Prof. Dr. Markus Reichstein

Forschungsschwerpunkte: Erdsystemwissenschaft, Globale Biogeochemische Kreisläufe, Ökosysteme, Klimaextreme, Maschinelles Lernen

Markus Reichstein ist ein deutscher Geoökologe. Er erforscht, wie Klima, Pflanzen und Böden im Erdsystem miteinander verknüpft sind und sich gegenseitig beeinflussen. Dabei nutzt er Methoden der Künstlichen Intelligenz, um komplexe Umweltprozesse zu verstehen und Vorhersagen über die Folgen des Klimawandels und extremer Wetterereignisse zu verbessern. Seine Forschung trägt dazu bei, Klimarisiken frühzeitig zu erkennen und wissenschaftliche Grundlagen für eine nachhaltige Entwicklung zu schaffen. 

Im Mittelpunkt von Markus Reichsteins Arbeit steht die Frage, wie die Kohlenstoff-, Wasser- und Nährstoffkreisläufe der Erde untereinander und mit dem Klima zusammenhängen. Sein Ziel ist es, die Prozesse und Rückkopplungen zwischen diesen Teilen des Erdsystems genauer zu verstehen sowie in Computermodellen abzubilden. Dazu nutzt er Methoden des Maschinellen Lernens, die er mit physikalisch basierten Modellen der Atmosphäre und der Landökosysteme kombiniert. Auf diese Weise lassen sich komplexe Datensätze aus Experimenten, von Messstationen oder aus der satellitengestützten Erdbeobachtung besser analysieren, interpretieren und modellieren als bisher. 

Mit diesem Ansatz haben der Geoökologe und sein Team zum Beispiel mehr über die herausragende Rolle der globalen Wasserkreisläufe herausgefunden. Bisher konzentriert sich die Diskussion über die Folgen des Klimawandels vor allem auf die steigenden Temperaturen. Viel entscheidender für die Ökosysteme aber ist Markus Reichsteins Analysen zufolge, wie viel Niederschlag künftig fallen wird. So können die häufiger zu erwartenden Dürren zum Beispiel die Vegetation schädigen und dadurch den Klimawandel weiter antreiben. 

Eine Studie, an der Markus Reichstein mitgearbeitet hat, zeigt solche Zusammenhänge beispielsweise für die Wälder in der Europäischen Union (EU). Diese bedecken etwa 40 Prozent der Landoberfläche und haben zwischen 1990 und 2022 etwa zehn Prozent der von Menschen verursachten Kohlenstoff-Emissionen des Kontinents aufgenommen. Der Klimawandel macht diesen Ökosystemen zunehmend zu schaffen: Er bringt häufigere Hitzewellen und Dürren, Stürme und Waldbrände mit sich und fördert den Befall der Bäume mit Insekten. Zusammen mit einer intensiveren Holzernte führt dies dazu, dass Wälder weniger Kohlendioxid aufnehmen als früher. Die Klimaziele der EU könnten dadurch in Gefahr geraten, warnen die Forscherinnen und Forscher. Um das Potential der lebenden CO₂-Speicher wieder zu erhöhen, empfehlen sie unter anderem eine Veränderung der Waldbewirtschaftung und der Holzernte-Praxis. 

Extreme Klima- und Wetterereignisse bergen neben den Risiken für die Ökosysteme der Erde auch Risiken für den Menschen. Für solche Situationen entwickelt Markus Reichstein neuartige, durch Künstliche Intelligenz gestützte Frühwarnsysteme. Mit herkömmlichen Klimamodellen lässt sich bisher nicht genau berechnen, wo sich zum Beispiel eine Dürre wie auswirken wird. Dabei spielen sehr kleinräumige Unterschiede in den Bodenbedingungen, der Vegetation und der Geländeform eine Rolle. Die Künstliche Intelligenz kann eine große Zahl von Satellitendaten analysieren und daraus lernen, welche Folgen eine Trockenperiode in einem geologisch und ökologisch vergleichbaren Gebiet hatte. Auf diese Weise können Markus Reichstein und sein Team mit einer Auflösung von 20 Metern vorhersagen, welche Schäden einem bestimmten Acker oder Garten drohen. Daraus lassen sich Empfehlungen ableiten, welche Maßnahmen zur Entschärfung der Situation sinnvoll sind.