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Grundwassermeßstelle des gewässerkundlichen Dienstes (Landesmessstelle)

Das Messnetz mit zugehörigen Untersuchungsprogrammen und Datendiensten ist zugleich ein Frühwarnsystem für großräumige natürlich und menschlich verursachte Veränderungen des Grundwassers, beispielsweise Versauerung, Klimafolgen, Belastungsveränderungen und Übernutzungen.

Naturschutz im Wandel - Anpassung an Landnutzungsänderungen und Klimawandel in Süd-Madagaskar (Promotionsvorhaben)

Madagaskar ist ein Hotspot der Biodiversität, dessen weltweit einzigartige Vielfalt durch anthropogene Überformung stark bedroht ist. Die besonders arten- und endemitenreichen Dornenwälder des Südens sind durch ihre langsame Regeneration zusätzlich gefährdet. Der voranschreiten-de Klimawandel, der durch zunehmende Trockenheit und häufiger auftretende Extremwetterereignisse gekennzeichnet ist, wird zu veränderter Landnutzung wie der Erschließung neuer Anbauflächen führen. Diese fortschreitende Übernutzung der natürlichen Ressourcen bedingt den weiteren Verlust der biologischen Vielfalt und des Naturraumpotenzials der Ökosysteme. Die synergetisch wirkenden Folgen des Klimawandels können somit verheerende Auswirkungen auf die bereits eingeschränkte Funktionalität der Ökosysteme haben. Ein Verständnis der Landnut-zung ist damit unabdingbar zur Abschätzung der Gefährdung und des Erhaltungszustands der Ökosysteme. In drei Untersuchungsgebieten sollen vergangene und zukünftige Veränderungsprozesse von Ökosystemen und sozioökonomischen Faktoren untersucht werden. Durch die Verschneidung und Modellierung von Fernerkundungsdaten mit Daten der Sozioökonomie und der Einarbeitung bestehender Szenarien soll eine Abschätzung der potenziellen Landnutzungsänderungen unter sich verändernden Parametern ermöglicht werden. Das Anthroposystem, einschließlich des menschlichen Landnutzungssystems, wird dabei als Subsystem der Ökosysteme betrachtet. Aus der Entwicklung neuer Szenarien werden in Abstimmung mit Landnutzerinnen und Landnutzern proaktive Schutzkonzepte sowie Handlungsoptionen für Politik und Naturschutz abgeleitet. Bestehende Konzepte werden darüber hinaus hinsichtlich der Berücksichtigung dynamischer Prozesse evaluiert. Diese antizipierende und proaktive Managementforschung basiert nicht primär auf dem Monitoring von Klimawandel und der Untersuchung der unmittelbaren Folgen, sondern erprobt durch die Anpassung von Naturschutzstrategien einen weltweit noch jungen und für Ma-dagaskar neuartigen Ansatz. So soll ein Beitrag zum Schutz der weltweit einzigartigen Dornenwälder Süd-Madagaskars und der Verbesserung der Lebensbedingungen der Landbevölkerung geleistet werden.

Zeitliche und räumliche Dynamik der Mutationslast des Antarktischen Prädatoren Arctocephalus gazella

Die Resilienz natürlicher Populationen gegen Umweltveränderungen wird von der Menge schädlicher Mutationen in der Population, d.h. ihrer Mutationslast bestimmt. Deren Fitnesseffekt hängt vom Selektionsdruck und der Populationsgröße ab, welche beide in Raum und Zeit veränderlich sind. Auswirkungen dieser Dynamik auf die Mutationslast sind wenig erforscht, was unser Verständnis der Gefährdung von Arten durch Umweltveränderungen behindert. Drastische Reduzierungen der Populationsgröße führen zu Inzucht, was die Mutationslast stärker exponiert und selektiv wirksam macht. Dies verursacht eine Fitness-Reduktion betroffener Individuen, ermöglicht aber auch eine Entfernung schädlicher Mutationen durch Purging, was die Mutationslast langfristig verringern kann. Folglich hat Übernutzung in der Vergangenheit die Mutationslast vieler Arten beeinflusst, vor allem in der Antarktis, wo Robben- und Walfang große ökologische Auswirkungen hatten. In meinem Projekt plane ich durch Genomsequenzierung räumliche und zeitliche Dynamiken der Mutationslast in Antarktischen Pelzrobben zu erforschen. Dabei verfolge ich drei komplementäre Ziele. Erstens werde ich räumliche Dynamiken der Mutationslast durch den Vergleich von sechs Populationen mit unterschiedlicher effektiver Populationsgröße und Geschichte untersuchen. Erkenntnisse zur Mutationslast dieser Populationen liefern Aufschluss über deren Gefährdung durch Umweltveränderungen. Zweitens werde ich Langzeit-Dynamiken der Mutationslast durch eine Quantifizierung von Purging zu verschiedenen Zeitpunkten der Populationsgeschichte analysieren. Ein Vergleich von Regionen innerhalb des Genoms welche vor, während und nach dem durch Robbenjagd verursachten Flaschenhals von Inzucht betroffen waren, wird über das genetische Erbe dieses Eingriffes aufklären. Schließlich werde ich kurzfristige Dynamiken der Mutationslast untersuchen, indem ich den Umwelteinfluss auf die Mutationslast einer rückläufigen Population in Südgeorgien analysieren werde. Dort hat sich der Selektionsdruck auf die Robben durch den von Erwärmung getriebenen Rückgang des Antarktischen Krills erhöht. Eine einzigartige, vier Jahrzehnte umfassende Langzeitstudie erlaubt hier die Erforschung des Zusammenhangs der Mutationslast und dem Fitnessmerkmal „Rekrutierungs-Erfolg“. Dies kann zeigen, ob aktuelle Umweltveränderungen die Mutationslast durch Purging verringern, was für die Beständigkeit der Populationen relevant ist. Mein Projekt kombiniert hochauflösende genomische Verfahren mit einem herausragenden Untersuchungssystem und verspricht neue Erkenntnisse zur Beständigkeit eines antarktischen Prädatoren. Diese sind essentiell für das Verständnis der Resilienz des Ökosystems des Südpolarmeeres. Durch die Einführung moderner genomischer Methoden in ein polares Modellsystem werde ich zum SPP beitragen können, zudem werde ich mich durch Kollaborationen und das Ausrichten eines Workshops zu reproduzierbarem coding in die breitere SPP-Gemeinschaft integrieren.

Endemische Frankoline Äthiopiens

In Äthiopien kommen zwei endemische Frankolin-Formen vor. Eine davon ist das Schwarzstirn-Frankolin Pternistis atrifrons, ein Bewohner der Gebirgszüge im Süden des Landes, der seit den 1940er Jahren nicht mehr beobachtet wurde und von dem wir im Jahre 2012 eine kleine Population wiederentdeckt haben. Seitdem haben wir mit Hilfe verschiedener Erfassungsmethoden und durch Befragungen der lokalen Bevölkerung so viele Daten zusammengetragen, dass eine erste Abschätzung der Populationsgröße und die Modellierung des potentiellen Vorkommensgebietes möglich wurden. Diese Ergebnisse belegen eine sehr kleinräumige Verbreitung mit einer ausgesprochen Bevorzugung der kühleren und feuchteren Gipfellagen der Gebirge. Aufgrund des in diesen Gebieten seit geraumer Zeit stark zunehmenden Nutzungsdrucks (vor allem durch Entwaldung und Ausbreitung der Landwirtschaft) wird das ohnehin fragmentierte Verbreitungsgebiet des Schwarzstirnfrankolins weiter zerstückelt. Auf Basis unserer Empfehlungen wurde das Schwarzstirn-Frankolin kürzlich von der IUCN in die hohe Gefährdungskategorie 'Endangered' eingruppiert. Dennoch ist die Modifikation und Ausweitung der momentan projektierten Schutzgebietsgrenzen in der Region nach wie vor nötig. Nur wenn es gelingt, die isolierten Gebirgszüge in die Schutzgebiete einzubeziehen und deren weitere Übernutzung umgehend zu unterbinden, bestehen noch Überlebenschancen für diese seltene Vogelart. Dieses Projekt ist Teil eines Forschungsvorhabens über äthiopische Vögel und ist vernetzt mit einem Projekt zur Landnutzung und zum Schutz äthiopischer Frankoline.

Semi-airborne elektromagnetische Exploration von Aquiferen in der Kalahari, Afrika, Teilprojekt 1

Management alpiner Mähwiesen: Best practices zur Wahrung eines günstigen Erhaltungszustandes angesichts von Unternutzung im Kontext unterschiedlicher Eigentumsregime innerhalb und außerhalb von Schutzgebieten

Berg-Mähwiesen sind ein über die EU-FFH-Richtlinie geschützter Lebensraumtyp (Code 6520) und beheimaten viele Pflanzen- und Tierarten, die ebenfalls über EU-Richtlinien (FFH, Vogelschutz) geschützt sind. Der günstige Erhaltungszustand dieser Wiesen und Arten, sowohl innerhalb wie außerhalb von Schutzgebieten (Natura 2000-Gebiete), ist oftmals durch eine landwirtschaftliche Nutzungsaufgabe oder verminderte menschliche Nutzungsaktivitäten (Unternutzung) gefährdet. Politische Ansätze werden dieser Problematik kaum gerecht, da sie hauptsächlich auf Übernutzung fokussieren, wohingegen Unternutzung und Nutzungsaufgabe weit weniger adressiert werden. Der gegenwärtige qualitative und quantitative Verschlechterungstrend für Berg-Mähwiesen und eine aktuelle EU-Klage gegen Deutschland wegen unzureichender Aktivitäten zur Erhaltung dieses Lebensraums belegen die hohe Dringlichkeit, die verbleibenden Flächen mit günstigem Erhaltungszustand zu schützen und von zuträglichen Managementpraktiken („best practices“) zu lernen. Das übergeordnete Ziel von ALPMEMA ist es, „best practices“ zu identifizieren, die dem Trend zur Unternutzung von Berg-Mähwiesen gegensteuern und zur Wahrung eines günstigen Erhaltungszustandes beitragen. Dabei soll der Einfluss verschiedener Eigentumsregime sowie des Status als Schutzgebiet erklärt werden. Über eine transnationale, vergleichend angelegte Metaanalyse und Feldarbeiten innerhalb und außerhalb von Schutzgebieten in Schweden, Österreich, Deutschland und Armenien wird ein interdisziplinär zusammengesetztes Team in enger Zusammenarbeit mit lokalen Stakeholdern a) auf der Grundlage von Erfahrungswissen in den Untersuchungsgebieten aktuelle transnationale, inter- und transdisziplinäre Ansätze zur Erhaltung von Berg-Mähwiesen identifizieren (“best practices”), b) weitere innovative Management-Instrumente, Akteurskoalitionen und andere neuartige Praktiken identifizieren, die dazu geeignet sind, den Herausforderung der Unternutzung von Berg-Mähwiesen zu begegnen und deren Ausdehnung sogar zu erhöhen, c) den Einfluss erklären, den verschiedene Eigentumsregime und die Berücksichtigung von Berg-Mähwiesen als Schutzgebiete auf „best practices“ haben, d) durch den Einsatz von Fernerkundung und bodengebundenen Überprüfungsverfahren den Grad der Nutzungsintensität von Berg-Mähwiesen sichtbar machen, sowie die wesentlichen aktuellen und potenziellen räumliche Ausprägungen von Unternutzung auf deren günstigen Erhaltungszustand aufzeigen, e) Szenarien für Berg-Mähwiesen für die Jahre 2030 und 2050 über spielerische Ansätze gemeinsam mit Stakeholdern entwickeln. ALPMEMA wird das Potenzial für sozial-ökologische Synergien von Praktiken zur Erhaltung von Berg-Mähwiesen herausarbeiten, innerhalb und außerhalb von Schutzgebieten und für verschiedene eigentumsrechtliche Konstellationen, um im Kontext der Gefahr der Unternutzung zur Erhaltung dieses Lebensraumtyps und der an ihn gebundenen Arten sowie zur biokulturellen Diversität beitragen.

IWaTec - Integrated Water Technologies

Egypt passed a revolution and changed its political system, but many problems are still lacking a solution. Especially in the field of water the North African country has to face many challenges. Most urgent are strategies to manage the limited water resources. About 80% of the available water resources are consumed for agriculture and the rest are for domestic and industrial activities. The management of these resources is inefficient and a huge amount of fresh water is discarded. The shortage of water supply will definitely influence the economic and cultural development of Egypt. In 2010, Egypt was ranked number 8 out of 165 nations reviewed in the so-called Water Security Risk Index published by Maplecroft. The ranking of each country in the index depends mainly on four key factors, i.e. access to improved drinking water and sanitation, the availability of renewable water and the reliance on external supplies, the relationship between available water and supply demands, and the water dependency of each countrys economy. Based on this study, the situation of water in Egypt was identified as extremely risky. A number of programs and developed strategies aiming to efficiently manage the usage of water resources have been carried out in the last few years by the Egyptian Government. But all these activities, however, require the availability of trained and well-educated individuals in water technology fields. Unfortunately, the number of water science graduates are decreasing and also there are few teaching and training courses for water science offered in Egypt. However, there is still a demand for several well-structured and international programs to fill the gap and provide the Egyptian fresh graduates with the adequate and up-to-date theoretical and practical knowledge available for water technology. IWaTec is designed to fill parts of this gap.

Schutz der Meere: Wie kann er gelingen?

<p>Meeresumweltsymposium</p><p> Das Meeresumweltsymposium (MUS) wird jährlich im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (⁠BMUV⁠) vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) unter Mitwirkung vom Umweltbundesamt und Bundesamt für Naturschutz organisiert. Die hybride Veranstaltung informiert Wissenschaftler*innen und Behördenvertreter*innen über ak… <a href="https://www.umweltbundesamt.de/tipp/meeresumweltsymposium">weiterlesen <i></i></a> </p><p>Das UBA setzt sich für intakte Meere ein; sie sind heute wichtiger denn je. Sie wirken global als "Puffer" für Klimaveränderungen, beherbergen eine faszinierende Artenvielfalt, sind Nahrungs- und Rohstoffquellen, Siedlungs- und Erholungsräume sowie Transportwege. Gleichzeitig ist die Meeresumwelt von Nord- und Ostsee zu vielen menschlichen Aktivitäten ausgesetzt und daher in keinem guten Zustand.</p><p>Die Meere und Ozeane sind für alles Leben auf der Erde entscheidend. Sie produzieren die Hälfte des globalen Sauerstoffs, beheimaten etwa 80 Prozent aller Tierarten und bedecken fast Dreiviertel der Erdoberfläche. Die Meere spielen eine Schlüsselrolle im ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimasystem#alphabar">Klimasystem</a>⁠, da sie über den natürlichen Gasaustausch etwa ein Drittel des vom Menschen verursachten Kohlendioxids (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/c?tag=CO2#alphabar">CO2</a>⁠) aus der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Atmosphre#alphabar">Atmosphäre</a>⁠ aufnehmen. Gleichzeitig sind sie wichtige Komponenten des weltweiten Wasserkreislaufs und verteilen Wärme über ihre Strömungen.</p><p>Aus der Ferne erscheinen die Meere endlos und unberührt. Doch bei näherer Betrachtung wird klar, dass gerade in Küstennähe Pflanzen und Tiere und ihre Lebensräume durch menschliche <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/gewaesser/meere/nutzung-belastungen">Nutzungen</a> erheblich beeinträchtigt sind. Viele <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/gewaesser/meere/nutzung-belastungen/schadstoffe">Schadstoffe</a> und zu viele <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/gewaesser/meere/nutzung-belastungen/eutrophierung">Nährstoffe</a> aus Kommunen, Industrie und der Landwirtschaft gelangen über die Flüsse, direkte Einleitungen und den Luftweg in die Meere und haben schädliche Auswirkungen auf das Meeresökosystem.</p><p>Aber auch auf der hohen See wirken sich menschliche Aktivitäten, wie der globale <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/gewaesser/meere/nutzung-belastungen/schifffahrt">Schiffsverkehr</a>, die industrielle Aquakultur, der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/gewaesser/meere/nutzung-belastungen/tiefseebergbau-andere-nutzungsarten-der-tiefsee">Tiefseebergbau</a> oder der Ausbau der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/windenergie-auf-see-offshore-windenergie">Offshore-Energiegewinnung</a> negativ auf die Meeresumwelt aus. Abfälle, vor allem aus Kunststoffen einschließlich Mikroplastik, sind allgegenwärtig. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/nachhaltigkeit-strategien-internationales/antarktis/das-umweltbundesamt-die-antarktis/unterwasserlaerm">Unterwasserlärm</a> stört und schädigt insbesondere Wale, Delfine und Fische. In der Vergangenheit wurden unsere heimischen Meere auch als Halde für <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/meere/nutzung-belastungen/munition-im-meer">Altmunition</a> genutzt, deren giftige Sprengstoffe und chemischen Kampfstoffe inzwischen im Meerwasser, Sediment und in den Lebewesen nachweisbar sind. Hinzu kommt der fortschreitende <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/gewaesser/meere/nutzung-belastungen/klimawandel-der-meere">Klimawandel</a> und die damit einhergehende zunehmende Erwärmung und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=Versauerung#alphabar">Versauerung</a>⁠, die als zusätzliche globale Effekte auf die Meeresökosysteme wirken, genauso wie technologische Eingriffe durch marines Geo-Engineering mit ungewissen Folgen für die Meeresumwelt.</p><p>Seit Jahrzehnten werden Veränderungen regelmäßig <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltzustand-trends">dokumentiert</a>, was zu einem umfassenden Wissen über menschliche Aktivitäten und deren Auswirkungen auf die Meere geführt hat. Auf Basis der erhobenen Daten wird der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/gewaesser/meere/ueberwachung-bewertung/biologisch">biologische</a>, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/gewaesser/meere/ueberwachung-bewertung/chemisch">chemische</a> und physikalische Zustand der Meeresumwelt auf lokaler, nationaler, regionaler und globaler Ebene bewertet. Es hat sich dabei gezeigt, dass ein schlechter Zustand der Meere und Küsten auch negative Auswirkungen auf deren Produktivität und andere, für die Menschheit wichtige, Funktionen hat. Dabei können intakte Meeres- und Küstenökosysteme eine wichtige Rolle sowohl beim ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimaschutz#alphabar">Klimaschutz</a>⁠ als auch für die Klimaanpassung spielen und wichtige Beiträge zum Wohlergehen der Menschen leisten, unter anderem im Sinne der Nahrungsversorgung, des Transports und der Erholung. Das trifft auch auf die Polarmeere zu, denen eine besondere Rolle im Klimasystem zukommt und die für die globale Meeresströmungen ein wichtiger „Motor“ sind.</p><p>Das Umweltbundesamt arbeitet seit Jahrzehnten daran mit, den Zustand der Meere zu bestimmen und die Belastungen der Meere zu reduzieren und ist unter anderem auch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/meere/genehmigung-von-forschungsprojekten-zu-marinem-geo">Genehmigungs- und Überwachungsbehörde</a> für wissenschaftliche Projekte des marinen Geo-Engineerings. Besonders relevant sind Konzepte und Maßnahmen für den Schutz der Meere im Rahmen der regionalen Meeresschutzübereinkommen für die Ostsee (<a href="https://helcom.fi/">HELCOM</a>) und den Nordostatlantik einschließlich der Nordsee (<a href="https://www.ospar.org/">OSPAR</a>). Auf europäischer Ebene zielt zudem die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/uba-fragen/was-ist-die-meeresstrategie-rahmenrichtlinie-msrl">Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie</a> (MSRL) auf die Erreichung eines guten Umweltzustands ab. Dafür stellen sich die Behörden des Bundes und der Küstenbundesländer gemeinsam den unterschiedlichen Herausforderungen und Regelungen („<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/meere/meeresgovernance-wie-kann-ein-effektiver">Meeresgovernance</a>“), um den <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/meere/meeresschutz-geht-uns-alle-an-0">Schutz der Meere</a> zu verbessern und Nutzungen nachhaltiger zu gestalten.</p><p>Eine besondere Herausforderung wird es zukünftig sein, die stetig wachsende "blaue Wirtschaft" mit dem Schutz der Meere in Einklang zu bringen, um das Gleichgewicht zwischen Nutzung und Schutz unter dem Einfluss des fortschreitenden Klimawandels zu wahren oder wiederherzustellen. ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=Nachhaltigkeit#alphabar">Nachhaltigkeit</a>⁠, Vorsorgeprinzip und ein ganzheitlicher, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/umweltbelange-der-meeresraumordnung-in-der">ökosystemarer Ansatz</a> müssen die Grundlage unseres Handelns sein, und die verschiedenen Nutzungen müssen kumulativ, also gesamtheitlich, bewertet und reguliert werden. Der Schutz der Meeresumwelt ist nicht zuletzt auch für die Menschheit lebensnotwendig und jede Anstrengung wert.</p>

Atominterferometrie für die quantitative Wassermessung im Untergrund (ATOMAQUA), Teilvorhaben: Neuartiges Lasersystem-Konzept für die Atominterferometrie

Atominterferometrie für die quantitative Wassermessung im Untergrund (ATOMAQUA), Teilvorhaben: Quantengravimeter für Hydrogeologie

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