Most soils develop distinct soil architecture during pedogenesis and soil organic carbon (SOC) is sequestered within a hierarchical system of mineral-organic associations and aggregates. Permafrost soils store large amounts of carbon due to their permanently frozen subsoil and a lack of oxygen in the active layer, but they lack complex soil structure. With permafrost thaw more oxidative conditions and increasing soil temperature presumably enhance the build-up of more complex units of soil architecture and may counterbalance, at least partly, SOC mineralization. We aim to explore the development of mineral-organic associations and aggregates under different permafrost impact with respect to SOC stabilization. This information will be linked to environmental control factors relevant for SOC turnover at the pedon and stand scale to bridge processes occurring at the aggregate scale to larger spatial dimensions. We will combine in situ spectroscopic techniques with fractionation approaches and identify mechanisms relevant for SOC turnover at different scales by multivariate statistics and variogram analyses. From this we expect a deeper knowledge about soil architecture formation in the transition of permafrost soils to terrestrial soils and a scale-spanning mechanistic understanding of SOC cycling in permafrost regions.
Bereits der grundlegende Ansatz des Verbundvorhabens ProMoBiS bricht mit bislang üblichen Batteriekonzepten, die eine starre Hierarchie von Zelle, Modul und Speicher festlegen. Stattdessen wird ein skalierbarer Multizell-Verbund als Schlüsselelement der Architektur eingeführt. In diesen Verbund sind eine innovative zellexterne Sensorik und Kühlung vollständig und nahtlos integriert. Flexible Signalverarbeitung, Elektronik und Datenauswertung vervollständigen das Gesamtsystem. Als Basis für die optimierbare Betriebsführung durch die kombinierte Nutzung von Sensordaten und echtzeitfähigen Algorithmen werden detaillierte thermoelektrische und elektrochemische Modelle entwickelt und validiert. Der Mehrwert des Ansatzes bezüglich der Erhöhung von Leistungsfähigkeit und Anzahl der Schnellladezyklen sowie der Reduzierung von Ladezeit und Energieverlusten wird mittels eines auf neuartigen Algorithmen basierenden intelligenten Batterie- und Temperaturmanagements demonstriert. Abgerundet wird das Vorhaben durch eine kritische Bewertung des Gesamtansatzes aus Sicht der Industrialisierbarkeit.
Zunehmende Urbanisierungsprozesse und Umweltzerstörung lenken die Aufmerksamkeit auf Ökosystemdienstleistungen, die Pflanzen in Städten erbringen. Künftige Urbane Grünsysteme (UGS) können die Folgen des Klimawandels in Städten mildern, indem sie die Lebensqualität im Freien verbessern und Gebäude und Menschen vor extremen Wetterverhältnisse schützen. Der Entwurf, die Planung und das Management neuartiger UGS können Strategien und Methoden aus historischen Landnutzungssystemen adaptieren. Diese Systeme sind für bestimmte Kontexte mit dem Ziel entwickelt worden, definierte Funktionen zu erfüllen. Sie basieren auf einer Reihe von Techniken wie z.B. dem Kopfschnitt, dem Schneiteln, dem Leiten und Verbinden von Trieben. Das Potenzial dieser Praktiken für die Entwicklung neuartiger UGS ist bislang nicht systematisch untersucht worden.Das Ziel unserer Forschung besteht darin, die komplexe Dynamik des UGS-Designs und des Pflanzenwachstumsmanagements durch eine neuartige Kombination von performance-oriented design, remote sensing, und Simulation zu untersuchen. Ziel ist es, einen neuen Entwurfsansatz zu entwickeln, der generative und analytische Methoden mit einem geeigneten Entscheidungsunterstützungssystem verbindet. Dieser Arbeitsablauf wird von zwei historischen Systemen abgeleitet: Hausschutzhecken und geleite Baumkronendächer. Historisch basiert die Entstehung und Entwicklung dieser Systeme auf einem regelmäßigen Vergleich zwischen der tatsächlichen Entwicklung und der angestrebten Leistung. Die Vorgehensweise verbindet Entwurfsentscheidungen, physikalische Pflanzenmanipulationen und Wachstumsprozesse. Die Forschungsfragen sind: Wie können die Struktur und die mikroklimatischen Effekte solcher Pflanzensysteme erfasst und simuliert werden? Wie kann die Reaktion von Pflanzen auf Manipulationstechniken modelliert werden? Wie können Entwurfs- und Pflegeentscheidungen auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Ist- und dem Soll-Zustand getroffen werden? Sind diese Methoden für Entwicklungsprognosen plausibel und eignen sie sich für den Entwurf und das Management neuartiger UGS? Das Projekt kombiniert verschiedene Methoden, interdisziplinäres Wissen und die notwendige Erfahrung dreier eng verwandter und sich ergänzender Forschungsbereiche: Architektur mit lebenden Bäumen (Baubotanik, f. Ludwig), Computational Design (M. U. Hensel) und Urban Forestry (T. Rötzer, H. Pretzsch).Dieser Antrag ist der zweite von zwei thematisch verbundenen Projektanträgen. Das erste Projekt untersucht mit einer ökosystemaren, multifaktoriellen Perspektive, wie historische Landnutzungspraktiken neuartige UGS inspirieren können. In einer computergestützten Ontologie werden hier historische Informationen mit Wissen aus dem Gartenbau verknüpft. Die beiden Projekte können unabhängig voneinander bearbeitet werden. Durch das Zusammenführen der Ergebnisse entstehen allerdings durch die erweiterte Wissensbasis verschiedener historischer Ansätze erhebliche Synergien.
Die teilweise submarine Campi Flegrei Caldera (CFC) (Süditalien) gilt als eine der aktivsten Calderen weltweit und steht daher im Fokus von Öffentlichkeit und Wissenschaft gleichermaßen. Dementsprechend wurde sie auch zum Thema der ICDP und IODP Programme. Während das ICDP Projekt (CFDDP) bereits genehmigt und eine Pilotbohrung erfolgreich abgeteuft wurde (12/2012), existiert zum dazugehörigen IODP Projekt zurzeit nur einen Bohrvorschlag (671). Um das amphibische Bohrvorhaben zu unterstützen, wurden in den letzten Jahren zwei mehrkanalseismische (MKS) Datensätze in italienisch-deutscher Kooperation gesammelt. Im Hinblick auf das Bohrprojekt ist ein niederfrequenter 3D MKS Datensatz (25 m Profilabstand, 20-200 Hz) von besonderer Bedeutung. Diese tiefeindrigenden Seismik liefert erstmals Informationen über die tiefe Caldera-Geometrie (ca. 2-3 km) in der ICDP-IODP Zieltiefe. Die Akquise dieser neuen Daten zusammen mit dem aktiven ICDP Bohrvorhaben sowie umfangreicher zusätzlicher Forschung motivierte die Ausführung eines weiteren Magellan Workshops (02/2017), mit dem Ziel den amphibischen Bohransatz revitalisieren.Während der Original Antrag darauf abzielte ausgewählte, ICDP-IODP relevante MKS Profile zu prozessieren und interpretieren um einen amphibischen ICDP-IODP Bohrantrag vorzubereiten, fokussiert sich dieser 24-monatige Folgeantrag auf die Bearbeitung des gesamten niederfrequenten 3D Datensatzes (156 Profile). Solch eine 3D Vorgehensweise ermöglicht eine beispiellose Untersuchung aller Facetten der tiefen Calderastockwerke sowie des magmatischen-hydrothermalen Systems. Diese Studie schafft somit die Voraussetzungen ICDP-IODP Bohrresultate über eine große Fläche interpolieren und verbinden zu können. Schlussendlich ermöglicht eine solch integrative Herangehensweise ein 3D Abbildung des Calderasystems, welche unser gesamtes Verständnis von Calderavulkanismus revolutionieren könnte.Die Ziele des beantragten Projekts folgen Empfehlungen vom dem 2017 Magellan Workshop und sind eng verbunden mit dem ICDP-IODP Vorhaben. Wissenschaftlich liegt der Hauptfokus auf dem Verständnis von (1) Eruptionsmechanismen von gigantischen calderaformenden Vulkanausbrüchen, (2) der Verbindung von flachen hydrothermal-magmatischen Strukturen und Prozessen im tiefen Untergrund, sowie (3) den Unterschieden zwischen terrestrischer und mariner vulkanischer Aktivität. Um die Ziele zu erfüllen, muss zunächst ein sorgfältiges 3D MKS Prozessing und eine Analyse durchgeführt werden. Basierend darauf sollen dann wichtige Charakteristika wie beispielweise Ignimbritablagerungen, magmatische Features, Vulkangebäuden, hydrothermal modifizierte Zonen, Aufstiegswege, Störungszonen, die maximale Mächtigkeit der Calderafüllung, sowie ungestörte sedimentäre Ablagerungen kartiert werden. Schlussendlich sind die Resultate des vorliegenden Antrags essentiell für die finale Platzierung des abgelenkte ICDP Bohrloch sowie der marinen IODP Bohrungen.