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Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Adaptation Früher Hominini im Südlichen Teil des Ostafrikanischen Grabens

Nach über 150 Jahren umfangreicher Forschung zur Evolution früher Hominini und ihrer Umweltanpassungen sind immer noch grundlegende Fragen der Stammesgeschichte unserer Vorfahren offen. So sind die Ernährungsweisen früher (größer als 2.0 Ma) Homo sp. und Paranthropus boisei und deren Entwicklung sowie ihre Adaption an ökologische und klimatische Bedingungen noch nicht geklärt. Dies ist auf die extrem seltenen älter als 2 Ma datierten Fossilfunde von Homo und P. boisei zurückzuführen. Des Weiteren ist wenig über die Paläoökologie von Hominini-Fundstellen im Süden des Ostafrikanischen Grabens (EAR), nahe des Überganges von großen Grass- zu Baumsavannen bekannt. In Ostafrika beschränken sich Rekonstruktionen der Ernährungsweisen von Homo und Paranthropus boisei auf Fossilien aus dem östlichen Ast des EAR. Isotopendaten deuten im Turkana Becken vor ca. 2 Ma auf zwei Gruppen mit deutlichen Unterschieden in ihrer Nahrungsaufnahme: P. boisei ernährte sich vorwiegend von C4-Biomasse, während Homo vermehrt C3-Ressourcen konsumierte. Die Paläoökologie dieser Region war durch gleichbleibend heiße Temperaturen mit einer Entwicklung zunehmend offener C4-Grasslandschaften, der heutigen Somali-Masai Savanne, geprägt. Im Gegensatz zu den gut untersuchten Bereichen in Kenia, werden im Rahmen dieses Projekts zwei Hominini-Fundstellen im wenig untersuchten südlichen Teil des EAR analysiert: (1) die Plio-Pleistozänen Chiwondo/Chitimwe Sedimente (Karonga Becken, N Malawi), welche Fossilien von H. rudolfensis und P. boisei (ca. 2.4 Ma) führen, und damit die einzige Hominini-Lokalität in der heutigen bewaldeten Sambesischen Savanne sind, und (2) die Pleistozänen mit H. erectus (ca. 0.7 Ma) assoziierten Manyara Ablagerungen (Manyara Becken, N Tansania) knapp nördlich des Übergangs zur heutigen C4-dominierten Somali-Masai Grasssavanne,.Das Projekt profitiert von exzellenten, auf Geochemie spezialisierten Einrichtungen, um die Adaption früher Hominini zu untersuchen: innovative Methoden der Clumped Isotope Geochemie und U-Pb-Datierung werden ebenso angewandt wie etablierte d13C, d18O und dD Isotopenmessungen. Besonders hervorzuheben sind auch die zur Verfügung stehenden Proxys: die Senckenberg-Sammlungen, die auch einen der ältesten Funde der Gattung Homo bereitstellen, ICDP Bohrkerne vom Lake Malawi, und im Verlauf des Projektes neu gewonnene Proben. Das Projekt beinhaltet drei Arbeitspakete: I) Ernährung von H. rudolfensis und P. boisei, II) Plio-Pleistozäne Paläotemperaturen des südostafrikanischen Savannen-Ökosystems und III) Plio-Pleistozäne Paläovegetation der Manyara Sedimente. Die Ergebnisse ermöglichen einen umfassenden und innovativen Vergleich von Paläotemperaturen, Ökosystem-Strukturen und früher Hominini-Ernährung über eine Baum- und Grasslandsavannengrenze in Südostafrika hinweg. Der notwenige geochronologische Rahmen wird durch U-Pb-Datierungen geschaffen; dies werden die ersten absoluten Alter für die bisher nur grob datierten Karonga Becken Sedimente sein

Abfallaufkommen: Deutschland, Jahre, Art der Abfallentsorgung, Abfallarten

Zur jungpleistozänen Vergletscherung im Hochgebirge von Taiwan

Taiwan besteht im östlichen Teil aus einem Gebirge mit mehr als 20 über 3000 m hohen Gebirgsstöcken, gipfelnd am Wendekreis im Yu Shan (3952 m). TANAKO und KANO (1934) und PANZER (1935) beschrieben glazigene Formen: u.a. Kare am Nanhuta Shan, Kritzungen, Rundhöcker und einen glazialen Talschluß am Hsueh Shan, eine Seitenmoräne am Yu Shan. Interpretationen von Luftbildern, luftbildgestützten Karten und topographischen Karten dienten der Auswahl dreier Untersuchungsgebiete, in denen die aktuelle hydrologische Situation den Erhalt glazialer Formen und Sedimente ermöglicht. Glazigene Ablagerungen und deren maximale Ausdehnung sind bisher nicht durch Feldarbeiten untersucht. Die geplanten Geländearbeiten dienen Erkundung und Kartierung von glazialen und glaziafluvialen Sedimenten, fossilen Böden sowie von gletschergeformten Gesteinsoberflächen. Die Feldbefunde und dabei gewonnene Proben sollen Aufschluß über die Ergiebigkeit der Untersuchungsgebiete im Hinblick auf Datierungsmöglichkeiten geben. Das Projekt ist ein Pilotprojekt für mögliche weitere, gezielte Arbeiten, die der Rekonstruktion der jungpleistozänen Schneegrenze und der Zeitstellung der Talgletscherbildung dienen. Der Beitrag bildet einen Mosaikstein in der Forschung über die Klimaentwicklung im monsunalen System Ostasiens.

Charakterisierung von Mineralstaub-Deposition mit hoher Zeitauflösung im Hinblick auf Partikelgröße, Zusammensetzung und atmosphärische Alterung an für ein atmosphärisch-ozeanisches Staubbudget relevanten Standorten

Nass- und Trockendeposition sind die wesentlichen Prozesse, die Mineralstaub aus der Atmosphäre entfernen. Teragramm Mineralstaub werden pro Jahr interkontinental verfrachtet. Erreicht Staub weitab von seiner Quelle wieder die Erdoberfläche, kann er erheblichen Einfluss auf Ökosysteme haben. Insbesondere ozeanische Ökosysteme sind in ihrer Bioproduktivität nährstofflimitiert. Diese Nährstoffe können durch Mineralstaub eingetragen werden. Trotz der Bedeutung der Deposition sind Messungen bislang rar, und Staubmodelle, die sich an den wenigen Messungen validieren, zeigen erhebliche Fehler. Hauptsächlich der Mangel an geeigneten Messdaten behindert im Moment das weitergehende Verständnis des Staubzyklus. Fehlende standardisierte Messtechnik zur Trockendepositionsmessung erschwert bislang gute Datenerfassung. Daher wird ein neuer automatisierter Nass- und Trockendepositionssammler entwickelt und charakterisiert. Der Sammler wird mit meteorologisch relevanter Zeitauflösung (Stunden bis Tage) betrieben und damit einen großen Nachteil vergangener Messungen beheben, nämlich eine Zeitauflösung von meist Wochen bis Monaten. Durch den Einsatz automatisierter rasterelektronenmikroskopischer Einzelpartikel-Analyse wird ein bisher unerreichter Daten-Detailreichtum für Partikelgrößen von 700 nm bis 100 mym zur Verfügung stehen, einschließlich Partikelgrößenverteilung, Elementzusammensetzung und Partikel-Mischungszustand. Besondere Aufmerksamkeit wird potentiellen Nährstoffen wie Fe, P, K, Mg und Ca gewidmet. Für ausgewählte Proben wird weiterhin Partikel-Hygroskopizität bestimmt.Nach der Testphase auf der Insel Frioul, Frankreich, während der der Sammler im Vergleich zur dort existierenden Zeitreihe validiert wird, werden drei Instrumente an Stationen in Betrieb genommen, die für Staubeintrag in die relevant Ozeane sind: Sao Vicente, Kap Verde und Barbados im Saharischen Ausfluss so wie Heimaey, Island, im arktischen Staub. In einer zweiten Phase (nach dem vorliegenden Projekt) soll das Netzwerk dann erweitert werden durch New Island, Falkland im südamerikanischen Ausfluss, Amakusa, Japan im asiatischen Ausfluss und die Insel Amsterdam zwischen dem südafrikanischen und dem australischen Ausfluss. Zum ersten Mal werden aus diesem Projekt kontinuierliche Zeitreihen der Nass- und Trockendeposition von Mineralstaub zur Verfügung stehen, die tägliche bzw. Ereignis-basierte Zeitauflösung und zudem Partikel-Größenauflösung bieten. Hieraus werden atmosphärische Schlüsselfaktoren abgeleitet, die zur Deposition führen. Weiterhin wird eine Partitionierung zwischen Nass- und Trockendeposition und ihr Größenverteilung von Nährstoffen - insbesondere P und Fe - untersucht. Partikel-Mischungszustand und Form werden durch ein Mischungsmodell und Bildanalyse bestimmt. Eine öffentliche Datenbank wird bereitgestellt, die z. B. für Modellvalidierung zu Verfügung steht. Es ist geplant, die Stationen nach Ende der DFG-Finanzierungphase weiter zu betreiben.

Jungholozäne fluviale Dynamik und Kulturlandschaftsentwicklung am Rio Grande de Nazca, Süd-Peru

Für die ariden Grenzbereiche der Ökumene wird eine besonders enge Kopplung zwischen physischen Umweltfaktoren und gesellschaftlicher Entwicklung diskutiert. Für die nordperuanische Küstenwüste deuten zahlreiche Arbeiten auf einen Zusammenhang zwischen Einschnitten in der kulturellen Entwicklung und El Nino induzierten, episodisch auftretenden katastrophalen Hochwasserereignissen, die den Bewässerungsfeldbau in Mitleidenschaft gezogen haben. Auch aus der süd-peruanischen Küstenwüste gibt es erste Hinweise auf klimainduzierte extreme Naturereignisse. Im Rahmen des beantragten Vorhabens soll über die geomorphologische Analyse der fluvialen Ablagerungen von 1. ausgewählten Fremdlingsflüssen und 2. autochthonen episodisch durchflossenen Tiefenlinien eine Hochwasserchronologie für das Einzugsgebiet des Rio Grande de Nazca (14 Grad 30'S) erarbeitet werden. Um mögliche Auswirkungen auf den Bewässerungsfeldbau zu belegen, wird drittens in Transekten die Verzahnung von Hochwasserablagerungen und Sedimenten, die dem Bewässerungsfeldbau zuzuordnen sind, untersucht. Die Untersuchungen werden dazu beitragen, die Klimaentwicklung und die Mensch-Umwelt-Interaktion in der peruanischen Küstenwüste im Jungholozän besser zu fassen.

Dendrogeomorphologische und sedimentologische Untersuchungen zum Sedimenteintrag von Murgängen in einen Hochgebirgssee

In diesem Gemeinschaftsvorhaben soll am Beispiel des Pragser Wildsee in den Pragser Dolomiten/Italien die Beziehung zwischen den episodischen Murgängen im Einzugsgebiet und der daraus resultierenden Ablagerung feinklastischer Sedimente auf dem Seegrund untersucht werden. Ein oberflächlicher Abfluss in den See, der überwiegend aus Grund- und Karstwasser gespeist wird, findet nur bei extremen Niederschlagsereignissen statt, die in der Regel auch Murgänge verursachen. Während der Murschutt bereits auf den Murkegeln akkumuliert wird, erreicht die feinkörnige Matrix aus der Filterspülung zusammen mit dem ablaufenden Wasser den See. Dort wird sie großflächig und im Vergleich zur Normalsedimentation je nach Ereignis in stark variierender Mächtigkeit sedimentiert. Die Murfrequenz der letzten Jahrhunderte konnte auf den Kegeln im Einzugsgebiet des Sees mit Hilfe dendrogeomorphologischer Methoden bis nahezu auf das Kalenderjahr genau datiert werden. Durch die mit den Murgängen verknüpfte Sedimentation im See soll, ausgehend von den dendrochronologisch datierten Ereignissen, eine Korrelation zu den Seesedimenten erfolgen. Darauf aufbauend soll der Ereigniskalender anhand der Seesedimente so weit wie möglich in die Vergangenheit verlängert werden. Darüber hinaus wird von diesen Vorhaben ein wichtiger Beitrag zur hochaufgelösten Erfassung von Naturgefahren erwartet.

Stabile Isotope mit Barium und Cadmium als Tracer für Kohlenstoffexport, Remineralisierungsstärke und Diagenese nach Deposition in der Peruanischen Sauerstoffminimumzone

Sauerstoffminimumzonen (SMZs) sind mit den Auftriebsgebieten der östlichen Kontinentalränder assoziiert. In diesen wichtigen Wirtschaftsgebieten fördert der intensive Auftrieb von nährstoffreichem Tiefenwasser eine hohe Primärproduktion im Oberflächenozean und unterstützt dadurch mehr als 50% der weltweiten Fischerei. Als Folge des Klimawandels wird eine vertikale Ausdehnung und Intensivierung von SMZs prognostiziert, da sich in wärmeren Gewässern weniger Sauerstoff auflöst und eine stärkere Schichtung des Ozeans die Sauerstoffzufuhr zum Ozeaninneren verringert. Diese Veränderungen der SMZs beschränken Fischlebensräume unmittelbar auf die oberen Wasserschichten der Meere, erhöhen das Risiko des Überfischens und können zu künftigen Massensterben in Küstenökosystemen führen. Die Variabilität von SMZs beeinflusst auch die Nährstoffverfügbarkeit für den Oberflächenozean und den von ihm unterstützten marinen Kohlenstoffkreislauf. Jedoch sind die genauen Mechanismen dafür nicht vollständig entschlüsselt. Rückschlüsse darüber, wie marine Kohlenstoff- und biogeochemische Zyklen auf den zukünftigen Sauerstoffverlust in Ozeanen reagieren, kann man gewinnen, indem man erfasst, wie Nährstoffzufuhr und Meeresumwelt auf vergangene Änderungen der SMZ-Intensitäten reagiert haben. In dieser vorgeschlagenen Studie werde ich zwei neuartige Proxys verwenden: stabile Cadmium (Cd) - und Barium (Ba)-Isotope von der peruanischen SMZ um 1) einzugrenzen welche Prozesse die Produktivität des Oberflächenozeanes und die Remineralisierung innerhalb der SMZs beeinflussen, und 2) herauszufinden wie die zukünftige Sauerstoffabnahme der Ozeane den globalen Kohlenstoffkreislauf beeinflussen wird. Sowohl gelöste Cd- als auch Ba-Isotope sind im Meerwasser eng mit biologischen Prozessen und der Wassermassenmischung gekoppelt. In marinen Sedimenten werden Cd- und Ba-Isotope auch durch die authigene Ausfällung dieser Elemente und die Diagenese nach der Ablagerung beeinflusst, wohingegen das Ausmaß der Isotopenfraktionierung während dieser Prozesse bislang kaum quantifiziert wurde. Ich werde Cd- und Ba-Isotopenverhältnisse im Meerwasser, in sinkenden Partikeln, Sedimenten und Porenwasser messen, um deren Isotopenfraktionierungseffekte während verschiedener biologischer, chemischer und physikalischer Prozesse einzugrenzen. Mit diesen Ergebnissen werde ich die Quellen und Senken quantifizieren, die beide Isotopensysteme im modernen Ozean fraktionieren, und einschätzen, wie sich die Diagenese nach der Ablagerung auf die Fraktionierung von Cd- und Ba-Isotopen auswirkt. Das ultimative Ziel dieser vorgeschlagenen Arbeit ist die Entwicklung sedimentärer Cd- und Ba-Isotope als verlässliche Proxys für vergangene Änderungen der Exportproduktion und der Remineralisierungsstärke.

Die Strukturen der Tagionosphären von Mars und Venus: Vergleich und Interpretation eines schnellen und flexiblen Modells mit laufenden Beobachtungen

Die Beobachtungen der Radio Science Experimente Mars Express Radio Science, Mars Global Surveyor Radio Science und Venus Express Radio Science liefern eine sehr große Datenbasis für die Elektronendichteverteilung der Tagionosphäre von Mars und Venus. In der Laufzeit des Original-Antrags erfolgte die Ableitung von Profileigenschaften/Umgebungsparametern und die Entwicklung eines schnellen, flexiblen zeitunabhängigen photochemischen Modells der ionosphärischen Elektronendichte (IonA-1) für Mars (Neutralatmosphäre: Mars Climate Database) und Venus (Neutralatmosphäre: VenusGRAM). Der Vergleich der beobachteten und modellierten MaRS und VeRa Parameter des ionosphärischen Hauptmaximums (M2/V2) ergaben für Mars global eine exzellente Übereinstimmung, aber nicht für Venus (unrealistische VenusGRAM Neutralatmosphäre, Peter et al., 2014). Für die Modellierung kleinskaliger Ionosphärenmerkmale wird jedoch die individuelle Übereinstimmung der jeweiligen M2/V2 Höhen und Breiten benötigt, da dies auf Ähnlichkeiten zwischen realer und Modellatmosphäre zur Zeit der Beobachtung hinweist. Für die Modellierung von Meteorschichten unterhalb der Sekundärschicht M1/V1 wurden Fallstudien mit entsprechenden MaRS Profilen in Kombination mit einem Modell für Meteorschichten (IonA/MSDM) durchgeführt. MSDM berücksichtigt die Deponierung von Mg und Fe in eine Atmosphäre und simuliert die Bildung von Metallionen durch Photoionisation/Ladungsaustausch. Ein zusätzlich entwickeltes hydrostatisches 1D Modell der Neutralatmosphäre für ionosphärischen Höhen (NIA) bildet als flexiblere Neutralatmosphäre mit kleinskaligem Höhengitter die Basis für die Anwendung von IonA auf einen größeren Beobachtungsdatensatz. Die Weiterentwicklung von IonA-1 zu einem zeitabhängigen photochemischen Modell mit komplexem Reaktionsschema (Iona-2) ermöglicht die Modellierung von ionosphärischen Ionen. Der Fortsetzungsantrag soll NIA und IonA-2 koppeln, um ein detaillierteres Verständnis der Wechselwirkung zwischen den Ionosphären und Neutralatmosphären in ionosphärischen Höhen zu erreichen. Die Radio Science Beobachtungen der unteren Neutralatmosphäre erfolgen fast zeitgleich mit den Ionosphärenbeobachtungen und bietet so eine erste Abschätzung der Neutraldichte für NIA. Das gekoppelte Modell der Neutralatmosphäre/Ionosphäre mit konsistenter Berechnung der Neutral, Ionen- und Elektronentemperaturen (a) deckt den transportdominierten Bereich der Ionosphäre oberhalb von M2/V2 ab, (b) liefert eine realistischere Modellierung der Anomalien unterhalb von M1/V1, (c) schätzt den Beitrag der sekundären Ionisation in M1/V1/M2/V2 ab, (d) liefert Erklärungen für den sog. Bulge, eine anomale Anhäufung von Elektronen in der Topside und (e) stellt mögliche Zustände der Neutralatmosphäre in ionosphärischen Höhen während der Beobachtungen zur Verfügung. Der letzte Punkt dient der Weiterentwicklung von globalen Zirkulationsmodellen, besonders für Venus, da die Datenlage im entsprechenden Höhenbereich sehr schlecht ist.

Revision der Aeduelliden (Knochenfische, Paläozoikum): Morphologie und Paläoökologie

In den zumeist kontinentalen Ablagerungen des europäischen Spätpaläozoikum (Rotliegend i.w.S.) gehört die Knochenfischfamilie der Aeduellidae, zusammen mit den nahe verwandten Paramblypteridae, zu den häufigsten Fossilgruppen. Die Aeduelliden dominierten im westeuropäischen Raum, wanderten aber zu bestimmten Zeiten auch in den mitteleuropäischen Raum ein, wo sie in Konkurrenz zu den Paramblypteriden traten. Zusammen mit letzteren sind sie für ökostratigraphische Korrelationen zwischen den diversen mitteleuropäischen und westeuropäischen Becken von entscheidender Bedeutung. Dazu müssen noch ihre mitteleuropäischen Arten detailliert anatomisch bearbeitet und rekonstruiert sowie die westeuropäischen Arten entsprechend nachbearbeitet werden. Darauf bauen dann funktionsmorphologische, paläoökologische, phylogenetische und paläobiogeographische Auswertungen auf.

Forschergruppe (FOR) 1525: INUIT - Ice Nuclei research UnIT, Statische Analyse der Bedingungen für Eisnukleation in Mischphasenwolken

Die temperatur- und feuchteabhängige Eisnukleationseffizlenz von verschiedenen Aerosolen kann in Laborexperimenten genau charakterisiert und für die Beschreibung von primärer Eisbildung in numerischen Modellen auf verschiedensten Skalen parametrisiert werden. Wenn diese Effizienten als bekannt vorausgesetzt werden, unter welchen Bedingungen und wie oft tritt heterogene Eisnukleation in den verschiedenen Nukleationsmoden tatsächlich in typischen Mischphasenwolken auf? Dieser Frage wird in diesem Projekt mit dem Modell ICON-LES (der Large Eddy Version des neuen icosahedrischen nichthydrostatischen Modells, welches zurzeit am Deutschen Wetterdienst und dem Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg entwickelt wird) nachgegangen. Dieses Modell enthält ein Zwei-Momenten-Wolkenphysikschema und wird durch aerosolspezifische Eisnukleationsparameterisierungen ergänzt werden. Zusätzlich wird eine einfache Diagnostik von Aerosolen in Wolkentropfen eingeführt, um zwischen potentiellen Immersionseiskeimen und interstitiellen eisnukleierenden Partikeln, die als Kontakt- oder Depositionseiskeime dienen können, zu unterscheiden. In idealisierten Simulationen von verschiedenen Mischphasenwolkentypen, die in Europa häufig auftreten (Winternebel, Altostratus, orographische Wolken, hochreichende Konvektion) und unter Benutzung von klimatologischen Aerosolfeldern wird das Auftreten von Immersions-, Depositions- und Kontaktgefrieren und die Werte der Eiskeimkonzentrationen statistisch ausgewertet und mit den Sensitivitätsbereichen der INUIT Labor- und Feldmessgeräten verglichen. Zusätzlich wird das bevorzugte räumliche Auftreten dieser Prozesse (z. B. Kontaktgefrieren in den Einmischbereichen an den Wolkenrändern) analysiert und quantifiziert werden. Das Modellsetup für die Fallstudie der konvektiven Wolke wird mit RP3 abgestimmt, so dass ein Vergleich zwischen dem spektralen und dem Zwei-Momenten- Mikrophysikschema möglich ist. Außerdem wird in diesem Projekt zusammen mit WP-F und WP-L eine Schließungsstudie für die Messungen in der Mittelmeerkampagne durchgeführt. Dabei wird untersucht, welche Parameter zu den größten Unsicherheiten in der Vorwärtsberechnung von potentiellen Eiskeimen führen.

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