Chris Soulsby spürt Isotopen nach, um das Alter und die Bewegungsmuster von Wassermolekülen zu ermitteln. Damit schafft er die Grundlage für ein nachhaltigeres Ressourcenmanagement und die Planung klimaresistenter Städte.
Isotope sind wie die Fingerabdrücke einer Person. Wassermoleküle haben alle die gleiche chemische Struktur, mit zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom sowie drei Isotopen für jedes Atom. Aber diese Isotope haben alle leicht unterschiedliche Eigenschaften. Zum Beispiel sind die Isotope des Regens von heute anders als die des Regens von gestern oder die des Abwassers. Das Wasser in einem Fluss ist also eine Mischung aus Molekülen verschiedener Quellen, vergleichbar mit einer vielfältigen Bevölkerung von Menschen.
In unserem Einstein-Projekt MOSAIC überwachen wir Wasserquellen in Berlin. Wir nehmen Proben von Niederschlägen, aus Grundwasserbrunnen und Flüssen wie Panke und Spree sowie von Abwässern, die nach der Aufbereitung in die Flüsse geleitet werden. Wir analysieren die Isotopeneigenschaften mit Laserspektroskopie. Auf diese Weise können wir feststellen, wie viel Wasser aus welcher Quelle stammt und wie alt es ist. Wir können quasi die Babys und Rentner der Wassermolekülpopulation identifizieren – gestrige Regenfälle oder hundert Jahre altes Grundwasser. Wir können auch feststellen, wie lange ein einzelner Regentropfen braucht, um von einer Straße in Berlin in die Spree zu fließen.
Wir verwenden diese Daten in mathematischen Modellen, um uns ein Bild davon zu machen, wie sich die Wasserquellen in Berlin mit der Zeit verändern. Dies kann in Bewirtschaftungspläne einfließen und dazu beitragen, die Widerstandsfähigkeit im Hinblick auf den Klimawandel zu stärken.
Berlin ist eine recht trockene Stadt, auch wenn viele Menschen das nicht wahrnehmen, sie nehmen das Wasser einfach als selbstverständlich hin. Aber die Stadt erhält nur etwa 600 Millimeter Niederschlag pro Jahr – eine ziemlich schwache Menge für vier Millionen Menschen, die davon abhängig sind. Klimaprognosen zufolge werden die Niederschläge in den nächsten 50 Jahren um etwa 20 Prozent zurückgehen. Das hat Auswirkungen auf die Wasserversorgung, die Wasserqualität in den Flüssen und Seen, Wasserorganismen und die Gesundheit der Menschen. Durch die höheren Temperaturen wird es in der Stadt heißer werden und die Niederschläge werden mit intensiveren Stürmen einhergehen, wodurch die Gefahr von Überschwemmungen steigt.
Wer die Fließwege des Regenwassers kennt, kann Grünflächen so anlegen, dass es sich nicht staut oder versickert
Anstatt Berlin weiter zu versiegeln und das gesamte Regenwasser direkt in die Flüsse zu leiten, müssen wir die Stadt zu einer Art Schwamm machen, um das Regenwasser zu halten. Wenn man mit Hilfe von Isotopen die Fließwege des Regenwassers versteht, kann man entscheiden, wo man am besten städtische Grünflächen anlegt, um das Wasser im Boden versickern zu lassen, es in der Stadt zu halten und zugleich die Pflanzen auf natürliche Weise zu wässern. Solche Grünflächen wirken auch dem Wärmeinseleffekt entgegen, der entsteht, weil dunkler Asphalt und Gebäude die Wärme der Sonne speichern. Die Sommertemperaturen im Stadtzentrum können dadurch um fünf bis zehn Grad höher liegen als im Tiergarten oder im Wald. Diese zusätzliche Hitze kann in Berlin zu ernsthaften gesundheitlichen Problemen führen, insbesondere bei älteren Menschen, die in schlecht belüfteten Wohnblocks leben.
Die letzten trockenen, warmen Sommer haben uns einen Vorgeschmack darauf gegeben, wie die neue Normalität aussehen wird. Es liegen viele Herausforderungen vor uns. Sicherlich werden Isotope nicht die Probleme der Welt lösen, aber sie können den Menschen eine Evidenzbasis liefern, damit sie die richtigen Entscheidungen treffen.
Aufgezeichnet von Mirco Lomoth