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 Ingenieurwesen und 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 der Treibhausgase in der aquatischen Umwelt, d.h. welche Mechanismen gibt es für die Produktion und den Verbrauch dieser Gase, die möglicherweise die Flüsse zwischen der aquatischen Umwelt und der Atmosphäre beeinflussen
2
Intelligente Sensoren: Es werden zusätzliche Daten in einem besseren räumlichen und zeitlichen Maßstab benötigt. Wir entwickeln Sensoren, darunter auch erschwingliche, mit denen die Datenabdeckung erhöht werden kann
3
Low-Tech und Citizen Science: SeglerInnen sollen ihre Segelboote mit kostengünstigen Sensoren ausstatten, um wissenschaftliche Erkenntnisse aus ihrer Expedition zu gewinnen
Unsere Schlüsselprojekte
BASAL-CH4
Ein vom Schweizerischen Polarinstitut finanziertes Projekt, bei dem wir die Methanflüsse (CH4) in den westgrönländischen Fjorden im Sommer unter Verwendung unseres In-situ-Sensors SubOcean und einer Expedition des Schweizer Forschungsseglers FOREL ausgewertet haben.
Schweizerisches Polarinstitut Verein Forel Heritage
Wir führen weiterhin detaillierte Messungen von gelöstem Lachgas (N2O) und gelöstem CH4 im Genfersee und in anderen Schweizer Seen zu verschiedenen Jahreszeiten durch, 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. Seit 2025 stellt unser Team die wissenschaftliche Gesamtkoordination von Sailowtech sicher.
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
Spezifisches Teammitglied
Dieses Jahr Isabel Wild als Verwaltungsassistentin. Sie leistet eine unglaubliche Arbeit, indem sie alle Aspekte der Verwaltung des Teams verfolgt, aber auch die ALPOLE-Professoren bei der Organisation des zweimonatlichen Treffens aller ALPOLE-Professoren begleitet. Ihr Engagement und ihre Professionalität sind wirklich erstaunlich und eine große Bereicherung für unser Team und für ALPOLE.
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 in einer wärmeren Welt, was in der Schweiz, wo die derzeitige Erwärmung stärker ist als im globalen Durchschnitt, besonders wichtig ist.
2
Unsere Forschung zeigt, dass der Kanton Wallis seinen Teil der Verantwortung für ein besseres Verständnis der Funktionsweise des Klimasystems übernimmt. Unser Know-how könnte sich auf Aktivitäten im Wallis auswirken, die mit der Wasserqualität, dem Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf zusammenhängen.
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, durch neue wissenschaftliche Expeditionen in verschiedenen Teilen der Welt
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 im Bereich neuartiger CTD-Instrumente, die den physikalischen Zustand von Wassersystemen dokumentieren können. Zusammenarbeit mit anderen Nationen (insbesondere Norwegen) für den Einsatz in den polaren Ozeanen, mit Perspektiven in Svalbard und im südlichen Ozean um die Antarktis. Aussicht auf die Teilnahme an der BeauPair-Expedition im Jahr 2027 zusammen mit Deutschland und Kanada.
Im Labor für Bodenbiogeochemie zeigen wir auf, wie redoxgesteuerte Prozesse den Kreislauf von Kohlenstoff, Nährstoffen und Schadstoffen steuern. Durch die Kombination von Feldbeobachtungen und Laborexperimenten entwickeln wir Instrumente und Modelle zur Vorhersage von Ökosystemfunktionen und zur Anleitung einer nachhaltigen Bodenbewirtschaftung in einem sich verändernden Klima.
Forschungsthemen
1
Mineralische Redox-Chemie: Einige winzige Bodenmineralien (mit Eisen und Mangan) wirken wie kleine Batterien. Wir messen, wann sie Elektronen „abgeben“ oder „aufnehmen“, um vorherzusagen, wie sich Nähr- und Schadstoffe verändern.
2
Dynamik der organischen Materie im Boden: Mikroben fressen abgestorbene Blätter und Wurzeln zur Energiegewinnung. Wir messen diese Energie, um zu erfahren, wann Kohlenstoff im Boden bleibt oder sich in Gase verwandelt, die unser Klima beeinflussen.
3
Nachhaltige Bodenbewirtschaftung: Böden haben winzige luftlose Taschen, in denen sich zusätzliche Treibhausgase bilden können. Wir kartieren, wo und wie stark diese Taschen sind, um den Menschen zu helfen, gesunde Pflanzen anzubauen und gleichzeitig das Wasser sauber und die Emissionen niedrig zu halten.
Unsere Schlüsselprojekte
Gebirgsböden
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/
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. Mehr Informationen: https://www.epfl.ch/labs/soil/electrochemical-analysis-of-the-redox-properties-and-reactivity-of-manganese-oxides-strong/
Wir entwickeln einen prozessbasierten Modellierungsrahmen zur Abschätzung der Kohlenstoffflüsse in wiederhergestellten Feuchtgebieten, indem wir ökohydrologische und biogeochemische Prozesse miteinander verknüpfen und die Ergebnisse mit Überwachungsdaten aus Schweizer Feuchtgebieten validieren. Dies hilft dabei, die Auswirkungen von Renaturierungen zu quantifizieren und Projekte zu optimieren, um die Kohlenstoffbindung unter sich ändernden klimatischen Bedingungen zu maximieren.
1 Doktorand, 4 Postdocs, 1 Verwaltungsassistent, 1 Professor (Stand Dezember 2025)
Vorstellen eines bestimmten Teammitglieds
Vineeth Pothanamkandathil: Postdoc in der Gruppe seit März 2025. Entwickelt neuartige experimentelle und modellierende Ansätze zur Charakterisierung der Redoxreaktivität von Bodenmineralien.
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 der Bodenmodule in Modellen zur Vorhersage lokaler Klimaauswirkungen. Optimierung der Wiederherstellung von Feuchtgebieten, um Netto-Kohlenstoffgewinne zu erzielen und gleichzeitig Methan zu kontrollieren.
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 zu Einzugsgebieten unter Berücksichtigung der Unsicherheit.
Begrenzte Langzeitdaten; Harmonisierung von Messungen und Standards.
Integration von Feld-, Labor- und Modellergebnissen in umsetzbare Anleitungen.
Zukünftige Partnerschaften
Kantonale Behörden und Landbewirtschafter
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