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ABC/J Forschungspreis:
Unsere PreisträgerInnen 2016

In diesem Jahr erhielten zwei Kölner NachwuchwissenschaftlerInnen sowie eine Jülicher Atmosphärenforscherin die ABC/J Forschungspreise. Das Spektrum der ausgezeichneten Forschungsarbeiten ist so vielfältig wie die geowissenschaftlichen Disziplinen in der ABC/J-Region: ein neuartiges Chemie-Klima-Modell, der erstmalige Nachweis turbulenter Strömungen in der Magnetosphäre von Saturn, die Anwendung geophysikalischer Methoden in der Parkinson-Forschung sowie die antiken Häfen von Ephesos.

Die PreisträgerInnen 2016

Dr. Friederike Stock

Mit dem 1. Preis des Geoverbund ABC/J Forschungspreises für Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler wurde Frau Dr. Friederike Stock für ihre hervorragende Dissertation mit dem Titel „Ephesus and the Ephesia – palaeogeographical and geoarchaeological research about a famous city in Western Anatolia“ ausgezeichnet.

© Geoverbund ABC/J / Forschungszentrum JülichDr. Friederike Stock und Prof. Harry Vereecken
Copyright: © Geoverbund ABC/J / Forschungszentrum Jülich



Frau Dr. Stock ist Diplom-Geographin und hat ihr Studium an der Philipps-Universität Marburg sowie der Université Laval, in Québec, Kanada, absolviert. Seit September 2011 ist sie Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe Küstenmorphologie, Geoarchäologie und Geochronologie am Geographischen Institut der Universität zu Köln.

„Ephesos (…) war im Altertum eine der ältesten, größten und bedeutendsten Städte Kleinasiens und beherbergte mit dem Tempel der Artemis (…) eines der Sieben Weltwunder. In der Antike lag die Stadt direkt am Meer; durch Sedimentation sowie klimatische und seismische Veränderungen verschob sich die Küstenlinie im Laufe der Zeit nach Westen, so dass sich die Reste der Stadt heute mehrere Kilometer landeinwärts befinden“. [Quelle: Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Ephesos]

Die Dissertation von Frau Dr. Stock fokussiert den historischen Wandel der Umwelt in Ephesos und der Ephesia: Die holozänen Küstenveränderungen im Küçük Menderes-Graben, die diversen Häfen von Ephesos und die Gründe für ihre Verlagerung sowie die Landschaftsrekonstruktion unter dem Aspekt der Mensch-Umwelt-Interaktion seit dem Neolithikum waren Schwerpunkte der Forschung. Im Rahmen ihrer Untersuchungen erschloss Frau Dr. Stock unterschiedliche Geo-Bio-Archive und untersuchte das aus diesen gewonnene Bohrmaterial. Sedimentologische, geochemische, mikro- und makrofaunistische, mikromorphologische, palynologische, parasitologische, geophysikalische und archäobotanische Methoden kamen zur Anwendung. Die Chronologie basiert auf 14C-Datierungen, archäologischen (Be-)Funden und historischen Quellen. Die Forschungsarbeit zur Geoarchäologie der Landschaft um Ephesos ist an der Schnittstelle zwischen Natur- (Geographie, Geologie, Biologie) und Gesellschaftswissenschaften (Archäologie, Geschichte) angesiedelt. Frau Dr. Stock führt die Ergebnisse aus den Einzeluntersuchungen dieses Multiproxy-Ansatzes geschickt zusammen und entwickelt dabei überzeugende paläo-geographische Szenarien mit hoher zeitlicher Auflösung für die Umweltveränderungen um Ephesos.

Ihre Analysen belegen u.a., dass der postglaziale Meeresspiegelanstieg seit der Mitte des 6. Jahrtausends eine marine Bucht schuf, die ca. 20 km landeinwärts reichte. Einhergehend mit einer Verlangsamung des Meeresspiegelanstiegs begann der Küçük Menderes sein Delta vorzubauen. Dabei lassen sich zwei Phasen unterscheiden: ein langsamer Vorbau mit niedrigen Sedimentationsraten vom 5. bis 1. Jahrtausend vor Christus und seitdem ein schneller mit höheren Raten, die wahrscheinlich human-induziert sind. Mit dem kontinuierlichen Deltavorbau mussten sowohl Siedlungen als auch Häfen verlagert werden. Auch für die Rekonstruktion der Vegetationsgeschichte liefert die Arbeit von Frau Dr. Stock wichtige Erkenntnisse: Obwohl Pollen des Cerealia-Typs, datiert auf das 7. Jahrtausend vor Christus, bereits auf landwirtschaftliche Aktivität hinweisen, waren die Hänge damals noch durch die natürliche Vegetation geprägt. Darmparasiten und Spulwürmer, Pollen von Fruchtbäumen und eine ab dem 1. Jahrhundert vor Christus zunehmende Schwermetallbelastung im römischen Hafen von Ephesos verdeutlichen den starken anthropogenen Einfluss in dieser Zeit. Ab dem 6./7. Jahrhundert nach Christus lässt dieser Einfluss nach, was mit dem Niedergang der Stadt einhergeht. Im Zuge der Untersuchungen gelang zudem erstmals der Nachweis der Santorin-Asche, welche, als Folge einer gewaltigen Vulkaneruption im Jahr 1630 vor Christus, die die Insel Thera, das heutige Santorin, zerriss, auch im Hinterland von Ephesus niederging.

Dr. Charlotte Hoppe

Dr. Charlotte Hoppe ist Diplom-Meteorologin und arbeitet am Institut für Energie- und Klimaforschung am Forschungszentrum Jülich. Im dortigen Teilinstitut „IEK-7 Stratosphäre“ hat Sie auch Ihre Dissertation mit dem Titel „A Lagrangian transport core for the simulation of stratospheric trace species in a Chemistry Climate Model“ angefertigt, für welche sie im Rahmen des Sommerfestes mit dem 2. Preis ausgezeichenet wurde (Anmerkung: der 2. Preis wurde im Jahr 2016 doppelt vergeben). Das Studium der Meteorologie hat Frau Dr. Hoppe an der Universität zu Köln absolviert.

© Geoverbund ABC/J / Forschungszentrum JülichDr. Charlotte Hoppe und Prof. Helmut Brückner
Copyright: © Geoverbund ABC/J / Forschungszentrum Jülich

In der Stratosphäre in ca. 10-50 km Höhe spielen sich Prozesse ab, die langfristige Klimaveränderungen bewirken. Daher ist es wichtig, diesen Bereich der Atmosphäre in Modellen gut darstellen zu können. Die grobe räumliche und zeitliche Auflösung von Klimamodellen führt jedoch zu Problemen wie zu starker, nicht kontrollierbarer numerischer Diffusion.

Der Beitrag von Frau Dr. Hoppe integriert erstmals das Konzept des Lagrangeschen Transportes, das bisher für die Analyse von Messungen in der Atmosphäre angewandt wurde, in ein Chemie-Klima-Modell.

Beim Lagrangeschen Schema liegen die Datenpunkte nicht auf einem festen Modellgitter, sondern sie können sich frei im Raum bewegen. So ist es möglich, starke Gradienten an Transportbarrieren aufrecht zu erhalten, so wie sie in der Atmosphäre tatsächlich beobachtet werden.

Als ein Ergebnis ihrer Arbeit präsentiert Frau Dr. Hoppe das neu entwickelte Modell „EMAC/CLaMS“, eine Kopplung aus dem Lagrangeschen Transport des „Chemical Lagrangian Model of the Stratosphere“ (CLaMS) mit dem Chemie-Klima-Modell „ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry Model“ (EMAC).

Die Ergebnisse der Dissertation zeigen unter anderem, dass die Ungenauigkeiten durch numerische Diffusion durch diese Integration des Lagrangeschen Transportschemas besser kontrolliert werden können. So ist es beispielsweise möglich, für Klimaveränderungen kritische Bereiche der Atmosphäre, wie die Tropopausenregion oder den Polarwirbel, in Modellrechnungen genauer darzustellen.

Der Polarwirbel ist eine relativ abgeschlossene Luftmasse, die sich im Winter über den Polen aufbaut. Hier kommt es zu starkem Ozonabbau, d.h. zur Bildung des Ozonlochs. Im Rahmen ihrer Analysen konnte Frau Dr. Hoppe u.a. zeigen, dass der Lagrangesche Transport hier verbesserte, stärkere Gradienten in den Spurengasverteilungen aufweist und somit für andere Schemata typische Probleme der Simulation des Ozonabbaus reduziert.

Die durch Frau Dr. Hoppe vorgestellte Kopplung wird langfristig wahrscheinlich für alle von Bedeutung sein, die sich mit Chemie-Klimamodellen beschäftigen.

Verlässliche Klimaprojektionen sind eine Schlüsselforderung der Gesellschaft an die Klimawissenschaft. Hierbei ist nicht nur die Projektion für die Entwicklung über Jahrhunderte wichtig, für gesellschaftliches Handeln sind vielmehr Vorhersagen der dekadischen Variabilität notwendig. Die Forschungsarbeit von Frau Dr. Hoppe leistet hier einen bedeutsamen Beitrag, indem sie eine bessere Vorhersagbarkeit von atmosphärischen Prozessen in erlaubt.

Dr. Michael von Papen

© Geoverbund ABC/J / Forschungszentrum JülichVon links nach rechts: Prof. Harry Vereecken, Dr. Michael von Papen, Prof. Helmut Brückner
Copyright: © Geoverbund ABC/J / Forschungszentrum Jülich

Dr. Michael von Papen wurde für seine Forschungsarbeiten, die er unter dem Titel „Interdisciplinary applications of geophysical methods: Turbulence at Saturn, groundwater in India, and brain signals in patients with Parkinson's disease“ für den diesjährigen Wettbewerb eingereicht hatte, ebenfalls mit dem 2. Preis ausgezeichnet (Anmerkung: der 2. Preis wurde im Jahr 2016 doppelt vergeben). Bereits aus dem Titel wird deutlich, dass der Beitrag in hohem Maße inter- bzw. transdisziplinär ist. Das “verbindende Element” im Beitrag von Herrn Dr. von Papen ist die Anwendung geophysikalischer Methoden; diese setzt er zur Lösung von Fragestellungen aus den Disziplinen der angewandten Geophysik, der Space und Planeten-Physik und der quantitativen Neurologie ein.

Michael von Papen studierte Geophysik an der Universität zu Köln und arbeitet als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am dortigen Institut für Geophysik und Meteorologie.

Die praktischen Anwendungsmöglichkeiten geophysikalischer Methoden demonstriert Dr. von Papen im Rahmen einer Studie, die sich mit der Grundwasserqualität landwirtschaftlich genutzter Flächen in Indien beschäftigt. Dabei wurde auf nicht-invasive Weise untersucht, welchen Einfluss eine benachbarte Müllhalde auf die Grundwasserqualität der Flächen hat.

Der Kern des Beitrages beschäftigt sich jedoch mit der Analyse von turbulenten Strömungen im Saturnsystem. Dr. von Papen beschreibt erstmalig, dass die Magnetosphäre von Saturn, d.h. die Region um Saturn, die durch das Magnetfeld von Saturn kontrolliert wird, turbulente Fluktuationen enthält. Durch die Auswertung von Messungen der Raumsonde Cassini konnten zahlreiche Eigenschaften der Turbulenz, wie deren Intensität und räumliche Verteilung, charakterisiert werden. Die Bedeutung dieser Untersuchungen liegt auch darin, dass es bisher nur wenige qualitativ unterschiedliche Systeme gibt, in denen Turbulenz im Weltall mittels Raumfahrzeugen untersucht werden kann. Damit steht nun ein neues „Labor“ zur weiteren Untersuchung von Turbulenz in Plasmen des Weltalls zur Verfügung. Zudem liefert Herr Dr. von Papen eine Erklärung dafür, wie die rätselhaft hohen Temperaturen in der Magnetosphäre zustande kommen können und wie die Turbulenz mit der ebenfalls rätselhaften Variabilität der Rotationsrate von Saturn zusammenhängt.

In einer weiteren Arbeit erweitert Dr. von Papen das Anwendungsspektrum derselben geophysikalischen Methoden, mit denen auch die Saturnmagnetosphäre untersucht wurde, auf neuronale Zeitreihen in der Medizin. Durch die Messung von Gehirnsignalen bei Parkinsonpatienten wird mittels Wavelet-Methoden gezeigt, wie die Aktivität bestimmter neuronaler Cluster in spezifischen Frequenzbereichen von der Medikation beeinflusst wird. Morbus Parkinson ist eine häufige Alterskrankheit, die bei fast 2% der über 80-jährigen Bevölkerung auftritt. Allein in Deutschland gibt es ca. 20.000 Neuerkrankungen pro Jahr. In einer immer älter werdenden Gesellschaft ist daher ein besseres Verständnis der Krankheit von Bedeutung. Dr. von Papen zeigt, dass geophysikalische Methoden einen wichtigen Beitrag zur Identifikation der pathologischen Hirnaktivität des Morbus Parkinson leisten können.

Der Geoverbund ABC/J Forschungspreis

Die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses ist ein besonderes Anliegen des Geoverbundes ABC/J. In diesem Jahr wurde der Geoverbund ABC/J Forschungspreis für Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler bereits zum sechsten Mal verliehen. Mit der Auszeichnung honoriert der Geoverbund ABC/J herausragende, innovative und interdisziplinäre Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Geowissenschaften.

Gegenstand des Wettbewerbs ist die Forschungstätigkeit zu einem geowissenschaftlichen Thema. Als Beitrag können sowohl Dissertationsschriften, aber auch Publikationen eingereicht werden. Bewerben können sich alle Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, deren Wettbewerbsbeitrag an einem der dem Geoverbund ABC/J angeschlossenen Institute angesiedelt bzw. dort entstanden ist.

Alle eingereichten Beiträge werden durch unabhängige Gutachter hinsichtlich ihrer Forschungsleistung, dem Innovationsgrad und ihrer Interdisziplinarität bewertet. Die Vergabe des Preises erfolgt letztlich auf der Grundlage der Gutachten sowie der Empfehlungen einer Auswahlkommission, welche auch fachspezifische Besonderheiten berücksichtigt, durch das Direktorium des Geoverbundes ABC/J.

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