The impact of matter input from terrestrial sources on aquatic systems is well known. The reverse process, i.e. the transport from water (source) to land (sink) in aquatic-terrestrial metaecosystems, has received less attention. In SystemLink, we focus on the bottom-up and topdown mediated interactions in terrestrial ecosystems, which propagate from aquatic environments as a result of their exposure to anthropogenic stress. We consider micropollutants (fungicides and insecticides) and invasive species (riparian plants and invertebrates) as important manifestations of multiple stressors in disturbed aquatic ecosystems. We hypothesise that 1) invasive invertebrates and insecticide exposure and 2) invasive riparian plants and fungicide exposure cause top-down and bottom-up mediated responses in terrestrial ecosystems, respectively. We test these general and several more specific hypotheses through collaborative experiments in replicated outdoor aquatic-terrestrial mesocosms (site-scale) amended by joint pot experiments (batch-scale), field studies (landscape-scale), and modelling. All experimental setups will be derived from the landscape scale representing a multi-stress environment. Several scales will regularly be combined to overcome scale-specific restrictions and to ensure both cause-effect quantification as well as environmental relevance of the results. Ultimately, SystemLink thrives to increase our knowledge on effect translation across ecosystem boundaries. By integrating biogeochemical fluxes and biological subsidies we will be able to quantify their relative importance. Furthermore, we will closely combine the often-separated aquatic and terrestrial research areas. The qualification program comprises three pillars: First, research teams of two to four PhD students will work on related scientific problems; their cooperation will become evident through joint presentations and scientific publications. Second, the establishment of a fasttrack study will promote the scientific career of talented students from secondary school until the PhD phase. Third, each participating student will receive a documented and regularly updated Research and Study Profile tailoring their PhD program to their individual needs. The principal investigators of this proposal were specifically recruited to represent a variety of complementary disciplines. Their cooperation forms the basis for the interdisciplinary research focus on 'environment' as one of three central topics at the University Koblenz-Landau.
Im Laufe ihrer Entwicklung gehen Waldökosysteme zur Deckung ihres Phosphorbedarfs von der Nutzung gesteinsbürtiger Mineralquellen zum Recycling organisch gebundenen Phosphors über. Da anorganischer Phosphor sehr stark durch Sekundärminerale gebunden wird, ist er kaum pflanzenverfügbar, unterliegt aber auch kaum der Auswaschung. Austräge gelösten Phosphors erfolgen überwiegend in organischer Form, egal in welcher Entwicklungsphase sich das System befindet. Allerdings ist nur wenig über die Zusammensetzung und Dynamik gelösten organischen Phosphors (DOP) bekannt. Wahrscheinlich sind insbesondere mikrobielle Produkte, wie Nukleotide und Nukleinsäuren, mobil. Hingegen scheinen pflanzliche Phosphorverbindungen, z.B. Phytate, weniger der Auswaschung zu unterliegen, weil sie vermutlich stärker gebunden werden. Die mobilen mikrobiellen Verbindungen sind potentiell enzymatisch hydrolysierbar; daher ist es möglich, dass der in ihnen enthaltene Phosphor von Pflanzen aufgenommen wird und sich so die Austräge aus Recyling-Systemen verringern. Unser Vorhaben hat zum Ziel, zu klären welche stofflichen Eigenschaften phosphorhaltiger organischer Verbindungen ihre Mobilität kontrollieren, welche Einflüsse ihre Zusammensetzung steuern, und welche Bedeutung sie als Phosphorquelle für Bäume haben. Dazu sammeln wir Auflagensickerwässer und Bodenlösungen an Standorten entlang des für der das SPP1685 vorgeschlagenen Phosphorverfügbarkeitsgradienten. Diese werden mittels spektroskopischer Methoden (v.a. NMR, an ausgewählten Proben auch XPS und XANES) auf Phosphorspezies sowie die enzymatische Umsetzbarkeit (in Kombination mit spektroskopischen Methoden) untersucht. Dadurch können mobile wie labile Substanzen identifiziert werden. Ähnliche Untersuchen werden an Lösungen aus Manipulationsexperimenten (Trockenheit, pH) andere SPP-Antragsteller zur Steuerung der Mobilisierung gelösten Phosphors vorgenommen, so dass Änderungen der Zusammensetzung und damit der chemischen und biologischen Reaktivität betrachtet werden können. Einen weiteren Schwerpunkt bilden Laborversuche zur potentiellen Mobilität bestimmter organischer Phosphorspezies (Sorptionsexperimente, in Kombination mit spektroskopischen Methoden) sowie Versuche mit 13C-, 14C- und 33P-markierten Substanzen zur potentiellen Aufnahme gelöster organischen Phosphors durch Baumsetzlinge, wobei zwischen Aufnahme nach Hydrolyse und direkter Aufnahme organischer Moleküle unterschieden werden soll.
Probleme nachhaltiger Entwicklung entstehen nicht nur lokal oder global, sondern auch aufgrund von spezifischen Verbindungen zwischen voneinander weit entfernten Regionen. Diese global 'fernverbundenen' (telecoupled) Systeme stehen zunehmend im Blick interdisziplinärer Forschung zu Landnutzungswandel und sozial-ökologischen Systemen. Politikwissenschaftliche und andere Governance-bezogene Arbeiten haben bislang schwerpunktmäßig den Staat, globale Institutionen oder Mehrebenensysteme in den Blick genommen und 'fernverbundene' Phänomene außer Acht gelassen. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel von GOVERNECT, erste Ergebnisse der sozial-ökologischen Systemforschung für die Governanceforschung fruchtbar zu machen. Aufbauend auf der Literatur zu Global Environmental Governance, sozial-ökologischen Systemen, Global production networks, Mehrebenen- und polyzentrischer Governance sowie zu Policykohärenz und Umweltpolitikintegration wird GOVERNECT die Governance globaler Fernwirkungen systematisch untersuchen. Was bedeuten diese Phänomene für die Steuerbarkeit globaler ökologischer Nicht-Nachhaltigkeit? Wie reagieren Staaten, Zivilgesellschaft und Unternehmen auf die genannten Herausforderungen? Den empirischen Forschungsgegenstand bilden eine detaillierte Fallstudie sowie ca. 15 vergleichende Fallstudien. Auf der Basis von Vorarbeiten der Antragsteller(in) untersucht die detaillierte Fallstudie die inter-regionale Soja-Warenkette zwischen Brasilien (Rio Grande do Sul) und Deutschland (Niedersachsen) in Bezug auf ihre wechselseitigen Nachhaltigkeitsimplikationen. Aufbauend auf der Analyse existierender Akteursnetzwerke und Governance-Institutionen als Mehrebenensystem (inkl. ihrem Zusammenspiel, Polyzentrizität, Policykohärenz und Umweltpolitikintegration) entwickelt das Projekt explorativ-strategische Governance-Szenarien. Gemeinsam mit relevanten politischen Entscheidungsträger/inne/n und Interessenvertreter/inne/n sollen dabei Plausibilität und Wirkungen möglicher Governance-Optionen diskutiert werden. Um zu einem breiteren Verständnis der Governance-Fragen von globalen Fernwirkungen zu gelangen, sollen parallel ca. 15 weitere Fallstudien durchgeführt werden, die im Wesentlichen auf Sekundärmaterial basieren. Dies erlaubt ein breiteres 'mapping' möglicher Typen von Fernwirkungen und Governance-Systemen in unterschiedlichen Kontexten, einen vertieften Einblick in die Governance-Herausforderungen und -optionen mehrerer 'telecoupled systems' aus dem Blickwinkel eines einzelnen politischen Systems (Deutschland) sowie die Identifizierung kausaler Wirkbeziehungen. GOVERNECT ist das erste Vorhaben, das die jüngst entwickelten Systemkonzepte von 'telecoupling' auf der Basis systematischer empirischer Forschung für die Global-Environmental-Governance-Forschung fruchtbar macht. Im Unterschied zu bisherigen Arbeiten werden hier die Governance-Institutionen (oder ihr Fehlen) in ihrem tatsächlichen nachhaltigkeitsrelevanten Kontext analysiert.
Es ist unklar, wie lange hydrothermale Systeme aktiv sein können, die in Verbindung mit flachen Sill-Intrusionen stehen. Ein besseres Verständnis dieser Systeme ist jedoch wichtig, um die Rolle von Riftmagmatismus im globalen Kohlenstoffkreislauf, den die potenzielle Bedeutung für die Tiefe Biosphäre eruieren zu können. Von entschiedender Relevanz ist dabei die Vermengung von Magma und nassem Sediment and der Schnittstelle der Intrusion. In den vorgeschlagenen Arbeiten sollen neue petrophysikalische Daten von IODP Expedition 385 herangezogen werden, um die Konsequenzen dieser Wechselwirkungen für den Wärmetransport mit Hilfe von Modellrechnungen erstmals zu quantifizieren. Der Antragsteller hat neuartige Computerprogramme entwickelt, mit denen die hydrothermale Zirkulation in Verbindung mit Sill-Intrusionen unter Berücksichtigung der daran gekoppelten Änderungen von Permeabilität und Porosität in den intrudierten Sedimente simuliert werden önnen. Durch seine Funktion als Leiter der 'physical properties' Gruppe bei IODP Expedition 385 ist er herausragend gut positioniert, die Kerndaten in die vorgeschlagenen Modellierungen einfließen zu lassen. The beantragten Arbeiten werden neuartige Einblicke in die physikalischen und thermischen Auswirkungen von Sill-Intrusionen in die nassen und unverfestigten Sedimente des Guaymas-Beckens liefern. Im Gegensatz zu anderen Sedimentbecken, in denen tiefe Intrusionen von großen Magmenmengen die Freisetzung großer Gasmengen ausgelöst hat, wird erwartet, dass die flachen Intrusionen des Guaymas-Beckens ganz andere Auswirkungen auf die Reaktionen am Intrusionskontakt und der Flußdynamik des Kohlenstoffs haben wird. Geochemische Analysen an den IODP-Kernen werden Basisdaten für die thermische Entwicklung in den Sedimenten liefern, gegen die die Modelle kalibriert werden können. Durch die Kopplung dieser Messwerte mit einem durch die Modellierung gesteigerten Prozessverständnis werden plausible Szenarien für den Ablauf und die Zeitdauer der hydrothermalen Veränderungen entwickelt werden können. Die Untersuchungen sollen sich auf Bohrsites konzentrieren, die auf unterschiedliche Intrusions- und Versenkungsgeschichten hinweisen, und das aktive Hydrothermalfeld an der Ostflanke des nördlichen Trogs des Guaymas-Beckens einschließen. Das eigens entwickelte thermo-mechanische Computerprogramm erlaubt die Berechnung von 2D-Zeitreihen der Temperaturverteilung in den Sedimenten. Diese Ergebnisse sind von entscheidender Wichtigkeit für Untersuchungen der Tiefen Bioshäre - ein wesentliches Ziel der Expedition. Damit kommt dem vorgeschlagenen Projekt eine zentrale Rolle für die erfolgreiche Durchführung einer Vielzahl anderer Postcruise-Arbeiten zu. Die extreme Bandbreite potenzieller Wechselwirkungen zwischen magmatischen Intrusionen, hydrothermaler Zirkulation und biologischen Vorgängen und deren Konsequenzen für das Cycling von Kohlenstoff in diesen Systemen lassen sich nur durch fundierte Modellrechungen eruieren.
Da beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen großenteils technisches Neuland betreten wird, gilt es, dafür den 'Stand der Technik' zu entwickeln und in Standards und Normen festzuhalten. Den Anteil der erneuerbaren Energien zu steigern, ist ein wichtiges energiepolitisches Ziel der Bundesregierung. Dabei soll die Windenergie auf dem Meer einen wesentlichen Teil der zukünftigen Energieversorgung sicherstellen. Im Vergleich zu den Bedingungen an Land (onshore) treten auf dem Meer (offshore) hohe stetige Windgeschwindigkeiten auf, sodass hohe Erträge zu erwarten sind. Offshore-Windparks sollen von der Küste und den Inseln aus nicht sichtbar sein, und sie sollen außerhalb der Küsten-Nationalparks Wattenmeer und Boddengewässer liegen. Deshalb werden Windpark-Projekte vorwiegend in großer Entfernung zur Küste und in großen Wassertiefen geplant. Sie liegen damit in der sogenannten 'ausschließlichen Wirtschaftszone' (AWZ) der Bundesrepublik Deutschland. Dies ist das Gebiet außerhalb der 12-Seemeilen-Zone bis zu einer Entfernung von 200 Seemeilen. Die Windenergieanlagen müssen dort in Wassertiefen bis zu 50 m errichtet werden. Aufgrund der anspruchsvollen Bedingungen - große Wassertiefen, starke Wind- und Wellenbelastungen, weite Entfernungen von der Küste - ist die in Deutschland geplante und begonnene Errichtung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) weltweit einmalig. Diese schwierigen Randbedingungen machen eine sorgfältige Planung notwendig. Das zuständige Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) hat bisher 28 Windparks unter der Auflage genehmigt, dass die Antragsteller planungsbegleitend bis zur Baufreigabe die Einhaltung des Standes der Technik nachweisen müssen. Da hier aber großenteils technisches Neuland betreten wird, musste und muss ein solcher Stand der Technik überhaupt erst geschaffen werden. Das BSH gibt Standards als technische Regelwerke für Offshore-Windenergieanlagen heraus, die unter Mitwirkung von Expertengruppen erarbeitet und weiterentwickelt werden. In diesen Standardisierungsprozess bringt die BAW ihr vorhandenes wasserbauliches und geotechnisches Expertenwissen ein und berät das BSH bei den technischen Fragen während des Genehmigungsprozesses. So sind im Rahmen der Freigabeprozesse umfangreiche technische Unterlagen der Antragsteller zu bearbeiten. Dabei werden immer wieder wesentliche fachliche Risiken für die Errichtung und den sicheren Betrieb deutlich, die in aufwändigen Fachgesprächen und Fachbeiträgen behoben werden müssen. Sie resultieren aus der Komplexität der Aufgabenstellung und der Randbedingungen, die nachfolgend beispielhaft betrachtet werden.
Der Kilimanjaro weist zur Zeit noch einen weitgehend geschlossenen Waldgürtel auf. Durch eine stark unterschiedliche Niederschlagsverteilung einerseits und eine ausgeprägte Höhenzonierung andererseits ergibt sich eine hohe Diversität der Waldbestände im Hinblick auf Artenzusammensetzung, Schichtung und Lebensformen. Insbesondere der Bergwald des Südhanges ist in seiner Vielfalt nicht nur wegen seines Epiphyten- und Farnreichtums einzigartig in Ostafrika. Hier finden sich große Gebiete, die aufgrund ihrer Unzugänglichkeit noch unberührt sind. Somit bietet sich die einmalige Gelegenheit, diesen interessanten Lebensraum in natürlicher Ausprägung zu studieren. Dies wurde vom Antragsteller in einem vorangegangenen DFG-Projekt begonnen. Im Rahmen des hier beantragten Habilstipendiums soll dieses umfangreiche Projekt abgeschlossen werden. Erstes Ziel ist die Vervollständigung der vegetationskundlich ökologischen Bestandserfassung aller Waldtypen und ihrer Regeneration. Im Anschluss daran eine Vegetationskarte erstellt werden. Mit diesen Arbeiten wird eine wissenschaftliche Grundlage für die immer dringlicher werdenden gezielten Schutzmaßnahmen geschaffen.
Das Forschungsprojekt will Trend- und Natursportarten in ihren Wechselbeziehungen zu Umwelt Gesellschaft aufzeigen. Die Sportarten werden überwiegend an ausgewählten Naturstandorten ausgeübt und sind mittlerweile ein bedeutender Faktor in der Freizeit- und Tourismusindustrie. Die Auswirkungen dieser Sportarten auf den Naturraum und die Raumstruktur sind erheblich. Der Antragsteller will die empirische Kenntnis über den Umfang, die Ausübung sowie die Auswirkungen der Trend- und Natursportarten erweitern und systematisieren. Die Untersuchung ist nach dem Prinzip von Fallstudien angelegt. Neben der Analyse der regionalen Raumstruktur der Untersuchungsräume sowie der Auswirkungen der Sportarten auf den Raum, die Natur und Umwelt, stehen auch Sportausübenden selbst und weitere an der jeweiligen Sportart beteiligten Personen (z.B. kommerzielle Veranstalter und deren Angetellte) im Mittelpunkt. Aus den Ergebnissen der sozialempirischen Analyse sowie den Untersuchungen über die Umweltauswirkungen soll ein Modell für die umweltverträgliche Nutzung des Naturraums bei der Ausübung von Natursportarten entstehen. Dieses Modell soll schließlich zu einem Entwurf für nachhaltige Entwicklungsmöglichkeiten in peripheren Räumen durch gezielte Förderung und Lenkung von Trend- und Natursportarten führen.
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