Mittwoch, 30. Mai 2012

Erdbeben in Italien und Bodenverflüssigung

Auch bei den aktuellen Erdbeben im nördlichen Italien scheint Bodenverflüssigung eine Rolle zu spielen. Die großen Sedimente der Po-Ebene sind durchaus anfällig für dieses Phänomen, wie diese Fotos von Riccardo Caputo und George Papathanasiou im Blog Earthquage Geology in Greece belegen.

Kalte Quellen und Methanhydrate

To The Sky: Carl Sagan on the implications of technological progress [Carl Sagan Tribute Series]

Dienstag, 29. Mai 2012

"Wie ein Düsenstrahl durch festes Gestein"

Geowissenschaftler zeigen, dass Vulkangürtel durch schnelle Fluid-Pulse gespeist werden / Veröffentlichung in "Nature Geoscience"

In den Tiefen der Erde ist es alles andere als ruhig: Große Mengen an Flüssigkeiten bahnen sich als "Fluide" ihren Weg durch das Gestein und bewirken die Bildung von Magma. Ein Forscherteam um Dr. Timm John und Dr. Nikolaus Gussone vom Institut für Mineralogie der Universität Münster konnte nun zeigen, dass die Fluide um ein Vielfaches schneller durch massives Gestein fließen können als bislang angenommen. Im chinesischen Tianshan-Gebirge, so wiesen die Wissenschaftler nach, bahnten sich Fluide in nur 200 Jahren aus großer Tiefe den Weg in den Erdmantel anstatt im Laufe von Zehn- oder sogar Hunderttausenden von Jahren. Die Forscher aus Münster, Kiel, Bochum, Erlangen, Bethlehem (USA) und Lausanne (Schweiz) stellen ihre Ergebnisse, die auf einer innovativen Kombination von Geländearbeit, geochemischer Analytik und numerischen Berechnungen beruhen, in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Nature Geoscience" vor.

Wenn sich Erdplatten aufeinander zu bewegen und sich an den Rändern übereinander schieben, bilden sich sogenannte Subduktionszonen. Dabei wird die nach unten absinkende Platte aufgeheizt und das in ihren Gesteinen gespeicherte Wasser kontinuierlich als Fluid freigesetzt. Das Fluid dringt in den Erdmantel ein, der sich über der absinkenden Platte befindet. Dabei erniedrigen die Fluide den Schmelzpunkt des Mantelgesteins, und die sich bildenden Schmelzen steigen als Magma zu den Vulkanen auf. Dieses Magma speist die vielen Vulkane, die weltweit entlang der sich übereinanderschiebenden Plattengrenzen auftreten und den "Ring of Fire" bilden, einen Vulkangürtel, der den Pazifischen Ozean umgibt. Die Fluide strömen in einem definierten Flusssystem durch das Gestein, so die gängige Annahme. Diese Strukturen nennen Geologen "Adern".

Bei Geländearbeiten im chinesischen Teil des Hochgebirges Tianshan ("Himmelsgebirge") fanden Timm John und seine Kollegen in den von ihnen untersuchten Gesteinen Strukturen, die auf massive Fluidflüsse in großer Tiefe zurückzuführen sind. "Unsere Untersuchung hat gezeigt, dass sehr viel Fluid durch eine Gesteinsader in etwa 70 Kilometern Tiefe geflossen sein muss und dass dieses Fluid offensichtlich schon eine Strecke von einigen Hundert Metern oder mehr zurückgelegt hat – den Transport von so großen Fluidmengen über eine so große Strecke hat vor uns noch niemand nachgewiesen", erklärt Timm John. "Und das Spannendste ist, dass diese Menge Fluid in einer für geologische Prozesse sehr kurzen Zeit, in nur etwa 200 Jahren, durch das Gestein floss", fügt Nikolaus Gussone hinzu.

Zwar ist die Freisetzung der Fluide aus Mineralen in den absinkenden Platten ein großräumiger und kontinuierlicher Prozess, der in Tiefen bis zu 200 Kilometern erfolgt und Jahrmillionen dauert. In dieser Zeit sammeln sich die Fluide zunächst. Wie die Forscher nun erstmals zeigen konnten, durchströmten die freigesetzten Fluide die Platte auf ihrem Weg in den Erdmantel dann pulsweise in vergleichsweise kurzer Zeit entlang definierter Fließbahnen. "Das ist vergleichbar mit einem Stausee, der sich kontinuierlich füllt und sich dann in einem Schwall über definierte Kanäle leert", betont Timm John. "Die Fluidfreisetzung erfolgt fokussiert in Raum und Zeit, und zwar viel schneller als gedacht – quasi wie ein Düsenstrahl durch festes Gestein."

Die Wissenschaftler hoffen, in zukünftigen Studien räumliche und zeitliche Korrelationen zwischen solchen Fluidpulsen und vulkanischer Aktivität aufzeigen zu können. Zudem ist es möglich, dass solche fokussierten Fluidfreisetzungen mit dem Auftreten von Erdbebenereignissen in Subduktionszonen einhergehen. Um solche Zusammenhänge aufzeigen zu können, sind aber noch intensive Forschungen nötig.

Originalliteratur:

John T. et al. (2012): Volcanic arcs fed by rapid pulsed fluid flow through subducting slabs. Nature Geoscience, Advance Online Publication, doi:10.1038/ngeo1482


Dr. Christina Heimken 
Presse- und Informationsstelle
Westfaelische Wilhelms-Universität Münster

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Grönlands aktueller Eismassenverlust

Erstmalige satellitengestützte Erfassung der Eismassenveränderung in Grönland - Regional unterschiedliche Veränderungen

Verlust durch Schmelzen und Eisbergkalben während der letzten 10 Jahre außergewöhnlich hoch im Vergleich zu den letzten 50 Jahren
Der grönländische Eisschild verliert weiter an Masse und trägt damit pro Jahr etwa 0,7 Millimeter zur aktuell beobachteten Meeresspiegeländerung von rund 3 mm pro Jahr bei. Dieser Trend steigert sich in jedem Jahr um weitere 0,07 Millimeter pro Jahr. Zugleich ergibt sich ein differenziertes räumliches Bild der Eismassenveränderung: Der Massenverlust ist im Südwesten und Nordwesten Grönlands am größten. Dieses Ergebnis veröffentlicht eine internationale Forschergruppe unter Führung des Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in der neuesten Ausgabe von Earth and Planetary Science Letters vom 01. 06. 2012. Ermöglicht wird das Ergebnis durch einen neuen Vergleich dreier unterschiedlicher Arten von Satellitenbeobachtungen: die Messung der Änderung der Erdanziehungskraft durch die Eismassenänderung mit dem Satellitenpaar GRACE; die Vermessung der Höhenänderung mit dem Laseraltimeter auf dem NASA-Satelliten ICESat und die Bestimmung der Differenz zwischen Akkumulation aus regionalen Atmosphärenmodellen und dem Gletscherausstoß, wie er mit Radardaten gemessen wird.
Die Forscher konnten auch erstmals für jede Region mit bisher nicht erreichter Genauigkeit bestimmen, welchen Anteil Schmelzen, Eisbergkalben und Schwankungen im Niederschlag am gegenwärtigen Massenverlust haben. „So ist eine Zunahme des Massenverlusts im Nordwesten nach 2005 zum Teil auf starke Niederschläge in der Zeit davor zurückzuführen“, erläutert Ingo Sasgen.„Dieser vorherige Massenzuwachs wurde in den folgenden Jahren abgebaut. Ähnlich verhält es sich im Osten Grönlands: dort wurde in den Jahren 2008 und 2009 sogar ein Massenzuwachs beobachtet.“ Wie die Forscher zeigen konnten, wurde dieser nicht durch langsamer fließende Gletscher bedingt, sondern durch zwei Winter mit besonders starkem Schneefall. Inzwischen setzt sich auch hier der Verlust von Eismasse fort. Für alle untersuchten Regionen sind die Schmelz- und Kalbungsraten zwischen 2002 und 2011 außergewöhnlich hoch im Vergleich zu denen der letzten fünf Jahrzehnte.
Die Arbeiten entstanden im Rahmen des Verbundes Regionale Klimaänderung REKLIM der Helmholtz-Gemeinschaft und des EU-Projekts ice2sea.Durch die Studie sind die Forscher dem Verständnis der gegenwärtigen Entwicklungen des Grönländischen Eisschilds ein Stück näher gekommen. Ingo Sasgen: „Wir wissen jetzt sehr genau, welchen Beitrag Gletscherkalben und Schmelzen an der gegenwärtigen Massenbilanz haben, und wo regionale Trends lediglich auf Niederschlagsvariationen zurückzuführen sind. Und wir wissen auch, wo unsere Messungen noch verbessert werden müssen.“ Eine solche Region ist der Nordwesten Grönlands, wo der Vergleich der Daten auch auf einen abrupten Anstieg in der Kalbungsrate hinweist, der von den Radardaten nur ungenügend erfasst wurde. Wodurch dieser Anstieg verursacht sein könnte, ob er kontinuierlichen oder episodischen Charakter hat, wollen die REKLIM/ice2sea -Wissenschaftler in Zukunft klären. Eine notwendige Voraussetzung dafür ist eine genügend lange Messreihe, die durch Fortführung der präzisen Schwerefeldmessungen im Rahmen der neuen Satellitenmission GRACE-FO erstellt werden soll.
Ingo Sasgen et al., „Timing and Origin of Recent Regional Ice-Mass Loss in Greenland”, Earth and Planetary Science Letters (EPSL), doi: 10.1016/j.epsl.2012.03.033, Volumes 333–334, Pages 293–303
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X12001628

Dipl.Met. Franz Ossing 
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
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Simon's Cat in 'Tongue Tied'

Mittwoch, 23. Mai 2012

Erst fruchtbar, dann furchtbar: Fluch und Segen hoher Reproduktionsraten bei Ammoniten

In einer neuen Studie wiesen die Paläontologen der Universität Zürich in Zusammenarbeit mit Kollegen vom Museum für Naturkunde Berlin und dem Natural History Museum in New York nach, dass die frühesten Ammonoideen deutlich größere Embryonalgehäuse hatten als deren Nachfahren. Dies belegt eine frühe evolutionäre Veränderung in der Reproduktionsstrategie in Richtung einer Zunahme von Nachkommen. Denkbar ist, dass es gerade diese Reproduktionsstrategie war, die zum letztendlichen Aussterben der Ammonoideen am Ende der Kreidezeit beigetragen hat.

Die Ammonoideen stellen eine Gruppe ausgestorbener Kopffüßer („Tintenfische“) dar, die einen wichtigen Teil mariner Ökosysteme über 300 Millionen Jahre hinweg bildeten. Sie haben drei der fünf größten Massenaussterben überlebt. Die meisten Ammonoideen hatten normalerweise Eier und Schlüpfling-Größen von 0.5 bis 1.5 mm. Es kann daher angenommen werden, dass Ammonoideen hohe Reproduktionsraten hatten. Hohe Nachkommenszahlen sowie eine hohe Sterblichkeit von jugendlichen Exemplaren werden durch häufige Massenvorkommen embryonaler Schalen belegt.
Kennzeichnend für das Devon (vor 415 bis 360 Millionen Jahren) ist die rapide Ausbreitung aktiv schwimmender Organismen, die sogenannte Devonische Nekton-Revolution. In diese Zeit fällt die Bildung von spiral aufgerollten Gehäusen von Ammonoideen und anderer Mollusken. Die zunehmende Spiralaufrollung wurde in mindestens drei evolutionären Linien innerhalb der Ammonoideen nachgewiesen. Dies kann als Hinweis gewertet werden, dass es einen in eine bestimmte Richtung operierenden Selektionsdruck gab, der die Entstehung der aufgerollten Gehäuse bevorzugte. Parallel zur Reduktion der Schlüpflingsgröße nahm zumindest in manchen Evolutionslinien der Ammonoideen die Gehäusegröße der erwachsenen Tiere deutlich zu. Dies werten die Paläontologen aus Zürich, New York und Berlin als Indiz für fundamentale Änderungen in der Reproduktionsstrategie in Richtung erheblich höherer Zahlen von Nachkommen (bei großem Ammoniten weit mehr als 100 000). Diese Strategie könnte eine zentrale Rolle für den immensen evolutionären Erfolg der Ammonoideen und für ihre rasche Wiederausbreitung nach Massenaussterben gespielt haben.
Mit der hohen Anzahl von Nachkommen sind die Ammoniten über 300 Millionen Jahre erfolgreich gewesen und haben sich über verschiedene Umweltkrisen hinweggerettet. Sie waren
stets erheblich artenreicher als die Nautiliden, das sind Kopffüßer mit aufgerolltem Gehäuse, aber mit wenigen und dafür großen Jungtieren; zu ihnen gehört das heute lebende Perlboot (Nautilus). Es ist allerdings auch denkbar, dass es gerade diese Reproduktionsstrategie der Ammoniten mit zwar vielen, aber sehr kleinen Nachkommen war, die zum letztendlichen Aussterben am Ende der Kreidezeit beigetragen hat, während die Nautiliden mit ihren wenigen, aber großen Nachkommen diese Krise überstanden haben. Andererseits könnten gerade die niedrigen Reproduktionsraten dem Nautilus heute, in einer Zeit der intensiven Bejagung durch den Menschen, zur Bedrohung werden.

Veröffentlichung: De Baets, K., Klug, C., Korn, D. & Landman, N.H. (2012): Early evolutionary trends in ammonoid embryonic development. – Evolution

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1558-5646.2011.01567.x/abstract 

Dr. Gesine Steiner 
Pressestelle
Museum für Naturkunde - Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung


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Wenn Ertrinken nicht nach Ertrinken aussieht

Folgenden Text fand ich auf dieser Seite mit der Bitte, ihn zu verbreiten. Und ich angesichts der beginnenden Badesaison  halte ich ihn für wichtig genug. Nebenbei möchte ich auch auf meinen Blogpost zum Thema Brandungsrückströmung hinweisen.

Was Sie über das Ertrinken wissen sollten, um die Gefahr rechtzeitig zu erkennen.
In Deutschland sterben jährlich mehr als 400 Menschen durch Ertrinken. Das Erschreckende hierbei ist, dass die Betroffenen in vielen Fällen von anderen Badegästen beobachtet werden – aber nicht, weil Sie ratlos sind, sondern weil Sie die Situation falsch einschätzen und keine Ahnung haben, dass sich diese Person gerade in einer lebensgefährlichen Situation befindet. Denn entgegen der Annahme, dass ertrinkende Personen durch lautes Geschrei und Gewinke auf sich aufmerksam machen wollen, passiert genau das Gegenteil: Ertrinken sieht nicht nach Ertrinken aus! Kein panisches Gestrampel, keine Schreie.
Mario Vittone, Rettungshubschrauberpilot und Rettungsschwimmer der U.S. Coast Guard, kann auf eine langjährige Erfahrung zurückblicken und hat schon unzähligen Menschen das Leben gerettet. In seinem Artikel “Drowning Doesn´t Look Like Drowning” schildert er das Phänomen des Ertrinkens und hat damit für viel Aufsehen gesorgt.
Der nachfolgende Artikel ist eine Übersetzung aus dem Original.

Der leise Tod des Ertrinkens

Als der Kapitän voll bekleidet von Board sprang und durch das Wasser lief, irritierte er die anderen Badegäste, die im Wasser schwammen. “Nicht, dass er jetzt denkt, du ertrinkst”, sagte der Mann zu seiner Frau, da sie sich kurze Zeit zuvor mit Wasser bespritzt und geschrien hatten. “Was macht er hier?!”, fragte die Frau leicht gereizt ihren Mann. “Es geht uns gut!”, rief der Mann dem Kapitän zu. Aber der Kapitän ließ sich nicht aufhalten. Er schwamm unnachgiebig an dem Pärchen vorbei und schrie nur kurz “Weg da!”. Denn direkt hinter ihnen, nur wenige Meter entfernt, war die neunjährige Tochter gerade dabei zu ertrinken. Der Kapitän kam in allerletzter Sekunde. Das Mädchen fing an zu weinen und schluchzte: “Papa!”.
Woher wusste der Kapitän aus so vielen Metern Entfernung, dass die Tochter gerade dabei war zu ertrinken und sowohl Mutter als auch Vater dies aus weniger als drei Metern nicht erkennen konnten?
Der Kapitän ist ein ehemaliger Rettungsschwimmer der Küstenwache und hat durch eine fachliche Ausbildung gelernt, die Gefahren des Ertrinkens rechtzeitig zu erkennen. Und nein, wenn jemand ertrinkt, dann wird nicht, wie es oft im Fernsehen gezeigt wird, wild geschrien und gewunken.
Sie sollten sicherstellen, dass Sie die Anzeichen des Ertrinkens erkennen. Denn bis die neunjährige Tochter mit letzter Kraft “Papa” sagte, hatte sie nicht einen Ton von sich gegeben. Das Ertrinken ist fast immer ein ruhiger und wortloser Vorgang. In der Realität wird selten gewunken, geschrien oder wie wild gestrampelt.
Das, was Menschen tun, um tatsächliches oder vermeintliches Ertrinken zu verhindern, hat Dr. Francesco A. Pia die instinktive Reaktion (The Instinctive Drowning Response) genannt. Es gibt kein Geschrei, kein Gespritze und kein Gewinke. Überdenken Sie Folgendes: Der Tod durch Ertrinken ist der zweithäufigste Unfalltod (nach Verkehrsunfällen) bei Kindern bis zu einem Alter von 15 Jahren. Auch im nächsten Jahr werden wieder Kinder ertrinken. Etwa die Hälfte wird in einer Entfernung von nicht mehr als 20 Metern von einem Elternteil ertrinken. Und in 10% dieser Fälle wird ein Erwachsener sogar zusehen und keine Ahnung davon haben, was da gerade geschieht. Ertrinken sieht nicht aus wie ertrinken!

Auf folgende Anzeichen müssen Sie beim Baden achten

Dr. Pia erläuterte die instinktive Reaktion auf das Ertrinken in einem Artikel im Coast Guard´s On Scene Magazine:
1. In den meisten Fällen sind ertrinkende Menschen physiologisch nicht dazu fähig, Hilfe zu rufen. Da das Atmungssystem auf das Atmen ausgelegt ist und die Sprache die zweite/überlagerte Funktion darstellt, muss zunächst die Atmung sichergestellt werden, bevor die Sprachfunktion stattfinden kann.
2. Da sich der Mund beim Ertrinken unter der Wasseroberfläche befindet und nur kurzeitig wieder aus dem Wasser auftaucht, ist die Zeit für das Ausatmen, Einatmen und für einen Hilferuf zu kurz. Sobald sich der Mund einer ertrinkenden Person über der Wasseroberfläche befindet, wird schnell ausgeatmet und wieder eingeatmet, bevor der Kopf wieder unter Wasser abtaucht.
3. Ein herbeiwinken ist nicht möglich. Die Arme werden instinktiv seitlich ausgestreckt und von oben auf die Wasseroberfläche gedrückt. Diese Schutzfunktion soll den Körper über der Wasseroberfläche halten, um weiter Atmen zu können.
4. Eine bewusste Steuerung der Arme ist bei einer instinktiven Reaktion auf das Ertrinken nicht möglich. Ertrinkende Menschen sind aus physiologischer Sicht nicht dazu fähig, das Ertrinken durch bewusste und gesteuerte Bewegungen abzuwenden. Ein Winken nach Hilfe ist also nicht möglich.
5. Während der Dauer des Ertrinkens befindet sich der Körper aufrecht im Wasser. In der Regel können sich Ertrinkende nur 20 bis 60 Sekunden an der Wasseroberfläche halten, bevor sie untergehen. Nicht viel Zeit für einen Rettungsschwimmer.
Selbstverständlich befindet sich eine Person, die schreiend und winkend um Hilfe ruft, in einer ernsthaften Situation. Anders als beim tatsächlichen Ertrinken, können sich die betroffenen Personen an Ihrer eigenen Rettung beteiligen und z.B. nach Rettungsleinen oder -ringen greifen. Dieser Zustand wird als Wassernotsituation bezeichnet. Eine Wassernotsituation muss nicht zwangsläufig vor einer instinktiven Reaktion auf das Ertrinken auftreten.

Weitere wichtige Anzeichen des Ertrinkens

strong>Sie sollten unbedingt auf folgende Anzeichen des Ertrinkens achten:
* Der Kopf ist nach hinten geneigt und unter Wasser. Der Mund befindet sich auf einer Höhe mit der Wasseroberfläche
* Die Augen sind glasig und leer
* Die Augen sind geschlossen
* Die Haaren hängen vor Stirn und/oder den Augen
* Der Körper befindet sich vertikal im Wasser – die Beine werden nicht bewegt
* Der Ertrinkende beschleunigt die Atmung und kämpft nach Luft
* Die Betroffene Person unternimmt den Versuch zu schwimmen, kommt aber nicht voran
* Es wird versucht sich auf den Rücken zu drehen.
Sollte also ein Rettungsschwimmer plötzlich ins Wasser laufen und es sieht für Sie so aus, als wäre alles in Ordnung, dann täuschen Sie sich nicht. Der einfachste Hinweis des Ertrinkens wirkt nicht immer so, als würde jemand ertrinken. Seien Sie also vorsichtig. Wenn Sie sicher gehen wollen, dann fragen Sie die betreffende Person: “Geht es dir gut? Brauchst du Hilfe?”. Erhalten Sie eine Antwort, dann scheint es der Person wirklich gut zu gehen. Wenn nicht, dann bleiben Ihnen nur wenige Sekunden, um ihn zu retten.
Und noch ein Hinweis für alle Eltern: Kinder, die im Wasser spielen, sind laut und machen Lärm. Sollte es still werden, dann sollten Sie nachschauen, weshalb.
Quelle: Hier finden Sie die Küstenexperten Nordsee24.de mit dem spannenden Artikel über Ertrinken.

Dienstag, 22. Mai 2012

Der nukleare GAU ist wahrscheinlicher als gedacht

Westeuropa trägt das weltweit höchste Risiko einer radioaktiven Verseuchung durch schwere Reaktorunfälle.
 
Katastrophale nukleare Unfälle wie die Kernschmelzen in Tschernobyl und Fukushima sind häufiger zu erwarten als bislang angenommen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz haben anhand der bisherigen Laufzeiten aller zivilen Kernreaktoren weltweit und der aufgetretenen Kernschmelzen errechnet, dass solche Ereignisse im momentanen Kraftwerksbestand etwa einmal in 10 bis 20 Jahren auftreten können und damit 200 mal häufiger sind als in der Vergangenheit geschätzt. Zudem ermittelten die Forscher, dass die Hälfte des radioaktiven Cäsium-137 bei einem solchen größten anzunehmenden Unfall mehr als 1.000 Kilometer weit transportiert würde. Die Ergebnissen zeigen, dass Westeuropa – inklusive Deutschland – wahrscheinlich einmal in etwa 50 Jahren mit mehr als 40 Kilobecquerel radioaktivem Cäsium-137 pro Quadratmeter belastet wird. Ab dieser Menge gilt ein Gebiet laut der Internationalen Atomenergie Behörde IAEA als radioaktiv kontaminiert. Die Forscher fordern aufgrund ihrer Erkenntnisse eine tiefgehende Analyse und Neubetrachtung der Risiken, die von Kernkraftwerken ausgehen.

Die Reaktorkatastrophe in Fukushima hat weltweit Zweifel an der Kernenergie geschürt und in Deutschland den Ausstieg aus der Kernenergie angestoßen. Dass das Risiko einer solchen Katastrophe höher ist als bislang angenommen, belegt nun eine Studie von Forschern um Jos Lelieveld, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz: „Nach Fukushima habe ich mich gefragt, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein solcher Unfall wieder passiert, und ob wir die Verbreitung der Radioaktivität mit unseren Atmosphärenmodellen berechnen können.“ Den Ergebnissen der Untersuchung zufolge, dürfte es einmal in 10 bis 20 Jahren zu einer Kernschmelze in einem der derzeit aktiven Reaktoren kommen. Derzeit sind weltweit 440 Kernreaktoren in Betrieb, 60 weitere befinden sich in Planung.

Um die Wahrscheinlichkeit einer Kernschmelze zu ermitteln, stellten die Mainzer Forscher eine einfache Rechnung an: Sie teilten die Laufzeit aller Kernreaktoren weltweit von der Inbetriebnahme des ersten zivilen Reaktors bis heute durch die Zahl der bisherigen Kernschmelzen. Die Laufzeit der Reaktoren summiert sich auf 14.500 Jahre; die Zahl der Kernschmelzen beträgt vier – eine in Tschernobyl und drei in Fukushima. Daraus ergibt sich, dass es in 3.625 Reaktorjahren zu einem GAU kommt, dem größten anzunehmenden Unfall wie ihn die Internationalen Bewertungsskala für nukleare Ereignisse (International Nuclear Event Scale, INES) definiert. Selbst wenn man dieses Ergebnis auf einen GAU in 5.000 Reaktorjahren aufrundet, um das Risiko konservativ abzuschätzen, liegt das Risiko 200mal höher als Schätzungen der US-amerikanischen Zulassungskommission für Kernreaktoren im Jahr 1990 ergaben.

Ein Viertel der radioaktiven Partikel wird weiter als 2.000 Kilometer transportiert

Für ihre Studien unterschieden die Mainzer Forscher nicht, wie alt ein Kernreaktor ist, um welchen Typ es sich handelt oder ob er beispielsweise in einem besonders erdbebengefährdeten Gebiet steht. So tragen sie der Tatsache Rechnung, dass es auch in einem vermeintlich sicheren Reaktor zu einer Kernschmelze kommen kann – nicht zuletzt, weil sich nicht alle möglichen Ursachen eines solchen fatalen Unfalls vorhersehen lassen. Schließlich hatte auch die Reaktorkatastrophe in Japan niemand für möglich gehalten.

Nun bestimmten die Forscher die geografische Verteilung von radioaktiven Gasen und Partikeln rund um eine mögliche Unglücksstelle mit Hilfe eines Computermodells, das die Erdatmosphäre beschreibt. Das Atmosphärenchemie-Modell berechnet meteorologische Größen sowie chemische Reaktionen in der Atmosphäre. Anhand des Modells kann man beispielsweise die globale Verteilung von Spurengasen berechnen und es daher auch für Voraussagen zur Verbreitung von radioaktiven Gasen und Partikeln nutzen. Um die radioaktive Verseuchung näherungsweise zu ermitteln, berechneten die Forscher, wie sich Partikel des radioaktiven Cäsium-137 (137Cs) in der Atmosphäre verbreiten und wo sie in welchen Mengen über den Niederschlag in den Boden gelangen. Das 137Cs-Isotop entsteht als Zerfallsprodukt bei einer Kernspaltung von Uran, es hat eine Halbwertszeit von 30 Jahren und bildete nach den Havarien von Tschernobyl und Fukushima einen wichtigen Teil der radioaktiven Belastung.

Die Simulation der Mainzer Forscher ergab, dass durchschnittlich nur acht Prozent der 137Cs-Emission in einem Umkreis von 50 Kilometern um ein verunglücktes Kernkraftwerk nieder gehen. Ungefähr 50 Prozent der Teilchen würde innerhalb von 1.000 Kilometern abgelagert, und etwa 25 Prozent würde sogar weiter als 2.000 Kilometer transportiert. Diese Ergebnisse belegen, dass Reaktorunfälle weit über Staatsgrenzen hinweg radioaktive Verseuchung herbeiführen können.

Westeuropa trägt weltweit das höchste Risiko einer radioaktiven Kontamination

Die Ergebnisse der Transportrechnungen kombinierten die Forscher mit der ermittelten Wahrscheinlichkeit einer Kernschmelze und der tatsächlichen Reaktordichte in der Welt, um zu bestimmen, wie oft eine radioaktive Kontamination droht. Laut Definition der Internationalen Atomenergie Behörde IAEA gilt ein Gebiet mit mehr als 40 Kilobecquerel Radioaktivität pro Quadratmeter als kontaminiert. Zum Vergleich: Nach dem Unglück von Tschernobyl belastete der radioaktive Niederschlag von Cäsium-137 den Boden in Deutschland mit bis zu 40 Kilobecquerel pro Quadratmeter.

Wie das Mainzer Team nun feststellte, droht eine Verseuchung mit mehr als 40 Kilobecquerel pro Quadratmeter in Westeuropa, wo die Reaktordichte sehr hoch ist, durchschnittlich einmal in 50 Jahren. Im weltweiten Vergleich tragen die Bürger im dicht besiedelten Südwestdeutschland durch die zahlreichen Kernkraftwerke an den Grenzen von Frankreich, Belgien und Deutschland das höchste Risiko einer radioaktiven Kontamination. In Westeuropa wären bei einer einzigen Kernschmelze durchschnittlich 28 Millionen Menschen von einer Kontamination mit mehr als 40 Kilobecquerel pro Quadratmeter betroffen. Noch höher ist diese Zahl in Südasien. Ein schwerer nuklearer Unfall würde dort etwa 34 Millionen Menschen betreffen, im Osten der USA und in Ostasien wären es 14 bis 21 Millionen Menschen.

„Der Ausstieg Deutschlands aus der Kernenergie verringert zwar das nationale Risiko einer radioaktiven Verseuchung. Deutlich geringer wäre die Gefährdung, wenn auch Deutschlands Nachbarn ihre Reaktoren abschalteten“, resümiert Jos Lelieveld. „Notwendig ist nicht nur eine tiefgehende und öffentlich zugängliche Analyse der tatsächlichen Risiken, die von Kernkraftwerken ausgehen. Vor dem Hintergrund unserer Erkenntnisse sollte meiner Meinung nach auch ein international koordinierter Ausstieg aus der Kernenergie in Betracht gezogen werden“, ergänzt der Atmosphärenchemiker.

Dr. Susanne Benner 
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit 
Max-Planck-Institut für Chemie 

 via Informationsdienst Wissenschaft

Donnerstag, 17. Mai 2012

Der Rhein: 5 Millionen Jahre älter als gedacht - Alter des Flusses anhand von Fossilien korrigiert

Wissenschaftler des Senckenberg Center for Human Evolution and Palaeoecology (HEP) an der Universität Tübingen und des Senckenberg Forschungsinstitutes in Frankfurt haben das Alter des Rheins anhand von Fossilien untersucht. Sie kommen zu dem Ergebnis, dass der Fluss fünf Millionen Jahre älter ist, als bisher angenommen. Die zugehörige Studie erscheint heute im Fachjournal „PLoS ONE“.

Der Rhein ist kein Unbekannter in Europa – auf seiner Reise zur Nordsee durchfließt er die Schweiz, Österreich, Deutschland und die Niederlande. Darüber hinaus umfasst das Einzugsgebiet des etwa 1.233 Kilometer langen Fließgewässers fast ganz Luxemburg sowie kleine Teile Belgiens, Frankreichs, Lichtensteins und Italiens. So bekannt der Fluss auch ist, sein Ursprungs-Alter ist nach wie vor umstritten.

„Bisher ist man davon ausgegangen, dass der Ur-Rhein etwa zehn Millionen Jahre alt ist“, erklärt Prof. Madelaine Böhme, Erstautorin der Studie und Leiterin der HEP-Arbeitsgruppe „Terrestrische Paläoklimatologie“, und fährt fort: „Aufgrund unserer Untersuchungen an Fossilien einer Fundstelle nahe Sprendlingen gehen wir aber davon aus, dass der Fluss mindestens fünf Millionen Jahre älter ist.“

Die Säugetierfossilien im Raum Sprendlingen und Eppelsheim gelten unter Wirbeltier-Paläontologen seit 200 Jahren als Maßstab für das Neogen – die Zeitspanne vor etwa 23 Millionen bis etwa vor 2,5 Millionen Jahren. Weltberühmt wurden die Fundstellen durch den weltweit ersten Fund eines fossilen Affen (1822) und die wissenschaftliche Erstbeschreibung von 19 großen Säugetierarten im frühen 19. Jahrhundert.

Die zeitliche Einordnung der dort zu findenden Dinotheriensande – die neben den namensgebenden Zähnen und Knochen des Rüsseltiers Dinotherium zahlreiche andere Fossilien enthalten – war schon häufig Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion.

„Wir haben deshalb eine neue Probe mit über 300 Säugetierfossilien, Blättern und versteinerten Hölzern untersucht. Dabei haben wir Zähne und Knochen verschiedener Hirscharten gefunden, die in Zentraleuropa allesamt zu Beginn des mittleren Miozän – also der Zeit zwischen 14 und 16 Millionen Jahre vor heute – lebten.“, erläutert Böhme. „Die Ergebnisse aus den Untersuchungen von fossilen Pflanzenresten, die unter- und oberhalb der säugetierführenden Fundschichten gefunden wurden, bekräftigen unsere Schlussfolgerungen.“

Die Resultate haben unmittelbare Folgen für das Verständnis der Entwicklung des Mainzer Beckens und des Oberrheingrabens in der Erdgeschichte. Da die Funde aus den ältesten bekannten Ablagerungen des Rheins stammen, muss dieser ebenfalls mindestens fünf Millionen Jahre älter sein.

Die Schlüsse der Senckenberger Wissenschaftler wirken sich auf die gesamte chronologische Einordnung der Tier- und Pflanzenumwelt des mittleren bis späteren Miozäns aus – galten die Fundstellen rund um Sprendlingen doch bisher als zeitlicher Fixpunkt für Paläontologen. 

Madelaine Böhme, Manuela Aiglstorfer, Dieter Uhl, Ottmar
Kullmer (2012): The Antiquity of the Rhine River: Stratigraphic Coverage of the Dinotherien-sande (Eppelsheim Formation) of the Mainz Basin (Germany), PLoS ONE, http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0036817

Judith Jördens 
Senckenberg Pressestelle
Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
via Informationsdienst Wissenschaft

Aqua MODIS: Science and Beauty

Dienstag, 15. Mai 2012

Video - Animation der Grenzen Europas von 1000 bis 2005

In diesem faszinierenden Video sind die Grenzen der europäischen Länder und ihre Verschiebungen seit dem Jahr 1000 n Chr. dargestellt. Wie man unschwer bemerkt, leben wir heute in der längsten Periode Europas ohne größere kriegerische Auseinandersetzungen. Man mag in Zeiten von Eurokrise und Verdrossenheit halten von der EU was man will, aber für einen Kontinent, dessen Völker eigentlich seit der Gründung ihrer Staaten fast ununterbrochen gegeneinander Krieg geführt haben, ist das schon eine bemerkenswerte Leistung.


Arsen- und Selen-belastete Grundwässer in Südostasien

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) spricht von einer Massenvergiftung: 100 Millionen Menschen weltweit sind von Arsen-verunreinigtem Grundwasser betroffen, besonders in Südostasien. Wasser und Böden verschiedener Regionen sind auch mit Selen belastet. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Mineralogie und Geochemie (IMG) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) untersuchen, durch welche Prozesse Arsen und Selen freigesetzt werden – um gezielte Gegenmaßnahmen zu entwickeln.
 
„Belastete Grundwässer findet man vor allem in den Deltaebenen, in denen die Sedimente aus Gebirgen abgelagert werden – zum Beispiel im Red-River-Delta in Vietnam oder im Delta von Ganges und Brahmaputra in Indien und Bangladesh“, sagt Professor Thomas Neumann vom IMG. „In diesen dicht besiedelten Regionen gibt es keine zentrale Trinkwasserversorgung und -aufbereitung, deshalb sind so viele Menschen betroffen.“ Der von der WHO empfohlene Grenzwert für Arsen liegt bei zehn Mikrogramm pro Liter Wasser – in vielen Ländern Südostasiens liegt er zum Teil bei 50, der tatsächlich gemessene Wert kann sogar bei mehreren Tausend Mikrogramm pro Liter liegen. Trinkt man über längere Zeit verunreinigtes Wasser, kommt es zu gesundheitlichen Problemen: von Hautkrankheiten wie schwarzen Flecken an Händen und Füßen bis hin zu verschiedenen Krebsarten. Neumann und sein Team untersuchen die Mechanismen der Freisetzung von Arsen und Selen ins Grundwasser – um Maßnahmen dagegen treffen oder die betroffenen Grundwasserleiter (Aquifere) beim Bohren neuer Brunnen meiden zu können.

Verantwortlich für die Freisetzung sind Redoxprozesse: chemische Reaktionen, bei denen ein Reaktionspartner Elektronen auf einen anderen überträgt. Bei der Verwitterung in den Gebirgen, zum Beispiel im Himalaya, werden Arsen und Selen vermutlich aus Sulfiden freigesetzt, die – wenn Sauerstoff zur Verfügung steht – nicht stabil sind: Dabei bilden sich zum Beispiel Eisenoxide, an die Arsen und Selen binden, und über die Flüsse dann in den Deltaebenen abgelagert werden. Bilden sich dort im Grundwasser Bedingungen aus, in denen kein Sauerstoff zur Verfügung steht, lösen sich die Eisenoxide wieder und die daran gebundenen Arsen- und Selen-Ionen werden ins Wasser freigesetzt. „Besonders hoch ist die Freisetzungsrate, wenn viel organisches Material vorliegt, wie Torf, Pflanzenreste oder auch Abwasser, da durch ihren Abbau Sauerstoff verbraucht wird“, erläutert Dr. Elisabeth Eiche. „Gerade in den Deltaregionen ist viel organisches Material in den Sedimentschichten eingelagert – beim Arsen ist die Freisetzung ein sehr großflächiger Prozess, so sind in Bangladesh etwa 40 Prozent des Landes betroffen.“ Bei den Redoxprozessen wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ansetzen: Eine Möglichkeit sie zu verhindern, ist das dauerhafte Erhöhen oder Absenken des Grundwasserspiegels, sodass die chemischen Verhältnisse hier stabil bleiben. Helfen können auch Filtersysteme, etwa einfache Sandfilter, in denen im Wasser gelöstes Eisen durch Belüftung ausgefällt wird und dabei das Arsen oder Selen bindet.

Zurzeit konzentriert sich die Forschung des IMG auf die Selenbelastung in der Region Punjab: In der „Kornkammer Indiens“ werden vor allem Reis und Weizen angebaut. Die Nachwuchsgruppe um Dr. Monika Stelling untersucht, welchen Einfluss anthropogene, also von Menschen verursachte, Veränderungen auf das Verhalten von Selen im System Wasser-Boden-Pflanze haben. Als wichtigsten Eintragspfad haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Bewässerung identifiziert: Das Selen findet sich nicht im gesamten Bodenprofil, sondern lediglich in den obersten fünfzehn Zentimetern. In hoher Konzentration liegt es dagegen an Bewässerungskanälen und auf den stark bewässerten Reisfeldern vor. Nun geht es darum, angepasste Bewässerungszyklen zu entwickeln und den Bauern als Richtlinien an die Hand zu geben. Aber auch darum, herauszufinden, welche Nutzung sich je nach Boden und Wasserqualität am besten eignet. „Für den Reisanbau braucht man viel mehr Wasser als für den Weizenanbau. Dies führt zur verstärkten Selenanreicherung im Boden. Gleichzeitig ändern sich aber auch die Redoxbedingungen im Boden: Das Selen ist weniger mobil und kann von den Pflanzen nicht so gut aufgenommen werden“, sagt Monika Stelling. Einfluss hat auch die Düngung: „Durch verschiedene Ionen, die im Dünger sind, kann bei der Aufnahme in die Pflanze eine Wettbewerbsreaktion mit dem Selen auftreten.“ Anders als Arsen ist das Spurenelement Selen gleichzeitig giftiger Schadstoff und notwendiger Nährstoff. „Wir müssen deshalb in beide Richtungen denken: Ziel unserer Forschung ist auch, den Bauern künftig Empfehlungen für die Bepflanzung an die Hand geben zu können, ihnen sagen zu können, welche Pflanzen und welcher Dünger sich für stark belastete Gebiete und welche sich für Mangelgebiete eignen.“

Eine Plattform für den Erfahrungsaustausch bietet das IMG mit der Tagung „Selen 2012“, die am 8. und 9. Oktober am KIT stattfindet. Sie richtet sich an Mineralogen und Chemiker genauso wie an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Agrarwissenschaft, Hydrologie und Hydrogeologie, Biologie, Medizin, Ernährung und nukleare Entsorgung.

Nähere Informationen: www.img.kit.edu

Monika Landgraf 
Presse, Kommunikation und Marketing
Karlsruher Institut für Technologie

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Mit der SONNE über dem Vulkan

- Meeresforscher aus Kiel und Großbritannien veröffentlichen Vermessungen einer Unterwasser-Eruption -

Die meisten Vulkane liegen gut versteckt in den Tiefen der Ozeane. Sie genau zu beobachten ist kaum möglich. Geologen der Universitäten Oxford und Durham sowie des GEOMAR | Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel gelang im vergangenen Jahr die Vermessung eines Unterwasservulkans im Pazifik während und kurz nach einem Ausbruch. Ihre Beobachtungen sind jetzt in der internationalen Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ erschienen.


Vulkaneruptionen sind meist spektakulär, oft auch zerstörerisch. So ist es schwer vorstellbar, dass ein Vulkan ausbricht und niemand Notiz davon nimmt. Doch genau das geschieht wahrscheinlich jeden Tag mehrere hundert Male. Eine große Zahl an Vulkanen verbirgt sich nämlich in den Tiefen der Ozeane – die Mehrzahl davon ist bisher auf keiner Karte verzeichnet. Und auch die bekannten Unterwasservulkane sind viel schwieriger zu vermessen oder zu beobachten als die Exemplare an Land. Einem Team britischer und deutscher Forscher ist es während einer Expedition mit dem deutschen Forschungsschiff SONNE im Jahr 2011 dank modernster Messtechnik und auch einer ordentlichen Portion Glück gelungen, beinahe in Echtzeit den Ausbruch eines Unterwasservulkans und seine Folgen südlich der Tonga-Inseln im Pazifik zu dokumentieren. Die Forscher berichten davon in der Online-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature Geoscience“. „Die von uns gewonnenen Daten zeigen wieder einmal sehr eindringlich, wie aktiv und dynamisch der Meeresboden ist“, erklärt der Dr. Ingo Grevemeyer vom GEOMAR | Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, einer der Autoren der Studie.

Grundlage bildet die 215. Expedition des FS SONNE, die das Schiff im Mai und Juni 2011 in den Pazifik zwischen Neuseeland und Tonga führte. Zum Forschungsprogramm der Reise, die von der Universität Durham (UK) geleitet wurde, gehörte auch die Vermessung des Monowai Unterwasservulkans, der rund 400 Kilometer südwestlich von Tonga liegt. Er erhebt sich aus rund 2000 Metern Wassertiefe bis auf weniger als 100 Meter unter der Meeresoberfläche. „Der Monowai bot sich für langfristige Beobachtungen an, weil er im Gegensatz zu vielen anderen Unterwasservulkanen einigermaßen bekannt ist. Schon 1998, 2004 und 2007 wurde er von Forschungsschiffen vermessen“, erklärt Dr. Grevemeyer.

Im Verlauf der Expedition führten die Wissenschaftler mit den hoch auflösenden Fächer-Echoloten der SONNE gleich zwei Vermessungen des Monowai durch. Die erste erfolgte am 14. Mai, die zweite am 1. und 2. Juni. Innerhalb dieser kurzen Zeit hatten sich die Wassertiefen über dem Vulkan deutlich geändert: An einigen Stellen hatten sie um fast 19 Meter zugenommen, an anderen um 72 Meter abgenommen. „Das sind schon sehr auffällige Unterschiede, die darauf hindeuteten, dass mit dem Vulkan zwischenzeitlich etwas geschehen ist“, erklärt Dr. Grevemeyer.

Tatsächlich hatten Ozeanbodenseismometer des GEOMAR unweit von Monowai und eine seismische Messstation auf der Pazifik-Insel Rarotonga in den Tagen nach der ersten Vermessung deutliche akustische Signale aus der Monowai-Region aufgezeichnet. „Bei der Überfahrt im Mai konnten auch Gasblasen an der Wasseroberfläche und eine Verschmutzung des Wassers wahrgenommen werden“, berichtet Dr. Grevemeyer, „unter uns hat es wohl stark gebrodelt“. Zwischen den beiden Vermessungen hat dann eine massive unterseeische Eruption Teile des Monowai-Kegels abgetragen, während sich in einigen Bereichen große Mengen neuer Lava abgelagerten. Damit hatte sich die Topografie des Meeresbodens geändert, was die Wissenschaftler als Veränderung der Wassertiefen messen konnten. „Die Geschwindigkeit, mit der in dieser kurzen Zeit Teile des Berges abrutschten und andere aufgeschüttet wurden, ist auch im Vergleich mit anderen Vulkanen sehr hoch“, betont Dr. Grevemeyer.

So konnten die Wissenschaftler mit modernen Tiefenmessungen die Dynamik eines aktiven Unterwasservulkans präzise beobachtet. „Das ist ein seltener Glücksfall, weil meistens kein Forschungsschiff in der Nähe ist, wenn ein Unterwasservulkan ausbricht“, betont Dr. Grevemeyer. Glücklicherweise sei mit der heutigen Echolottechnik eine viel präzisere Untersuchung von Unterwasservulkanen möglich als noch vor wenigen Jahren, „doch mit Blick auf die vielen unbekannten Unterwasserberge steht die Forschung eigentlich noch am Anfang“, ergänzt der Geologe.

Originalarbeit:
Watts, A.B., C. Peirce, I. Grevemeyer, M. Paulatto, W. Stratford, D. Bassett, J. A. Hunter, L. M. Kalnins and C. E. J. de Ronde, 2012: Rapid rates of growth and collapse of Monowai submarine volcano, Kermadec Arc. Nature Geoscience, http://dx.doi.org/10.1038/NGEO1473

Andreas Villwock 
Kommunikation und Medien
GEOMAR | Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

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Mittwoch, 2. Mai 2012

Was soziale Netzwerke im Internet auch über Nicht-Mitglieder wissen können

Was können soziale Netzwerke im Internet über Menschen wissen, die selbst kein Nutzerprofil besitzen, aber Freunde von Mitgliedern sind? Das haben Forscher des Interdisziplinären Zentrums für Wissenschaftliches Rechnen der Universität Heidelberg untersucht. Ihre Arbeiten zeigen, dass sich Informationen aus der Netzwerkstruktur von Mitgliedern auf Nicht-Mitglieder übertragen und mit Hilfe von netzwerkanalytischen Strukturmerkmalen auswerten lassen. Unter bestimmten Voraussetzungen ist es möglich, etwa 40 Prozent der existierenden Freundschaftsbeziehungen zwischen Nicht-Mitgliedern auf der Basis reiner Kontaktdaten korrekt vorherzusagen.

Was soziale Netzwerke im Internet auch über Nicht-Mitglieder wissen können
Heidelberger Forscher untersuchen die automatische Generierung von sogenannten Schattenprofilen

Was können soziale Netzwerke im Internet über Menschen wissen, die selbst kein Nutzerprofil besitzen, aber Freunde von Mitgliedern sind? Das haben Forscher des Interdisziplinären Zentrums für Wissenschaftliches Rechnen der Universität Heidelberg untersucht. Ihre Arbeiten zeigen, dass sich Informationen aus der Netzwerkstruktur von Mitgliedern auf Nicht-Mitglieder übertragen und mit Hilfe von netzwerkanalytischen Strukturmerkmalen auswerten lassen. Unter bestimmten Voraussetzungen ist es möglich, etwa 40 Prozent der existierenden Freundschaftsbeziehungen zwischen Nicht-Mitgliedern auf der Basis reiner Kontaktdaten korrekt vorherzusagen.

Bereits seit einigen Jahren gehen Wissenschaftler der Frage nach, welche Schlussfolgerungen sich mit Hilfe des Computers aus direkt oder indirekt eingegebenen Daten durch entsprechende Lern- und Vorhersagealgorithmen ziehen lassen. In einem sozialen Netzwerk können auch Angaben wie sexuelle Orientierung oder politische Ausrichtung, die ein Mitglied nicht selbst angegeben hat, mit sehr hoher Präzision „berechnet“ werden, wenn genug Freunde des betreffenden Nutzers die entsprechende Information über sich selbst freigegeben haben. „Sobald bestätigte Freundschaftsbeziehungen bekannt sind, ist die Vorhersage bestimmter unbekannter Eigenschaften keine allzu große Herausforderung mehr für die maschinelle Datenanalyse“, sagt Prof. Dr. Fred Hamprecht, Mitbegründer des Heidelberg Collaboratory for Image Processing (HCI).

Untersuchungen dieser Art beschränken sich bislang jedoch auf Nutzer von sozialen Netzwerken, also auf Personen, die dort über ein Nutzerprofil verfügen – und damit den jeweiligen Datenschutzbedingungen zugestimmt haben. „Nicht-Mitglieder besitzen hingegen keine derartige Vereinbarung. Aus diesem Grund haben wir ihre Anfälligkeit für die automatische Generierung sogenannter Schattenprofile untersucht“, erläutert Prof. Dr. Katharina Zweig, die bis vor kurzem am Interdisziplinären Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) der Universität Heidelberg tätig war.

In einem sozialen Netzwerk im Internet ist es möglich, unter anderem mit Hilfe einer Funktion zum Auffinden von Bekannten an Informationen über Nicht-Mitglieder zu gelangen. So werden Neumitglieder von Facebook dazu aufgefordert, bei ihrer Registrierung dem Netzwerk ihre kompletten E-Mail-Kontakte zur Verfügung zu stellen – auch Kontakte zu Personen, die selbst nicht Mitglied bei Facebook sind. „Dieses sehr grundlegende Wissen darüber, wer mit wem in einem sozialen Netzwerk bekannt ist, lässt sich mit Informationen darüber verknüpfen, wen Nutzer außerhalb des Netzwerks kennen. Mit dieser Verknüpfung kann dann wiederum ein wesentlicher Teil des Bekanntschaftnetzes zwischen Nicht-Mitgliedern abgeleitet werden“, erläutert Ágnes Horvát, die am IWR forscht.

Für ihre Berechnungen nutzten die Heidelberger Wissenschaftler ein Standard-Verfahren des maschinellen Lernens, aufbauend auf netzwerkanalytischen Strukturmerkmalen. Da die Daten, die für diese Untersuchung benötigt wurden, nicht frei erhältlich sind, haben die Forscher mit einem Testset echter Grunddaten gearbeitet. Die Aufteilung in Mitglieder und Nicht-Mitglieder sollte dabei mit einer möglichst großen Bandbreite von Methoden simuliert werden. Mit der Simulation war es zugleich möglich, die Untersuchungsergebnisse zu validieren. Mit handelsüblichen Computern konnte in nur wenigen Tagen berechnet werden, welche Nicht-Mitglieder mit großer Wahrscheinlichkeit miteinander befreundet sind.

Für die Heidelberger Wissenschaftler war dabei überraschend, dass alle Simulationsansätze qualitativ dasselbe Ergebnis brachten. „Unter realistischen Annahmen darüber, wieviel Prozent einer Bevölkerung Mitglied eines sozialen Netzwerkes sind und mit welcher Wahrscheinlichkeit diese ihr E-Mail-Adressbuch hochladen, hat sich gezeigt, dass es mit den Berechnungen möglich war, rund 40 Prozent richtige Vorhersagen über Bekanntschaften zwischen den Nicht-Mitgliedern zu treffen.“ Dies stellt nach Angaben von Dr. Michael Hanselmann vom HCI eine 20-fache Verbesserung gegenüber einfachem Raten dar.

„Unsere Untersuchung hat deutlich gemacht, welches Potenzial soziale Netzwerke besitzen, um Informationen über Nicht-Mitglieder abzuleiten. Die Resultate sind auch deshalb erstaunlich, weil sie auf reinen Kontaktdaten beruhen“, betont Prof. Hamprecht. Viele soziale Netzwerke und Dienstleister verfügen jedoch über weitaus mehr Informationen der Nutzer, etwa Alter, Einkommen, Ausbildung oder Wohnort. Mit der Verwendung solcher Angaben, einer entsprechenden technischen Infrastruktur und weiteren Strukturmerkmalen der Netzwerkanalyse ließe sich – so die Wissenschaftler – die Vorhersagegenauigkeit vermutlich noch deutlich steigern. „Insgesamt zeigt unser Projekt damit auf, dass wir als Gesellschaft eine Vereinbarung dafür finden müssen, inwieweit Informationen genutzt werden dürfen, zu denen es keine Freigabe der betroffenen Personen gibt“, sagt Prof. Zweig.

Die Forschungsergebnisse wurden in „PLoS ONE“ veröffentlicht.

Originalpublikation:
Horvát E-Á, Hanselmann M, Hamprecht FA, Zweig KA (2012): One Plus One Makes Three (for Social Networks). PLoS ONE 7(4): e34740. doi:10.1371/journal.pone.0034740

Marietta Fuhrmann-Koch
  Kommunikation und Marketing
Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

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Paläontologie: Dinos in Not vor dem großen Knall

Trotz Jahre intensiver Forschung über das Aussterben der Dinosaurier vor 65 Millionen Jahren ist die Ursache immer noch nicht endgültig geklärt: Begann der Aussterbeprozess der Dinosaurier schon lange bevor ein Asteroid am Ende der Kreidezeit auf die Erde einschlug?

„Nur wenige Fragen in der Paläontologie haben die Wissenschaft und die Öffentlichkeit gleichermaßen stark fasziniert wie das Aussterben der Dinosaurier“, sagt Steve Brusatte vom American Museum of Natural History. „Wurde dieses Aussterben durch lang andauernde vulkanische Eruptionen oder durch einen plötzlichen Asteroideneinschlag ausgelöst? Tatsächlich war die Sache wohl sehr viel komplexer als bislang vermutet wurde.“

In einer neuen Studie konnten Wissenschaftler des American Museum of Natural History, New York, der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und der Bayrischen Staatssammlung für Paläontologie und Geologie, beide München, einen Rückgang der Diversität von großen, kauenden Pflanzenfressern in der Endphase der Kreidezeit beobachten. Fleischfresser und nicht-kauende Pflanzenfresser waren hingegen nicht betroffen. Insgesamt schienen geographische Faktoren den Erfolg der einzelnen Gruppen zu beeinflussen.

Erfolgreich dank Vielfalt
Frühere Untersuchungen zum Aussterben der Dinosaurier konzentrierten sich zumeist auf die Veränderung der Artenzahl während der Endphase der Kreidezeit, die aber nicht immer präzise ermittelt werden. In der neuen Studie analysierten die Wissenschaftler daher die Veränderung der körperlichen Variabilität von insgesamt 150 Arten aus sieben Dinosaurier-Gruppen, basierend auf anatomischen Merkmalen im Skelettbau. Nehmen die Unterschiede im Skelettbau innerhalb einer Gruppe über die Zeit zu, könnte dies auf eine Auffächerung in neue Arten hindeuten. Eine Abnahme der Variabilität könnte hingegen ein mögliches Aussterben anzeigen.

„In den Augen der meisten Leute sind Dinosaurier nur riesige Ungeheuer aus grauer Vorzeit“, sagt Richard Butler von Ludwig-Maximilians-Universität. „Tatsächlich waren Dinosaurier aber extrem divers. Zum Ende der Kreidezeit lebten immer noch hunderte Arten, die sich in Größe, Form und Nahrungsspektrum stark unterschieden.“ Die einzelnen Gruppen scheinen sich dabei auch sehr unterschiedlich evolviert zu haben, was die Studie nun auch untermauert.

So ermittelten die Wissenschaftler für die letzten zwölf Millionen Jahre der Kreidezeit einen Rückgang der Diversität für Hadrosauer und Ceratopsier, zwei Gruppen großer, kauender Pflanzenfresser. Im Gegensatz dazu blieb die Diversität von Fleischfressern wie den Tyrannosauriern und Coelurosauriern, von mittelgroßen Pflanzenfressern wie den Pachycephalosaurieren und Ankylosauriern sowie von den riesigen Pflanzenfressern, den Sauropoden, stabil oder erhöhte sich sogar leicht.

Asiatische Aufsteiger
Allerdings war zum Beispiel der Rückgang der Diversität bei Hadrosauriern kein globales Phänomen: Während die Diversität der nordamerikanischen Arten abnahm, konnte in Asien dagegen eine Zunahme beobachtet werden. Diese unterschiedliche regionale Entwicklung könnten mit extremen geografische Veränderungen wie Schwankungen der Meeresspiegel und Gebirgsbildungen zusammenhängen, die zeitgleich in Nordamerika stattfanden.

„Aber auch wenn die Diversität einiger Gruppen oder regionalen Faunen zurück ging, bedeutet das nicht, dass die Dinosaurier am Ende der Kreidezeit automatisch dem Untergang geweiht waren“, betont Mark Norell vom American Museum of Natural History. Die Diversität der Dinosaurier veränderte sich ständig während des Erdmittelalters und war daher ein ganz normaler Prozess. Erst der Einschlag eines riesigen Asteroidens am Ende der Kreidezeit besiegelte das Schicksal dieser extrem erfolgreichen Wirbeltiergruppe.

Die Studie wurde unter anderem vom Emmy Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), einem Stipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung sowie der US-amerikansichen National Science Foundation und dem Charlotte und Walter Kohler Charitable Trust gefördert. (Nature Communications online, 01. Mai 2012)

Publikation:
Titel: Dinosaur morphological diversity and the end Cretaceous extinction
Autor(en): Brusatte, SL, Butler, RJ, Prieto-Márquez, A & Norell, MA
Journal, Jahr: Nature Communications
Doi: 10.1038/ncomms1815

 
Luise Dirscherl 
Stabsstelle Kommunikation und Presse
Ludwig-Maximilians-Universität München

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