Flüsse übernehmen zentrale Funktionen für Ökosysteme und Gesellschaften: Sie prägen Landschaften, sichern die Wasserversorgung, ermöglichen Transport und bieten Lebensraum für zahlreiche Arten. Der Klimawandel verändert jedoch zunehmend den Wasserhaushalt und den Transport von Flussmaterial wie Sand, Kies und feinen Sedimentpartikeln. Ob und wie solche Veränderungen zu kritischen Instabilitäten führen können, ist bislang kaum erforscht. Das an der Freien Universität Berlin koordinierte Projekt „TIPSY – Tipping Points in River Systems: Uncovering Unknown Risks for Smarter Mitigation“ widmet sich der wissenschaftlichen Untersuchung von Kipppunkten, also Schwellenwerten, deren Überschreiten plötzliche und irreversible Veränderungen in Flusssystemen auslösen können.

„In der Wissenschaft ist überraschend wenig darüber bekannt, wie anfällig Flüsse für abrupte Systemwechsel sind. Unser Ziel ist es deshalb, Kipppunkte in Flusssystemen zu identifizieren, die Mechanismen zu verstehen, die solche Kipppunkte auslösen, und Frühwarnsignale zu finden, die darauf hinweisen, dass ein Flusssystem kurz vor einem solchen Umbruch steht“, sagt Dr. Stefanie Tofelde vom Institut für Geologische Wissenschaften der Freien Universität Berlin, die das Forschungsprojekt TIPSY koordiniert. „Bisherige Modelle zur Landschaftsentwicklung erfassen plötzliche Veränderungen in Flusssystemen nicht. Unser langfristiges Ziel ist es, diese Modelle so weiterzuentwickeln, dass sie Kipppunkte erkennen und künftig auch vorhersagen können“, ergänzt Prof. Dr. Anne Bernhardt, zweite Leiterin des Projekts.

Das Projekt bringt Fachwissen aus den Bereichen Geowissenschaften, Hydrologie, Fernerkundung, Mathematik und Modellierung zusammen. Neben der Freien Universität Berlin sind Forschende der Bundesanstalt für Gewässerkunde, der Universität Innsbruck und der Universität Potsdam beteiligt. In Laborexperimenten werden Flussprozesse unter variierenden Bedingungen simuliert und mit hochauflösenden Messsystemen erfasst. Die Daten fließen in mathematische Modelle ein, mit denen potenzielle Kipppunkte und ihre Vorläufersignale analysiert werden. Anschließend werden die Ergebnisse auf natürliche Flusssysteme übertragen und mit satellitengestützten Beobachtungen und Langzeitmessungen validiert.

Mit dem Förderprogramm „Pioniervorhaben – Exploration des unbekannten Unbekannten“ unterstützt die VolkswagenStiftung Grundlagenforschung, die sich bewusst außerhalb etablierter disziplinärer Zugänge bewegt. Im Fokus stehen wissenschaftlich risikobehaftete Vorhaben mit hohem Innovationspotenzial, die sich auf bisher unbeachtete oder unzugängliche Erkenntnisräume richten.