50 Jahre Umweltphysik 50 Jahre Umweltphysik
Von der Kernphysik zur Umweltforschung
Am 9. Juli 1999 begang das Institut für Umweltphysik erstmals ein Gründungsjubiläum. Am Vormittag waren die erst damals neu bezogenen Räumlichkeiten im Verfügungsgebäude der Universität zu besichtigen, am Nachmittag fand eine Vortragsreihe zu umweltphysikalischen Themen statt. Die Keimzelle der Umweltphysik waren Untersuchungen am radioaktiven Isotop des Kohlenstoffs 14C, mit denen der im Februar 1998 verstorbene Mentor des Instituts, Prof. Otto Haxel, Mitte der 1950er Jahre (damals noch am II. Physikalischen Institut) seinen ehemaligen Doktoranden Prof. Karl Otto Münnich beauftragte. Dieser schloß im Jahr 1957 seine Doktorarbeit mit dem Aufbau eines Zählrohrlabors für die Meßung von Radiokohlenstoff ab. Noch heute existiert dieses Labor als eigene vom Bund geförderte Forschungsinfrastruktur, als Teil des integierten europäischen Kohlenstoffbeobachtungssystems (ICOS).
Vom Südpol zum Nordpol
Anwendungen der Radiokohlenstoff-Datierung lagen zu Beginn im Bereich der Archäologie und der Datierung von Grundwasser, zügig kamen Untersuchungen des atmosphärischen Kohlendioxids hinzu. Die oberirdischen Kernwaffentests hatten besonders stark das Kohlendioxid in der Atomsphäre mit Radiokohlenstoff angereichert. Die Zählrohrtechnologie zur Vermessung radioaktiver Isotope zur Quantifizierung umweltrelevanter Prozesse war noch vor der Gründung des Instituts Leitfaden einer neuen Forschungsrichtung. Es folgen Untersuchungen des radioaktiven Wasserstoffisotop Tritium und seinem Folgeprodukt Helium. Die Verbreitung der Kernwaffentest-Nuklide in Böden, Grundwasser, Seen und Ozeane erlaubte Transportprozesse, sowie ihre Dauer, zu studieren und so das Alter von Wasserkörpern abzuschätzen. In Deutschland war ein neuer Forschungsschwerpunkt der Physik aus den innovativen kernphysikalischen Methoden entstanden.
Aus dem Radiokohlenstoff-Datierungslabor und einem Aerosollabor des II. Physikalischen Instituts (damals unter der Leitung von Dr. Gerhard Schumann) entstand Mitte der 1970er Jahre das bis 1999 im Zentralbereich Theoretikum des Neuenheimer Feldes angesiedelte Institut für Umweltphysik.
zu neuen Ufern
Der erste neu geschaffenen Lehrstuhl wurde von Prof. K. O. Münnich von 1975 bis 1993 besetzt. Unter seiner Leitung entwickelte sich das Institut mit rasch wachsender Mitarbeiterzahl und vielen neuen Forschungsschwerpunkten. Das System Erde mit physikalischen Methoden zu untersuchen vom Nordpol, bis zum Südpol und von den Tiefen der Ozeane bis in entlegene Wüsten der Erde. Im Vordergrund standen früher wie heute die physikalischen Teilsysteme, Atmosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre, terrestrischen Systeme und die Biosphäre. Klimaphysik, Strahlungstransport, Stoffkreisläufe und Energieströme, sowie die Klima Einflüße auf Ökosysteme kamen rasch als übergeordnete Themenschwerpunkte hinzu. Das Motto: "Ein Verantwortungsvoller Umgang mit der Umwelt setzt ein fundamentales Verständnis voraus". 25 Jahre später gliederte sich das Institut für Umweltphysik in zwei große Bereiche: in Physik und Chemie der Atmosphäre unter der Leitung von Prof. Ulrich Platt, sowie die Physik terrestrischer Systeme unter der Leitung von Prof. Kurt Roth. Beiden Lehrstühlen waren zahlreiche Forschungsgruppen teils noch aus der Gründungszeit zugeordnet. Der Zuwachs der terrestrischen Systeme wurde mitte der 90er Jahre durch die Berufung von Prof. Wolfgang Kinzelbach eingeleitet, er blieb aber nur wenige Jahre in Heidelberg. Mit der Untersuchung des Gasaustausch zwischen Atmospähre und Ozean besetzte Prof. Bernd Jähne eine neue Professor am Interdisziplinären Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) „Bildverarbeitung in den Umweltwissenschaften“. Dem Institut angegliedert war bis in 2012 die Forschungsstelle der Heidelberger Akademie der Wissenschaften zur radiometrischen Altersbestimmung von Wasser und Sedimenten, die Prof. Augusto Mangini leitete. Weitere Brücken wurden gebaut, so besteht zum Institut für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) seit zwei Jahrzehnten eine institutionelle Verbindung durch eine assoziierte Professur von Prof. Ulrich Schurath und später Prof. Thomas Leisner. Zur Jahrtausende Wende kam die Isotopenhydrologie zur Umweltphysik mit Prof. Werner Aeschbach und in Folge zweier Habilitationen waren Prof. Klaus Pfeilsticker und Frau Prof. Ingeborg Levin über Jahrzehnte im Bereich Stratosphären Forschung und Treibhausgasuntersuchungen international erfolgreich.
Und Heute
Weitere Forschungsschwerpunkte beziehen sich auf den Wasserkreislauf mit den Gesichtspunkten der Verfügbarkeit von Süßwasser sowie Kopplung zwischen Erdboden und Atmosphäre. In diesem Zusammenhang sind die Verteilung reaktiver Spurengase und der Strahlungstransport in der Atmosphäre von großem Interesse. Zudem werden weitere physikalische Grundlagen der Klimaforschung sowie die Umwelt- und Klimabedingungen der Vergangenheit untersucht. Neben traditionellen Meßmethoden wie Zählrohranalytik und Massenspektrometrie treten dabei vielfältige neue Verfahren wie beispielsweise die optische Absorptionsspektroskopie, Fernerkundung von Satelliten aus, hochaufgelöste Röntgentomographie sowie die Bild- und Zeitreihenanalyse in den frühen Jahren des neuen Jahrtausends in den Vordergrund. Beobachtungen und Modellierung dynamischer Vorgänge in Umweltsystemen münden in die numerische Simulation von Umweltprozessen. Mittlereweile sind die Verbindungen weiter gewachsen, mit Prof. Thomas Wagner ist eine Brücke an das Max-Planck Institut in Mainz im Bereich Fernerkundung der Atmosphäre hinzu gekommen, und um 2010 wird am Curt-Engelhorn Zentrum für Archäometrie in Mannheim, dank der Finanzierung durch die Klaus-Tschira Stiftung erstmals ein Beschleuniger-Massenspektrometrie Labor, das Klaus Tschira Labor für Radiokohlenstoffmessungen unter der Leitung von Dr. Bernd Kromer und Prof. Ernst Pernicka eröffnet.
Mit dem Ende der Era Münnich und der ersten Wachstumsphase in den frühen siebziger und achtziger Jahen gelang es in der Era von Ulrich Platt und Kurt Roth das Institut noch breiter aufzustellen und viele Neue Brücken zu bauen. Die Atmosphärenforschung gewann wesentlich an Bedeutung, sowie spektrokopische Methoden. In den neuziger Jahren folgte das Jahrzehnt der Massenspektrometer und der wachsenden Bildverarbeitungstechniken. Anaylseplatformen entstanden und der Windkanal gekam mit dem Neubau einen Neuen giagantischen Rahmen. Was einst mit kleinen kreisförmigen Kanälen begann wurde nun zu einer in Europa nahezu einzigartigen Forschungseinrichtung. Anfang der 2000 Jahren und mit der wachsenden auch politischen Erkenntnis, dass der Klimawandel ein nun weithin sichtbares Problem darstellte entwickelt sich auch das Institut weiter. Mit der Einrichtung einer Professur für die Physik der Umweltarchive von Prof. Norbert Frank, als feste Brücke zwischen der Physik und den Geowissenschaften, wurde das Forschungsgebiet der Radiometrischen Altersbestimmung in ein neues Kernthema Paläoklimaforschung transformiert. Die Untersuchung der reaktiven Gase in der Atmosphäre wurde durch die Neubesetzung mit Prof. André Butz zur Fernerkundung der Treibhausgase. Gerade dieser Schwerpunkt Atmosphäre, ist heute mehr denn je das Zentrum der Umweltphysikforschung, mit zahlreichen Gruppen und Forschungseinrichtungen. So entwickelte Dr. Martina Schmidt mobile Treibhausgasmessungen, Dr. Sanam Vardag führt die Regionale Modellierung von Treibhausgasen an und Dr. Samual Hammer, leitet das in den 2010er Jahren etablierte Europäische Integrierte Kohlenstoff-Beobachtungssystem, für den Teilbereich Radiokohlenstoff in der Atmospäre. Letzteres wurde aufgrund der historischen Bedeutung von Karl Otto Münnich in KO Münnich Labor Benannt.
