Modellierung demokratisieren, um Vertrauen in breiterer Öffentlichkeit zu stärken
Bodenerosion ist eine der am weitesten verbreiteten Formen der Landdegradation in Europa, bleibt jedoch eine „stille Krise“, da die Auswirkungen langsam und kontinuierlich eintreten und oft verborgen bleiben, bis es zu spät ist. Anders als bei Wasser denken wir selten an den Boden als eine Ressource, die bei der Erzeugung von Nahrungsmitteln „verbraucht“ wird, aber wie alle natürlichen Ressourcen ist auch die Qualität des Bodens nicht unendlich: Er muss ebenso gepflegt und geschützt werden. Aber wo befinden sich die am stärksten geschädigten Gebiete und wie können wir abschätzen, was die Zukunft angesichts des Klimawandels und der Anforderungen an die Nahrungsmittelerzeugung bringen wird? Um dieses Problem zu lösen, sind Modellierungswerkzeuge erforderlich, die nicht nur genau, sondern auch Personen mit unterschiedlichem technischen Hintergrund zugänglich sind. Nichtfachleuten erscheinen Modelle oft als eine „Blackbox“, wodurch zwischen den für die Modellierung und für die Entscheidungen Zuständigen eine Kluft entsteht, die effektive Kommunikation, Zusammenarbeit und Vertrauen in die Modellergebnisse behindert. Hier setzt das Projekt iMPACt-erosion(öffnet in neuem Fenster) an, das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) unterstützt wird. „Um diese Lücke zu schließen, schlagen wir einen Ansatz zur Demokratisierung der hydrologischen und Bodenerosionsmodellierung vor, bei dem das Lernen durch Interaktion oder das Erfahrungslernen im Vordergrund steht“, erklärt Andres Peñuela(öffnet in neuem Fenster), Hauptforscher des Projekts, der an der Universität Córdoba(öffnet in neuem Fenster) in Spanien tätig ist. Im Rahmen des Projekts werden die Prozesse, die die Bodenerosion lenken können, sowie die gefährdeten Gebiete und die Zeiträume, in denen sie gefährdet sind, ermittelt, um gezielte und wirkungsvolle Strategien zur Eindämmung der Erosion bis zum Jahr 2100 festzulegen.
Von Wurzelfreilegung bis zu radioaktivem Niederschlag – Umwelt-Leistungsvergleich ergibt robustere Modelle
Die Forscherinnen und Forscher stützten sich auf eine Vielzahl von Indikatoren, um ihre Modellierung zu untermauern. Sie untersuchten die Wurzelfreilegung im Zeitverlauf und die während der Atombombentests in den 1960er Jahren verteilten mikroskopisch kleinen Partikel, wobei sie diese als Referenzwerte nutzten, um die Genauigkeit ihrer Modellierung zu prüfen. Wurzelfreilegung ist ein deutliches Symptom der Landdegradation; sie dient gleichermaßen als wichtiges historisches Archiv. Durch Vermessung von Baumhügeln, die im Wesentlichen den Höhenunterschied zwischen dem Bodenniveau bei der Erstanpflanzung des Baumes und dem heutigen Boden umfasst, kann das Team rekonstruieren, wie viel Boden im Verlauf mehrerer Jahrzehnte verschwunden ist. Ergänzt wurde dies durch die Untersuchung von Fallout-Radionukliden, die während der Atombombentests Anfang der 1960er Jahre weltweit verbreitet wurden und heute als permanente wissenschaftliche Markierungssubstanz in der Erde dienen. Durch Messung und Vergleich der Konzentration dieser Partikel kann das Team von iMPACt-erosion die langfristigen Erosionsraten bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts abschätzen. „Diese historischen Einblicke dokumentieren nicht nur die Degradation der Vergangenheit, sondern zeigen auch die wahren Kosten der Intensivierung der Landwirtschaft in den letzten Jahrzehnten auf. Zudem dienen diese Daten als wichtige ‚Realitätsprüfung‘, die wir zur Bewertung und Feinabstimmung unserer mathematischen Modelle nutzen“, erklärt Peñuela. „Wir wissen, dass sie die einzigartigen Umweltprozesse eines bestimmten Standorts genauestens wiedergeben. Letztlich ist es diese Strenge, die diese Modelle von einfachen retrospektiven Instrumenten zu zuverlässigen, vertrauenswürdigen Leitlinien zur Vorhersage zukünftiger Umwelttrends werden lässt.“
Modellierung durch verständliche Erklärung demokratisieren
Mit der Arbeit des Projekts wird die Idee verfolgt, seine Instrumente und Erkenntnisse mit einem möglichst breiten Publikum zu teilen. Das Team hat einen Werkzeugkasten(öffnet in neuem Fenster) zur Verfügung gestellt, um die Nutzenden aufzuklären und durch die wichtigsten Modellierungsschritte zu leiten. Peñuela vertritt die Meinung, dass die Integration der interaktiven Visualisierung den Modellierungsprozess in eine lehrreiche und informative Reise verwandelt. „Das Beste daran ist, dass es wiederholbar ist. Dieser Modellentwicklungsansatz bietet das Potenzial, in verschiedenen Bereichen zum Einsatz zu kommen, wobei das Konzept der Modellierung in jedem Bereich entmystifiziert wird, in dem es zur Anwendung kommt. Wenn die Menschen sehen können, wie die Modelle funktionieren, und mit ihnen spielen können, dann können sie ihre Ergebnisse besser verstehen und ihnen vertrauen – was denjenigen den Rücken stärkt, die sonst vielleicht skeptisch gegenüber den Aussagen sind, die die Modelle uns verraten.“ Das Team wird außerdem iMPACT-explore(öffnet in neuem Fenster) bereitstellen, einen Satz von Notebooks, in denen die notwendigen Aufgaben zur Simulation und Erforschung eines Bodenerosionssystems unter verschiedenen Bedingungen und Szenarien erläutert und umgesetzt werden, um die Wirksamkeit von Abschwächungsstrategien zu bewerten und die einflussreichsten Faktoren zu ermitteln.