Umweltphysikalische Transportprozesse

Gesellschaftliche und wissenschaftliche Herausforderung: Das Funktionieren von Ökosystemen basiert auf vielfältigen Mechanismen des Transports, die im Kern den Austausch von Energie und Masse zwischen den Kompartimenten Luft, Pflanzen, Tieren, Boden und Gestein erzeugen und damit Leben ermöglichen. Der Transport von Wärme, Licht, Wasser, Kohlenstoff und Nährelementen, aber auch Schadstoffen wie z.B. Stickstoffdioxid, Ozon, Mikroplastikpartikeln und Pestiziden erzeugt die Stoff- und Energiekreisläufe. In diese Kreisläufe greift der Mensch gezielt mit teils beabsichtigten, aber auch unbeabsichtigten Konsequenzen verändernd in die Umwelt ein, die z.B. Klimakrise und Umweltbelastungen erzeugen. Die Umweltphysik beschäftigt sich mit der Erforschung und der Formulierung einer quantitativen Beschreibung des Transports und dessen Anwendung auf das Ökosystem durch Feld-, Labor- und Modellierungsstudien.

Lernziel: Studierende dieser Vertiefungsrichtungen können die verschiedenen fundamentalen Transportmechanismen (Strahlungstransfer, Konvektion, Diffusion, Dispersion) im Ökosystem erkennen und diese mithilfe einfacher, aber auch vertiefter mathematischer und statistischer Verfahren beschreiben und auf Fallbeispiele anwenden. Eine wichtige Fähigkeit ist das Erlernen der universellen Beschreibung des Umwelttransports und -reaktion, sodass z.B. dieselben Gleichungen in der Luft, im Grundwasser und im Porenraum des Bodens anwendbar sind. Studierende erlernen somit das notwendige Handwerkszeug, aktuelle geoökologische Herausforderungen wie Klimakrise, Landnutzungswandel und Umweltverschmutzung mechanistisch zu verstehen und quantitative Lösungsansätze zu entwickeln.

Inhalte der Vertiefung: Betrachtet werden Transportprozesse in und zwischen den Kompartimenten Luft, Pflanze, Boden und Wasser in natürlichen und anthropogenen Systemen wie Wäldern, Agrarflächen, Städten und polaren Gebieten. Die Stoffkreisläufe der Wärme, des Wassers und des Kohlenstoffs sowie deren Kopplung durch Niederschlag, Verdunstung, Photosynthese und Atmung stehen dabei im Vordergrund. Die Lehrveranstaltungen bieten eine ausgewogene Mischung aus Vorlesungen, Feldpraktika, Laborversuchen und Modellierungskursen.

Verknüpfung zu anderen Vertiefungen: Die physikalischen Transportprozesse hängen sowohl unmittelbar mit den biogeochemischen Prozessen und Umweltreaktionen (BGC) zusammen, bieten aber oft auch die erklärende Grundlage für das Verständnis der Mensch-Umwelt Interaktionen (MUI) und der Ökosystem- und Landschaftsdynamiken (ÖLD). Daher können die in UPT- erlernten Fähigkeiten sehr universell in allen geoökologischen Vertiefungen zum Verständnis und zur Erarbeitung von Problemlösung angewendet und vertieft werden.

Beteiligte Gruppen: Die Richtung Umweltphysikalische Transportprozesse wird von den Arbeitsgruppen Bodenphysik, Hydrologie, Mikrometeorologie, und Ökosystemanalyse & -simulation angeboten.