Erdsysteme

Erdsysteme bezeichnet das Gesamtsystem der Erde, in dem die Geosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre, Biosphäre und Kryosphäre in dynamischer Wechselwirkung stehen. Zusätzlich wird die Anthroposphäre, die die menschliche Aktivität umfasst, oft integriert, da menschliche Prozesse tiefgreifende Auswirkungen auf die übrigen Sphären haben. Die Erdsysteme werden durch Energiebilanz begrenzt: Die globale Energiezufuhr stammt größtenteils aus der Sonne, Verluste erfolgen durch Wärmestrahlung in den Weltraum; auf dieser Grundlage entstehen komplexe Kreisläufe und Rückkopplungen.

Zu den zentralen Bestandteilen gehören Lithosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre, Biosphäre, Kryosphäre. Die Wechselwirkungen zwischen ihnen erzeugen emergente Phänomene, die sich nicht aus einzelnen Sphären ableiten lassen. Typische Prozesse sind der Wasserkreislauf, der Kohlenstoffkreislauf, Stickstoff- und Phosphorkreisläufe, Wetter und Klima, Eis- und Schnee-Veränderungen sowie Vegetation und Ökosystemdynamik.

Erdsystemwissenschaft, auch Earth System Science, untersucht diese Interaktionen, versucht sie durch Modelle abzubilden und Prognosen für Klima, Umwelt und Ressourcen zu liefern. Dazu gehören globale Klimamodelle (GCMs) und erweiterte Earth System Models, die Atmosphere, Ozean, Landoberflächen, Eis und Biosphäre in ein gemeinsames Simulationsrahmenwerk integrieren. Beobachtungen aus Fernerkundung, Bodenmessungen und Probennahmen liefern Daten für Kalibration und Validierung. Szenarienforschung untersucht, wie unterschiedliche Treibhausgase, Landnutzungen und Politiken die zukünftige Entwicklung beeinflussen.

Die Erdsystemforschung dient dem Verständnis globaler Veränderungsprozesse, der Bewertung von Risiken und der Unterstützung nachhaltiger Entscheidungen. Herausforderungen bleiben Unsicherheiten in den Modellen, Skalierungsprobleme und die Integration sozialer Dimensionen.