The research centre 'Ocean Margins' at the University of Bremen was established in July 2001 to geoscientifically investigate the transitional zones between the oceans and the continents. The work of the research centre is a cooperative effort, with expertise provided by the geosciences department and other departments of the university, as well as by MARUM (Center for Marine Environmental Sciences), the Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, the Max Planck Institute for Marine Microbiology, the Center for Marine Tropical Ecology, and the Senckenberg Research Institute in Wilhelmshaven. Funded by the DFG, the studies focus on four main research fields: Paleoenvironment, Biogeochemical processes, Sedimentation Processes, and Environmental Impact Research. The term 'Ocean Margin' encompasses the region from the coast, across the shelf and continental slope, to the foot of the slope. Over 60 percent of the world's population live in coastal regions. These people have a long history of exploitation of coastal waters, including the recovery of raw materials and food. Human activity has recently been expanding ever farther out into the ocean, where the ocean margins have become more attractive as centers for hydrocarbon exploration, industrial fishing, and other purposes. The research themes of the centre range from environmental changes in the Tertiary to the impact of recent coastal construction, and from microbial degradation in the sediment to large-scale sediment mass wasting along continental margins. New full professorships and junior professorships have been established within the framework of this research centre. In addition to the primary research activities, a research infrastructure will be made available to outside researchers. Graduate education and the public understanding of science also play an important role. In the course of the first two rounds of the Excellence Initiative, the Research Centre was promoted to that status of a cluster of excellence, which has increased the amount of funding it receives up to the average amount of 6.5 million per annum received by clusters of excellence.
Der gesunde und nachhaltige Umgang mit unseren Binnengewässern stellt eine Angelegenheit von höchstem öffentlichem Interesse dar. Gelöster Sauerstoff (DO) stellt eine Schlüsselgröße beim Wasserqualitätsmanagement in Seen und Stauhaltungen dar. Zu niedrige Konzentrationen begrenzen die Eignung für Trinkwasser und andere Nutzungen. Wir schlagen ein Forschungsprogramm von Wissenschaftlern aus führenden chinesischen und deutschen Institutionen in der Gewässerforschung vor, um die Dynamik des Sauerstoffs in Standgewässern in Raum und Zeit besser zu verstehen. Sowohl numerische Simulationsprogramme wie auch Feldmessprogramme und-experimente werden auf dem neuesten Stand eingesetzt. Von dieser Zusammenarbeit versprechen wir uns ein verbessertes Prozessverständnis, einen intensiven fachlichen Austausch zu modernen Methoden in Monitoring und Modellierung und schließlich detaillierte Einblicke, wie man neue Erkenntnisse in Wasser- und Talsperrenmanagement im jeweils anderen Land umsetzt. Sauerstoff reagiert sehr empfindlich auf Umweltstressoren, wie organische Verschmutzung, Eutrophierung oder Klimaänderung. Die Voraussage von Konzentrationsveränderungen stellt eine Herausforderung dar wegen der komplexen Verflechtung von ökologischen, biogeochemischen und physikalischen Vorgängen. Während man die Entwicklung von DO im Hypolimnion (Tiefenwasser) schon eingehender untersucht hat und viele Prozesse mit einiger Genauigkeit vorhersagen kann, versteht man bis heute die Entwicklung von DO im Metalimnion (d.h. in der Schicht zwischen dem warmen, oberflächennahen Epilimnion und dem kalten darunterliegenden Hypolimnion) weit weniger gut. Metalimnische Sauerstoffminima (MOM) sind sowohl aus Binnengewässern wie marinen Systemen bekannt. Sie entstehen aus einer Kombination von erhöhtem Sauerstoffbedarf und eingeschränktem vertikalem Austausch. Über die Ursachen für den erhöhten Sauerstoffbedarf im Metalimnion ist man sich nicht völlig im Klaren und Prozesse wie eingetragenes allochthones Material, Sauerstoffzehrung an trüben Einträgen und schließlich die Zersetzung von sedimentierendem organischem Material werden diskutiert. Ziel dieses Projektes ist es, ein hochauflösendes DO-Monitoring in einer deutschen und einer chinesischen Talsperre (Rappbodetalsperrre und Panjiakou Reservoir) zu betreiben, wobei parallel verschiedene Feld- und Labormessungen zum Test der verschiedenen Hypothesen zu den Ursachen der Sauerstoffzehrung durchgeführt werden. Die Resultate aus den Feld- und Laborexperimenten sowie hochauflösenden Monitoringansätzen werden in mathematische Prozessbeschreibungen übergeführt und in 1D und 3D Seenmodelle eingefügt, um die Dynamik des DO in Abhängigkeit der hydrodynamischen und biogeochemischen Prozessen zu simulieren Seenmodelle verbinden. Die entwickelten Modelltools werden in Form von Open-Source-Codes frei zur Verfügung gestellt.
Der Bodenwasseraustausch ist ein Kennwert zur Bewertung des Bodens als Filter für nicht sorbierbare Stoffe und kennzeichnet das Verlagerungsrisiko für nicht oder kaum sorbierbare Stoffe wie Nitrat (Nitratauswaschungsgefährdung). Die Nährstoffe verbleiben fast vollständig in gelöster Form im Bodenwasser und werden bei Versickerung mit diesem verlagert (Bodenwasseraustausch). Das Verlagerungsrisiko ist hoch bei Böden mit geringem Wasserrückhaltevermögen, bei hohen Niederschlägen und bei geringer Evapotranspiration. Das Verlagerungsrisiko ist umso höher, je höher der Bodenwasseraustausch ist, weil das ausgetauschte Bodenwasser mit den darin gelösten Nitraten versickert. Mit dem Bodenwasseraustausch wird eine natürliche Bodenfunktionen nach § 2 Abs. 2 BBodSchG bewertet und zwar nach Punkt 1.c) als Abbau-, Ausgleichs- und Aufbaumedium für stoffliche Einwirkungen auf Grund der Filter-, Puffer- und Stoffumwandlungseigenschaften, insbesondere auch zum Schutz des Grundwassers. Das hierfür gewählte Kriterium ist das Rückhaltevermögen des Bodens für nicht sorbierbare Stoffe mit dem Kennwert Bodenwasseraustausch. Die Karten liegen für die folgenden Maßstabsebenen vor: - 1 : 1.000 - 10.000 für hochaufgelöste oder parzellenscharfe Planung, - 1 : 10.001 - 35.000 für Planungen auf Gemeindeebene, - 1 : 35.001 - 100.000 für Planungen in größeren Regionen, - 1 : 100.001 - 350.000 für landesweit differenzierte Planung, - 1 : 350.001 - 1000.000 für landesweite bis bundesweite Planung. In dieser Darstellung wird der Bodenwasseraustausch regionalspezifisch klassifiziert. Unter dem Titel "Bodenbewertung - Nitratauswaschungsgefährdung/Bodenwasseraustausch (NAG), landesweit bewertet" gibt es noch eine Klassifikation des Bodenwasseraustausches, die den Bodenwasseraustausch über die Naturraumgrenzen hinweg landesweit einheitlich darstellt.
Auf- und Abbauprozesse im marinen Oekosystem der westlichen Ostsee unter dem Einfluss von Abwaessern werden untersucht. Die Wechselwirkungen zwischen Blaualgen und heterotrophen Bakterien werden dabei von besonderem Interesse sein. Das Studium dieser Prozesse erfolgt in der westlichen Ostsee und in Fjorden der schwedischen Ostseekueste. An Methoden kommen die Mikroautoradiographic, die Tritium-Tracer Technik sowie die C14-H3-Doppelmarkierung zur Anwendung.
Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung der Baggerseen Haltern Ost und West statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probenahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen mit Nährstoffen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.
In diesem Vorhaben soll ein mathematisches Modell entwickelt werden, das die wichtigsten interagierenden Prozesse nachbildet. Dabei handelt es sich um die konkurrierenden Prozesse der Detritusdegradierung in den verschiedenen Schichten des Sedimentes mit unterschiedlichen Oxidationspotentialen, um die abiotischen und mikrobiologisch ablaufenden Redoxprozesse, um die physikalischen und biologisch induzierten Transportprozesse und um das microbial foodweb . Die Kreisläufe der Elemente C, 0, N, P, Si, S, Fe und Mn sollen mit ihren Massenbilanzen dargestellt werden. Das Modell besteht aus einer Reihe von partiellen Differentialgleichungen (Diffusions-Reaktionsgleichungen) für die Konzentrationen der beteiligten Stoffkomponenten. Dabei werden wir uns auf die vertikale Dimension (bis 30 cm) beschränken. Als Antrieb werden Annahmen über die zeitlich veränderlichen Oberflächenrandbedingungen (Konzentrationen im überstehenden Wasser, Eintrag durch Sedimentation usw.) benutzt. Die Arbeit synthetisiert frühere und gegenwärtig laufende Forschungsaktivitäten zu einem Gesamtbild. Es ist zu erwarten, dass dabei durchaus erhebliche Fortschritte im Verständnis auch der Einzelprozess erreicht werden, weil der Zwang zur konzeptionellen Klarheit in einem mathematischen Modell Wissenslücken und Konsistenzprobleme aufdeckt. Ein wesentliches Nebenprodukt wird die Erarbeitung einer Modellversion herausragend gut verständlicher graphischer Darstellung der Ergebnisse und einfachster Bedienung sein.
Boden und Vegetation endemischer Arganbestände in Marokko werden durch Expansion und Intensivierung der Agrarwirtschaft sowie Überweidung zunehmend degradiert. Überschirmte Flächen nehmen ab, unbedeckte Flächenanteile zwischen den Arganien nehmen zu. Infolge verminderter Infiltration steigen Oberflächenabfluss- und Bodenabtragsraten stark an. Auf den degradierten Böden kann sich nur lückenhafter Unterwuchs (Krautige und Gras) und kein Jungwuchs mehr ausbilden. Durch Untersuchungen verschieden stark degradierter Arganbestände werden in diesem Vorhaben Grenzwerte herausgearbeitet, ab denen bodenerodierende Prozesse initiiert werden, sowie solche, ab denen von einer Dynamisierung der Prozesse, insbesondere Rinnen- und Gully-Erosion, auszugehen ist. Dazu werden in drei Testgebieten im Hohen und Anti-Atlas eingezäunte Aufforstungsflächen mit ungeschützten Flächen auf verschiedenen Hangneigungen verglichen. Die Entwicklung der Bestandsdichten wird mit hochauflösenden CORONA-Satellitenbildern aus dem Jahr 1968 und großmaßstäbigen Luftbildern von 2017/18 quantifiziert, welche mit unbemannten Fluggeräten (UAVs) aufgenommen werden. Die Wuchsform der Bäume wird mit Structure from Motion (SfM)-Verfahren (3D-Modelle aus Multikopter-Aufnahmen) dokumentiert und klassifiziert. Untersuchungen zur Korngrößenverteilung, Aggregatstabilität, organischen Bodensubstanz und Bodennährstoffen sollen hypothesengeleitet den - mit steigendem Abstand der Bäume - sinkenden Einfluss der baumüberschirmten Fläche auf die erweiterten Zwischenbaumflächen aufzeigen. Mit Beregnungsversuchen und Infiltrationsmessungen werden Erodibilität und Infiltrationsvermögen der Zwischenbaumflächen in verschiedenen Degradationsstadien untersucht. Der Sedimentaustrag aus linearen Erosionsformen wird durch ein SfM-Monitoring mittels 3D-Modellen quantifiziert. Steinbedeckung und Viehwege lassen sich aus den selbst erstellten Luftbildern ermitteln. Viehzählungen und Interviews mit Schlüsselinformanten ergänzen die Kenntnisse über den Beweidungsdruck durch Schafe und Ziegen auf die Arganbestände. Anhand der Untersuchungen zur Degradation von Bestandsdichten, Zwischenbaum- und baumüberschirmten Flächen können die Arganbestände in mit Werten unterfütterte Stabilitätsklassen unterteilt werden. Die durch das Multi-Methoden-Konzept erarbeiteten Grenzwerte zeigen die Dynamisierung der Bodenerosionsprozesse unter Arganbeständen und belegen, dass bestimmte Erosionsprozesse verschiedenen Degradationszuständen der Fläche sowie unterschiedlichen Bestandsdichten zugeordnet werden können. Dies ist eine notwendige Voraussetzung für die nachhaltige Bewirtschaftung der Arganbestandsflächen.
Die Grenzfläche zwischen Ozean und Atmosphäre ist durch einen allgegenwärtigen, < 1 mm dicken marinen Oberflächenfilm, den sogenannten sea-surface microlayer (SML), charakterisiert. Der SML ist nicht nur direkter UV-Strahlung und atmosphärischen Oxidantien ausgesetzt, sondern zeichnet sich im Vergleich zum unterliegenden Wasser auch durch höhere Konzentrationen an organischen Stoffen aus. Bisher ist unklar, welche Bedeutung die dadurch bedingten SML-spezifischen abiotischen Prozesse für die Umsetzung und die Emission organischer Stoffe insgesamt haben und wie man diese Prozesse parametrisieren kann. In diesem Projekt, das eng mit anderen Projekten der interdisziplinären Forschungsgruppe â€ÌBiogeochemische Prozesse und Ozean/Atmosphäre- Austauschprozesse in marinen Oberflächenfilmen (BASS)â€Ì verbunden ist, sollen daher molekulare Details SML-spezifischer Reaktionen (Photochemie, heterogene Oxidation, Radikalchemie) genauer untersucht werden. Ziel ist es, Reaktionsprodukte und -geschwindigkeiten quantitativ zu erfassen und Unterschiede zwischen Reaktionen im SML und in der freien Wassersäule herauszuarbeiten. Basierend auf der Expertise der drei beteiligten Arbeitsgruppen im Bereich Photochemie, Reaktionskinetik, Laserspektroskopie, Analytik und theoretischer Modellierung, soll ein molekulares Verständnis ausgewählter Reaktionen und des Einflusses der komplexen SML-Reaktionsumgebung erreicht werden. Dazu sollen experimentelle Verfahren wie Schwingungs-Summenfrequenzerzeugung, hochempfindliche Chromatographie-Massenspektrometrie und gepulste Laserphotolyse-Langwegabsorption mit Methoden der Quantenchemie und Molekulardynamik kombiniert werden. Arbeitsschwerpunkte bilden die Oxidationskinetik von Halogen- bzw. Hydroxyl-Radikalreaktionen in der flüssigen Phase, die Ozonolyse von Fettsäure-Monoschichten und die durch Photosensibilisatoren verstärkte Bildung von reaktiven Radikalen bzw. Zersetzung von organischen Schichten. Neben wohldefinierten Labor-Modellsystemen werden auch natürliche Proben analysiert werden. Dabei stellt sich z.B. die Frage nach den Einflussfaktoren der während einer Algenblüte zunehmenden Bildung von oberflächenaktiven Stoffen im SML und der Bedeutung der durch die Sonne bedingten Photolyse auf die abiotische Umsetzung organischer Stoffe. Flankierend werden im Projekt auch die eingesetzten Untersuchungsmethoden weiterentwickelt; das beinhaltet sowohl die Ausarbeitung von Messprotokollen zur Quantifizierung bestimmter organischen Substanzklassen (z.B. Carbonyle und Kohlenhydrate) im SML, die Synthese und Charakterisierung von neuartigen oberflächenaktiven Photosensibilisatoren (z.B. Benzoyl-Benzoesäure-funktionalisierte Lipide) sowie die Entwicklung und Erprobung mehrstufiger Modellierungsverfahren zur theoretischen Beschreibung von Struktur-Reaktivitätsbeziehungen der Fettsäure-Ozonolyse (z.B. Beschreibung des Einflusses sterischer und elektronischer Effekte der organischen Matrix).
Es werden u.a. wissenschaftliche Workshops durchgefuehrt: 26./27. November 1981: Expoquimia Barcelona 19./20. November 1984: Expoquimia Barcelona 20./21. Maerz 1986: EPF-L, Lausanne in Zukunft werden auch biochemische und Metabolismus-Studien einbezogen.
Untersucht wird das Vermoegen der Boeden, Biozide sorptiv zu binden. Weiterhin sollen die Abbaurate im Boden bestimmt und die entsprechenden Metabolite der Biozide ermittelt werden.
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