„Ein Bodenfeuchte-Feldlabor wie hier in Potsdam ist weltweit einzigartig“ – Interview mit Prof. Sascha Oswald

Prof. Sascha Oswald erforscht in der DFG-Forschungsgruppe „Cosmic Sense“ Methoden, um anhand der Neutronendichte die Bodenfeuchte zu ermitteln. Diese ist die Basis für jede Land- und Forstwirtschaft und spielt bei der Erforschung des Klimas eine wichtige Rolle. Ein Gespräch über den Wunsch, beim Umweltschutz neue Impulse zu setzen.

Herr Prof. Oswald, Sie sind eigentlich promovierter Physiker und beschäftigen sich als Professor am Institut für Umweltwissenschaften und Geographie der Uni Potsdam mit Themen wie Bodenfeuchte, Grundwasserschutz und Mikroplastik. Wie kam es, dass Sie vom Physiker zum Geografen wurden?

Das Thema hatte sich bereits in meiner Diplomarbeit herauskristallisiert. Da hatte ich mich bereits mit einem Umweltthema beschäftigt, nämlich dem Grundwasser. Während meiner Promotion, die ich in Heidelberg begonnen hatte, hatte mein Doktorvater ein Angebot der ETH Zürich erhalten. Wir hatten dann abgesprochen: Wenn er geht, würde ich mitgehen. Dort waren wir dann in einem Department für Umweltnaturwissenschaften angesiedelt und ich habe meine Promotion abgeschlossen. Darin ging es um Dichte und Strömungen von Grundwasser, also Umweltthematiken. So hat das mit den Umweltwissenschaften begonnen, an denen ich die nächsten Jahre weitergearbeitet und geforscht habe, bis ich 2009 die Professur an der Universität Potsdam angeboten bekommen habe.

Was fasziniert Sie so sehr am Thema Wasser?

Für mich geht es eher um Umweltschutz insgesamt. Meine Motivation war: Wasser ist eine wichtige Ressource, die auch stark genutzt wird. Dieses Wechselspiel zwischen Wissenschaft und Anwendung, wie man die Umwelt schützen kann, statt sie zu übernutzen, das hat mich fasziniert. Wir alle sind auf Wasser angewiesen. Hier und in anderen Ländern. Aber im Laufe der Jahre hat sich mein Interessensgebiet auf Böden ausgeweitet. Die sind in der Öffentlichkeit oft ein Randthema. Dabei wächst auf ihnen das, was wir zum Leben brauchen, also unsere Nahrung. Es ist also wichtig, sich um diese Ressource zu kümmern.

Das Thema Bodenfeuchte klingt erst einmal sehr speziell und nach einem Nischenthema. Inwieweit ist das Thema relevant für unser Verständnis des Planeten bzw. für die Klimaforschung?

Zunächst ist die Bodenfeuchte, also das Wasser, das im Boden gespeichert ist, an der Schnittstelle zwischen der Atmosphäre und der Erdoberfläche. Da gibt es viel Austausch: Auf der einen Seite die Niederschläge, aber auch Verdunstungen über die Vegetation in die Atmosphäre. Die Bodenfeuchte beinhaltet also erstens einen Pool an Wasser für natürliche Vegetationen. Dieses Wasser ist die Lebensgrundlage für die Natur. Es ist ebenso wichtig für Landwirtschaft und Forstwirtschaft. Die letzten Jahre haben gezeigt, auf welche Schwierigkeiten wir stoßen, wenn nicht genügend Wasser verfügbar ist. Zweitens: Die Bodenfeuchte ist für die Atmosphäre wichtig und hat Einfluss auf das Wettergeschehen. Sie wird mitbestimmen, wie sich das Klima entwickelt. Drittens: Das Thema beinhaltet ja auch Versickerung aus dem Bodenwasserspeicher, also wie viel Grundwasser neu gebildet wird. Das ist eine Frage des Gleichgewichts: Gibt es Überschuss, oder ist zu wenig da? Wenn sich das Ganze ändert, wird das die Grundwasserneubildung beeinflussen.

Um die Bodenfeuchte zu ermitteln, beziehen Sie Strahlungen aus dem Weltall, Teilchenschauer und Neutronen in Ihre Forschung mit ein. Wie kamen Sie auf diese Idee?

Das erste Mal, dass ich mit der Technik in Berührung kam, war 2002 an der ETH Zürich. Ein Professor für Bodenphysik gab mir den Anstoß, mit Neutronen im Labor Bilder vom Bodenwasser zu machen. Das Verfahren war damals noch relativ neu. 2008 wurde dann ein Artikel von einem Team in den USA veröffentlicht. Sie hatten natürliche Neutronen genutzt, um das Bodenwasser im Freien zu detektieren. Das war spannend, denn es zeigte sich, dass das ein neuer Ansatz ist, der funktionieren kann. Hier in Potsdam habe ich dann einen Teil der Berufungsmittel darauf verwendet, um das aufzubauen. In Europa waren wir mit die ersten, die damit gearbeitet und dazu publiziert haben.

Wie funktioniert diese Methode?

Neutronen sind Teilchen, die durch atmosphärische Teilchenschauer auch überall an der Landoberfläche in geringen Mengen vorkommen. Wasser hat eine wichtige Eigenschaft: Es bremst Neutronen, kann sie umleiten oder einfangen. Mit unseren Geräten weisen wir die Neutronen eines bestimmten Energiebereichs nach. Anhand der Anzahl der Neutronen können wir dann ermitteln, wie viel Wasser im Boden in der gesamten Umgebung vorhanden ist.

Welche Vorteile hat es, die Bodenfeuchte anhand der Neutronendichte zu bestimmen?

Die sonstigen Messungen sind eigentlich Punktmessungen. Da haben wir verschiedene Messprinzipien. Aber es sind in der Regel Sonden, die man an einer Stelle einbaut, um lokal die Bodenfeuchte zu bestimmen. Es ist aber so, dass der Wert sehr variabel ist. Das sieht man deutlich auch auf einem Feld: Da gibt es verschiedene Texturen und die Vegetation ist unterschiedlich. Und es gibt viel Bewegung durch Pflanzenwurzeln oder Organismen. Die Bodenfeuchte ist deshalb sehr heterogen und variiert generell zwischen ein paar Prozent und etwa 50 Prozent. Das heißt: Einzelmessungen sind nicht viel wert. Sie wissen dann nicht, wie repräsentativ das ist.

Man kann jedoch hunderte Sonden vergraben, dann bekommen Sie einen räumlichen Eindruck und einen besseren Mittelwert. Da liegen wir bei einer Skala von etwa 100 m. Und die Cosmic Ray Neutrone Sensing-Methode (CRNS) ist da eine Größenordnung darüber. Sie mittelt über einen Radius von 150 bis 200 Meter. Das sind dann an die zehn Hektar, über die man eine mittlere Bodenfeuchte erhält. Es gibt nur wenige weitere Methoden, die eine solche Skala abdecken können, und diese erfassen nicht denselben Tiefenbereich. Aber wir integrieren auch diese verschiedenen Ansätze und holen aus der Kombination das Beste heraus.

Haben Sie ein Ziel, dass Sie in den nächsten 5 bis 10 Jahren erreichen möchten?

Wir versuchen, größer zu werden. In der Forschungsgruppe haben wir ein Cluster von 20 CRNS-Sonden eingesetzt, die dann ein Gebiet abgedeckt haben. Damit konnten wir erstmals einen Quadratkilometer erfassen. Was wir hier in Potsdam diesbezüglich erreicht haben, ist weltweit einzigartig. Jetzt ist es unser Ziel, noch größere Einzugsgebiete zu erfassen. Das ist aktuell nicht möglich, weil man nicht einfach 1000 Sonden zur Verfügung hat. Dafür möchten wir Lösungen finden, um zukünftig eine größere Skala abzubilden. Mein Wunsch wäre, dass wir regional bis national solche Bodenfeuchtemessungen etablieren und ein zutreffenderes Bild der Bodenfeuchte erhalten. Das wäre ein großer Schritt, um zum Beispiel genauere Wettermodelle zu erarbeiten.

Ihre Diplomarbeit haben Sie in Heidelberg geschrieben, in Zürich Ihre Promotion abgeschlossen. Sie waren bei einer Firma in Baden im Aargau, an der University of Sheffield und am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig. Seit 2009 sind Sie an der Universität Potsdam in Potsdam-Golm. Was ist aus Ihrer Sicht das Besondere am Potsdam Science Park?

Der Potsdam Science Park ist wirklich besonders, weil hier die Naturwissenschaften der Universität gebündelt sind. Es passiert hier unglaublich viel. Neue Gebäude entstehen, der Standort wächst. Wir haben hier die Institute der Physik, Chemie und Biologie vor der Haustür, sind sehr nah beisammen, können uns austauschen und voneinander lernen. Potsdam hat auch eine gute Lage, ist gut angebunden. Die gesamte Hauptstadtregion, der Raum Potsdam-Berlin, sind sehr lebendig, sehr aktiv, es gibt viel Forschung und viele Konferenzen. Und wir profitieren von der Nähe zu den außeruniversitären Forschungseinrichtungen.

Mit welchen Einrichtungen arbeiten Sie besonders eng zusammen?

Als Institut haben wir hier sehr vielfältige Zusammenarbeiten mit unterschiedlichen Instituten. Da wäre zum Beispiel das Deutsche GeoForschungsZentrum (GFZ), in Teilen das Potsdam Institut for Climate Impact Research PIK und das Alfred-Wegener-Institut AWI. Ich selbst arbeite auch viel mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig zusammen, bei dem ich früher auch gearbeitet hatte. Da gibt es eine enge Kooperation. Das ist nicht vor der Haustür, aber das ist fachlich sehr nahe, da sie dort auch an der CRNS-Methode forschen. Spezifischer arbeiten wir auch mit dem Leibnitz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) zusammen. Da haben wir ein Testgelände in Potsdam-Marquardt, auf dem wir ein Cluster aus mehreren Sonden aufgebaut haben, quasi ein kleiner Science Park für CRNS-Forschung, bei dem auch Leute aus Berlin mitarbeiten.

Was wünschen Sie sich für den Potsdam Science Park in den nächsten Jahren?

Für meine Arbeitsgruppe wünsche ich mir schon länger weitere Labormöglichkeiten. Da gibt es aber aktuell einen Neubau, in den wir einziehen werden. Insgesamt passiert viel, das ist erfreulich. Der Raum ist dennoch knapp trotz der Neubauten, weil die Nachfrage so groß ist. Für Studierende und Mitarbeitende wird die Verfügbarkeit von Wohnraum immer geringer. Das kommt eben daher, dass der Standort so attraktiv ist. Aber ich sehe auch, dass viel vorangetrieben wird und bin gespannt, was in den nächsten Jahren hier so passieren wird.

Herr Prof. Oswald, wir danken Ihnen für das Gespräch.

Dieser Blog und die Projekte der Standortmanagement Golm GmbH im Potsdam Science Park werden aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Brandenburg finanziert.

Foto: Cosmic Ray Neutron Sensoren (CRNS) © Prof. Sascha Oswald