Was sind die modernen „Kristallkugeln“ der Meereswissenschaftler, und wofür werden sie verwendet?

Ein - scheinbar - unvorhersagbares System
Zustandsänderungen in Raum und Zeit bestimmen das Wattenmeer: Täglich mehrfacher Wechsel von Ebbe und Flut, überprägt durch mondphasenbedingte Höchst- und Tiefststände und eingebunden in das allgemeine Wettergeschehen. Dazu kommen als Einflüsse weltweite Veränderungen, etwa ein durch Klimawandel verursachter Meeresspiegelanstieg.

Das Watt ist damit ein Beispiel für ein besonders vielfältiges und wechselnden Einflüssen unterliegendes System. Dabei ist es möglich, dass stark veränderte Einzeleinflüsse nahezu keine Auswirkungen auf das Gesamtsystem haben. Anders herum kann eine vergleichsweise kleine Änderung eines oder weniger Faktoren womöglich das Gesamtsystem völlig aus der Bahn werfen. Die Wissenschaftler sprechen von nichtlinearen Zusammenhängen zwischen den einzelnen Systemanteilen.

Zunächst als geringfügig wahrgenommene Umweltveränderungen können zum abrupten Umschlagen des Systems führen, mit zum Teil dramatischen Auswirkungen - etwa auf Ozeanströmungen und gekoppeltes Wettergeschehen, Nahrungsnetzwerke und Artenvielfalt. Solch ein System mag unvorhersagbar erscheinen, dennoch gelingt seine modellhafte Erfassung in Datenverarbeitungsanlagen immer besser.

Modelle – warum?
Wohin entwickelt sich unsere (Meeres-)Umwelt, was sind Einflussgrößen, die durch den Menschen verändert oder sogar geprägt werden, und wie lassen sie sich so beeinflussen, dass dem Leben in dieser Umwelt zukünftig nicht die Grundlage entzogen wird?

Kernfragen, um die sich die Arbeit mehrerer modellierender Arbeitsgruppen am ICBM rankt. Sie schauen nicht mehr in die gläsernen Sphären mittelalterlicher Wahrsager. Ihre „Kristallkugeln“ sind moderne Computersysteme. Die Wissenschaftler „blättern in der Vergangenheit“, um so mit Hilfe hoch entwickelter Computersimulationen „in der Zukunft lesen" zu können. Je vollständiger das Datenmaterial ist, dass vergangene und gegenwärtige Entwicklungen beschreibt, umso genauer lassen sich diese rechnerisch mit Computerhilfe nachvollziehen und umso eher gelingt es, daraus Vorhersagen für die Zukunft abzuleiten.

Umfangreiches und lückenloses Datenmaterial, wie es mit Hilfe der Wattenmeer-Dauermessstation des ICBM seit mehr als fünfzehn Jahren gewonnen oder auch durch andere Arbeitsgruppen (intern und extern) erarbeitet wird, ist eine wichtige Voraussetzung dafür, die Modellsysteme zu verbessern und zu verfeinern.

Modellierer am ICBM
Bei für den Laien scheinbar völlig unterschiedlichen Extremereignissen, wie schädlichen Algenblüten einerseits und epileptischen Anfällen des Menschen andererseits, erscheint es sinnvoll, prinzipielle Ähnlichkeiten modellhaft zu untersuchen. Die Arbeitsgruppe Theoretische Physik/Komplexe Systeme widmet sich daher u.a. den Möglichkeiten zur Vorhersage derartiger Ereignisse. Im Falle der Algenblüten könnten sie Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen und die Industrie minimieren, hinsichtlich epileptischer Anfälle therapeutische Möglichkeiten erheblich verbessern. Weitere Modelle dieser Arbeitsgruppe befassen sich unter anderem mit dem Abbau, dem Aufbau und der Beschreibung von Meeresablagerungen sowie der Zusammenlagerung und dem Auseinanderfallen von Schwebstoffen in den Tidenströmen des Watts.

Auch die Arbeitsgruppe Mathematische Modellierung erarbeitet Modelle, die zum Beispiel weltweite Auswirkungen menschlicher Aktivitäten beschreiben. Umfangreiches und lückenloses Datenmaterial, wie es mit Hilfe der Wattenmeer-Dauermessstation des ICBM seit mehr als fünfzehn Jahren gewonnen oder auch durch andere Arbeitsgruppen (intern und extern) erarbeitet wird, ist eine wichtige Voraussetzung dafür, die Modellsysteme zu verbessern und zu verfeinern.

Die Arbeitsgruppen Physikalische Ozeanografie (Theorie) und Küstenforschung arbeiten an Modellen. Ein aktuelles Vorhaben befasst sich zum Beispiel mit den Eintragswegen und der Verteilung von Plastikmüll in die Nordsee.