen: In Warmzeiten, in denen der
CO2-Gehalt der Atmosphäre anstieg, nahm die Fließgeschwindigkeit um bis zu
80 Prozent gegenüber heute zu, in Eiszeiten um bis zu 50 Prozent ab.
Gleichzeitig verlagerte sich der ACC und somit der Auftrieb von
nährstoffreichem Tiefenwasser im Südlichen Ozean im Wechsel von Warm- und
Eiszeiten, wie geochemische Sedimentanalysen ergaben. Sie zeigen, dass
sich die Silikatschalen von Kieselalgen - dem wichtigsten Phytoplankton im
Südozean -, in Eiszeiten weiter nördlich am Meeresgrund ablagerten als in
Warmzeiten.

„Ein schwächelnder ACC und ein geringer CO2-Gehalt der Atmosphäre während
der Eiszeiten des Pleistozäns deutet auf einen schwächeren Auftrieb und
eine stärkere Schichtung des Südlichen Ozeans, sprich, eine größere
CO2-Speicherung hin“, sagt Gisela Winckler. Durch den menschengemachten
Klimawandel, so das Fazit der Studie, könnte der ACC zukünftig an Kraft
gewinnen. Folglich könnte sich die CO2-Bilanz des Südlichen Ozeans
verschlechtern und das Eis der Antarktis schneller schmelzen.

Hintergrund: der Antarktische Zirkumpolarstrom
Als Ringstrom, der im Uhrzeigersinn um die Antarktis fließt, verbindet der
Antarktische Zirkumpolarstrom (ACC) den Atlantik, Pazifik und Indischen
Ozean. Damit besitzt er eine Schlüsselfunktion für die weltweite
Meereszirkulation und beeinflusst über das atlantische Förderband
letztlich auch das Klima in Europa. Sein Motor sind die stürmischen
Westwinde der Subantarktis sowie Unterschiede in Temperatur und Salzgehalt
zwischen Subtropen und Südlichem Ozean. Der ACC bildet eine Barriere für
das warme Oberflächenwasser der Subtropen auf dem Weg in die Antarktis.
Gleichzeitig wird er durch vergleichsweise warmes Tiefenwasser aus dem
Atlantik und Pazifik gespeist. Große Meereswirbel, die im ACC entstehen
und nach Süden wandern, sowie der Auftrieb von Tiefenwasser transportieren
die Wärme zu den Schelfeisen am Kontinentalrand, besonders im pazifischen
Sektor der Antarktis. Der vom ACC verursachte Auftrieb bringt zudem
Nährstoffe an die Oberfläche, die das Algenwachstum ankurbeln und somit
den biologischen Kohlenstoffexport in die Tiefsee verstärken - aber auch
CO2 transportiert, das in die Atmosphäre entweicht.

Mit hypothetischen aber nicht unwahrscheinlichen Hochwasser-Szenarien
sollen Menschen und Entscheider in gefährdeten Regionen motiviert werden,
sich besser auf potenzielle Extrem-Ereignisse vorzubereiten. Simulationen
von Forschenden des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ zeigen in einer
neuen Studie, dass bei nur geringfügiger Verschiebung von Regengebieten
sehr viel schwerwiegendere Hochwasser-Ereignisse hätten auftreten können.

Zusammenfassung

Hochwasser betrifft weltweit mehr Menschen als jede andere Naturgefahr,
mit enormen Schäden, die in einer wärmer werdenden Welt voraussichtlich
weiter zunehmen. Menschen und Entscheidungsträger in gefährdeten Regionen
sind jedoch oft nicht bereit, sich auf außergewöhnlich schwere Ereignisse
vorzubereiten, da sie schwer vorstellbar sind und außerhalb ihrer
Erfahrung liegen. In einer aktuellen Studie schlägt ein Team von
Forschenden um Bruno Merz und Sergiy Vorogushyn vom Deutschen
GeoForschungsZentrum GFZ eine neue Strategie vor, um die Gesellschaft zu
motivieren, über geeignete Risikomanagementstrategien zu diskutieren: Sie
entwickeln eine Reihe von hypothetischen extremen Überschwemmungsszenarien
in Deutschland, indem sie vormals beobachtete Niederschlagsereignisse um
einige zehn bis hundert Kilometer im Raum verschieben und deren
Auswirkungen dann durch ein Hochwassermodell berechnen. Solche Szenarien
sind nicht unwahrscheinlich, da der tatsächliche Niederschlag auch mehrere
Dutzend Kilometer entfernt hätte fallen können. Auf diese Weise ergeben
sich Ereignisse, die mehr als doppelt so schwerwiegend sind wie das
verheerendste Hochwasser seit 1950 in Deutschland. Außerdem zeigt sich: In
der Vergangenheit verschonte Regionen können sich nicht sicher fühlen, da
sie ebenfalls schwer von Zerstörungen hätten getroffen werden können. Die
Ergebnisse wurden im Fachmagazin Environmental Research Letters
veröffentlicht.

Hintergrund: Nicht gut vorbereitet auf außergewöhnliche Ereignisse

Von Überschwemmungen sind weltweit mehr Menschen betroffen als von jeder
anderen Naturgefahr. Allein das Hochwasser vom Juli 2021 in Westeuropa
forderte mehr als 220 Todesopfer und verursachte Schäden in Höhe von fast
50 Mrd. EUR. Trotz der enormen Auswirkungen außergewöhnlicher Hochwasser
in den letzten Jahrzehnten und ihres prognostizierten häufigeren
Auftretens in der Zukunft ist die Gesellschaft oft nicht bereit, über
solche Ereignisse zu diskutieren und sich darauf vorzubereiten.

Umfragen haben gezeigt, dass Menschen sich nur schwer in Ereignisse
hineinversetzen können, die sie nicht selbst erlebt haben: Sie können dann
die negativen Auswirkungen von schweren Überschwemmungen nicht gut
vorhersagen. Und sie neigen dazu, die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses
danach zu beurteilen, wie leicht sie es sich vorstellen können. Außerdem
fällt es Menschen und Organisationen generell schwer, über bedrohliche
Aussichten nachzudenken, und sie fühlen sich unwohl, wenn sie für
Situationen planen, die ihnen selbst schaden würden.

Daher ist die Gesellschaft oft überrascht und wenig vorbereitet, wenn
Ereignisse eintreten, die schwerwiegender sind als das, was sie bisher
erlebt haben – mit katastrophalen Auswirkungen (1). „Die mangelnde
Bereitschaft, über außergewöhnliche Überschwemmungen nachzudenken und sich
darauf vorzubereiten, ist besorgniserregend, da außergewöhnliche
Ereignisse in einer wärmeren Welt voraussichtlich häufiger auftreten
werden. Daher müssen Ausnahmeszenarien entwickelt werden, die auch von
Laien verstanden werden können“, sagt Bruno Merz, am Deutschen
GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam Leiter der Sektion „Hydrologie“ und
Professor für Hydrologie an der Universität Potsdam.

Neuer Ansatz: Virtuelles räumliches Verschieben vergangener
Extremereignisse

Die Schwere eines Ereignisses wird häufig in Form von Wiederkehrperioden
beschrieben, wie z.B. das 100- oder 1000-jährliche Hochwasser. Hierdurch
wird ausgedrückt, dass ein Ereignis dieser Stärke im Schnitt nur alle 100
oder 1000 Jahre eintritt. Die Wahrscheinlichkeit dafür beträgt in einem
bestimmten Jahr also 1:100 bzw. 1:1000. Dieses Konzept ist für Laien
jedoch nicht gut zugänglich.

Stattdessen schlägt das Forschungsteam um Bruno Merz und Sergiy
Vorogushyn, leitender Wissenschaftler in der GFZ-Sektion „Hydrologie“,
vor, räumliche Alternativszenarien zu nutzen. Solche sogenannten
kontrafaktischen Szenarien sind alternative Möglichkeiten für vergangene
Ereignisse, also Szenarien, die nicht eingetreten sind, aber hätten
eintreten können. Um sie zu entwickeln, verschieben die Forschenden die
Niederschlagsfelder vergangener Hochwasser und simulieren die Folgen, die
sich ergeben hätten, wenn die Zugbahnen der verursachenden
Tiefdruckgebiete einen anderen Weg genommen hätten.

„Wir gehen davon aus, dass es selbst für Laien leicht zu verstehen ist,
dass sich ein Tiefdruckgebiet, das für heftigen Regen in einer bestimmten
Region gesorgt hat, auch etwas anders hätte entwickeln können. Dadurch
hätte eine damals verschonte Region durchaus getroffen und eine betroffene
Region möglicherweise sehr viel schwerer getroffen werden können – sodass
sie damals einfach nur Glück hatten“, erläutert Merz.

Die Forschenden haben für ihre Studie die zehn schadensträchtigsten
Hochwasser für Deutschland seit 1950 ausgewählt und die damaligen
Niederschläge in drei Entfernungen – 20, 50 und 100 Kilometer – und acht
Richtungen verschoben. Solche Verschiebungen sind angesichts der
beteiligten Mechanismen gut begründet: Die Bahnen der
niederschlagsbildenden Tiefdrucksysteme werden durch nichtlineare
Wechselwirkungen auf Skalen von ∼1.000 Kilometern oder mehr dominiert.
Daher können sich die Niederschlagsfelder einzelner Ereignisse bei einer
etwas anders gelagerten meteorologischen Gesamtsituation auch anders
entwickeln. Diese 24 kontrafaktischen Niederschlagsereignisse für jede der
zehn größten Katastrophen wurden in ein Hochwassermodell gespeist, um
damit die Schwere des Hochwassers für die entsprechenden Regionen in
Deutschland zu quantifizieren.

Ergebnisse am Beispiel des Weihnachtshochwassers aus dem Jahr 1993

Es stellte sich heraus, dass die Verschiebung der Niederschläge zu viel
schwereren Überschwemmungen führen kann, als beim tatsächlich
eingetretenen Ereignis. Als Beispiel sei hier das Weihnachtshochwasser
1993 betrachtet.

Weiträumige und teilweise extreme Niederschläge im Dezember 1993 führten
an Weihnachten 1993 zu Überschwemmungen entlang des Mittel- und
Niederrheins, die in drei Bundesländern mehrere Todesopfer und erhebliche
materielle Schäden zur Folge hatten. Allein in Köln waren mehr als 13.500
Haushalte betroffen. Ein kontrafaktisches Hochwasser ergibt sich hier aus
einer Verschiebung des Niederschlagsfeldes um 50 Kilometer in Richtung
Nordosten. Wäre der Regen dort gefallen, dann wären viele der vom
Hochwasser betroffenen Orte noch stärker betroffen gewesen. Und zusätzlich
wären viele Orte, die von der Katastrophe verschont geblieben sind, von
Flusswasserständen betroffen gewesen, die die Hochwasserschutzanlagen
überstiegen hätten.

Flussabschnitte im Einzugsgebiet der Weser, die 1993 nur geringfügig
betroffen waren, hätten beispielsweise Überschwemmungen größer als das
100-jährliche Hochwasser erlebt. Insgesamt erzeugen die kontrafaktischen
Szenarien an mehr als 70 Prozent der von in dieser Studie betrachteten 516
Flusspegel in ganz Deutschland Spitzenabflüsse, die das aktuell dort
verzeichnete Rekordhochwasser übersteigen.

Ausblick: Nutzung kontrafaktischer Szenarien für das Risikomanagement

„In Anbetracht der Tatsache, dass sich das Risikomanagement in der Regel
auf die größten beobachteten Hochwasser konzentriert, ist die
Leichtigkeit, mit der durch unseren Ansatz viele neue Hochwasserrekorde
erzeugt werden, beunruhigend“, resümiert Merz.

„Unser neuer Ansatz ist in der Lage, plausible Ausnahmeszenarien zu
generieren, die genutzt werden könnten, um Laien das Hochwasserrisiko zu
vermitteln und das Hochwasserrisikomanagement zu unterstützen. Auch wenn
sich bei außergewöhnlichen Hochwasserereignissen Schäden nicht vollständig
verhindern lassen, kann das Risikomanagement die katastrophalen
Auswirkungen begrenzen“, ergänzt Sergiy Vorogushyn.

So können Vorhersage-, Frühwarn- und Evakuierungssysteme Todesopfer
verhindern. Durch Raumplanung und Infrastrukturmanagement kann
sichergestellt werden, dass sensible Infrastrukturen wie Altenpflegeheime
und kritische Infrastrukturen wie Kraftwerke entweder nicht in
gefährlichen Zonen liegen oder gegen Überschwemmungen geschützt sind.

Darüber hinaus kann das Infrastrukturmanagement Sicherungs- und
Redundanzmaßnahmen für einen kontinuierlichen Betrieb bei Überschwemmungen
vorsehen und Maßnahmen entwickeln, die eine rasche Rückkehr zu einem
Mindestbetriebsniveau ermöglichen, wenn ein Ausfall nicht verhindert
werden kann.

(1) Kreibich, H., et al (2022): The challenge of unprecedented floods and
droughts in risk management. - Nature, 608, 80-86. DOI:
10.1038/s41586-022-04917-5
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04917-5

Die Burda Digital Systems GmbH hat der Hochschule Offenburg eine
entsprechende Förderzusage über einen Zeitraum von fünf Jahren erteilt.

Hubert Burda Media pflegt seit vielen Jahren eine enge Partnerschaft und
einen intensiven fachlichen Austausch mit der Hochschule Offenburg. Die
Förderung einer Stiftungsprofessur „Künstliche Intelligenz (KI) für
digitale Medien und Geschäftsmodelle“ wird von der Burda Digital Systems
GmbH (BDS) übernommen.
Burda-Vorstand Marc Al-Hames: "Bei Burda haben wir Technologiesprünge
schon immer umarmt. Künstliche Intelligenz bietet sehr große Chancen für
die Medienindustrie, aber: sie muss verantwortungsvoll eingesetzt werden.
Darum brauchen wir genauso wie andere Unternehmen KI-Spezialisten, die
mutig genug für echte Innovationen sind, und gleichzeitig das nötige Maß
an Verantwortung für diese Technologie mitbringen. Es freut mich sehr,
dass wir mit der Förderung dieser neuen Professur an der Hochschule
Offenburg einen Beitrag zur Ausbildung versierter KI-Profis von morgen
leisten können."
Die Hubert Burda Media Stiftungsprofessur ist aktuell ausgeschrieben. Im
Fokus steht der Ausbau der Forschungsschwerpunkte KI-basierter
Innovationen und Anwendungen im unternehmerischen Kontext sowie neuer
Geschäftsmodelle der digitalen Transformation im Medienbereich und in
digitalen Märkten. Die Hochschule Offenburg ergänzt damit das bestehende
Studienangebot bei der Angewandten KI und im Medienbereich.
Gerhard Thomas, BDS-Geschäftsführer: „Wir freuen uns sehr, dass wir die
intensive Partnerschaft mit der Hochschule durch die neue
Stiftungsprofessur noch weiter ausbauen können. Unser Antrieb ist es,
Wissenschaft & Forschung in Zukunftstechnologien auf optimale Weise mit
den praktischen Anforderungen innovativer Geschäftsmodelle in der
Medienindustrie zu verzahnen.“
Stephan Trahasch, Rektor der Hochschule Offenburg: „Diese Initiative ist
ein Meilenstein für die strategische Weiterentwicklung unserer Hochschule.
Mit der Stiftungsprofessur setzen wir einen neuen Schwerpunkt in unserer
Forschung und Lehre, indem wir zukunftsweisende KI-basierte
Geschäftsmodelle entwickeln und in die Praxis umsetzen. Gemeinsam mit der
Hubert Burda Media wollen wir ein Wissenschafts- und Innovationsnetzwerk
rund um KI und digitale Medien etablieren, das unsere Region in dieser
Zukunftstechnologie weit vorn positioniert. Ich bin Hubert Burda Media
sehr dankbar für sein Engagement.“