Im MACE-Labor untersuchen wir, wie Mikroben in Schnee, Eis und gefrorenen Böden überleben und sich anpassen. Durch Feldforschung, Laborexperimente und molekulare Analysen decken wir auf, wie diese widerstandsfähigen Lebensformen auf ein sich erwärmendes Klima reagieren und dazu beitragen, empfindliche alpine und polare Ökosysteme zu gestalten.
Forschungsthemen
1
Auftauen des Permafrostbodens und Freisetzung von Treibhausgasen: Wenn gefrorener Boden auftaut, wird eingeschlossener Kohlenstoff für Mikroben verfügbar, was zur Freisetzung von Treibhausgasen wie CO₂ und Methan führt. Wir untersuchen, wie sich mikrobielle Gemeinschaften mit der Erwärmung verändern und wie diese Veränderungen die Stabilität von Ökosystemen und die Rückkopplung mit dem Klima beeinflussen.
2
Mikrobielle Anpassung an die Kälte: Wir untersuchen, wie Mikroorganismen in Schnee, Eis und gefrorenen Böden überleben und aktiv bleiben. Sie verwenden spezielle biochemische Strategien, um bei Temperaturen unter Null zu funktionieren. Diese Anpassungen zeigen, wie das Leben auf Umweltveränderungen reagiert.
3
Mikrobielle Interaktionen und Symbiosen: Mikroben interagieren ständig, manchmal kooperieren sie, manchmal konkurrieren sie. Wir untersuchen, wie diese Beziehungen mikrobielle Gemeinschaften in kalten Umgebungen formen und wie Partnerschaften zwischen Mikroben und Pflanzen oder Tieren beiden helfen, sich an raue und sich verändernde Bedingungen anzupassen.
Unsere Schlüsselprojekte
Alpines Mikrobiom unter Druck
Auf mehreren Schweizer Alpengipfeln untersuchen wir anhand von passiven Erwärmungsflächen, wie sich steigende Temperaturen auf Bodenmikroben und Treibhausgasemissionen auswirken. Diese Experimente zeigen, wie Bergökosysteme auf die Erwärmung reagieren.
Eidgenössische Forschungsanstalt WSL
Schneerückgang in den Alpen
Wir untersuchen, wie sich eine verringerte Schneedecke auf alpine Böden und ihre Mikroben auswirkt, indem wir Feldparzellen mit Schneeentfernung und -zufuhr anlegen. Die Verfolgung der Veränderungen über die Jahreszeiten hinweg hilft uns zu verstehen, wie schrumpfende Schneedecken die Bodengesundheit, Nährstoffkreisläufe und Treibhausgasemissionen verändern.
Grönländische Mikroben auf neu freigelegtem Land
Wenn sich die Gletscher in Grönland im Zuge der Klimaerwärmung zurückziehen, entstehen neue Bodenökosysteme, in denen sich Mikroben schnell ansiedeln. Wir untersuchen, wie diese frühen Gemeinschaften leblose Sedimente in reichhaltigere Böden verwandeln und die Treibhausgasflüsse beeinflussen.
ECEO -EERL
Highlights
1
Unsere alpinen Feldstudien offenbaren eine reiche und einzigartige mikrobielle Vielfalt an verschiedenen Bergstandorten und zeigen, dass selbst nahe gelegene Ökosysteme unterschiedliche mikrobielle Gemeinschaften beherbergen können. Wir haben auch herausgefunden, dass alpine Böden zwar CO₂ freisetzen, viele aber gleichzeitig Methan (CH₄) aufnehmen und damit potenziell zum Ausgleich von Treibhausgasemissionen beitragen.
Team & talents
Größe des Laborteams
8 Personen im Labor (ohne Masterstudenten)
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Unsere Forschung hilft bei der Vorhersage, wie sich der Klimawandel auf alpine Berg- und Polarökosysteme auswirkt. Dies wird den Schutz und das öffentliche Bewusstsein für kalte Regionen fördern.
2
Die Erforschung der alpinen Böden und Schneesysteme im Wallis ermöglicht es uns, eine nachhaltige Landnutzung, die Erhaltung der biologischen Vielfalt und Klimaanpassungsstrategien in dieser sensiblen Alpenregion zu unterstützen.
3
Die Konservierung und Erforschung kälteangepasster mikrobieller Organismen eröffnet neue Möglichkeiten für eine nachhaltige Biotechnologie, von grüner Chemie und Umweltlösungen bis hin zu neuartigen Enzymen für industrielle Anwendungen.
Perspektiven und Herausforderungen
Die wichtigsten Möglichkeiten
Eine der wichtigsten Prioritäten ist es zu verstehen, wie die Erwärmung die alpinen Ökosysteme, die mikrobielle Aktivität und die Treibhausgasbilanz verändern wird. * An die Kälte angepasste Mikroben bieten ein ungenutztes Potenzial für nachhaltige biotechnologische und industrielle Innovationen.
Wichtigste Herausforderungen
Die Verknüpfung von mikrobiellen Daten mit Klimamodellen ist eine Herausforderung, kann aber die Vorhersage von Treibhausgasrückkopplungen erheblich verbessern.
Smart Environmental Sensing in Extreme Environments Laboratory (SENSE)
Prof. Jérôme Chappellaz
Smart Environmental Sensing in Extreme Environments Laboratory (SENSE)
Die Aufgaben von SENSE bestehen in der Erforschung des Klimawandels und der Biogeochemie von Treibhausgasen durch technische/neue Technologien, wobei der Schwerpunkt auf extremen und marinen Umgebungen liegt. Das entsprechende Motto, das unseren Auftrag zusammenfasst, könnte man als "Tech for Climate" bezeichnen.
Forschungsthemen
1
Biogeochemie von Treibhausgasen in der aquatischen Umwelt
2
Intelligente Sensoren
3
Low-Tech und Bürgerwissenschaft
Unsere Schlüsselprojekte
GreenFjord
In Zusammenarbeit mit diesem Vorzeigeprojekt des Schweizerischen Polarinstituts haben wir die CH4-Flüsse in den Fjorden Südwestgrönlands im Sommer ausgewertet, wobei wir unseren In-situ-Sensor namens SubOcean eingesetzt haben.
Schweizerisches Polarinstitut Verein Forel Heritage
Schweizer Seen und LéXPLORE
Wir haben damit begonnen, detaillierte Messungen von gelöstem N2O und gelöstem CH4 im Genfersee und in anderen Schweizer Seen zu verschiedenen Jahreszeiten durchzuführen, mit dem Ziel, die Mechanismen der Produktion und des Verbrauchs sowie die Flüsse in die Atmosphäre zu bewerten.
LéXPLORE-Plattform Eawag UNIL
Sailowtech
Wir entwerfen, konstruieren und verbessern kostengünstige Sensoren zur Messung von Temperatur, Salzgehalt, gelöstem Sauerstoff und gelöstem CO2 in der aquatischen Umwelt. Dies wird dazu beitragen, die Bürgerwissenschaft für eine bessere räumliche und zeitliche Erfassung dieser wichtigen Variablen zu entwickeln.
Sailowtech-Vereinigung MAKE-Projekte der EPFL
Highlights
1
Unsere detaillierten In-situ-Analysen von gelöstem CH4 im Genfer See haben gezeigt, dass die hohen Konzentrationen weit entfernt vom Rhone-Delta hauptsächlich durch den seitlichen Transport aus dem Delta selbst entstehen.
2
Prof. Dr. Jérôme Chappellaz, der die SENSE-Einheit leitet, erhielt die Belgica-Medaille der Königlichen Akademie der Wissenschaften in Belgien.
3
Vom Schweizerischen Polarinstitut unterstützte Projekte: BASAL-CH4 und NITRO-BAFFIN
Team & talents
Größe des Laborteams
7
Vorstellen eines bestimmten Teammitglieds
Ja, Sébastien Lavanchy als Supportingenieur. Eine Art McGyver-Geist, der in der Lage ist, alle Aspekte der Technik für die Entwicklung und den Einsatz vor Ort zu bewältigen.
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Multidisziplinärer Ansatz an der Schnittstelle zwischen Umweltgeowissenschaften und Ingenieurwesen. Feldarbeit und damit verbundene Logistik. Anspruchsvolle Feldumgebungen (Seen, Polarregionen).
Andere
Kommunikation. Ein solches Forschungsthema ist für eine breite Öffentlichkeit von Interesse. Daher ist es wichtig, dass man zum Beispiel mit Medieninterviews umgehen kann.
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Unsere Forschung liefert wichtige Informationen über mögliche biogeochemische Rückkopplungen, die in einer wärmeren Welt wirksam werden.
2
Unsere Forschung zeigt, dass der Kanton Wallis seinen Teil der Verantwortung für ein besseres Verständnis der Funktionsweise des Klimasystems übernimmt.
3
Unsere Forschung an neuen Sensoren kann zu Entdeckungen führen, die sich auf industrielle Anwendungen auswirken.
Perspektiven und Herausforderungen
Priorität 1
Verbesserung unserer derzeitigen Sensoren
Priorität 2
Einsatz der Sensoren in Zusammenarbeit mit internationalen Programmen
Priorität 3
Ausweitung der Kapazitäten der Bürgerwissenschaft im Bereich der aquatischen Umwelt, aber möglicherweise auch in anderen Bereichen.
Wichtigste Herausforderungen
Es gibt technische Herausforderungen, die den Aufbau von Verbindungen mit verschiedenen Disziplinen an der EPFL erfordern. Es gibt auch Herausforderungen beim Einsatz, da wir teilweise auf die komplexe Logistik ausländischer Betreiber in den Polarregionen angewiesen sind. Nicht zuletzt müssen bei der Bürgerforschung die Budgets der Instrumente minimiert werden, was nicht immer einfach ist.
Zukünftige Partnerschaften
Andere Professoren innerhalb der EPFL. Zusammenarbeit mit der Eawag bei neuartigen CTD-Instrumenten. Zusammenarbeit mit anderen Nationen (insbesondere Norwegen) für den Einsatz in den Polarmeeren.
Im Labor für Bodenbiogeochemie erforschen wir, wie redoxgesteuerte Prozesse den Kreislauf von Kohlenstoff und Metallen wie Eisen und Mangan beeinflussen. Durch die Kombination von Feldbeobachtungen und Laborexperimenten entwickeln und nutzen wir Methoden zur Messung dieser Redoxprozesse sowie Modelle zur Vorhersage von Ökosystemfunktionen und zur Unterstützung einer nachhaltigen Bodenbewirtschaftung im sich wandelnden Klima.
Forschungsthemen
1
Redoxchemie von Mineralien: Kleine Bodenminerale mit Eisen und Mangan können Elektronen aufnehmen und abgeben. Dadurch ändert sich die Speziierung von Nähr- und Schadstoffen – und damit ihre Mobilität und Toxizität im Boden.
2
Dynamik der organischen Materie im Boden: Mikroben zersetzen abgestorbene Blätter und Wurzeln und gewinnen daraus Energie. Wir messen, wie viel Energie dabei frei wird, um zu verstehen, wann Kohlenstoff im Boden gespeichert bleibt oder sich in klimawirksame Gase verwandelt.
3
Nachhaltige Bodenbewirtschaftung: In kleinen sauerstoffarmen Bereichen des Bodens laufen mikrobielle Prozesse anders ab und verändern Stoffkreisläufe. Wir erforschen, wie sich das auf Art und Menge der Treibhausgase und auf die Pflanzenproduktivität auswirkt, um eine nachhaltige Bewirtschaftung zu unterstützen.
Unsere Schlüsselprojekte
Böden in den Alpen
Wir kartieren den organischen Kohlenstoff im Vallon de Réchy und im Binntal und ermitteln die chemischen, physikalischen, mikrobiellen und geologischen Faktoren, die für die Ansammlung von Kohlenstoff verantwortlich sind. Dies hilft bei der Vorhersage, wie sich diese Bestände unter künftigen klimatischen Bedingungen verändern könnten. Weitere Informationen: https://www.epfl.ch/labs/soil/soil-organic-carbon-in-mountain-soils/ und Daten: https://alpinesoc.epfl.ch/
Universität Neuchâtel
Manganhaltige Mineralien
Wir messen, wie Manganminerale mit unterschiedlichen Strukturen Elektronen austauschen. Unsere Ergebnisse tragen dazu bei, Vorhersagen über mineralvermittelte Reaktionen, einschließlich der Umwandlung von Schadstoffen, zu verbessern. Weitere Informationen: https://www.epfl.ch/labs/soil/electrochemical-analysis-of-the-redox-properties-and-reactivity-of-manganese-oxides-strong/
Universität von Kalifornien Davis Tongji-Universität
Bodenbewirtschaftung
Wir testen wie Pflügen die Kohlenstoffspeicherung im Boden verändern. Wir arbeiten an laufenden Feldversuchen in der Schweiz, Italien und Brasilien. Unsere Ergebnisse dienen als Grundlage für eine klimagerechte Landwirtschaft. Weitere Informationen: https://www.epfl.ch/labs/soil/effects-of-tillage-practices-on-soil-carbon-sequestration-mechanisms/
Universität Lausanne Agroscope Changins Universität von Basilicata Universität von Dschang
Jin Jingfu Memorial Lecture Award. Verliehen an Meret für ihre Beiträge zur Bodenbiogeochemie, insbesondere zur Redoxreaktivität und zur Rolle von Böden im globalen Kohlenstoffkreislauf.
3
Projektzuschuss zum Thema „Überwachung der Kohlenstoffbindung in Feuchtgebieten“, gefördert von der InTent Foundation.
Team & talents
Größe des Laborteams
4 Doktoranden, 2 Gastdoktoranden, 3 Postdocs, 1 Verwaltungsassistent, 1 Professor (Stand Dezember 2024)
Vorstellen eines bestimmten Teammitglieds
Bence Dienes: Doktorand in der Gruppe seit Februar 2022. Arbeitet an einem Projekt über organischen Kohlenstoff in alpinen Böden. Seine Arbeit umfasst sowohl Feldarbeit als auch Experimente zur Manipulation im Labor.
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Projektmanagement und -überwachung, Versuchs- und Laborkenntnisse, Versuchsplanung, Feldkenntnisse, Datenmanagement, Kommunikationsfähigkeiten.
Andere
Interdisziplinäres Team mit Fachkenntnissen in Umweltchemie, Bodenkunde, Umweltmikrobiologie und Agronomie
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Indem wir aufdecken, wie Böden Kohlenstoff speichern, Wasser reinigen, Nährstoffe zirkulieren lassen und Schadstoffe umwandeln, verwandelt unsere Forschung molekulare Erkenntnisse in Instrumente für den Klimaschutz, sauberes Wasser und widerstandsfähige Nahrungsmittelsysteme – und damit in Richtlinien und Praktiken, die Mensch und Natur schützen.
2
Unsere Forschung kartiert die organischen Kohlenstoffvorräte im Boden in Tälern wie dem Réchy- und dem Binntal und ermittelt die Faktoren, die für ihre Stabilität verantwortlich sind. Diese Erkenntnisse helfen dabei, vorauszusehen, wie sich die alpinen Böden – und ihr organischer Kohlenstoff – im Zuge der Klimaerwärmung verändern werden.
3
Wir bilden Studenten und Praktikanten in Feldmethoden, Laborexperimenten, GIS/Modellierung sowie Projektmanagement und -überwachung aus und bringen so berufsreife Talente für Umweltberatungs-, Wasserkraft-, Agrotechnik- und Sanierungsunternehmen hervor.
Perspektiven und Herausforderungen
Die wichtigsten Möglichkeiten
Bewertung, wie die Dicke/Dauer der Schneedecke den Kohlenstoffkreislauf im Alpenboden verändert. Unterstützung der Landwirtschaft bei der Anpassung an heißere, trockenere Sommer (Wasserrückhalt, Deckfrüchte, Bodenbearbeitung). Verbesserung von Bodenmodulen in Modellen zur Vorhersage lokaler Klimaauswirkungen. Optimierung der Wiederherstellung von Feuchtgebieten für Netto-Kohlenstoffgewinne bei gleichzeitigem Methanmanagement. Aufbau offener Datensätze und Sensornetzwerke für die langfristige Überwachung der Alpen.
Wichtigste Herausforderungen
Trennung der Auswirkungen von Klima und Topographie/Landnutzung auf Bodenprozesse; raue alpine Bedingungen: Zugang, Sicherheit und Zuverlässigkeit der Instrumente; Skalierung von Mikrostandorten auf Einzugsgebiete bei gleichzeitiger Verfolgung der Unsicherheit; begrenzte Langzeitdaten; Harmonisierung von Messungen und Standards; Integration von Feld-, Labor- und Modellergebnissen in umsetzbare Leitlinien.
Zukünftige Partnerschaften
Kantonale Behörden und Landbewirtschafter
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