Übersicht Einführung (cb, mh) Motive, Konzepte, Begriffe und Definitionen (cb) Erdgeschichte (mh) Evolutionsgeschichte (mh) Organismen und ihre Autökologie (cb) Funktionen, Prozesse, Wechselwirkungen (cb) C-Kreislauf, Modelle abiotischer Systeme (mh) Populationsökologie (cb) Metapopulation und Trophiestufen (cb) Biozönosen und Ökosysteme (Synökologie) (cb) Zeitliche Muster (mh) Evolutionsgeschichte Mensch (mh) Kulturgeschichte Mensch (mh) Landwirtschaft, Fischerei (mh) Modelle und Zusammenfassung (cb,mh)

Lektionen aus Nutzungsgeschichten von Ökosystemen Im Aufbau: Weltweit ungleiche Ausstattung mit Möglichkeiten und Risiken –Durch Erd- und Evolutionsgeschichte vorgegeben –Teilweise bereits durch die Ausbreitungsgeschichten des Menschen vorgegeben (Übergang zur Landwirtschaft) Im Zusammenbruch von Kulturen: –Selbst ausgelöste Umweltzerstörungen –Klimaänderungen –Feindliche Nachbarn –Verlust von Handelbeziehungen –Kulturelle Organisation von Problemlösungen Welche Modelle benötigen wir heute ? –Welche Beispiele und Lehren aus der Geschichte bleiben aktuell ?

Modellierung von Ökosystemen Was soll (für welchen Zweck) modelliert werden? Welche Abstraktionen ? Welche Daten Welche theoretische Grundlage, welche Vorbilder? -Zustandsbasierte Modelle (Theorie dynamischer Systeme) -Empirische Modelle und Verhaltensregeln (Traditionen der Nutzung von Ökosystemen) Welche Techniken stehen dafür zur Verfügung? -Algorithmische Modelle -Interaktive Modelle Was sind die bisherigen Erfolge und Schwierigkeiten ? -Bei unbelebten Umweltsystemen ? -Bei Ökosystemen ?

Modelle für Astro- und Geosysteme Kopernikanische Wende: -Einfache Beschreibung der Daten (Kepler 1609) Newtonsche Mechanik (1686) -Einfache Erklärung der Daten -Zustandsmodelle erlauben Vorhersagen Anwendung auf die Atmosphäre -Perspektiven der Wettervorhersage (Bjerkenes 1904) -Heutige high-end Wettervorhersage (Kachelman) Anwendungen auf die Erde -Perspektiven der Erdvorhersage (Schellnhuber 1999) -Heutiges Wissen entspricht der low-end Wettervorhersage von 1904 ? Eine Geschichte mit Fortsetzung ?

Aspekte auf die heutige Zivilisationen aufpassen sollten: Erfindungen sollen keine unbeabsichtigte Effekte haben –was man mit Technik bewirken kann (z.B. Ozonloch) Entdeckungen sollten nicht unbeabsichtigt verloren gehen –wie man Ökosysteme bewerten und nutzen kann (z.B. Forstreform in Bayern) Zur Behandlung beider Aufgaben eigenen sich Computermodelle –Aber das sind zwei völlig unterschiedliche Modelltypen

Modellierung von Systemen (aus Smith & Smith 1999)

vom Theoretisch fundierte Zustandsmodelle Empirisch fundierte Modelle

(aus Nature 1997)

zum Vorhersageproblem: ( vom ) IBM entwickelt neuen Supercomputer Finanzen.net Der amerikanische Technologiekonzern IBM hat von der US-Regierung den Auftrag erhalten, einen neuen Supercomputer zu entwickeln. Mit diesem will die Regierung Nuklear-Tests durchführen.... der Rechner wird über Power-PC Prozessoren, 50 Terrabyte (10 12 ) RAM und zwei Petabyte (10 15 ) Festplattenkapazität verfügen.

Worin unterscheiden sich Geo- und Biosysteme... In der Komplexität des Aufbaus ? -in der Relation von Struktur und Funktion ihrer Objekte? In der Interaktivität des Verhaltens ? -in der Bewertung und Möglichkeit der Kontrolle von Strömen ? Wie lässt sich künstliche Komplexität mit Computermodellen erstellen ? -Zur Rolle von Theorie und Zustandsmodellen Wie lässt sich virtuelle Interaktivität in Computermodellen erstellen ? -Zur Rolle von Erfahrungen und Heuristiken praktischer Ökosystemnutzungen

Modellierung von Geosystemen (1888) (aus Schellnhuber 1999)

Earth System Analysis (1999) (aus Schellnhuber 1999)

Zustands-Konzept: Übertragen auf die gesamte Geo- und Biosphäre Schellnhuber in Nature: Figure 3 A 'theatre world' for representing paradigms of sustainable development. The space of all conceivable co-evolution states P=( N, A)...

Sven Eric Jørgensen (Hrsgb. Der Zeitschrift Ecological Modeling) Der Unterschied zwischen Physik und Biologie könnte am Besten durch ein Zitat eines bekannten Physikers beschrieben werden:… St. Weinberg (1975): Die Menschheit hat schon immer die Hoffnung besessen, einige wenige, einfache Gesetze zu finden, mit denen erklärt werden kann, warum die Natur in all ihrer scheinbaren Komplexität und Vielfalt so ist wie sie ist....Kein Biologe würde jemals so eine (lächerliche) Hoffnung äußern.

Modellbildung: Der rote Faden Rätsel-Erzählen (1. Sem.) –Von der Rekonstruktion zur Bewertung Modelle in der Geoökologie (4. Sem.) –Zustandsmodelle light (1 Typ von 2) Simulationsmodelle: Zustandsmodelle light : (4sws) –selbst erstellt und analysiert Ökologische Modellbildung (2 von 2) (2sws) –Modelle zur Rekonstruktion komplexer Systeme –Modelle zur Bewertung interaktiver Systeme Zeitreihen: Methoden zur Unterscheidung (2sws) Schweden Prakt. Zustandsmodelle (plus) (<10sws) –Vom Experiment zum Modell, Scheitern unter Aufsicht Seminare: Mehr Rätsel (AL) (2sws) Wallenfels Seminar (mit P&E): (>2sws) –Forschungs-Werkstatt

Ziele der Veranstaltung Einstieg in und Motivation für das Geoökologiestudium Orientierung über Lehrstühle, Abteilungen und Disziplinen im Grundstudium Gedankliches Grundgerüst der Ökologie schaffen Verschiedene Zugangsmöglichkeiten diskutieren (historisch, funktionell) Rätselstoff lernen (für spätere Lösungsversuche)

Kernpunkte der Veranstaltung Der erste Zugang (Physik und Chemie) orientierte sich an den lokalen bis globalen Stoff – und Energieflüssen -Ziel: Die Vorhersage und Bewertung von Änderungen Der zweite Zugang orientiert sich an den Organismen -Ziel: Individualität und Geschichtlichkeit charakterisieren Der dritte Zugang orientierte sich an der Natur- und Kulturgeschichte -Ziel: interaktives Inganghalten einer Servicefunktion In welchen Verhältnis stehen das wissenschaftliche Verständnis und die Begründung von praktischen Entscheidungen in Ökosystemen ?

Geoökologie aus dem Studienführer Geoökologie ist ein interdisziplinäres naturwissenschaftliches Fach. Geoökologie zielt auf das Verständnis der Funktions- und Wirkungsweise der Umwelt, insbesondere um Probleme im Zusammenhang mit der menschlichen Nutzung zu erkennen und zu lösen....auf solider naturwissenschaftlicher Grundlage sind Geoökologen Spezialisten für Zusammenhänge.