Otto Fränzle

Die Validität von Umweltdaten

ZusammenfassungDie Validität von Umweltdaten bemißt sich nach 1. derRichtigkeit undPräzision der Datenerhebung, 2. derRepräsentativität der beprobten Objekte. Ziel dieser Arbeit ist es, darauf hinzuwirken, daß diese beiden Kriterien zur Beurteilung der Zuverlässigkeit von Umweltinformationen als Grundlage ökologisch adäquater Handlungsstrategien stärker als bisher herangezogen werden.Ein geowissenschaftlicher Begriff der Repräsentativität wird begründer und auf ökosystemare Untersuchungen übertragen. Beispielhaft wird eine Methodik zur laborintermen Qualitätssicherung und -kontrolle dargestellt,die vor allem den langfristigen Charakter von Monitoringprogrammen berücksichtigt. Die beschriebenen Verfahren ermöglichen die Auswahl repräsentativer Probenahmestellen und die Überprüfung der räumlichen Aussagereichweite der an diesen Orten erhobenen Daten. Voraussetzung für diese Validierung ist, daß die Datenerhebung den Hauptgütekriterien der klassischen Meßtheorie genügt (Objektivität, Reliabilität [=Zuverlässigkeit], Validität [=Gültigkeit]), in die sich die Begriffe der chemisch-analytischen Qualitätskontrolle einordnen lassen. Deren Realisierbarkeit in der Laborpraxis wird am Beispiel von Schwermetallmeßprogrammen für Regenwasser (Gesamtdeposition) beschrieben. Die Erörterungen münden in die Forderung ein,Qualitätskontrollen als obligatorischen Bestandteil umweltbezogener Datenerhebungen zu etablieren.

Fuzzy clustering of existing chemicals according to their ecotoxicological properties

Abstract The paper presents a fuzzy cluster approach to solve some uncertainty problems in ecotoxicological data analysis which is not infrequently rendered difficult by limited comparability and availability of the primary data sets. The first results of a novel cluster analysis of 90 environmental chemicals are presented, using the Fuzzy Clustering System ECO-FUCS developed in the Ecosystem Research Centre of the University of Kiel.

Long-Term Ecosystem Research in a Beech Forest of Northern Germany

In Central Europe, damage of forests has been clearly identified to be caused by atmospheric deposition of acidifying air pollutants and eutrophicating amounts of nitrogen. The rapidly growing public concern about this phenomenon induced numerous studies particularly in Germany already in the 1970s and 1980s, which produced an impressive number of pertinent botanical, parasitological, pedological and geographical information. In general, however, focus was on specific aspects of forest decline, which not infrequently led to monocausal explanations.

Transport Processes between Lake Belau and its Drainage Basin

Air and water are the fluid media transporting dissolved and particulate mineral and organic substances between terrestrial and aquatic ecosystems. With respect to the physics of such flow processes, two theoretical approaches are distinguished in general. Using Euler’s concept, the multidimensional partial flow transport equations are solved simultaneously for all points in space at a given time. Lagrange’s approach describes mainly the temporal change of tracking particles which can shift along flowlines within catchments and may be subject to transformation processes. Although both approaches, from a theoretical point of view, are equivalent, labouring under the apprehension of non-turbulent flow and yielding compatible results (e.g. in groundwater hydraulics), the Lagrange approach provides a detailed description in direct correspondence with the water and material cycles in ecological systems and catchment areas. Between the origin, e.g. the entry into a terrestrial system, and the spatially distinct and temporally retarded effect in the subordinate systems, e.g. the entry into an aquatic system, a direct correlation is established (Kluge et al. 2003).

ALEXANDER VON HUMBOLDT'S HOLISTIC WORLD VIEW AND MODERN INTER- AND TRANSDISCIPLINARY ECOLOGICAL RESEARCH

Abstract The complex subject-matter of the 21st century world presents an enormous challenge to a discipline-based scientific system. Transdisciplinarity is demanded; it goes beyond interdisciplinarity and focuses both on the relevance of research to the problem at hand and on the feasibility of conducting and implementing it. Problem areas in which different sectors of society and academia may make effective contributions to include new technologies like genetic engineering, biotechnologies, energy, mobility, and nutrition; the creation, organization, and distribution of welfare and resources; human health, age, urban and regional development, and North-South cooperation; new modes of learning, new social systems and decision-making processes; and environmental issues like climate, biodiversity, soil, water, air, recycling, and waste. Real-world problems determine the kind of action to be taken and not, or at least to a distinctly lesser degree, the competence or the instruments available at any given time. Transdisciplinary research adopts an integrative approach to identifying such problems and working towards solutions. Industry, business, public administration, non-governmental organizations, and consulting firms all possess know-how which may be as important to developing new solutions as the knowledge generated and collected by universities or other scientific institutions. Thus, transdisciplinarity is a vital means of appropriately confronting many of the challenges of the present century. It also promises better and quicker solutions at lower costs, since its value lies not only in its potential for efficiently solving real-world problems but also in its ability to identify such problems at an early stage. It is the purpose of the present contribution to show, by way of example, how Alexander von Humboldt, who received his education in a time when the modern clear-cut distinction of science and art did not yet exist, aimed at an inter- and transdisciplinary comprehension of his World, and how his ideas became implemented in the second half of the past century in the form of application-oriented long-term ecosystem research.

Klimafolgen für Sylt: Integrative Analyse und Bewertung

Vor dem Hintergrund von Annahmen bezuglich der zukunftigen klimatischen Entwicklung werden die Konzeption sowie die Vorgehensweise der integrativen Analyse im Rahmen der Fallstudie Sylt dargestellt. Unter Anbindung an das Sylt-GIS wird ein Instrument entwickelt und erprobt, das die (bislang seltene) fachubergreifende Analyse von Klimafolgen unterstutzt. Diese mundet zunachst in eine Darstellung des „Systems Sylt“ auf der Grundlage der wichtigsten Prozesse und Randbedingungen. Die auf dieser Basis identifizierten Kernbereiche des „Systems Sylt“ werden in einem weiteren Schritt exemplarisch und unter Einbezug des in den disziplinaren Teilvorhaben der Fallstudie erarbeiteten Wissens einer vertiefenden Analyse unterzogen. Dabei wird erstens auf den Bereich der Folgen eines moglichen Klimawandels eingegangen, zweitens auf vergangene und zukunftig mogliche okologische Veranderungen und drittens auf das SyltImage. Durch eine detailliertere Analyse des Sylt-Image kann aufgezeigt werden, dass sich eine ganze Reihe zum Teil widerspruchlicher Komponenten finden lassen, deren Kern sich mit dem Begriffspaar „Statik / Dynamik“ umschreiben lasst. Es wird der Schluss gezogen, dass sich der hiermit verbundene scheinbare Gegensatz konstruktiv auflosen lasst. Die so erzielten Erkenntnisse sowie die Ergebnisse der detaillierten Untersuchungen in den beteiligten Teilvorhaben werden vor dem Hintergrund des „Integrierten Kustenmanagement“ (IKM) bewertet, um hieraus Handlungsempfehlungen sowie weiteren Forschungsbedarf abzuleiten. Die Handlungsempfehlungen sind als Vorschlage zu verstehen und umfassen sowohl allgemeine als auch spezifische Aspekte.

General Concept of the Research Pogramme and Methodology of Investigations

The integrative biological and geoscientific examination of both the nature of physical and biotic environments which make up ecosystems, and the interactions between these sub-systems, has substantiated the conception that a thorough knowledge of the ecosystem and its unifying position between ecology and environmental science is essential for a coherent understanding of environmental issues and large-scale problems in the biosphere. Recent developments in ecosystem theory have created a challenge to the development of recipes for a sustainable management of ecosystems and regions. It is increasingly considered in the disciplines of conservation biology, in the assessment of ecosystem health, integrity and sustainability, in ecological engineering, and in ecological economics in order to solve practical environmental management problems. In all of these fields modelling plays an essential role, since models provide for opportunities to develop strong transdisciplinary ties between the ecological community and the agency management personnel. A wide variety of illustrative examples of such approaches is provided by the International Biological Programme (IBP) and, in particular, by UNESCO’s Man and the Biosphere Programme (MAB) which, together with the German concept of a comprehensive ecological surveillance system (Ellenberg et al. 1978), contributed to define the concept and structure of the Bornhoved Project. They are summarized in the first part of the present Chapter while, in a concise form, the second part provides information about the practices, procedures and instrumentation used when implementing the ecosystem research scheme in the Bornhoved Lake District.

Problemstellung und Zielsetzung

Schon immer hat es naturliche Schwankungen des Erdklimas gegeben: Denkt man in erdgeschichtlichen Zeitraumen von Jahrmillionen, so waren beispielsweise Temperaturunterschiede von mehreren Zehnern Grad Celsius keine Seltenheit. Aus der Analyse von Eisbohrkernen weis man zudem, dass die globale Durchschnittstemperatur innerhalb weniger Jahrzehnte um mehr als 5 Grad Celsius schwanken kann. Aber seit der Mensch zunachst lokale, spater regionale und letztlich global wirkende Veranderungen an der Erdoberflache vornimmt wie z.B. die Rodung groser Waldflachen, bewirkt er auch — oft unbewusst und wohl auch ungewollt — Anderungen in der lokalen, regionalen und globalen Klimaentwicklung. Insbesondere die intensive Nutzung fossiler Brennstoffe in den letzten ca. 200 Jahren hat dazu gefuhrt, dass Klimaschwankungen offenkundig nicht mehr allein als naturliche Vorgange bezeichnet werden konnen, sondern als anthropogen beeinflusst angesehen werden mussen. Seit einigen Jahren gilt es aus Sicht der Klimaforschung als hinreichend sicher, dass die Tatigkeiten des Menschen die globale Klimaentwicklung nachweisbar beeinflussen (Grasl 1999). Man muss davon ausgehen, dass die anthropogen uberpragten Klimaschwankungen — dies bezeichnen wir im Folgenden als Klimawandel — Wirkungen fur den Menschen und seine naturliche Umwelt haben werden. Fur eine Analyse und Einschatzung dieser Wirkungen bedarf es u.a. der wissenschaftlichen Analyse — und zwar einer Analyse, die von einer einzelnen wissenschaftlichen Disziplin nicht mehr geleistet werden kann, da Folgen fur Mensch und Umwelt zu erwarten sind.

Fluxes of Chemicals in the Soil-Vegetation Complex

Environmental effects of chemicals can only be fully understood and influenced in a lasting manner if studied in their synergetic and systematic relationships. Basically, this requires a long-term ecosystem research providing a comprehensive insight into structures, functions and absorptive capacities or stability and resilience of ecosystem compartments, respectively. In the nearer future, however, other ecologically oriented approaches appear necessary in order to tackle these problems in compliance with political and commercial exigencies. In order to avoid unrealistic predictions of chemicals distribution, this involves an appropriately detailed consideration of the ecological characteristics of target areas in connection with the anticipated use pattern. Ecological and chemical data will become meaningful only if they can be judged in relation to the type of habitat where the compound will eventually be present. A chemical which is unacceptable in a certain application in one place is not necessarily unacceptable in another.

Basic Chemical and Ecological Principles

Ecotoxicology may be defined as “a science which is concerned with the toxic effects of chemicals and physical agents on living organisms, especially on populations and communities within defined ecosystems; it includes the transfer pathways of those agents and their interactions with the environment” (Butler 1978).