Auricher Wissenschaftstage –
Forum einer dritten Kultur
Praktikum am GeoForschungsZentrum Potsdam
vom 17. bis zum 28. Juni 2013
Von Alke Kruse
Das GeoForschungsZentrum
Im Rahmen der Auricher Wissenschaftstage habe ich die Möglichkeit erhalten, während meines zweiwöchigen Praktikums vom 17. bis zum 28. Juni 2013 beim Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam (GFZ) einen Einblick in die Geowissenschaften zu bekommen.
Als nationales Forschungszentrum für Geowissenschaften und zur Helmholtz-Gemeinschaft gehörend, beschäftigt sich das GFZ mit dem „System Erde“. Untersucht werden hier geologische, physikalische, chemische und biologische Prozesse, die im Erdinneren und an der Oberfläche ablaufen. Insgesamt gibt es ca. 1116 Beschäftigte, darunter 528 Wissenschaftler inkl. 130 Doktoranden und 105 Gastwissenschaftler, die in fünf verschiedenen Deparments (Forschungsschwerpunkte) arbeiten: Geodäsie und Fernerkundung, Physik der Erde, Geodynamik und Geomaterialien, Chemie und Stoffkreisläufe der Erde sowie die Prozesse der Erdoberfläche.
Ich nahm in der Sektion 5.2 „Klimadynamik und Landschaftsentwicklung“ am wissenschaftlichen Forschen teil. Dort wird das Klima der Vergangenheit (die Klimadynamik in der Vergangenheit und deren Antriebsfaktoren sowie Konsequenzen für den menschlichen Lebensraum) erforscht. Dafür werden Klimaarchive wie Seesediemente und Baumringe ausgewertet.
Arbeiten mit der „glove box“
Einwiegen der Materialien für die Isotopenanalyse
Während meines Praktikums durfte ich im „Dendro-Labor“ unter der Leitung von Dr. Helle nicht nur zuschauen, sondern auch selbst aktiv sein. Die Arbeitsgruppe besteht aus zehn Mitgliedern, darunter Doktoranden, technische Assistenten und Studenten. Besonders interessant war auch die Herkunft der Mitarbeiter, so kam beispielsweise eine Doktorandin aus Hawaii, eine andere aus Kanada.
In der „Dendrochronologie“ wird das Baumwachstum und dessen Beziehungen zur Umwelt in Abhängigkeit von Raum und Zeit erforscht. Bedeutsam ist die genaue Zuordnung eines Jahrrings zu einem bestimmten Kalenderjahr. Von einem Standort werden stets mehrere Bäume analysiert, um zuverlässige Mittelwerte zu erhalten. Bäume befinden sich an der Schnittstelle von Wasser- und Kohlenstoffkreislauf zwischen Boden und Atmosphäre. In den Jahrringen wird die Dynamik von Klima, Wasser- und Kohlenstoffkreislauf in verschlüsselter Form gespeichert. Anhand der Jahrringe ist das Klima der Vergangenheit ablesbar, denn Bäume regieren durch unterschiedlich starkes Wachstum auf verschiedene Klimafaktoren (z. B. Niederschlag und Temperatur). Ziel der Dendrochronologen ist es, die Jahrringe, d. h. Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope, genau zu analysieren, um Rückschlüsse auf die Klimadynamik und die Landschaftsentwicklung zu erhalten.
Als Probenmaterial dienen neben Stammscheiben auch Bohrkerne von Bäumen. Durch verschiedene Arbeitsschritte werden die Proben bis auf die Elementarebene analysiert.
Zuerst wird das Probenmaterial durch Grob- und Feinpräparation vorbereitet, indem Stammscheiben zugesägt, Bohrkerne geschliffen und Jahrringe unter dem Mikroskop abgetrennt werden. Anschließend werden die Proben eingescannt und datiert, d. h. Jahrringbreiten gemessen. Im dritten Arbeitsschritt wird die quantitative Holzanatomie und die Holzdichte durch Laser-Mikroskopie und Bildanalyse bestimmt. Somit werden die Wachstumsraten analysiert. Je dicker die Jahresringe, desto günstiger waren die Wachstumsbedingungen. Im Frühjahr (zu Beginn der Vegetationsperiode) werden großlumige, dünnwandige Zellen (Frühholz) gebildet. Im Spätsommer hingegen entstehen kleinlumige Zellen (Spätholz).
Vorbereitung der Proben für die Elementaranalyse
Danach wird die Elementaranalyse durchgeführt. Dafür werden die Proben extrahiert, d. h., die abgetrennten Jahrringe werden zerkleinert und für die Ausbeutebestimmung abgetrennt. Zuletzt werden die Isotope analysiert. Durch den pflanzlichen Stoffwechsel wird aus dem CO2 der Luft bevorzugt das Kohlenstoffisotop 12C eingebaut. Sind die Wachstumsbedingungen jedoch trocken, schließen sich die Spaltöffnungen der Bäume, um die Verdunstung möglichst gering zu halten. Deshalb funktioniert der Gasaustausch mit der Luft nicht mehr optimal und es wird auch das schwerere Kohlenstoffisotop 13C eingebaut. Mithilfe des Massenspektrometers werden Substanzen nach ihren Isotopen aufgetrennt. Somit wird überprüft, ob es sich um trockene oder feuchte Jahre handelt.
Innerhalb der zwei Wochen habe ich bei all diesen Arbeitsschritten nicht nur zugesehen, sondern auch die Mitarbeiter unterstützt diese durchzuführen.
Im „Dendro-Labor“ werden auch archäologische Funde untersucht. In der Holzwerkstatt assistierte ich beim Zuschneiden der Proben, um daraus geeignete Forschungsgegenstände zu machen. Außerdem datierte und fotografierte ich diese Materialien. Die Holzstücke stammten von einem Brunnen aus der „bandkeramischen Zeit“ und sind somit ca. 7.000 Jahre alt.
Bohrprobenentnahme
Am Ende des Praktikums durfte ich sogar eigenständig eine Jahrringbreitenmessung durchführen. Dafür nahm ich Proben aus dem Wald auf dem Telegraphenberg, indem ich verschiedene Bäume „anbohrte“. Die Bohrproben befestigte ich anschließend auf Holzleisten und bearbeitete diese mit einer Schleifmaschine, um die Jahrringstruktur optimal sichtbar zumachen. Die Proben scannte ich ein und erfasste sie mit einem speziellen Computerprogramm. Dadurch konnte ich das Alter der Bäume und die jeweiligen Wachstumsraten ermitteln. Das Ergebnis war überraschend: Eine Eiche mit einem Durchmesser von ca. 45 cm war ca. 120 Jahre alt. Unter einem Mikroskop konnte ich die verschiedenen Strukturen der unterschiedlichen Bäume vergleichen.
Besonders interessant war auch die Herkunft der Proben aus dem „Dendro-Labor“, u. a. stammen sie aus Neuseeland und von Hawaii, die eine hawaiianische Doktorandin mitgebracht hatte.
Während der zwei Wochen hatte ich, dank der engagierten Mitarbeiter, außerdem die Möglichkeit mir andere Institute des „Albert-Einstein-Parks“ anzuschauen. So durfte ich das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und das Alfred Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) besuchen.
Neben der Tätigkeit im Institut nutzte ich am Wochenende die Chance,
das ca. 40 km entfernte Berlin zu erkunden. Dort besuchte ich u. a. das
ehemalige DDR-Gefängnis in Hohenschönhausen und eine Ausstellung zur
Ausgrabung von Tutanchamun – faszinierend!
Das Kongresshotel in Potsdam war für diese Zeit mein Zuhause.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ich in diesen erlebnisreichen 14 Tagen viel Neues kennengelernt habe und sehr interessante Begegnungen hatte. Die Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern im Labor war sehr lehrreich. Durch Gespräche mit den Mitarbeitern habe ich viele interessante Informationen über das wissenschaftliche Arbeiten und Studiengänge im Bereich der Geowissenschaften erhalten. Durch das Praktikum habe ich festgestellt, wie viele arbeitsintensive Forschungsschritte nötig sind, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen. Das Forschen besteht nicht nur aus Experimenten, sondern ist auch mit aufwendiger Datierung am Computer verbunden.
Ich möchte den Organisatoren der Auricher
Wissenschaftstage, Frau Groen und Frau Henschel, und dem GFZ sowie
den Mitarbeitern der Sektion 5.2 danken, dass sie mir diese großartige
und unvergessliche Erfahrung ermöglicht haben. Ich hoffe, dass auch viele
andere Schüler diese tolle Möglichkeit erhalten und nutzen.
Wenn ihr euch für Geo- und Naturwissenschaften interessiert, seid ihr
beim GFZ genau richtig!