Wie Künstliche Intelligenz Böden, Atmosphäre und Gewässer schützen kann

Expert*innen aus Bodenkunde, Niedermoor-Ökologie, Citizen Science und Atmosphärenphysik beleuchteten am 11. Dezember 2024 in der KI-Ideenwerkstatt, wie KI neue Ansätze für den Umwelt- und Naturschutz schaffen kann.

Beim Themenabend „Boden – Atmosphäre – Gewässer: Komplexe Wechselwirkungen und der Einsatz Künstlicher Intelligenz“ drehte sich alles um die Frage, wie KI genutzt werden kann, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Boden, Atmosphäre und Gewässern zu analysieren und nachhaltige Lösungen zu fördern. Moderiert wurde der Abend von Janis Klug, Referent der KI-Ideenwerkstatt.

Der Boden als Kohlenstoffsenke

Böden spielen für die Kohlenstoffspeicherung eine enorm wichtige Rolle, und sie sind zugleich eine bedeutende Quelle von Kohlenstoffdioxid für die Atmosphäre. Wie Prof. Carsten Müller (Institut für Ökologie, TU Berlin) in seinem Vortrag herausstellte, werden diese Prozesse zwischen Pflanzen, Mikroorganismen und Bodenmineralen reguliert und von ihnen beeinflusst. Besonders spannend: Mithilfe von KI können spektromikroskopische Bilddaten ausgewertet werden, um die Kohlenstoffbindung besser zu verstehen und langfristig zu verbessern.

Die Moorforscherin Dr. Franziska Tanneberger (Greifswald Moor Centrum, Universität Greifswald) zeigte eindrucksvoll, was Moore für die Umwelt, die Biodiversität und das Klima leisten. Nasse Moore enthalten doppelt so viel Kohlenstoff wie die globale Waldbiomasse. Um sie zu bewahren, forderte sie weltweite Kooperationen und ein stärkeres Bewusstsein für die ökologische Rolle von Mooren. 2024 wurde sie für ihre Arbeit mit dem Deutschen Umweltpreis ausgezeichnet.

Citizen Science und Gewässerschutz

Virtuell zugeschaltet vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Leipzig, präsentierte Dr. Julia von Gönner das Citizen-Science-Projekt FLOW. Dabei überwachen Bürger*innen kleine Fließgewässer und liefern wertvolle Daten zur Gewässerqualität. Hierfür entwickelte die Biodiversitätsforscherin mit ihrem Team ein Testkit zur Bestimmung von Makrozoobenthos – wirbellosen Kleinlebewesen wie Insektenlarven, Schnecken und Krebse. Diese Organismen sind wichtige Indikatoren für die organische Belastung von Gewässern.

Die Forscherin zeigte vielseitige potentielle Einsatzmöglichkeiten von KI für das FLOW-Projekt auf: von der Klassifizierung von Makrozoobenthos über eine automatisierte Datenqualitätskontrolle bis hin zur virtuellen Beratung der Mitforschenden und dem KI-gestützten Community Management. 

KI in der Atmosphärenforschung

Den Abschluss des Abends bildete Dr. Max Gelbrecht vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung mit seinem Vortrag „Machine Learning und Atmosphärenmodelle: Können wir Modelle mit AI verbessern?“. Dabei stellte er das KI-Modell GenCast vor, das auf der Grundlage von Wetterdaten aus 40 Jahren (1979 bis 2018) trainiert wurde. Es verspricht eine höhere Genauigkeit und Effizienz als etwa „klassische“ numerische Vorhersagemodelle, die auf physikalischen Gleichungen basieren. 

Wie Max Gelbrecht herausstellte, ist in der Atmosphärenforschung aber nicht zuletzt die Verfügbarkeit von weit zurückreichenden und – je nach Modellzweck – räumlich hoch aufgelösten Daten ein Problem. KI-Modelle, die sich, anders als numerische Atmosphärenmodelle, nicht an die Naturgesetze halten, sind somit nur bei ausgewählten Anwendungsfällen besser. 

Im Anschluss an die Vorträge entwickelte sich ein lebhafter Austausch zwischen Expert*innen und Publikum. Besonders rege wurde debattiert, wie klassische Methoden mit KI kombiniert werden können, um ökologische Wechselwirkungen besser zu verstehen. Die Teilnehmenden und Referent*innen sprachen auch über Möglichkeiten der Einbindung anderer Akteure aus Wirtschaft oder Zivilgesellschaft. 

Wie es gelingen kann, viele Bürger*innen zu erreichen und für den Umweltschutz zu begeistern, zeigte eine längere Diskussion rund um die ARD-Mitmachaktion #unsereFlüsse, eine Medienzusammenarbeit, die sich aus dem FLOW-Projekt entwickelt hat. Um möglichst viele Bürger*innen zum Mitmachen zu motivieren, übersetzten die Wissenschaftler*innen die Details über das Projekt in eine verständliche Sprache. 

Bei Snacks, Getränken und vielen weiteren interessanten Gesprächen fand der Themenabend in der KI-Ideenwerkstatt seinen Ausklang.