Untersuchung des Klimawandels in Kammern in kontrollierter Umgebung

Die Universität Sheffield kann stolz auf ihre Einrichtungen mit kontrollierter Umgebung sein. Das Department of Animal and Plant Sciences umfasst insgesamt 58 hochmoderne Kammern und Räume in kontrollierter Umgebung für Pflanzenwachstumsstudien, die jedes Klima von der Arktis bis zu den Tropen simulieren können.

Die Universität Sheffield feierte 2005 ihr hundertjähriges Bestehen. Die Geschichte der 1905 gegründeten Universität reicht bis ins frühe 19. Jahrhundert zurück, als 1828 die Sheffield School of Medicine gegründet wurde. Heute besteht die Universität aus 70 akademischen Abteilungen und hat über 24 000 Student*innen. Das Department of Animal and Plant Sciences hat einen guten Ruf in der von ihm durchgeführten Forschung, insbesondere in den Bereichen Pflanzenwissenschaften, Zoologie und mikrobielle Ökologie. Bemerkenswert sind auch seine Einrichtungen für Pflanzenwachstumsstudien – eine Einrichtung mit Kammern und Räumen in kontrollierter Umgebung, um zu untersuchen, wie Pflanzen von der gesamten Erde und aus verschiedenen Ökosystemen auf Klimaveränderungen reagieren.

In kontrollierter Umgebung

Obwohl die Pflanzenwachstumskammern der Universität Sheffield im Department of Animal and Plant Sciences untergebracht sind, nutzen auch andere Abteilungen, wie das Department of Molecular Biology and Biotechnology, die hochmodernen Kammern. Die Grundflächen der größten begehbaren Kammern sind über 15 m2 groß. Die Kammern werden computergesteuert und überwachen Temperatur, Feuchte, photosynthetisch aktive Strahlung sowie Kohlendioxidkonzentration. Die Kammern messen Feuchte und CO2 mit Vaisala Produkten. Die neuesten Kammern sind mit den Vaisala CARBOCAP® Kohlendioxidsonden GMP343 ausgestattet. „Wir werden die Vaisala Sonden auch in all unseren neuen Projekten einsetzen“, sagt Darren Rose, Laboratory Superintendent der Abteilung.

Die Temperaturen in den kontrollierten Umgebungen können von Sommer bis Winter reichen, die Feuchte von trockener Tundra bis zu einem tropischen Regenwald und die CO2-Konzentration von einer Umgebungsbedingung bis zu einer erhöhten CO2-Konzentration von bis zu 2 000 ppm. Eine aktuelle Entwicklung besteht darin, den CO2-Kontrollbereich einer Reihe von Kammern auf Werte unterhalb der Umgebungsbedingung von 180 ppm bis zu erhöhten Konzentrationen von 4 000 ppm zu erweitern, unabhängig von der CO2-Konzentration in der Außenumgebung, die typischerweise bei etwa 380 ppm liegt.

Blick in die Zukunft

Die Kammern der Universität Sheffield können jede Umgebung auf der Erde simulieren. Die Forschung in den Kammern zielt darauf ab, die Folgen des Klimawandels und der umgebenden Veränderungen auf Pflanzen zu ermitteln. Da es ziemlich offensichtlich ist, dass die umgebende CO2-Konzentration in Zukunft zunehmen wird, müssen die Auswirkungen einer erhöhten CO2-Konzentration auf die Vegetation der Erde und die Art und Weise, in der die derzeitigen Ökosysteme verändert werden, untersucht werden. Die umgebende CO2-Konzentration, die globale Vegetationsverteilung und ihre Struktur sowie das aktuelle Klima sind auf äußerst komplexe Weise miteinander verknüpft. Veränderungen in einem dieser Bereiche wirken sich auf den gesamten terrestrischen Kohlenstoffkreislauf zwischen Atmosphäre und Biosphäre aus.

Auch für die Lebensmittelproduktion ist es wichtig, die Auswirkungen des Klimawandels auf das Pflanzenwachstum nachzuvollziehen. Ein sich änderndes Klima beeinflusst zudem die Anzahl und Arten von Schädlingen und Krankheiten, die Ernten vernichten können. Je mehr experimentelle Untersuchungen in den Pflanzenwachstumskammern durchgeführt werden, desto genauere Modelle wahrscheinlicher zukünftiger Klimaszenarien können erstellt werden. Neben der Untersuchung zukünftiger Klimaveränderungen werden die kontrollierten Umgebungen auch vergangene Klimaereignisse simulieren. So lässt sich beispielsweise bald durch einfaches Drücken weniger Tasten eine polare Umgebung mit einer CO2-Konzentration unterhalb der Umgebungsbedingung einrichten, die eine prähistorische Eiszeit simuliert. Die Simulation eines vergangenen Klimas hilft Forscher*innen, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenentwicklung nachzuvollziehen.

Kammerkalibrierungen

Die häufige Nutzung und die hohen Anforderungen an die Kammern erfordern eine Wartung mindestens alle sechs Monate. „Wir haben ein sehr strenges Kalibrierverfahren“, erzählt Darren Rose, der als Laboratory Superintendent dafür sorgt, dass in der Einrichtung alles reibungslos verläuft. Ein Kalibrierset, bestehend aus dem tragbaren Vaisala HUMICAP® Feuchte- und Temperaturmessgerät HM70 und einer Vaisala CARBOCAP® Kohlendioxidsonde GMP343, wird häufig für Vor-Ort-Prüfungen in der Kammer verwendet.

Pläne zur Erweiterung

Das Department of Animal and Plant Sciences plant, seine beeindruckenden Einrichtungen durch den Bau von zwei Forschungsgewächshäusern und einem Forschungswachstumsraum für Polarsimulationen zu erweitern. Die neuen Einrichtungen werden den kontrollierten Umgebungsbereich um etwa 500 m2 ergänzen und die Möglichkeit bieten, Temperatur, Feuchte, Licht und CO2-Konzentration zu steuern und zu überwachen.

Der Artikel wurde erstmals in den Vaisala News 169/2005 (Maria Uusimaa, Vaisala Helsinki, Finnland) veröffentlicht.