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ABC/J-Forschungspreis 2017: Drei Kölner Preisträger

Herzlichen Glückwunsch: In diesem Jahr erhielten drei Kölner Nachwuchswissenschaftler die ABC/J-Forschungspreise. Ausgezeichnet wurden sie im Rahmen des ABC/J-Sommerfestes am 23. Juni 2017 in Aachen. Das Spektrum der prämierten Forschungsarbeiten ist vielfältig: ein neuartiger Ansatz in der Fernerkundung, um mit Hilfe von UAV-basierten Spektralkameras hochpräzise Informationen über Agrarfrüchte zu erfassen, die Erforschung von urbanen Flusslandschaften sowie die Häufigkeitsbestimmung von p-Prozess-Isotopen in Meteoriten.

Die Preisträger 2017


© Geoverbund ABC/J / Forschungszentrum JülichProf. Helmut Brückner, Prof. Harry Vereecken, Dr. Stefan Peters, Dr. Helge Aasen, Dr. Alexander Follmann und Dr. Daniel Felten (von links nach rechts).
Copyright: © Geoverbund ABC/J / Forschungszentrum Jülich


Dr. Helge Aasen

Mit dem 1. Preis des Geoverbund ABC/J-Forschungspreises für Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler wurde Dr. Helge Aasen für seine Dissertation mit dem Titel "The acquisition of Hyperspectral Digital Surface Models of crops from UAV snapshot cameras“ ausgezeichnet.

Dr. Helge Aasen studierte Mathematik und Geographie an der Universität zu Köln. Nach dem Staatsexamen promovierte er in der Arbeitsgruppe von Prof. Georg Bareth am Geographischen Institut der Universität zu Köln. Nach dem Abschluss seiner Promotion wechselte er an das Institut für Agrarwissenschaften an der ETH Zürich, wo er nun am Beginn seiner Post-Doktorandenphase steht.

Die nachhaltige Sicherung der Welternährung ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Ein teilschlagspezifisches Management der landwirtschaftlichen Flächen, welches die Bewirtschaftungsmaßnahmen an die aktuelle Beschaffenheit der Flächen anpasst, kann dazu beitragen, den Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden zu reduzieren. Damit jedoch die tatsächlich benötigten Mengen an Dünge- und/oder Pflanzenschutzmitteln zur richtigen Zeit am richtigen Ort ausgebracht werden können, werden auch Informationen über den aktuellen Zustand von Pflanzenbeständen benötigt. Seit einigen Jahren werden zunehmend unbemannte Luftfahrzeuge, die im Englischen als „Unmanned aerial vehicles“, kurz UAVs, bezeichnet werden, als Fernerkundungsplattformen eingesetzt. In Kombination mit entsprechenden Sensoren stellen diese leistungsfähige Fernerkundungssysteme dar.

Die als Wettbewerbsbeitrag eingereichte kumulative Dissertation von Herrn Dr. Aasen entwickelt auf Grundlage von aktuellen Fortschritten in der Robotik, der Sensortechnologie, der visuellen Bildverarbeitung und der Photogrammmetrie einen neuen Ansatz, um mit Hilfe von UAV-basierten vollbildgebenden Spektralkameras hochpräzise Informationen über Agrarfrüchte zu erfassen: Hyperspektrale digitale Höhenmodelle (DSMS) sind eine dreidimensionale Repräsentation einer Oberfläche, die mit Informationen über ihre spektralen Reflexions- und Emissionseigenschaften verknüpft ist.

Das Ziel der Forschungsarbeiten von Herrn Dr. Aasen bestand in der Bewertung, ob und wie von UAVs erfasste Hyperspektrale digitale Höhenmodelle ein teilschlagspezifisches Management unterstützen können. Die im Rahmen der Dissertation geführte Diskussion aller Aspekte spannt dabei den Bogen zwischen grundlegenden theoretischen Überlegungen, technischen Innovationen und praktischen Anwendungen und agiert dabei an der Schnittstelle zwischen den Disziplinen.

Die Arbeit trägt signifikant zur aktuellen Entwicklung eines neuen Bereiches innerhalb der Fernerkundung bei, der auf UAV getragenen hyperspektralen Vollbildkameras basiert. Gleichzeitig wird eine flexible Methode entwickelt und evaluiert, um ohne Beeinträchtigung der Böden oder von Pflanzenbeständen hochaufgelöste Geodaten für die Präzisionslandwirtschaft und Pflanzenzüchtung bereit zu stellen. Dadurch können Nachteile von boden-, satelliten- und flugzeuggestützten Systemen überwunden werden.

Die Dissertation gehört zu den ersten Arbeiten überhaupt, die hyperspektrale Fernerkundung mit vollbildgebenden Systemen auf UAVs untersucht. Sowohl die Integration des ersten Prototyps einer solchen Kamera als auch die Methodik zur Generierung von 3D und Spektraldaten wurden in dieser Arbeit entwickelt. Daneben stellt die Arbeit neue Ansätze zur Qualitätssicherung der gewonnenen spektral und 3D Daten und ihrer Anwendung für die Präzisionslandwirtschaft und die Pflanzenzüchtung vor.

Dr. Alexander Follmann

Dr. Alexander Follmann ist Diplom-Geograph und seit 2014 Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Anthropogeographie – Stadt- und Regionalentwicklung von Prof. Peter Dannenberg am Geographischen Institut der Universität zu Köln. Nach dem Studium der Geographie an der Universität zu Köln hat er dort auch seine Dissertation mit dem Titel „Governing Riverscapes - Urban Environmental Change along the Yamuna in Delhi, India“ angefertigt, für welche er im Rahmen des Sommerfestes mit dem 2. Preis ausgezeichnet wurde.

In seiner als Wettbewerbsbeitrag eingereichten Dissertation befasst sich Dr. Follmann mit der Flussaue der Yamuna in der indischen Megastadt Delhi und arbeitet an diesem Fallbeispiel die Planungsdiskurse in Megastädten im Globalen Süden mit all ihren Widersprüchen, unterschiedlichen Visionen und Zielkonflikten detailreich heraus.

Im Zuge wirtschaftlicher Liberalisierung sowie fortschreitender Globalisierungsprozesse ist es das Ziel der Stadtentwicklungspolitik, die indische Hauptstadt Delhi in eine „World Class City” zu verwandeln. In der Vergangenheit haben insbesondere die wiederkehrenden monsunalen Überschwemmungen und die starke Verschmutzung des Flusses eine Bebauung der Aue weitestgehend verhindert. Die aktuellen politischen Vorstellungen einer „Weltklasse-Stadt“ haben in jüngerer Zeit jedoch eine deutliche Zunahme der Veränderungsdynamik und neue planerische Zugänge zur „Lösung“ der von vielen Entscheidungsträgern wahrgenommenen „Hinterhof-„ bzw. „Brachflächenproblematik“ um die Yamuna hervorgebracht. Vorstellungen von einer attraktiven Riverfront im Stile europäischer Städte dienen hier als zum Teil vorschnell übernommene Leitbilder, die lokale ökologische, klimatische und soziale Kontexte zu wenig berücksichtigen. Hinzu kommt die Umsetzung einiger städtebaulicher Großprojekte in der Aue, wie z.B. der Bau des Athletendorfs für die Commonwealth Games, die groß angelegte Eindeichungsmaßnahmen vorangetrieben und die Situation um Slum-Räumungen weiter verschärft haben. Diese Entwicklungen sind charakteristisch für aktuelle Landnutzungsveränderungen und -konflikte in den indischen Megastädten.

Für ein besseres Verständnis der Komplexität von urbanen Landnutzungsveränderungen und Umweltproblemen entlang der Yamuna, sowie von Flüssen in den Megastädten des Globalen Südens im Generellen, bedarf es empirischer Untersuchungen, die über eine enge räumliche Fokussierung auf die 'riverfront' hinausgehen. Hierzu ist es Herrn Dr. Follmann gelungen, die moderne Dichotomie von Natur und Kultur sowie Fluss und Stadt aufzubrechen, um das Fluss-Stadt-Verhältnis neu zu definieren. Die von Herrn Follmann vorgelegte Dissertation entwickelt ein neues Verständnis für die Erforschung von urbanen Flusslandschaften als sogenannte 'riverscapes'. Dabei handelt es sich um ein weiterentwickeltes theoretisches Konzept, welches auf einer Verknüpfung von Governance-Forschung und Ansätzen der Urban Political Ecology mit diskurs-analytischen Ansätzen basiert. Damit versteht sein Ansatz die Natur bzw. die rezenten Naturzustände vor allem als Ergebnisse dynamischer gesellschaftlicher Aushandlungsprozesse mit teilweise bereits mehrere Jahrzehnte umfassende Planungsvorgeschichten, während der urbane Umweltwandel im Globalen Süden andernorts vor allem vor dem Hintergrund des Klimawandels oder von Ressourcenkonflikten diskutiert wird. Mit dem Konzept der Riverscapes bietet Dr. Follmann neue Zugänge für die Erforschung von fluvial geprägten (Stadt-)Landschaften und der sie bestimmenden gesellschaftlichen Diskurse – dies gilt für die Geographie und ihre Nachbardisziplinen.

Methodisch beruht die Dissertationsschrift auf einem innovativen Methodenmix von Nutzungskartierungen der Flussaue zu unterschiedlichen Zeitpunkten, 72 Interviews mit Regierungsvertretern, Politikern, Wissenschaftlern, Juristen, Landwirten und Umweltaktivisten sowie einer umfangreichen Dokumenten- und Medienanalyse. Dabei ist zu berücksichtigen, dass gerade die Interviews zu teilweise sehr sensiblen Themen durchgeführt werden mussten. Die Arbeit von Herrn Dr. Follmann ist die erste, die für die Yamuna-Aue in Delhi alle wichtigen Stakeholder berücksichtigt. Durch das Konzept der Riverscapes verschneidet Dr. Follmann dabei u.a. geschickt die Ergebnisse seiner sozial-historischen und räumlichen Analysen.

Insgesamt leistet die Forschungsarbeit von Herrn Dr. Follmann einen wesentlichen Erkenntnisfortschritt zur Entwicklung von Megastädten und deren Umgang mit Frei- bzw. Grünflächen sowie den damit verbundenen ökologischen Ressourcen. Das Fallbeispiel Delhi/Yamuna-Aue erbringt dabei neue Einsichten in die sozialen Folgen der Beplanung von Riverscapes.

Dr. Stefan Peters

Dr. Stefan Peters hat von 2004 bis 2010 „Geowissenschaften“ (Earth sciences) an der Vrije Universiteit Amsterdam studiert. Von 2010 bis 2014 promovierte er in der Arbeitsgruppe von Prof. Carsten Münker am Institut für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln zum Thema „High-precision measurements of heavy p-process isotopes in early solar system materials“. Seit 2014 ist er Akademischer Rat auf Zeit an der Georg-August Universität in Göttingen.

Auf seiner Dissertation basiert auch der für den Forschungspreis eingereichte Wettbewerbsbeitrag, welcher aus insgesamt vier peer-reviewed Publikationen und dem hierzu geforderten Manteldokument, in dem der Zusammenhang zwischen den Publikationen dargestellt wird, besteht. Dafür wurde er mit dem 3. Preis des ABC/J-Forschungspreises ausgezeichnet.

Eine etablierte Hypothese für die Bildung des Sonnensystems ist, dass die Schockwelle einer Supernova den Zusammenbruch der Molekülwolke verursacht hat, aus der das Sonnensystem entstanden ist. Scheinbar im Einklang mit dieser Hypothese wurden in vorherigen Studien die exotischen Isotopenzusammensetzungen mancher Meteoriten durch die Einführung von Supernova-Materialien im frühen Sonnensystem erklärt. Dr. Peters widmet sich in seinen Forschungsarbeiten der Studie von Isotopenhäufigkeiten aus einer seltenen Gruppe, den sogenannten p-Prozess-Isotopen, um die Herkunft dieser exotischen Isotopenzusammensetzungen in Meteoriten genauer zu untersuchen. Da p-Prozess-Isotope ausschließlich in Supernova produziert werden und geringe Häufigkeiten haben, sind sie empfindliche Tracer für eine mögliche Einführung von Supernova-Materialien im frühen Sonnensystem.

Aufgrund ihrer geringen Häufigkeiten ist die präzise Häufigkeitsbestimmung von p-Prozess-Isotopen in Gesteinsproben verknüpft mit analytischen Schwierigkeiten. Im Rahmen seiner Arbeiten hat Dr. Peters analytische Protokolle entwickelt, welche eine 5-10 mal bessere Präzision als bisherige Studien erreichen. Mit Hilfe dieser neuen analytischen Protokolle wurde nachgewiesen, dass Variationen des p-Prozess-Isotops 180W (Wolfram-Isotop) in Eisenmeteoriten den radioaktiven Zerfall von 184Os (Osmium-Isotop) widerspiegeln. Hiermit lieferte Dr. Peters den ersten empirischen Beweis für das bisher nur theoretisch vorhergesagte 184Os-180W-Zerfallsystem.

Die Entdeckung dieses Zerfallsystems ist besonders innovativ, da es einerseits auf hochmodernen analytischen Methoden in der Massenspektrometrie beruht und zum anderen das Potenzial besitzt, ein wichtiger neuer Tracer und Chronometer in Geowissenschaften zu werden. Dr. Peters erhielt außerdem die ersten Daten über das p-Prozess-Isotop 174Hf (Hafnium-Isotop) in Meteoriten und terrestrischen Gesteinen. Im Gegensatz zu Interpretationen früherer Studien zeigte sich, dass Variationen von Hafnium-Isotopen im Sonnensystem nicht mit einer frühen Einführung von Supernova-Materialen erklärbar sind.

Die Forschungsfragen von Herrn Dr. Peters erfordern einen interdisziplinären Ansatz zwischen der klassischen Geochemie / Meteoritenforschung einerseits und dem Verständnis / Einbeziehung astrophysikalischer Modelle für die stellare Nukleosynthese und der Sonnensystembildung andererseits. Darüber hinaus sind die Arbeitsergebnisse für Kernchemiker interessant, die langlebige radioaktive Zerfallsysteme studieren.

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 siebten 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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