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Bestimmung partikelgebundener PAK, NPAK und 3-Nitrobenzanthron sowie ihre Verteilung auf verschiedene Ultrafeinstaubfraktionen von Emissionsquellen

Als ultrafeine Partikel werden Teilchen mit Durchmessern kleiner als 100 nm bezeichnet. Die ultrafeinen Partikel entstehen in Verbrennungsprozessen, die unter Sauerstoffmangel stattfinden. Hierbei sind u.a. der Straßenverkehr mit seinen unzähligen instationären Verbrennungen, Industrieprozesse und Hausbrand zu nennen. Partikel dieses Größenbereichs können sehr spezielle chemische oder physikalische Wechselbeziehungen mit der Umgebung eingehen. Man beobachtet bei ultrafeinen Partikeln vorwiegend Diffusion, wogegen sich größere Teilchen eher durch Anlagerung bzw. Sedimentation auszeichnen (Limbach, 2005). In der Europäischen Union gilt seit Januar 2005 ein Grenzwert für Feinstaub, d.h. für Partikel kleiner als 10ìm (PM10), vorgeschrieben. Für ultrafeine Partikel gibt es in Europa bisher keine eigenen Grenzwerte. In einem bis dahin einmaligen Projekt wurde die Entwicklung der Belastung mit ultrafeinen Partikeln in Erfurt über zehn Jahre quantitativ bestimmt. Dabei wurde ein deutlicher Anstieg festgestellt (Krug, 2005). Die Korngrößen des Ultrafeinstaubs können das menschliche Respirationssystem erreichen. Man spricht daher vom inhalierbaren Anteil des Feinstaubs. Partikel kleiner als 100 nm werden als noch gefährlicher eingestuft, da sie lungengängig sind. Wegen ihrer geringen Größe können einzelne ultrafeine Partikel ein Lungenepithel durchqueren. Ein Weitertransport zu Leber, Knochenmark oder Herz ist möglich. Die Ultrafeinpartikel können sich in der Lunge bis zu mehreren Monaten ablagern bzw. verbleiben (WHO,1997). Es sind einige Verfahren entwickelt worden, um die PAK-Belastung auf Menschen zu erfassen und ihre Auswirkungen zu beschreiben. Dabei wurde Benzo(a)Pyren oft als Indikator für die Präsenz von karzinogenen PAK in der Umwelt genutzt. Verbreitet ist zum Beispiel die Bestimmung von PAK in Blut oder Urin und die Untersuchung der Auswirkungen von PAK auf den Metabolismus in Organen wie Niere und Leber (Larsen, 1995). Die Exposition durch NPAK erfolgt hauptsächlich über die Luft. Es gibt bislang wenige Studien, welche die Langzeitwirkung der inhalativen Aufnahme untersuchen. Darüber hinaus gelten auch die Metaboliten der NPAK als kanzerogen (Uhl, 2007). Laut WHO gibt es erheblichen Forschungsbedarf hinsichtlich der Exposition der Menschen und der Wirkungen von NPAK auf die menschliche Gesundheit (IPCS 2003). Obwohl die NPAK nur einen Bruchteil (1 bis 10Prozent) der PAK ausmachen (Nielsen, 1984), ist spezielle Aufmerksamkeit wegen ihrer hohen biologischen Aktivität notwendig. Zahlreiche NPAK wirkten in Tierversuchen deutlich mutagen und kanzerogen (Fiedler et.al, 1990). Über ihr Verhalten und ihre Anreicherung in Boden und Staub ist bis jetzt noch sehr wenig bekannt. Ebenso wenig wie über deren Metabolismus und Akkumulation in biologischem Gewebe (Fiedler et al., 1991, Fieder und Mücke 1990). (...)

Vergangene und zukünftige Entwicklung der Eismassen auf Svalbard - Klimaantrieb und Telekonnektionen

Der Klimawandel ist eine der Hauptherausforderungen für die Menschheit im 21. Jahrhundert. Seine Auswirkungen sind vielschichtig wobei der anwachsende Massenverlust von Gletschern außerhalb der großen Eisschilde sowie deren bedeutender Beitrag zum Meeresspiegelanstieg zu den am stärksten hervorstechenden zählt. Diesbezüglich sind die Gletscher und Eiskappen der Arktis aufgrund ihres großen Volumens und ihrer großen Oberfläche, die als Kontaktfläche zum Klima- und Ozeanantrieb und damit zum Klimawandel selber fungiert, von besonderer Bedeutung. Da die Arktis darüber hinaus diejenige Region der Erde mit dem höchsten, prognostizierten, zukünftigen Temperaturanstieg ist, wird erwartet, daß sich die Bedeutung der arktischen Eismassen für den Meeresspiegelanstieg auch in Zukunft fortsetzt oder sogar noch steigern wird.Die großen Gletscher der Nordpolarregion umgeben den arktischen Ozean in ähnlichen Breitenlagen, weisen aber in jüngster Zeit ein inhomogenes Verhalten auf. Diese Tatsache legt eine räumliche Variabilität der klimatischen und ozeanischen Antriebsmechanismen der Gletschermassenbilanz innerhalb der zirkumarktischen Regionen nahe und offenbart damit die Diversität der Einflüsse des Klimawandels. Bezüglich der Variabilität der Antriebsmechanismen weist Svalbard in der Arktis eine einzigartige Lage auf. Es liegt an der Grenze zwischen kalten, polaren Luftmassen und Ozeanwassern und den Einflüssen des Westspitzbergenstroms, welcher der hauptsächliche Warmwasserlieferant für das arktische Umweltsystem ist. Darum verspricht das Erforschen der Reaktionen der Gletscher auf Svalbard auf die Veränderlichkeit des Klima- und Ozeanantriebs bedeutende Einblicke in die komplexe Kausalkette zwischen Klimawandel, der Variabilität der Klima- und Ozeanbedingungen in der Arktis und der Reaktion der arktischen Landeismassen. Das Ziel des Projektes ist es eine zuverlässige Abschätzung der räumlichen und zeitlichen Variabilität der klimatischen Massenbilanz aller Gletscher und Eiskappen auf Svalbard zu erreichen und diese mit dem Klima- und Ozeanantrieb in Verbindung zu setzen. Dazu wird ein räumlich verteiltes, von statistisch downgescalten Klimadaten angetriebenes Model zur Berechnung der klimatischen Massenbilanz aufgesetzt. Die Massenbilanz aller Gletscherflächen auf Svalbard wird für den Zeitraum 1948-2013 modelliert und die zeitlich variablen Felder von Ablation, Akkumulation, wiedergefrorenem Schmelzwasser und klimatischer Massenbilanz für anschließende geostatistische Studien genutzt. Diese Studien werden potentielle Einflüsse der raumzeitlichen Variabilität von großräumigen Mustern des Luftdrucks, der Meereisbedeckung und der Meeresoberflächentemperatur auf die Variabilität der Gletschermassenbilanz auf Svalbard identifizieren und analysieren. Auch Telekonnektionen zu fernen Modi der atmosphärischen Zirkulation werden durch Studien bezüglich der potentiellen Einflüsse verschiedener atmosphärischer Zirkulationsindizes in die Betrachtungen einbezogen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1889: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel), Die morphologische Reaktion des Wattenmeeres auf den Klimawandel (MOREWACC)

Das Wattenmeer, das sich von Den Helder in den Niederlanden bis nach Skallingen in Dänemark erstreckt, ist ein Prototyp für eine durch den Meeresspiegelanstieg bedrohte Küstenregion. Über 50% des Wattenmeeres besteht aus Wattflächen, die nur während eines Teils des Gezeitenzyklus von Wasser bedeckt sind. Dadurch wird das einzigartige Küsten-Ökosystem des Wattenmeeres geformt, das aufgrund von Akkumulation von Sediment aus der Nordsee den Meeresspiegelanstieg der letzten Jahrhunderte überleben konnte. Angesichts der beobachteten Beschleunigung des Meeresspiegelanstieges stellt sich die Schlüsselfrage, bis zu welcher Rate des Meeresspiegelanstieges diese Sedimentakkumulation für das Überleben des ausreicht. Diese Frage ist hochkomplex, da die Sedimentflüsse in das Wattenmeer selbst von der Rate des Meeresspiegelanstieges sowie von anderen klimatischen Einflüssen und von der Sedimentverfügbarkeit in nicht-linearer Weise abhängen. Es ist bekannt, dass Netto-Sedimentflüsse durch von nicht-linearen Flachwassergezeiten und horizontalen Dichtegradienten (aufgrund von Niederschlag, Süßwasserabfluss und Oberflächen-Wärmeflüssen) bedingten Gezeitenasymmetrien angetrieben werden. Die Nichtlinearität der Gezeiten wiederum hängt vom Meeresspiegelanstieg selbst ab und die horizontalen Dichtegradienten variieren mit klimabedingten Änderungen von Verdunstung/Niederschlag und Abkühlung/Erwärmung. Weiterhin hängen Sedimentflüsse vom Windantrieb ab, der ebenfalls mit dem Klima variiert. Obwohl ein fundiertes Verständnis der zugrundeliegenden Sedimenttransportprozesse im Wattenmeer vorliegt, werden für Projektionen von morphologischen Veränderungen weiterhin einfache vertikal integrierte Modelle verwendet. Die Erkenntnisse, die aus solchen Modellen gewonnen werden, sind daher sehr eingeschränkt. Das wichtigste Ziel dieses Projektes ist daher, mögliche morphologische Reaktionen des Wattenmeeres auf einen beschleunigten Meeresspiegelanstieg und andere Aspekte des Klimawandels sowie Einflüsse von Sedimentverfügbarkeit mit Hilfe eines prozess-basierten Modells zu untersuchen. Dabei werden die wichtigsten Antriebe für Sedimenttransportprozesse in das Wattenmeer berücksichtigt. Zunächst sollen diese Modellsimulationen in systematischer Weise unter Nutzung verschiedener idealisierter Bathymetern durchgeführt werden, um die kritischsten Prozesse morphodynamischer Veränderungen zu erkennen. Mit Hilfe dieser Bathymeter können die Einflüsse des Meeresspiegelanstieges in Kombination mit anderen Einflussfaktoren (Niederschlag/Verdunstung, Abkühlung/Erwärmung, Wind-Wellenantrieb) untersucht werden. In einer zweiten Phase des SPP, unter der Annahme, dass die verfügbaren Computer Ressourcen weiter anwachsen, sollen solche Simulationen für realistische und komplexere Gezeitenbecken im Wattenmeer durchgeführt werden. In beiden Phasen des SPP soll die Dynamik von Salzwiesen explizit mit untersucht werden.

Sonderforschungsbereich (SFB) 806: Unser Weg nach Europa: Kultur-Umwelt Interaktion und menschliche Mobilität im Späten Quartär

Der SFB 806 'Unser Weg nach Europa', eingerichtet im Jahre 2009, erforscht die Menschheits- und Umweltgeschichte von der Entstehung der anatomisch modernen Menschen vor 190 000 Jahren in Afrika und ihrer Einwanderung nach Europa. Der SFB 806 setzt geowissenschaftliche, kulturwissenschaftliche und archäologische Methoden ein, um die naturräumlichen und kulturellen Kontexte der Ausbreitungs- und Rückzugsbewegungen prähistorischer Populationen zu rekonstruieren. Ähnlich wie in den ersten beiden Phasen des SFB 806 unterscheiden sich die zu untersuchenden Zeitrahmen (MIS 6 bis MIS 1) je nach Region: Es begann in Ostafrika vor etwa 190.000 Jahren (während MIS 6) mit dem ersten Auftreten von AMH in Äthiopien. Seine Ausbreitung in den Nahen Osten (und andere afrikanische Regionen) erfolgte - basierend auf Ergebnissen von unterschiedlichen Forschungsfeldern außerhalb des SFB 806 - während MIS 5 bis MIS 3 in mehreren 'Wellen', die nicht alle erfolgreich waren, d.h. mit der lang anhaltende Vorherrschaft unserer Vorfahren in diesen neuen Regionen verbunden waren. Vor allem im Nahen Osten wurde AMH zunächst von Neandertalern 'zurückgedrängt', kehrte aber während des MIS 4 bis MIS 3 zurück, um sich dann weiter nach SO-Europa auszubreiten. MIS 5 bis MIS 2 sind jeweils relevante Zeitrahmen für die Arbeiten in unserem westlichen Korridor, während sich die Ausbreitung von AMH in Mitteleuropa während MIS 3/4 bis MIS 1 vollzog. Was waren die Hauptfaktoren, die diese Mobilität ermöglichten oder verhinderten? Bisher haben wir deutliche Hinweise, dass es sich um eine Reihe von Faktoren gehandelt haben muss, die zum einen gemeinsam vorkamen, sich andererseits aber in Raum und Zeit unterschieden: Klima, Umwelt und kultureller Kontext sowie Bevölkerungsdichten sind nennenswerte Faktoren. Derzeit wird diskutiert (Stringer 2011: 221), ob Bevölkerungswachstum einer der Faktoren für die Akkumulation und die Erhaltung von neuen Verhaltensweisen in alten menschlichen Gemeinschaften waren. Diese neuen Verhaltensstrategien sollte Menschen dazu befähigt haben, optimal an neue Herausforderungen in neuen Regionen angepasst zu sein.

The effect of elevated atmospheric CO2 concentration on gross nitrogen dynamics, plant N-uptake and microbial community dynamics in a permanent grassland

To predict ecosystem reactions to elevated atmospheric CO2 (eCO2) it is essential to understandthe interactions between plant carbon input, microbial community composition and activity and associated nutrient dynamics. Long-term observations (greater than 13 years) within the Giessen Free Air Carbon dioxide Enrichment (Giessen FACE) study on permanent grassland showed next to an enhanced biomass production an unexpected strong positive feedback effect on ecosystem respiration and nitrous oxide (N2O) production. The overall goal of this study is to understand the long-term effects of eCO2 and carbon input on microbial community composition and activity as well as the associated nitrogen dynamics, N2O production and plant N uptake in the Giessen FACE study on permanent grassland. A combination of 13CO2 pulse labelling with 15N tracing of 15NH4+ and 15NO3- will be carried out in situ. Different fractions of soil organic matter (recalcitrant, labile SOM) and the various mineral N pools in the soil (NH4+, NO3-, NO2-), gross N transformation rates, pool size dependent N2O and N2 emissions as well as N species dependent plant N uptake rates and the origin of the CO2 respiration will be quantified. Microbial analyses will include exploring changes in the composition of microbial communities involved in the turnover of NH4+, NO3-, N2O and N2, i.e. ammonia oxidizing, denitrifying, and microbial communities involved in dissimilatory nitrate reduction to ammonia (DNRA). Stable Isotope Probing (SIP) and mRNA based analyses will be employed to comparably evaluate the long-term effects of eCO2 on the structure and abundance of these communities, while transcripts of these genes will be used to target the fractions of the communities which actively contribute to N transformations.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Änderungen der pazifischen meridionalen Umwälzzirkulation während des miozänen Klimaoptimums und der darauffolgenden Etablierung einer stabilen polaren Eiskappe

Während der IODP Expedition 363 wurde erstmals eine mächtige und ungestörte Sedimentabfolge im Zentrum des Westpazifischen Warmwasserpools erbohrt (Site U1490, 05 Grad 48.95Ê1N, 142 Grad 39.27Ê1E in 2341 m Wassertiefe vor Papua New Guinea). Diese karbonat- und tonreiche Abfolge stellt ein ideales Sedimentarchiv dar, um an einer strategischen Position Änderungen in der Struktur der pazifischen Wassermassen und meridionalen Umwälzzirkulation während unterschiedlicher Phasen der Klimaentwicklung der Erde während des Überganges von einer nahezu eisfreien zu einer Erde mit einer stabilen polaren Eiskappe zu erfassen. Unser Projekt konzentriert sich dabei auf das Zeitintervall von ca. 18 bis 9 Millionen Jahren, das durch mehrere fundamentale Klimaänderungen charakterisiert war und es damit ermöglicht, die Zusammenhänge zwischen Änderungen in der Erdbestrahlung, Variabilität der Temperaturgradienten zwischen Äquator und polaren Breiten und Verschiebungen in der atmosphärischen und Ozean-Zirkulation auf einer wärmeren Erde zu untersuchen. Daneben ist Site U1490 von ca.18 bis 9 Millionen Jahren vor heute durch eine aussergewöhnlich gut belegte Magnetostratigraphie charakterisiert, die erstmals eine direkte Korrelation einer hochauflösenden Isotopen-Zyklostratigraphie mit der Geomagnetischen Polaritäts-Zeitskala (GPTS) ermöglicht. Durch diese verifizierte und verfeinerte Chronostratigraphie werden die benthischen stabilen Isotopen- und Karbonatakkumulationsdaten in Site U1490 wesentlich zum Verständnis des zeitlichen Ablaufs der Änderungen in der pazifischen Tiefenwasser-Zirkulation und deren Wechselwirkungen mit dem Klimawandel in niedrigen und hohen Breiten beitragen. Im Detail wollen wir mit diesen neuen Daten die folgenden Hypothesen überprüfen: (1) Änderungen des Äquator-Pol Temperaturgradienten wirken sich stark auf die Bildung von tiefen und intermediären Wassermassen und die Intensität der pazifischen meridionalen Umwälzzirkulation aus; (2) die Expansion korrosiver intermediärer und tiefer Wassermassen aus dem Südozean und die Abschwächung der Tiefenventilation infolge der Ausdehnung des antarktischen Eisschildes während des mittelmiozänen Klimaübergangs trug zu erhöhter CO2-Speicherung im Tiefenwasser und zur Karbonatarmut in den Tiefsee-Sedimenten des Pazifischen und Indischen Ozeans bei; (3) der Indonesische Durchstrom spielte im mittleren Miozän noch eine Schlüsselrolle für den Austausch intermediärer und tiefer Wassermassen zwischen Pazifik und Indischem Ozean mit entprechenden Auswirkungen auf das Wärmebudget und die Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre im Indischen Ozean.

Toxicite renale et transport tubulaire du cadmium chez le mammifere (FRA)

Il s'agit d'un projet de recherche fondamentale, visant a caracteriser les sites d'absorption du cadmium dans le rein. Cet organe est le lieu principal d'accumulation du Cd dans l'organisme, lors d'exposition chronique. La caracterisation de ce(s) site(s) d'adsorption, a l'interieur du rein, implique l'utilisation de techniques de microponctions-microinjections tubulaires chez l'animal (rat) anesthesie. Par ailleurs, des techniques de mesure de la principale proteine induite lors d'exposition chronique au Cd (metallothioneine-Cd) sont developpees. Des investigations morphologiques (microscopie electronique) sont realisees en parallele, chez des animaux exposes au Cd. (FRA)

Review der wassergebundenen Transportprozesse von Radionukliden im Boden

For An improved Understanding of Sediment Transport

The area of the Blexer Bogen (Weser estuary) is characterized by the accumulation of fine sediments. The driving forcing parameters are further investigated and available modelling tools improved. Moreover, reliable validation data will be acquired.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Vergleich von Veränderungen regionaler Auswirkungen orbital gesteuerter Klimavariationen im äquatorialen Pazifik und Atlantik während des Miozän

Im Miozän, der erdgeschichtlichen Zeit von 5.33 bis 23.03 Millionen Jahren, entwickelte sich die moderne thermohaline Zirkulation in den Ozeanen. Damit einher gingen fundamentale Veränderungen in der globalen Ozeangeochemie und des kontinentalen Klimas. Wiederholte, drastische Verringerungen des Karbonatgehaltes in pelagischen Sedimenten waren die Folge, die im Bereich des äquatorialen Pazifik und westlichen äquatorialen Atlantik beschrieben wurden. Die Konzentration an Kohlendioxid in der Atmosphäre war der heutige ähnlich. Zeitweise, während des miozänen Klimaoptimum (13.9 bis 17 Ma), war diese so hoch wie es für das Jahr 2100 prognostiziert wird, vorausgesetzt die jetzigen Treibhausgasemissionen werden nicht weiter reduziert.Trotz vieler Studien zu diesem Thema ist der genaue zeitliche Ablauf der Ereignisse im Miozän zwischen äquatorialem Pazifik und Atlantik und ihre kausalen Zusammenhänge wenig verstanden. Hauptgrund für dieses Dilemma liegt darin, dass bis heute keine synchronisierten und sehr akkuraten astronomischen Altersmodelle für den äquatorialen Pazifik und Atlantik vorliegen. In diesem Projekt wollen wir dies ändern, indem wir eine hochauflösende stabile Isotopenreferenzkurve an benthischen Foraminiferenschalen mit einem hochgenauen astronomischen Altersmodell kombinieren. Für den Zeitraum von 5 bis 23 Ma soll dies an Material aus dem äquatorialen Atlantik durchgeführt werden, erbohrt auf der Ocean Drilling Program (ODP) Ausfahrt Leg 154 Ceara Rise. Danach soll eine komplementäre benthische stabile Isotopenkurve für den äquatorialen Pazifik (IODP Exp. 320/321), nachdem Datenlücken geschlossen worden sind, kompiliert und mit der Ceara Rise Kurve synchronisiert werden. Die synchronisierten Isotopenkurven in Kombination mit Röntgen-Fluoreszenz Kernscanner Daten, die für den Ceara Rise in diesem Projekt auch erstellt werden, bieten bisher unerreichte Einblicke und Details über Veränderungen in der Karbonat-Akkumulation während des gesamten Miozän im Bereich des äquatorialen Pazifik und Atlantik. Im Besonderen können die in diesem Projekt erhobenen Daten sehr dazu beitragen folgende Fragen zu lösen: Setzen drastische Veränderungen in der Karbonat-Akkumulation im äquatorialen Pazifik und Atlantik synchron ein oder gibt es zeitliche Verzögerungen zwischen äquatorialem Atlantik und Pazifik? Werden beide Regionen im Miozän gleichermaßen von orbitalen Zyklen dominiert? Gibt es einen Zusammenhang zwischen Veränderungen in der Karbonat-Akkumulationsgeschichte der beiden Regionen? Verlaufen Veränderungen in der Karbonat Kompensationstiefe im äquatorialem Pazifik und Atlantik auf Milankovitch-Zeitskalen synchron oder sind diese entgegengesetzt?

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