Die stetig wachsende Bevölkerung führt zu einem steigenden Bedarf an Frischwasser und die Entnahme von Grundwasser ist eine der wichtigsten Quellen diesen Bedarf zu decken. Engpässe in der Frischwasserversorgung haben die Suche Nachweis von frischem Grundwasser unter dem heutigen Meeresboden angetrieben. Die Rolle glazialer Strukturen, welche während der Vergletscherungen entstanden sind, ist jedoch im Hinblick auf das Vorkommen frischen Grundwassers noch wenig bekannt. Insbesondere sogenannte Tunneltäler (TT), welche sich unter den Eisschilden bildeten, könnten von besonderer Relevanz sein. Ihre Ausmaße (bis zu 5 km breit, 400 m tief, 100te km lang) spiegeln die gewaltigen Schmelzwassermengen wider, die den Untergrund unter den Eisschilden durchspülten. Ihre Entstehung und Füllung resultierte in stark durchlässigen Sanden und Kiesen im unteren Teil und feinkörnigen Ablagerungen im oberen Teil dieser Strukturen. Diese Konfiguration begünstigt eine Rolle als bevorzugte Fließwege für offshore Grundwasser. Zur Untersuchung des Potenzials von TT als bevorzugte Fließwege für offshore frisches Grundwasser (OFG), verfolgt dieses Projekt folgende Ziele: (O1) Durch die Kombination von elektromagnetischen und seismischen Daten wollen wir ein strukturgebundenes Widerstandsmodell für mehrere TT erstellen; (O2) Wir wollen die Salzgehaltswerte für verschiedene Architekturen und Tiefen von TT abschätzen; (O3) Aufbauend auf den ersten beiden Zielen wollen wir die Ergebnisse für das gesamte Arbeitsgebiet in ein detailliertes lithologisches 3D-Modell extrapolieren. Die sich daraus ergebende Salzgehaltsverteilung im Untergrund wird dazu beitragen, die Ober- und Untergrenzen des Volumens frischen Grundwassers abzugrenzen und die Grundlage für ein detailliertes Grundwassermodell schaffen. Folgende Schritte sind dazu nötig: (S1) Kartierung und Charakterisierung der räumlichen Heterogenität von TT anhand vorhandener seismischer Daten; (S2) Erstellung eines lithologischen Modells für den Untergrund zwischen Amrum und Helgoland von 0 bis 400 m Tiefe; (S3) Identifizierung vielversprechender Standorte und Durchführung von CSEM-Messungen (Controlled Source Electromagnetic) zur Untersuchung der Verteilung des elektrischen Widerstands im Untergrund (TT); (S4) Kombination von Widerstandsmessungen mit Mehrkanal-Seismikdaten (MCS) zur Ableitung des Salzgehalts der Porenflüssigkeit; (S5) Extrapolation der Ergebnisse für das gesamte lithologische Modell. Tunneltäler existieren in ehemals vergletscherten Regionen weltweit. Gelingt uns der Nachweis von OFG in Tunneltälern, hätte dies erhebliche Implikationen für bisher unbekannte Süßwasserverteilungen und hydrologische Systeme. Die uns zur Verfügung stehenden Daten bieten eine einzigartige Möglichkeit zur Integration von CSEM- und seismischen Messungen bei begrenztem Aufwand. Die Ergebnisse des Projekts werden einen neuen Blick auf offshore Gletscherlandschaften und ihre Rolle im pleistozänen Wasserkreislauf erlauben.
Als Voraussetzung für IODP-Bohrungen am Belize Barrier Reef ist eine detaillierte bathymetrische Studie geplant. Diese soll mit Hilfe von Multibeam und flachseismischer Technik entlang ausgewählter Abschnitte im Außenriff (Wassertiefen 20-150 m) durchgeführt werden. Es existieren bislang keine detaillierten und GPS-gestützten Bathymetrie- und Seismik-Daten des Außenriffbereichs. Basierend auf den zu gewinnenden Daten sollen potentielle Bohrlokationen für das IODP gefunden werden. Unsere Arbeitshypothese geht davon aus, daß postglaziale Riffe deutliche topographische Lineamente bzw. Terrassen entang des Plattformrandes bilden. Wir beabsichtigen, Lokationen zu identifizieren, die geeignet sind, postglaziale (20-10 kyr BP) und darunterliegende, ältere pleistozäne Ablagerungen entlang einer Reihe von Bohrtraversen zu gewinnen. Außerdem ist ein internationaler Workshop mit interessierten Kollegen geplant, um die Möglichkeiten zu diskutieren, einen IODP-Antrag zu entwickeln. Der darauf aufbauende IODP-Antrag könnte vier potentielle Ziele haben: (1) Rekonstruktion des postglazialen Meeresspiegel-Anstiegs, (2) Analyse und Quantifizierung der postglazialen Riff-Zusammensetzung und -Architektur, (3) Gewinnung von Temperatur- und Karbonat-Sättigungs-Daten während dieses Zeitfensters. (4) Außerdem können Aspekte der pleistozänen Riff-Initiation und Paläökologie untersucht werden, abhängig vom Kerngewinn in älteren pleistozänen Abfolgen. Vor dem Hintergrund der modellierten Zunahme der Meeresspiegeanstiegsrate im 21. Jahrhundert, können postglaziale, ertrunkene Riff-Abfolgen für zukünftige Meeresspiegel-Projektionen genutzt werden. Im Unterschied zu hochauflösenden und robusten, Riff-basierten postglazialen Meeresspiegelkurven im Indo-Pazifik (Huon, Tahiti, Great Barrier Reef), existiert nur ein vergleichbares Archiv im westlichen Atlantik (Barbados). Das Barbados-Archiv ist insoweit merkwürdig als von den Schmelzwasser-Ereignissen (MWP) 1A und 1B in Tahiti (IODP 310) und NE-Australien (IODP 325) nur MWP 1A nachgewiesen wurde. Außerdem wurden, wie auch in anderen früh-holozänen Riffabfolgen, Mikrobialithe in großer Häufigkeit gefunden. Diese fehlen aber offensichtlich in Barbados aus bislang ungeklärten Gründen. Besonders die Häufigkeit (Dicke, Volumen) der Mikrobialith-Fazies in postglazialen Riffen ist von Bedeutung als Umwelt-Proxy, da die vergleichsweise einfachen Organismen (Bakterien) in großem Maße von Umwelt-Veränderungen abhängig sind, und daher einfacher zu interpretieren sind als Proxy-Daten (Sklerochronologie, d18O, Sr/Ca) von enzymatisch kontrollierten Skelettbildnern wie Korallen. Es wird diskutiert, ob die Mikrobialith-Häufigkeit von der Art des Hinterlandes, der Karbonatsättigung oder der Rate des Meeresspiegel-Anstiegs gesteuert wird. Ein neues, postglaziales Korallenriff-Archiv aus dem tropischen Atlantik würde helfen, diese offenen Fragen zu beantworten und den Verlauf des Meeresspiegel-Anstiegs im westlichen Atlantik zu konkretisieren.
In subsoils, organic matter (SOM) concentrations and microbial densities are much lower than in topsoils and most likely highly heterogeneously distributed. We therefore hypothesize, that the spatial separation between consumers (microorganisms) and their substrates (SOM) is an important limiting factor for carbon turnover in subsoils. Further, we expect microbial activity to occur mainly in few hot spots, such as the rhizosphere or flow paths where fresh substrate inputs are rapidly mineralized. In a first step, the spatial distribution of enzyme and microbial activities in top- and subsoils will be determined in order to identify hot spots and relate this to apparent 14C age, SOM composition, microbial community composition and soil properties, as determined by the other projects within the research unit. In a further step it will be determined, if microbial activity and SOM turnover is limited by substrate availability in spatially distinct soil microsites. By relating this data to root distribution and preferential flow paths we will contribute to the understanding of stabilizing and destabilizing processes of subsoil organic matter. As it is unclear, at which spatial scale these differentiating processes are effective, the analysis of spatial variability will cover the dm to the mm scale. As spatial segregation between consumers and substrates will depend on the pore and aggregate architecture of the soil, the role of the physical integrity of these structures on SOM turnover will also be investigated in laboratory experiments.
Unter Sensor-Aktor-Netzwerken versteht man den Zusammenschluss einer Vielzahl in die Umgebung eingebetteter und deshalb gegebenenfalls miniaturisierter Sensor-Aktor-Knoten, welche drahtlos miteinander vernetzt sind und kooperativ ein verteiltes Phänomen beobachten und beeinflussen. Eine große Anzahl von Knoten ermöglicht eine gute Ortsauflösung und eine hohe Toleranz gegenüber Fehlern und Ausfällen. Allerdings ergeben sich aus der notwendigen Energieautonomie auch strenge Limitierungen in Bezug auf Kommunikationskapazität und Rechenleistung und damit Herausforderungen an die Architektur und den Betrieb derartiger Netzwerke. Im Rahmen des Graduiertenkollegs werden grundlegende Fragestellungen im Bereich der Sensor-Aktor-Netzwerke untersucht. Dabei wird das gesamte Spektrum von der Kommunikation über die Informationsverarbeitung bis hin zur Hardware/Software-Systemintegration betrachtet. Die Forschungstätigkeiten zielen darauf ab, stärker verzahnte Lösungen für die eng verkoppelten, aber bisher isoliert betrachteten Problemstellungen zu erlangen. Daher werden als Brücken zwischen den oben genannten drei Bereichen übergreifende Fragestellungen aus den Gebieten Aufgabenstellung/Anfrageverarbeitung, inhaltsbezogene Adressierung, Energieeffizienz und selbstorganisierende Middleware untersucht, was durch die enge Zusammenarbeit von Experten aus verschiedenen Fachbereichen erreicht werden soll. Im Zentrum des Forschungsprogramms des Graduiertenkollegs steht damit eine übergreifende Herangehensweise an die unterschiedlichen Herausforderungen für die Architektur von Sensor-Aktor-Netzwerken, deren effizienten Betrieb und die gemeinsame Entwicklung systematischer Vorgehens- und Referenzmodelle. Die Kollegiat(inn)en werden durch ein auf sie abgestimmtes Studienprogramm einen breiten Überblick über den gesamten Bereich selbstorganisierender Sensor-Aktor-Netzwerke bekommen. Neben Spezialvorlesungen werden auch eine Ringvorlesung, Seminare und Praktika angeboten. Zusätzliche wöchentliche Treffen unter den Kollegiat(inn)en werden dabei zu einem Zusammenwachsen der Gruppe führen. Darüber hinaus werden unter Beteiligung internationaler Gastwissenschaftler(innen) zweimal im Jahr mehrtägige Blockveranstaltungen (Workshops, Sommerschulen und Forschungsseminare) stattfinden. Ein jährlich abgehaltenes Kolloquium soll die gewonnenen Forschungserkenntnisse einem breiten Publikum vorstellen.
Die menschliche Gesellschaft zeichnet sich durch komplexe soziale Organisationsformen aus, die im Laufe der Zeit weltweit vielfältige Siedlungsmuster hervorgebracht haben. Stadtgrenzen markieren eine willkürliche Trennung zwischen einem (urbanen) Innenraum unter starker menschlicher Kontrolle und einem (ruralen) Äußeren, das stärker natürlichen, biophysikalischen Prozessen ausgesetzt ist. Tatsächlich sind aber beide Räume seit jeher eng miteinander verknüpft, und werden mit immer intensiverer Nutzung natürlicher Ressourcen zunehmend durch rural-urbane Transformationsprozesse geprägt. Im Anthropozän haben Urbanisierung und die damit verbundenen sozialen und ökologischen Veränderungen globale Dimensionen erreicht. 'Rurales' und 'Urbanes' gehen dabei auf verschiedenen Skalenebenen immer wieder neue Beziehungen ein und werden zu einer sich oft selbst organisierenden Einheit von großer wissenschaftlicher, gesellschaftlicher und politischer Bedeutung. Der vorliegende Antrag zur Einrichtung der Forschungsgruppe 'Nachhaltige Rurbanität' befasst sich mit diesem Phänomen und begreift es als einen sich ständig neu erfindenden Zustand des Seins und Werdens. Geleitet von drei übergeordneten Hypothesen nutzen die 10 natur- und sozialwissenschaftlichen Projekte Fallstudien in rurbanen Ballungsgebieten Indiens, Westafrikas und Marokkos, um Wirkmechanismen, Folgen und Steuerungsprozesse von Rurbanität beispielhaft zu untersuchen. Ein interdisziplinärer, sozial-ökologischer Forschungsansatz erlaubt die Schaffung von Synergien zwischen den Fachkulturen und verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen, unter Einbeziehung von Perspektiven des Globalen Südens. Dieser gemeinsame Rahmen ist Voraussetzung dafür, kontextuelle empirische Forschung mit theoriegeleiteten analytischen Vergleichen zu verbinden, sowie innovative Methoden für die Systemanalyse und die Synthese der Ergebnisse zu nutzen. Dadurch lassen sich rural-urbane Transformation und das daraus abgeleitete Phänomen der Rurbanität in seiner skalen- und regionsübergreifenden Komplexität verstehen und dessen zentrale Implikationen für eine nachhaltige Landnutzungs- und Gesellschaftsentwicklung bewerten.