Variables System

Wie ändern sich Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffgehalt im Elbeästuar innerhalb von 24 Stunden? Das zeigen mehrere kurze Videos, die der Doktorand Laurin Steidle mithilfe von Daten der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) erstellt hat.

Die Veränderungen werden in den ersten Sekunden des Videos gleich sichtbar: Langsam ändert sich die Farbe des Flusses von Blau zu Grün und Gelb, um dann wieder Dunkelblau zu werden. Das abgebildete Gewässer ist die Elbe, die Farbänderung veranschaulicht die Schwebstoffkonzentration während einer Zeit von 24 Stunden. Ist der Fluss blau gefärbt, befinden sich zwischen 0,2 und 0,3 Kilogramm Schwebstoffe pro Kubikmeter (kg/m3) im Wasser, bei einer gelben Färbung sind es 0,6 bis 0,7 Kilogramm pro Kubikmeter. Auch auf den anderen Videos lassen sich farbliche Änderungen erkennen – diese zeigen unter anderem die Änderung der Temperatur oder des Salzgehaltes im Elbeästuar dar.

„Insgesamt stellen die Videos dar, wie stark sich das Elbeästuar in 24 Stunden ändert. In diesem Zeitraum strömt die Tide zweimal in das Ästuar hinein“, sagt Laurin Steidle. Er ist seit dem 01. November 2020 Doktorand im Graduiertenkolleg 2530 und hat die kurzen Videos erstellt. „Die Daten habe ich von der Bundesanstalt für Wasserbau erhalten, um einen Überblick über das Ökosystem zu bekommen“, sagt er. „Denn man benötigt etwas Übung, um die Programme oder Skripte zu schreiben, mit welchen sich die Daten visualisieren lassen.“ Der nächste Schritt ist, die Daten zu interpolieren, das heißt, fehlende Messwerte zwischen zwei bekannten Punkten wurden errechnet und so ein zusammenhängendes Modell erstellt.    

Von der Physik in die Biologie

Laurin Steidle wird solche Modelle in den kommenden drei Jahren während seiner Promotion öfter erstellen: In dem Projekt „Ecosystem modeling to assess carbon fluxes in estuarine channels“ unter Leitung von Prof. Dr. Inga Hense wird er Ökosystemmodelle entwickeln, um Kohlenstoffflüsse in Ästuaren zu analysieren. Dabei wird ein Hauptaugenmerk darauf liegen, wie Wechselwirkungen zwischen Lebewesen (Bakterien, Algen und Tiere) die Kohlenstoffflüsse in Ästuaren beeinflussen. Die Videos bezeichnet Laurin Steidle als technische Vorstudien, für sein eigentliches Promotionsprojekt wird er unter anderem Daten verwenden, die von den anderen Doktorandinnen und Doktoranden in den kommenden Jahren in Feldversuchen im Ästuar gesammelt wurden.

Der 28-Jährige hat Physik an der Universität Wien studiert und sich währenddessen auch viel mit der Numerik gearbeitet, einem Teilgebiet der Mathematik. Die numerische Mathematik beschäftigt sich mit der Konstruktion und Analyse von Algorithmen für mathematische Problemstellungen, die mit Rechnern umgesetzt werden. Oftmals besteht die Aufgabe darin, komplexe Prozesse in Natur und Technik mit Hilfe von Computersimulationen nachzubilden, vorherzusagen und zu steuern.

Modelle müssen verlässlich sein

Das Thema Erdsystemmodellierung interessiert ihn besonders, da es auch politisch relevant ist. „Man kann nur argumentieren und Vorhersagen treffen, wenn die Modelle verlässlich sind. Das ist für mich der Reiz an dem Thema“, sagt er. „Methodisch waren die Projekte an denen ich zuvor gearbeitet habe, methodisch sehr ähnlich.“ So kann Steidle bereits zu Beginn seiner Promotion erste kleinere Modellierungen – wie in den Videos zu sehen – erstellen, auch, wenn er bisher in einem anderen Themengebiet zu Hause war.

Auf die Promotionsstelle hat er sich beworben, weil er in dem Bereich der Modellierung Erfahrungen sammeln und arbeiten möchte. Die Arbeit im Graduiertenkolleg hat für ihn darüber hinaus einen besonderen Reiz: „Es ist spannend, mit verschiedenen Promovierenden an einem gemeinsamen Thema zu forschen“, sagt er. „Das Graduiertenkolleg ist dabei wie ein Knotenpunkt, man kann sich darin vernetzen, Know-How austauschen, sich bei einzelnen Projekten sogar einklinken und an der Erarbeitung von Lösungen mitwirken. Das gilt insbesondere für meinen Bereich der Modellierung."