Kraftwerk Erde

Jenaer Max-Planck-Institut untersucht Geo-Energie

Unser Planet arbeitet: Die Sonne treibt Wind, Wellen und den Wasserkreislauf an. Pflanzen speichern die Energie des Lichts in Zucker und liefern so den Brennstoff des Lebens. Die Geothermie knetet die Erde durch, während Mond und Sonne vor allem die Meere bewegen. Axel Kleidon und sein Team am Max-Planck- Institut für Biogeochemie in Jena untersuchen, wie viel Energie bei diesen Prozessen fließt und wie viel davon sich nachhaltig nutzen lässt, um den Energiehunger der Menschheit zu stillen.

Wer mit Axel Kleidon in seinem Büro im runden Glasturm des Max- Planck-Instituts für Biogeochemie plaudert, landet auch mal bei Aliens. Schnell taucht die Frage auf: Was würden wohl außerirdische Astronomen durch ihre Instrumente beobachten können, wenn sie diese auf die Erde richteten? Würden sie erkennen, dass auf der kleinen, blauen Murmel Leben pulsiert? Kleidon zweifelt nicht daran: „Sie müssten nur entdecken, dass in der Erdatmosphäre gleichzeitig Sauerstoff und Methan vorhanden sind.“

Der britische Wissenschaftler James Lovelock hatte schon in den 1960er- Jahren die Idee, dass freier Sauerstoff in der Atmosphäre eines Planeten ein eindeutiger Fingerabdruck von Leben ist. Denn der aggressive Sauerstoff reagiert chemisch mit vielen Stoffen in der Umwelt. Dazu zählt auch das Methan, das an Luft bekanntlich sogar verbrennt. Würde das Leben auf der Erde streiken, dann würde der Sauerstoff aus unserer Luft verschwinden. Dafür läge ihr Kohlendioxidgehalt deutlich höher. Die Atmosphäre wäre dann in ein chemisches Gleichgewicht abgerutscht, in dem sich nicht mehr viel tut.

LEBEN BRINGT DIE ATMOSPHÄRE AUS DEM GLEICHGEWICHT

Eine solche Erde wäre eine leblose Einöde, wie man sie auf unseren unwirtlichen Nachbarplaneten findet. Sowohl die dünne, kalte Atmosphäre um den Mars wie auch die drückende Treibhaushölle auf der Venus bestehen fast nur aus Kohlendioxid. Dieses Gas ist chemisch so träge, dass die Zusammensetzung einer solchen Atmosphäre sich kaum verändert. Jedenfalls nicht ohne Leben. „Charakteristisch für Leben ist also, dass sich die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre nicht im Gleichgewicht befindet“, sagt Kleidon. Die Pflanzen kurbeln per Fotosynthese permanent einen globalen Stoffkreislauf an. Er hält den Sauerstoffgehalt unserer Luft stabil auf 21 Prozent und entfernt aus ihr überschüssiges Kohlendioxid.

DIE BIOLOGIE BEEINFLUSST GEOCHEMIE UND GEOLOGIE

Auch die Oberfläche der Erde gestaltet das Leben massiv um. Kleidon deutet durch das Fenster auf die hügelige Landschaft: „Das ist der berühmte Jenaer Muschelkalk, der aus biologischer Produktion stammt und eine ganze Menge Kohlendioxid gespeichert hat.“ Die fossilen Tiere haben hier in einem  Urozean in Millionen von Jahren eine mächtige Kalksteinschicht geschaffen. Das geschah in einer Nahrungskette, an deren Anfang Algen – also wieder Pflanzen – standen. Dieser gigantische Umbau ganzer Landschaften durch das Leben setzt sich bis heute fort.

Die Biologie bestimmt äußerst aktiv und unübersehbar die Chemie und die Geologie unseres Planeten. Auch der Name von Kleidons Fachgebiet, der Biogeochemie, spiegelt wider, dass im Raumschiff Erde lebende und tote Materie eng miteinander verknüpft sind. Allerdings buddelt sein Team nicht etwa im prähistorischen Meeresboden der Umgebung, sondern eher in Datenminen von Computern. Axel Kleidon ist Theoretiker und erforscht mit sei – ner Max-Planck-Nachwuchsgruppe das komplette „Erdsystem“.

Darunter verstehen die Forscher die Gesamtheit aller wichtigen klimatischen, geologischen und biologischen Prozesse, also alle wesentlichen Kreisläufe in der Atmosphäre, auf der Erdoberfläche und unter dem Erdboden. Diese Kreisläufe, zu denen auch die fotosynthetische Biomasseproduktion zählt, sind eng miteinander verknüpft. Kleidon interessiert vor allem, welche Energie diese Prozesse antreibt und aus welchen wesentlichen Quellen diese Antriebsenergie stammt.

Die Jenaer Wissenschaftler nutzen auch die komplexen Modelle der Klimaforschung. Doch Axel Kleidon liebt es nach eigenem Bekunden, die wesentlichen Prozesse, die in den komplexen Simulationen berücksichtigt werden, in simplen Modellen zu erfassen. Für sie benötigt er nur Stift und Papier – oder die Tafel. Vielleicht rührt sein Hang zu einfachen, aber überraschenden und tief gehenden Überlegungen auch daher, dass er profunden Einblick in mehrere wissenschaftliche Disziplinen hat. Er hat in Hamburg und später an der Purdue University im amerikanischen Bundesstaat Indiana Physik studiert – und gleich noch Mathematik und Meteorologie dazu. Nach einigen Jahren als Wissenschaftler an der Stanford University und der University of Maryland in den USA kam er 2006 nach Jena.