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Öffentlichkeitsarbeit: Mathematik für die Erde

Ob Modellierungen zum Klimawandel, das Versagen der Märkte oder Probleme kartografischer Darstellungen - die Mathematik bietet Lösungsansätze und Hilfsmittel zur Bewältigung globaler Krisen. Um sie ein wenig mehr in den Fokus der Weltöffentlichkeit zu rücken, startete nun eine internationale Initiative.
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Was trägt die Mathematik zum zukünftigen Wohlergehen des Planeten Erde bei? Eine ganze Menge – man merkt es nur nicht immer so genau. Um diesem Wahrnehmungsdefizit abzuhelfen, hat die Weltvereinigung International Mathematical Union (IMU), vornehmlich in Gestalt ihrer Vizepräsidentin Christiane Rousseau, alle ihre Mitglieder aufgerufen, ihre Werke ins Bewusstsein des Publikums zu bringen. Das Ganze soll gebündelt in einer weltweiten Initiative namens "Mathematics of Planet Earth 2013 (MPE2013)" geschehen.

Wie haben die Mathematiker auf diesen Aufruf reagiert? Zuerst einmal vorsichtig – oder wie es Marta Sanz-Solé, die Präsidentin der European Mathematical Society, in ihrem Blog so freundlich ausdrückte: "Das Sozialverhalten der Mathematiker wird zuweilen fälschlich als introvertiert wahrgenommen." Aber dank dem unermüdlichen Wirken von Christiane Rousseau ist doch noch eine eindrucksvolle Sammlung zusammengekommen. Sie besteht zum einen Teil aus leibhaftigen Exponaten, zum anderen aus Material, das über das Internet abrufbar ist. Beides steht für Ausstellungen in aller Welt zur Verfügung. Am vergangenen Dienstag wurde das MPE-Jahr am Sitz der UNESCO in Paris feierlich und mit viel Prominenz eröffnet. Selbst Staatspräsident François Hollande schickte ein Grußwort.

Während der Vorbereitungsarbeiten ist der Initiative zwar einer ihrer Mitstreiter abhanden gekommen, gleichwohl saß er bei der Eröffnungsfeier auf dem Podium – aber bei den Politikern: Der portugiesische Mathematiker Nuno Crato, schon immer in der Öffentlichkeitsarbeit sehr engagiert, ist seit anderthalb Jahren Wissenschaftsminister seines Landes.

Kanada, die USA, Großbritannien und Australien hatten das MPE-Jahr zwar etwas kalendergetreuer eingeläutet. Aber bei den Inhalten haben eindeutig die Europäer die Nase vorn, und unter ihnen insbesondere das Mathematische Forschungsinstitut Oberwolfach. Mit ihrer Ausstellung "Imaginary", die ebenfalls real existierendes und Online-Material vereinigt, verfügen die Oberwolfacher seit mehreren Jahren über Erfahrungen mit der Visualisierung von Mathematik für das Publikum. In der Tat beherbergt die Website http://imaginary.org auch die Inhalte von MPE2013. Andreas Daniel Matt vom Mathematischen Forschungsinstitut hat hier ein großes Werk getan, indem er die sehr heterogenen Beiträge aus aller Welt in ein internettaugliches Format brachte.

© Guillaume Jouvet, Freie Universität Berlin
Die ungewisse Zukunft der Gletscher
Die Gewinner des 3. Preises modellieren das Gletschereis als zäh fließende Flüssigkeit und stellen eine jährliche Massebilanz auf, in die abschmelzendes Eis ebenso wie neu hinzukommendes eingeht. Anhand historischer Bilder zeigen die Forscher schließlich, dass ihre Simulationen der Realität sehr nahe kommen. Im Prinzip könnten sie nun auch eine Prognose für die Entwicklung des Rhonegletschers wagen – die allerdings hängt davon ab, wie sich das Klima in den nächsten Jahrzehnten entwickeln wird.

Bei der Eröffnungsfeier wurden auch die Gewinner des aus Anlass von MPE2013 ausgelobten Wettbewerbs bekanntgegeben. Der dritte Preisträger, ein Film, den Guillaume Jouvet an der Freien Universität Berlin produziert hat, bietet einen reizvollen Kontrast zwischen einem eigentlich schwermütigen Thema – dem Abschmelzen der alpinen Gletscher infolge des Klimawandels – und der leichtfüßigen Darstellung, wie Mathematiker und Geologen für ein Modell der Gletscherdynamik zusammenarbeiten.

Der zweite Preis geht an ein Team um Tobias Malkmus und Theresa Strauch von der Universität Freiburg. Unter der Leitung von Dietmar Kröner haben die angewandten Mathematiker die Aschewolke, mit der der isländische Vulkan Eyjafjallajökull im Frühjahr 2010 den europäischen Flugverkehr für mehrere Tage lahmlegte, zum Anlass für eine mathematische Simulation genommen. Der Benutzer darf irgendwo in Europa einen Vulkan hinsetzen und durch Wischen über den Touchscreen vorgeben, wie der Wind weht – und schon zeigt ihm das Programm, wie die schwarze Wolke sich ausbreiten würde.

Bemerkenswerterweise ist das Thema der mit dem ersten Preis ausgezeichneten Arbeit das am wenigsten aktuelle. Daniel Ramos vom Museu de Matemàtiques de Catalunya in Barcelona und sein Team visualisieren die Verzerrungen, die unvermeidlich auftreten, wenn man die kugelförmige Oberfläche der Erde auf eine ebene Landkarte abbildet. Eine kleine Ellipse (die "Tissot-Indikatrix"), die man an jeden Punkt der Landkarte anheften kann, zeigt auf einen Blick die Abweichungen von den konkurrierenden – und unvereinbaren – Idealen der Längen-, der Winkel- und der Flächentreue.

Doch Preise waren nicht alles. Im Mittelpunkt stand vor allem auch die Frage: Was trägt – über die Demonstrationen für die Allgemeinheit hinaus – die Mathematik zum Wohlergehen der Erde bei? In ihrem Grundsatzvortrag benannte Christiane Rousseau drei wesentliche Felder. Jacques Laskar konnte durch seine Berechnungen zeigen, dass der Mond die Neigung der Erdachse stabilisiert. Im Gegensatz zu unseren Nachbarn Venus und Mars läuft unser Heimatplanet ziemlich rund. Die Neigung seiner Rotationsachse schwankt nur sehr geringfügig im Lauf der Jahrmillionen. Das wiederum hilft der Stabilität des Klimas auf – sehr bekömmlich für die Evolution des Lebens auf der Erde, die bekanntlich schon auf weniger bedeutende Ereignisse wie den Einschlag eines mittelgroßen Meteoriten überaus empfindlich reagiert.

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Die Welt aus mathematischer Sicht | Gewann den 1. Preis: "The sphere of the earth". Mit Hilfe eines Programms kann man zahlreiche Möglichkeiten wählen, die Erdoberfläche auf eine ebene Landkarte zu projizieren. Dabei entstehen die unterschiedlichsten Verzerrungen.

Die Mathematik kann nicht nur – mit Hilfe der Gleichungen von Lotka und Volterra – zeigen, dass von mehreren Arten, die um dieselbe ökologische Nische konkurrieren, auf die Dauer nur eine überlebt, sondern auch, warum dieser Verarmungstendenz zum Trotz biologische Vielfalt blühen kann. Das leistet die Mathematik der Kooperation, die maßgeblich von Ernst Fehr, Martin Nowak und Karl Sigmund entwickelt wurde. Dass die Prognose des Weltklimas an mathematischen Modellen hängt, muss nicht eigens betont werden. Rousseau erwähnte darüber hinaus, dass die Freisetzung von Methan aus den Ozeanen und den auftauenden Permafrostböden neue Modellierungsbemühungen erfordert.

Zum aktuellen Problem der Überfischung der Meere hat die Mathematik sogar sehr grundsätzliche (nicht ganz neue) Weisheiten beizutragen: Der Markt kann das Problem nicht regeln, vielmehr wäre die Lösung, die sich im freien Spiel der Kräfte einstellt, zum Nachteil aller Beteiligten; und selbst wenn der Mechanismus von der Tragik der Allmende ("tragedy of the commons") keine Rolle spielt, läuft unter bestimmten Bedingungen die marktkonforme Lösung auf die Totalausrottung einer Fisch- oder Walart hinaus.

Ein Hinweis zum Schluss: Die Ausstellung zu MPE2013 wird auch in Deutschland zu sehen sein. Das Deutsche Technikmuseum in Berlin, das Mathematikum in Gießen und das Museum für Mineralien und Mathematik in Oberwolfach haben schon Termine gebucht.

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