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Risikoanalyse von Klima-Domino-Effekten: Kippelemente können sich gegenseitig destabilisieren

3.06.2021 - Kipp-Elemente im Erdsystem können sich gegenseitig destabilisieren, mit dem Risiko von Klima-Domino-Effekten, wenn die globale Erwärmung weiter voranschreitet. Die Eisschilde auf Grönland und der Westantarktis sind hierbei mögliche Ausgangspunkte für Kippkaskaden, wie eine neuartige Netzwerkanalyse zeigt. Ist ihr Kipppunkt erst einmal überschritten, könnten hierdurch über die Atlantikzirkulation auch entfernte Elemente wie der Amazonas-Regenwald beeinträchtigt werden. Die Folgen für den Menschen würden vom Anstieg des Meeresspiegels bis zu schweren Schäden der Biosphäre reichen. Wechselwirkungen im Netzwerk können laut der Studie die Temperaturschwellen senken, jenseits derer einzelne Kippelemente langfristig instabil werden – das Risiko hierfür nimmt bereits im Temperaturbereich des Pariser Klimaabkommens zwischen 1.5°C und 2°C deutlich zu.
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Eisverlust durch Erwärmung führt zu Erwärmung durch Eisverlust: ein Teufelskreis

27.10.2020 - Der Verlust riesiger Eismassen kann zu der Erwärmung beitragen, die diesen Verlust und weitere Risiken verursacht. Eine neue Studie quantifiziert diese Rückkopplung nun durch die Untersuchung langfristiger Wenn-Dann-Szenarien. Wenn etwa das arktische Meereis im Sommer vollständig schmelzen würde – ein Szenario, das zumindest vorübergehend innerhalb dieses Jahrhunderts Realität werden kann, wenn der Ausstoß von Treibhausgasen aus dem Verfeuern fossiler Brennstoffe anhält –, könnte dies am Ende zu einer zusätzlichen globalen Erwärmung von etwa 0,2°C führen. Diese Erwärmung ist jedoch nicht zusätzlich zu den IPCC-Projektionen, da diese bereits die relevanten Mechanismen berücksichtigen. Nun konnten die Forschenden aber die Auswirkungen des Eisverlusts von anderen Effekten trennen und quantifizieren. Die 0,2°C sind nicht wenig angesichts der Tatsache, dass die globale Mitteltemperatur derzeit bereits etwa ein Grad höher liegt als in vorindustrieller Zeit, und dass die Regierungen weltweit eine Begrenzung deutlich unter zwei Grad vereinbart haben.
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Meeresspiegelanstieg: Stabilitäts-Check der Antarktis offenbart enorme Risiken

23.09.2020 - Je wärmer es wird, desto rascher verliert die Antarktis an Eis – und viel davon wohl für immer. Die Folgen für die weltweit an Küsten gelegenen Städte und das Kulturerbe könnten langfristig verheerend sein, von London bis Mumbai, von New York bis Shanghai. Dies hat ein Team des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung, der Columbia University und der Universität Potsdam in einer jetzt in Nature als Titelgeschichte veröffentlichten Studie herausgefunden. Darin untersuchen sie die Stabilität des Antarktischen Eisschilds bei fortschreitender globaler Erwärmung. In rund einer Million Stunden Computerrechenzeit zeigen ihre beispiellos detaillierten Simulationen, wo genau und bei welcher Erwärmung der Eisschild instabil wird und große Teile schließlich schmelzen oder in den Ozean abrutschen würden. Dabei zeigt sich ein komplexes Zusammenspiel beschleunigender und moderierender Effekte. Die wichtigste Erkenntnis der Forschenden ist, dass ein ungebremster Klimawandel gravierende langfristige Folgen haben wird: Bei anhaltenden Temperaturen von 4 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau könnte allein das Schmelzen in der Antarktis zu einem globalen Meeresspiegelanstieg von mehr als sechs Metern führen.
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Die Zukunft ernst nehmen – der entscheidende Faktor für Kooperation, um den Klimakollaps zu verhindern: Neue Studie

20.05.2020 - Wie sehr den Entscheidungsträgerinnen und -trägern die Zukunft und nicht nur die Gegenwart am Herzen liegt, ist ein entscheidender Faktor dafür, ob sie Maßnahmen zur Stabilisierung unseres Klimas ergreifen oder nicht. Ein anderer ist, wie schwerwiegend sie die Auswirkungen des Klimakollapses einschätzen. Ausschlaggebend ist jedoch die Zahl der Akteurinnen und Akteure - zum Beispiel die Zahl der relevanten Länder. Denn die Anstrengungen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und damit zur Verhinderung einer Krise müssen auf internationaler Ebene erfolgen. Das zeigt eine neue mathematische Studie: Je mehr Akteurinnen und Akteure, desto diffuser wird die Verantwortung. Die Studie kombiniert Spieltheorie und Lerndynamik, um zu untersuchen, welche Optionen für eine verstärkte politische Zusammenarbeit jetzt dringend empirisch untersucht werden sollten.
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Klimadesaster erhöhen das Risiko bewaffneter Konflikte: neue Belege

02.04.2020 - Nach Wetterextremen wie Dürren oder Überschwemmungen steigt in gefährdeten Ländern das Risiko für gewalttätige Zusammenstöße – hierfür hat ein internationales Wissenschaftsteam neue Belege gefunden. Gefährdet sind Länder mit einer großen Bevölkerung, politischer Ausgrenzung bestimmter ethnischer Gruppen und einem niedrigen Entwicklungsstand. Die Studie kombiniert globale statistische Analysen, Beobachtungsdaten und regionale Fallstudien, um neue Erkenntnisse für politische Entscheidungsträgerinnen und -träger zu gewinnen.
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Gesellschaftliche Kippmechanismen können den Durchbruch zur Klimastabilisierung auslösen

21.01.2020 - Um die Erwärmung der Erde auf deutlich unter 2°C zu begrenzen, müssen die Gesellschaften weltweit bis spätestens 2050 ihre Treibhausgasemissionen auf Null reduziert haben. Dazu ist eine tiefgreifende globale Transformation der heutigen Energie- und Landnutzungssysteme notwendig. Klimaneutralität bis Mitte des Jahrhunderts bedeutet, dass die Treibhausgasemissionen ab heute alle zehn Jahre halbiert werden müssen. Ein interdisziplinäres Forschungsteam hat jetzt geeignete gesellschaftliche „Kippmechanismen“ untersucht, welche in der Lage sein könnten, die hierfür notwendigen schnellen, dabei aber anschlussfähigen Veränderungen hin zu einer Klimastabilisierung auszulösen. In der US-Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) hat das Forschungsteam insgesamt sechs sozio-ökonomische Kippelemente und damit verbundene gesellschaftliche Interventionen ausgemacht, durch welche ein Übergang zu einer tiefgreifenden globalen Dekarbonisierung mit der notwendigen Geschwindigkeit auf den Weg gebracht werden könnte.
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Künstliche Intelligenz: Anwendung von 'Deep Reinforcement Learning' für nachhaltige Entwicklung

Zum ersten Mal wurde eine spezielle Art des maschinellen Lernens genutzt, um neue Wege für eine nachhaltige Entwicklung zu finden. Bisher wurde das so genannte 'Deep Reinforcement Learning' vor allem dafür verwendet, um Computer in bestimmten Spielen, wie z.B. AlphaGo, gegenüber menschlichen Spielern überlegen zu machen oder Roboter durch unwegsames Gelände zu navigieren. Jetzt haben Wissenschaftler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung ein mathematisches Gerüst entwickelt, das neu entwickelte Techniken des maschinellen Lernens mit klassischeren Analysen von Verläufen in Computersimulationen des globalen Klimasystems und der Weltwirtschaft kombiniert. Die Ergebnisse, die in der interdisziplinären Zeitschrift zu nichtlinearen Wissenschaft 'Chaos' veröffentlicht wurden, sind vielversprechend.
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Planetare Grenzen: Wechselwirkungen im Erdsystem verstärken menschgemachte Veränderungen

17.12.2019 - Veränderungen in verschiedenen Bereichen unseres Erdsystems summieren sich nicht einfach – sie können sich wechselseitig verstärken. Das Überschreiten der planetaren Belastungsgrenze in einem Bereich kann den vom Menschen verursachten Druck auf andere planetare Grenzen erhöhen. Zum ersten Mal hat ein internationales Forscherteam nun einige der planetaren Wechselwirkungen im Erdsystem beziffert. Biophysikalischen Interaktionen haben die direkten menschlichen Auswirkungen auf die neun planetaren Grenzen fast verdoppelt, vom Klimawandel bis zur Süßwassernutzung. Diese Erkenntnisse können jetzt für die Entwicklung von Politikmaßnahmen zur Sicherung der Lebensgrundlagen kommender Generationen genutzt werden.
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Risiken für Ernten: Globale Hitzewellen könnten mehrere Kornkammern der Welt gleichzeitig treffen

09/12/2019 - Bestimmte Muster im Jetstream, einem die Erde umzirkelnden Höhenwind, können gleichzeitige Hitzewellen in die Weltregionen bringen, die für bis zu einem Viertel der globalen Nahrungsmittelproduktion verantwortlich sind. Besonders anfällig sind der Westen Nordamerikas und Russlands, Westeuropa und die Ukraine. Extreme Wetterereignisse in diesem Ausmaß können die weltweite Nahrungsmittelproduktion erheblich beeinträchtigen und damit die Preise in die Höhe treiben. Die letzten Jahre haben gezeigt, dass starke Preissteigerungen bei Lebensmitteln mit sozialen Unruhen verbunden sein können.
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Neue Methode zum besseren Verständnis selbstlernender Künstlicher Intelligenz

11.04.2019 - Jüngste Fortschritte in der Forschung der Künstlichen Intelligenz (KI) resultieren aus der Kombination von tiefen neuronalen Netzwerken und dem verstärkenden Lernen (reinforcement learning). In letzterem Fall sind die Agenten in der Lage, durch einen iterativen Versuch-und-Irrtum-Prozess ihr Verhalten anzupassen und lohnende Verhaltensweisen in unbekannten Umgebungen zu erlernen. Aber dieser Prozess ist noch nicht vollständig verstanden. Das Verstärkende Lernen ist ein spezifischer Bereich der KI. Da KI einen großen Einfluss auf die Gesellschaft haben kann, ist ein besseres Verständnis der KI-Systeme entscheidend, um potenzielle Herausforderungen und Risiken einzuschätzen. Schon heute wird die KI eingesetzt, um Autos zu steuern, Produktionslinien zu verwalten oder sogar Texte zu verfassen. Ein Team von Wissenschaftlern des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung hat eine neue Methode entwickelt, um diese Algorithmen zu untersuchen unter Verwendung von Erkenntnissen aus der statistischen Physik. Ihre Ergebnisse, die in der Zeitschrift Physical Reviews E veröffentlicht worden sind, können dazu beitragen, das Design groß angelegter KI-Systeme des verstärkenden Lernens zu verbessern.
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Leibniz-Gründerpreis für "elena international" vom PIK

25.03.2019 - "Electricity network analysis" - die Ausgründung "elena" des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) ist mit dem Leibniz-Gründerpreis 2019 ausgezeichnet worden. Sie erhielt die mit 50.000 Euro dotierte Auszeichnung für eine neue Anwendung zum Ausbau Erneuerbarer Energien in Mikro- und Inselstromsystemen.
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Wichtigster Preis für deutsche Nachwuchsforscher geht an Jonathan Donges

28.02.2019 - Die Deutsche Forschungsgemeinschaft und das Bundesministerium für Bildung und Forschung haben Jonathan Donges vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung mit dem wichtigsten deutschen Nachwuchspreis ausgezeichnet. Der Heinz Mayer-Leibnitz-Preis wird am 28. Mai an insgesamt zehn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verliehen, vom Chemiker bis zur Historikerin. Er ist mit je 20.000 Euro dotiert. Donges ist Ko-Leiter des PIK Future Lab „Earth Resilience in the Anthropocene“.
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Zeitreihen-Netzwerke: "Chaotische Datenmassen in etwas Sinnvolles verwandeln“

04.02.2019 - Zum ersten Mal hat jetzt ein internationales Team von Wissenschaftlern einen umfassenden Überblick zu Studien über Zeitreihennetzwerke veröffentlicht. Der Bericht erschien in Physics Reports, einer der auf ihrem Gebiet führenden Fachzeitschriften. Während sowohl die nichtlineare Zeitreihenanalyse als auch die Theorie komplexer Netzwerke weithin als etablierte Forschungsgebiete gelten, ist die Kombination beider Ansätze inzwischen zu einem aktiven Feld des wissenschaftlichen Fortschritts geworden. Die Autoren des Überblicksartikels diskutieren auf mehr als 80 Seiten drei Hauptansätze. Beispiele, die die Autoren aufgreifen, reichen von der Klimatologie über die Neurophysiologie bis hin zur Ökonomie. Das Team wurde von Yong Zou von der East China Normal University, Shanghai, geleitet; alle weiteren Autoren kommen aus dem Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), darunter auch Jürgen Kurths, Co-Chef der Abteilung Komplexitätsforschung.
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Spitzenplatzierung: Ranking der wichtisten Fachartikel zum Klima mit Blick auf Online-Medien

12.01.2019 - Wissenschaftliche Veröffentlichungen des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung wurden in Online-Medien und sozialen Medien im vergangenen Jahr stark aufgegriffen. Das britische Online Medium Carbon Brief hat jetzt ein Ranking veröffentlicht, basierend auf Altmetric-Daten. Mit Altmetric wird zwar nur ein Ausschnitt der Medienresonanz erfasst, gleichwohl gibt der Vergleich einige gute Anhaltspunkte. Zu den prominentesten Artikeln 2018 gehörte der Artikel "Trajectories of the Earth System in the Anthropocene" mit Autoren wie Johan Rockström, Hans Joachim Schellnhuber, Jonathan Donges oder Ricarda Winkelmann vom PIK und weiteren Experten. Carbon Brief nennt es "the climate science paper that scored top in media". Sogar im Vergleich aller wissenschaftlicher Publikationen 2018 aus allen Forschungsfeldern nimmt der Artikel auf Altmetric noch den fünften Platz im gesamten Ranking ein.
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Auf dem Weg in die "Heißzeit"? Planet könnte kritische Schwelle überschreiten

06.08.2018 - Die globale Erwärmung auf lange Sicht bei 1,5°C bis 2°C zu stoppen, könnte schwieriger sein als bisher angenommen. Selbst bei Umsetzung der im Pariser Abkommen festgelegten Pläne zur Minderung von Treibhausgasemissionen bleibt ein Risiko, dass der Planet durch verschiedene Rückkopplungsprozesse in einen Zustand gerät, den die Forscher als „Hothouse Earth“ bezeichnen. Dies diskutiert ein internationales Team von Wissenschaftlern in einer neuen Studie im Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Eine solche Heißzeit wäre langfristig durch etwa 4°C bis 5°C höhere Temperaturen charakterisiert sowie durch einen Meeresspiegelanstieg um 10m bis 60m, so die Veröffentlichung. Der Übergang zu einer emissionsfreien Weltwirtschaft müsse deshalb deutlich beschleunigt werden, argumentieren die Autoren.
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Sicher ist sicher? Wirtschaftliche Optimierung kann zum Risiko für Kippelemente im Erdsystem werden

15.6.2018 - Die Optimierung wirtschaftlicher Erfolge ohne Einschränkungen könnte für eine sichere Zukunft der Menschen Risiken bergen, so haben Wissenschaftler jetzt in einem mathematischen Experiment ermittelt. Zwar kann das Konzept wirtschaftlicher Optimierung die Kosten beispielsweise für die Reduzierung von Treibhausgasen wirkungsvoll senken. Der profitmaximierende Ansatz allein reicht aber nicht aus, um das Kippen kritischer Elemente im Erdsystem auf jeden Fall zu vermeiden – und ein solches Kippen könnte zu dramatischen Veränderungen unserer Lebensgrundlagen führen. Die Wissenschaftler vergleichen das Konzept ökonomischer Optimierung mit jenem der Nachhaltigkeit und mit dem neueren Ansatz eines sicheren Handlungsraumes für die Menschheit. Sie alle haben ihre Vorteile und Nachteile. Doch der rein gewinnmaximierende Ansatz zeigt in der Studie die größte Wahrscheinlichkeit, Ergebnisse zu erzielen, die Menschen oder der Umwelt schaden.
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PIK beim Chaos Communication Congress 34C3

29.12.2017 - An vier Tagen zwischen Weihnachten und Neujahr kommen jedes Jahr tausende Hacker, Technikfreaks, Künstler und Experten zusammen, um sich auszutauschen und voneinander zu lernen. Die 34. Ausgabe des Chaos Communication Congress (34C3) findet dieses Jahr in Leipzig statt. Auch die Wissenschaft ist unter anderem durch Experten des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) vertreten – dieses Jahr gehört der Klimawandel zu den Schwerpunktthemen der Veranstaltung, zu der mehr als 13.000 Menschen erwartet werden.
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Klima-Desaster erhöhen das Risiko für bewaffnete Konflikte in ethnisch zersplitterten Ländern

26.07.2016 - Extreme wie Hitzewellen oder Dürren erhöhen das Risiko bewaffneter Konflikte in ethnisch zersplitterten Ländern, so haben jetzt Wissenschaftler herausgefunden. Sie nutzten einen neuen statistischen Ansatz, um Daten der letzten drei Jahrzehnte auszuwerten. Wiewohl jeder Konflikt selbstverständlich das Ergebnis einer komplexen und fallspezifischen Mischung von Faktoren ist, zeigte sich, dass der Ausbruch von Gewalt in ethnisch zersplitterten Ländern häufig mit Naturkatastrophen zusammenhängt. Diese können offenbar schwelende gesellschaftliche Spannungen anheizen. Diese Erkenntnisse, die im amerikanischen Fachjournal Proceedings of the US National Academy of Sciences erscheinen, können hilfreich sein für Sicherheitsstrategien – und zwar umso mehr, da die zukünftige globale Erwärmung durch die von Menschen verursachten Treibhausgasemissionen das Risiko von Naturkatastrophen und damit vermutlich auch von Konflikten und Migration erhöhen wird.
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Gesundheit, Energie und Extremereignisse in einem sich ändernden Klima

07.06.2016 - Fluten, Dürren, Blackouts von Stromnetzen – mit dem Klimawandel wächst das Potential für verschiedene Risiken, die direkt oder indirekt auch mit der Gesundheit zusammenhängen. In einem jetzt erschienenen Sammelband untersuchen Wissenschaftler unter anderem des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) das komplexe Zusammenspiel globaler Systeme des Gesundheitswesens, der Energieversorgung und Klimaveränderungen. Darin werden nicht nur Zusammenhänge aufgezeigt, sondern auch methodische Ansätze vorgelegt, wie das Zusammenwirken dieser Sektoren in Zukunft noch besser erforscht werden kann.
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Klimamakroskop: neue Software für künftige Forschung

23.12.2015 - Wissenschaftler um Jonathan Donges vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) haben eine neue open source Software entwickelt, die auf der Programmiersprache Python basiert und mit der Klimaveränderungen und andere Netzwerke mit großen Datenmengen analysiert werden können.
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Zufall oder Zusammenhang: Wechselwirkungen im Klimasystem

07.10.2015 - Um Klimarisiken abschätzen zu können, muss man verstehen, wie Veränderungen an einem Ort der Erde mit Veränderungen an anderen und weit entfernten Orten zusammenhängen – etwa Temperaturen, Regen oder Wind. Wissenschaftler haben jetzt eine neue Methode entwickelt um herauszufinden, ob eine Veränderung eine andere verursacht haben kann oder nicht, und welche Regionen Schnittstellen sind für solche Wechselwirkungen. Mit neuen mathematischen Datenanalysetechniken haben sie hierfür eine umfangreiche Studie von Luftdruckdaten vorgenommen. Die jetzt in Nature Communications veröffentlichte Methode kann in Zukunft angewendet werden, um etwa globale Effekte lokaler Extremwetter-Ereignisse besser abschätzen zu können – und auch um die Ausbreitung von Störungen in Finanzmärkten oder im menschlichen Gehirn besser zu verstehen.
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Start einer neuen Generation Wissenschaftler: Die Earth-Docs

18.03.2015 - Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) bietet herausragenden jungen Wissenschaftlern eine neuartige Position in der Forschung: Sie können Earth-Doc werden - und damit Teil eines internationalen Forschungsteams, das institutsübergreifend und interdisziplinär arbeitet. Ins Leben gerufen wurde das Programm von der Earth League, einem internationalen Zusammenschluss von 17 führenden Wissenschaftlern und Instituten, mitbegründet vom PIK. Die neue Stelle konzentriert sich auf die Rolle von gesellschaftlichen Akteuren in der Dynamik des Erdsystems. Bewerber sollten fundierte Kenntnisse in globaler Nachhaltigkeit und Modellierung mitbringen.
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Ehrungen für junge Wissenschaftler

31.12.2014 - Für seine Arbeit zur Modellierung des Klimasystems der Erde ist Jonathan Donges vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) mit dem Wladimir-Peter-Köppen-Preis ausgezeichnet worden. Der Preis für herausragende Doktorarbeiten von jungen Wissenschaftlern unter dreißig Jahren wird vom Hamburger Exzellenzcluster CliSAP (Integrated Climate System Analysis and Prediction) verliehen. Die Jury lobte Donges an der Berliner Humboldt-Universität eingereichte Arbeit als "innovativen und herausragenden Beitrag zur aktuellen Klimaforschung".
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Netzwerke im Klimasystem: Auszeichnung für jungen Wissenschaftler

10.12.2013 - Für seine wegweisende Forschung zu komplexen Netzwerken in unserem Klimasystem hat ein junger Wissenschaftler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung einen renommierten Preis gewonnen. Er erhielt die Auszeichnung von der American Geophysical Union (AGU) bei deren von mehr als 22.000 Wissenschaftlern besuchtem Jahrestreffen diese Woche in San Francisco. Durch die Anwendung einer mathematischen Analyse auf zum Beispiel Daten aus Bohrungen in der Tiefsee hat er entdeckt, wie Veränderungen des Klimas in Afrika vor Millionen Jahren das Schicksal der Vorfahren des heutigen Menschen beeinflusst haben.
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Klimakerben im Stammbaum der Menschheit: Neue Zusammenhänge aufgedeckt

05.12.2011 - Erdgeschichtliche Klimaveränderungen haben das Schicksal der Vorfahren des modernen Menschen beeinflusst – warum aber manche evolutionäre Varianten entstanden oder verschwanden, war bislang unklar. Wissenschaftler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und der Universität Potsdam haben nun eine neuartige Betrachtungsweise für die Entwicklung der vergangenen fünf Millionen Jahre vorgelegt. Eine nichtlineare statistische Analyse von Ablagerungen auf dem Meeresboden vor Afrika deutet darauf hin, dass abrupte Änderungen der Schwankungsneigung des Klimas die Evolution des Menschen entscheidend geprägt haben könnten. Zunächst drei solcher urzeitlicher Kipp-Punkte haben die Forscher ausgemacht.
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Auszeichnung: PIK-Nachwuchswissenschaftler gewinnt Physik-Studienpreis

09.07.2010 – Der PIK-Forscher Jonathan Donges wurde gestern in Berlin für seine herausragenden Studienleistungen mit dem Physik-Studienpreis der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung geehrt. Der von der Physikalischen Gesellschaft zu Berlin ausgelobte Preis würdigt die besten zehn Physik-Diplomabsolventen eines Jahres in Berlin und Potsdam.
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