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Seawater carbonate chemistry and behavioural trait expression of polar invertebrates

Here, we examine the ecosystem ramifications of changes in sediment-dwelling invertebrate bioturbation behaviour—a key process mediating nutrient cycling—associated with nearfuture environmental conditions (+ 1.5 °C, 550 ppm [pCO2]) for species from polar regions experiencing rapid rates of climate change. This dataset is included in the OA-ICC data compilation maintained in the framework of the IAEA Ocean Acidification International Coordination Centre (see https://oa-icc.ipsl.fr). Original data were downloaded from Polar Data Centre (see Source) by the OA-ICC data curator. In order to allow full comparability with other ocean acidification data sets, the R package seacarb (Gattuso et al, 2024) was used to compute a complete and consistent set of carbonate system variables, as described by Nisumaa et al. (2010). In this dataset the original values were archived in addition with the recalculated parameters (see related PI). The date of carbonate chemistry calculation by seacarb is 2024-07-11.

Physical, chemical, and biogeochemical parameters from a mesocosm experiment at the Sea Surface Facility (SURF), Wilhelmshaven, Germany, spring 2023

This collection (bundled publication) includes datasets from a mesocosm experiment conducted in spring 2023 at the Sea Surface Facility (SURF), Wilhelmshaven, Germany (53.5148° N, 8.1461° E). The experiment initiated a phytoplankton bloom under controlled conditions to examine surface ocean biogeochemistry and sea-surface microlayer (SML) processes. Daily samples were collected from the SML and underlying water (40 cm depth) and analyzed for physical, chemical, and biological parameters. Measurements include meteorological conditions (air temperature, solar irradiance, and albedo), surfactants, nutrients, pigments, particulate and dissolved organic carbon and nitrogen, and additional biogeochemical variables. These datasets provide environmental and biogeochemical context supporting studies on surface ocean processes and are described in detail in the related publication Bibi et al. (2025).

Carbon, water and nutrient dynamics in vascular plant- vs. Sphagnum-dominated bog ecosystems in southern Patagonia

In bog ecosystems, vegetation controls key processes such as the retention of carbon, water and nutrients. In northern hemispherical bogs, a shift from Sphagnum- to vascular plant-dominated vegetation is often traced back to Climate Change and increased anthropogenic nitrogen deposition and coincides with substantially reduced capacities in carbon, water and nutrient retention. In southern Patagonia, bogs dominated by Sphagnum and vascular plants coexist since millennia under similar environmental settings. Thus, South Patagonian bogs may serve as ideal examples for the long-term effect of vascular plant invasion on carbon, water and nutrient balances of bog ecosystems. The contemporary balances of carbon and water of both a bog dominated by Sphagnum and vascular plants are determined by CO2- H2O and CH4 flux measurements and an estimation of lateral water losses as well as losses via dissolved organic and inorganic carbon compounds. The high time resolution of simultaneous eddy covariance measurements of CO2 and H2O in both bog types and the strong interaction between climatic variables and the physiology of bog plants allow for direct comparisons of carbon and water fluxes during cold, warm, dry, wet, cloudy or sunny periods. By the combination with leaf-scale measurements of gas exchange and fluorescence, plant-physiological controls of photosynthesis and transpiration can be identified. Long-term peat accumulation rates will be determined by carbon density and age-depth profiles including a characterization of peat humification characteristics. A reciprocal transplantation experiment with incorporated shading, liming and labeled N addition treatments is conducted to explore driving factors affecting competition between Sphagnum and vascular plants as well as the interactions between CO2-, CH4-, and water fluxes and decisive plant functional traits affecting key processes for carbon sequestration and nutrient cycling. Decomposition rates and driving below ground processes are analyzed with a litter bag field experiment and an incubation experiment in the laboratory.

Erschließung der Ressourceneffizienzpotenziale im Bereich der Kreislaufwirtschaft Bau, Untersuchung der Ressourceneffizienzpotenziale im Bereich der Abfall- und Kreislaufwirtschaft

Kernanliegen des Vorhabens ist es, einen Überblick darüber zu gewinnen, wie sich Bauabfälle einer stofflichen Verwertung zuleiten lassen und dabei möglichst in gleicher oder anderer Funktionalität wieder in Bauprodukte zurückgeführt werden können, bevor sie in eine anderweitige bzw. thermische Verwertung gelangen. Ziel ist die Herbeiführung einer verbesserten Kreislaufwirtschaft im Bereich der Bauwirtschaft. Ausgangslage: Mit dem Beschluss der Bundesregierung 'Nachhaltiges Deutschland' wurde als einer der Leitindikatoren die Ressourceneffizienz bestimmt. Darin wird gefordert, die Ressourceneffizienz vom Niveau 1990 bis 2020 um 50Prozent zu steigern. Da der Indikator aus dem Quotient von BIP und Materialumsatz in Tonnen gemessen wird, hat das Bauwesen mit den eingesetzten Massenbaustoffen einen hohen Anteil (ca. 50Prozent). Die Anforderungen an Bauwerke sind maßgeblich durch die gesellschaftlichen Vorgaben definiert. Da zudem die Wertschöpfung bezogen auf die Masse der Substanz im Verhältnis zu anderen Wirtschaftszweigen gering ist, sind Ressourceneinsparungen schwieriger zu realisieren als bei anderen Produktbereichen. In Deutschland werden nach Angaben der Bauwirtschaft bereits annähernd 90Prozent des entstehenden Abfalls verwertet und ein hoher Anteil davon recycelt (Nachnutzung). Dennoch fallen am Ende des Lebenszyklus nach wie vor Bauabfälle in der Größenordnung von 32,5 Mio. Tonnen an, die nicht dem Recycling, sondern der 'sonstigen Verwertung' zugeführt werden. Ziel: Das Projekt hat das Ziel, Potenziale zur Steigerung eines hochwertigen Recyclings bei Bauschutt und Baustellenabfällen zu untersuchen. Hierfür werden die derzeitigen Stoffströme der Massenbaustoffe Beton, Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton, Gips, Holz, Mineralwolle und Hartschaumdammstoffe, Glas und Kunststoffe analysiert und zwei Szenarien für 2030 aufgestellt. Dabei sollen typische Hemmnisse bei der Steigerung der Kreislaufführung von Baumaterialien aufgezeigt werden. Für die Potenzialabschätzung werden vorab Herkunft, Zusammensetzung und Verwertungswege der genannten Materialfraktionen überschlägig ermittelt. Einen Schwerpunkt der Betrachtung bilden die technischen Möglichkeiten zur Steigerung der Kreislaufführung durch höherwertige Verwertung der Abfallströme des Bauwesens. Innovative Recycling- und Verwertungstechnologien kommen zur Bewertung. Zusätzlich zu den Verfahren zur Gewinnung hochwertiger Rezyklate und deren Optimierungspotenzialen sollen Aufnahmekapazitäten des Bauwesens für mögliche recycelbare Stoffmengen entlang der Bautätigkeit 2010 bis 2030 eingeschätzt werden.

Standardisierte Kleinst-Biogasanlagen zur Vergärung von Schweinegülle mit integrierter Methananreicherung, Gärrest- und Abwasseraufbereitung sowie N-Rückgewinnung, Teilvorhaben 1: Aufbereitung von Wirtschaftsdüngern und Optimierung der Energiebilanz

Ziel des Projektes AManDA ist es, ein Verfahren zur Reduktion methanbildender Stoffe vor Feldausbringung sowie zur Verringerung von Düngervolumen und -gewicht bei gleichzeitiger Aufkonzentrierung der Nährstoffgehalte zu entwickeln. Ebenfalls soll durch die Aufbereitung der Prozessabwässer die mögliche Eutrophierung von Vorflutgewässern durch hohen Nährstoffeintrag verhindert werden. Das entwickelte Verfahren kann zur Senkung von Treibhausgasemissionen durch landwirtschaftliche Arbeiten beitragen. Ziel des Vorhabens ist die marktreife Entwicklung einer modularen Technologie zur Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Dadurch sollen land- und viehwirtschaftliche Betriebe die Möglichkeit haben, die hohen Kapazitäten an Wirtschaftsdüngern optimal zu behandeln und einen energetischen und stofflichen Nutzen aus den anfallenden Stoffströmen zu ziehen. Bei erfolgreichem Betrieb der Pilotanlage und Abschluss der Praxisversuche soll im Anschluss an das Vorhaben durch den Industriepartner ein marktreifes System entwickelt und eingeführt. Die Projektergebnisse sollen zu Empfehlungen für den Praxisbetrieb führen und einen stofflichen und energetischen Mehrwert generieren.

Verzögerte Antwort der Ionosphäre auf Variationen des solaren EUV II (DRIVAR II)

Die Variabilität der oberen Atmosphäre der Erde wird durch die Schwankungen in der Absorption solarer UV- und EUV-Strahlung die Ionosphäre hervorgerufen. Dabei tritt jedoch eine Verzögerung auf, die durch das Zusammenspiel verschiedener physikalischer und chemischer Prozesse verursacht wird. So haben die bestimmenden Ionisations- und Rekombinationsprozesse in den verschiedenen Schichten der Ionosphäre, aber auch Transportprozesse einen entscheidenden Einfluss. Die Rolle dieser Prozesse wurde in verschiedenen Studien untersucht, jedoch haben sich diese Analysen bisher nur mit einzelnen Aspekten der Verzögerung beschäftigt.Im Projekt DRIVAR II werden jene Aspekte der Verzögerung untersucht werden, die bisher nicht in Studien aufgenommen wurden. Dies beinhaltet die Variation der Verzögerung in hohen und niedrigen Breiten und die Rolle von Kopplungsprozessen zwischen Thermosphäre und Ionosphäre. Aufbauend auf diesen Ergebnissen und vorangegangenen Studien wird im Rahmen des Projektes eine globale Beschreibung der Verzögerung bereitgestellt.Die Analyse wird dabei einerseits auf etablierten Datensätzen (z.B. SDO-EVE, GOES, GUVI, Ionosonde oder TEC-Karten) aufbauen, aber andererseits auch neue Daten berücksichtigen (z.B. GOLD und ICON). Diese Vielzahl an solaren, thermosphärischen und ionosphärischen Parametern wird eine detaillierte Beschreibung der ionosphärischen Verzögerung ermöglichen. Hinzu kommen Modelluntersuchungen mit dem Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere Electrodynamics (CTIPe) Modell und dem Thermosphere-Ionosphere- Electrodynamics General Circulation (TIE-GCM) Modell. Die Untersuchungen mithilfe dieser Modelle werden die verantwortlichen Prozesse ionosphärischer Variabilität zu bestimmen. Mit den Ergebnissen der Untersuchungen sollen dann ggf. auch Vorschläge für die Optimierung dieser Modelle formuliert werden und empirische Modelle ergänzt werden.Mit dem DRIVAR-II-Projekt werden die ionosphärischen und thermosphärischen Prozesse, welche die verzögerte Reaktion der Ionosphäre bestimmen umfassender und genauer analysiert. Diese Untersuchungen werden auch das generelle Verständnis von Prozessen in der oberen Atmosphäre verbessern und sind für das Vorhersagen von ionosphärischen Bedingungen interessant.Das Projekt ist eine Kooperation zwischen dem Institut für Solar-Terrestrische Physik in Neustrelitz und dem Institut für Meteorologie der Universität Leipzig.

Untersuchungen zum Einfluß des Weltraumwetters auf die Chemie und Dynamik der Erdatmosphäre (SPEACH)

Energetische Elektronen aus der Aurora und den Strahlungsgürteln sind bekannte Quellen von Stickoxiden in der Auroraregion der oberen Mesosphäre und unteren Thermosphäre (MLT, 60-140 km). Im polaren Winter können diese Stickoxide bis in die mittlere Stratosphäre (30—45 km) herunter transportiert werden; sie variieren dabei mit der geomagnetischen Aktivität und dem dynamischen Zustand der Atmosphäre. Hier tragen Stickoxide maßgeblich zum katalytischen Ozonabbau bei; da Ozon eine wesentliche Rolle in der Strahlungsheizung der Stratosphäre spielt, ändern sich durch den Abwärtstransport von auroralen Stickoxiden auch Temperaturen und Windfelder. Diese Änderungen der Atmosphärendynamik können die ganze Atmosphäre bis hinunter zu troposphärischen Wettersystemen betreffen. Aus diesem Grund wurde kürzlich zum ersten Mal empfohlen, geomagnetische Aktivität als Teil des solaren Forcings des Klimasystems in Klima-Chemiemodellstudien wie CMIP-6 zu berücksichtigen. Die atmosphärischen Ionisationsraten, welche verwendet werden, um solche Modellexperimente anzutreiben, basieren empirisch auf Flüssen von präzipitierenden Elektronen, welche jedoch mit großen Unsicherheiten behaftet sind; neue Studien legen nahe, daß es ernsthafte Probleme mit der Genauigkeit dieser Daten gibt. In diesem Projekt werden wir untersuchen, wie vom Sonnenwind getriebene Prozesse in der Magnetosphäre präzipitierende Elektronen verschiedener Energien beeinflussen, und welchen Einfluß diese präzipitierenden Elektronen auf die Zusammensetzung, Temperatur, und Windfelder in der mittleren Atmosphäre haben.Insbesondere werden wir untersuchen:• Wie beeinflussen vom Sonnenwind getriebene Prozesse in der Magnetosphäre das Präzipitieren von Strahlungsgürtelelektronen in die Atmosphäre?• Zu welchen Energien werden präzipitierende Elektronen in den unterschiedlichen geomagnetischen Stürmen in der Magnetosphäre beschleunigt? • Welcher Energiebereich der Präzipitierenden Elektronen hat den größten Einfluss auf die Zusammensetzung und Dynamik der mittleren Atmosphäre?Dazu werden Modellsimulationen mit dem neuentwickelten VERB-4D Modell durchgeführt, welches Elektronenbeschleunigung in die Atmosphäre durch Welle-Teilchen-Wechselwirkungen mit Chorus, Plasmaspheric hiss, hiss in plumes, und EMIC-Wellen berücksichtigt. Ergebnisse werden mit NOAA POES Daten validiert. Modellierte Elektronenflüsse am Oberrand des Modells werden als Input verwendet für das neuentwickelte Klima-Chemiemodells EMAC/EDITh (Boden bis 220km). Modellierte Temperaturen und der Stickoxid-Gehalt werden anhand von Beobachtungen validiert. Fallstudien werden durchgeführt werden für geomagnetische Stürme, die durch Korotating Interaction Regions (CIR) und solare koronale Massenauswürfe (CMEs) ausgelöst wurden, um zu untersuchen, wie die verschiedenen Prozesse unterschiedliche Bereiche der Atmosphäre beeinflussen.

Modifizierte (Bio)polyelectrolyte zur Abtrennung von NOM (Natural Organic Matter) von Wasser – Eine grundlegende Untersuchung für den Fall von Huminsäure als Modell NOM

In diesem Projekt soll die wichtige Thematik der Entfernung von NOM (Natural Organic Matter) aus Trinkwasser im Aufbereitungsprozess aus der grundlegenden Sicht der Kolloidwissenschaften untersucht werden. Dieses Thema ist eine zentrale Frage der menschlichen Gesundheit und bei Oberflächenwasser wird meist ein Polykation (cPE) zur Bindung und Präzipitation der negativ geladenen NOM Moleküle eingesetzt. Trotz der hohen Bedeutung dieser Fragestellung gibt es nur wenige fundamentale, kolloidchemische Arbeiten zu dieser Thematik. Dieser ist Ansatz dieses Projekts, in dem wir aufgereinigte Huminsäure (HA, Hauptbestandteil von NOM) als Modellsystem nehmen und seine Komplexierung mit unterschiedlich modifiziertem kationischen (quaternisierten) Chitosan (q-Chit) untersuchen wollen. Tests mit australischen Partnern haben bereits vielversprechende Resultate bei der NOM Abtrennung mit q-Chit gezeigt. Seine Hauptvorteile sind Biokompatibilität und Variabilität des molekularen Aufbaus aufgrund einfacher chemischer Modifikation. q-Chit wird hier maßgeschneidert synthetisiert, wobei Parameter wie Ladungsdichte, Mw und Hydrophobizität systematisch variiert werden. Das Phasenverhalten soll als Funktion des Mischungsverhältnisses untersucht werden, inklusive einer quantitativen Bestimmung der im Zweiphasengleichgewicht in Lösung verbleibenden Menge an HA. Dies wird ergänzt durch umfangreiche thermodynamische Untersuchungen (ITC) und der Bestimmung der mesoskopischen Struktur der gebildeten Komplexe mit Hilfe von Licht, Röntgen- und Neutronenstreuung. Wichtig ist auch die zeitliche Entwicklung der Systeme, die durch kinetische Strukturmessungen verfolgt wird. Diese umfassende thermodynamische, strukturelle und kinetische Charakterisierung soll systematische Korrelationen zwischen den cPEs und der Stärke ihrer Wechselwirkungen mit HA liefern. Hieraus soll abgeleitet werden welche molekularen Motive wichtig sind, um die Entfernung von HA aus Wasser zu optimieren. Diese Motive werden in einer optimierten Synthese entsprechend verwendet. q-Chit ist im Fokus, aber später soll auch quaternisiertes verzweigtes Polyethylenimin (PEI) eingesetzt werden, bei dem es sich um kompaktes globuläres Polykation mit hoher Ladungsdichte handelt. Sein Einfluss auf Phasenverhalten und Struktur in Mischungen mit HA soll untersucht werden, mit dem Fokus auf Mischungen in denen auch (lineares) q-Chit enthalten ist, da man einen ausgeprägten Synergismus bei der Wechselwirkung mit den sehr unterschiedlichen anionischen Molekülen der HA erwarten kann. Auf dieser Basis einer umfassenden physiko-chemischen Charakterisierung wollen wir ein solides grundlegendes Verständnis der in Mischungen aus cPE und HA vorliegenden Wechselwirkungen generieren. Dieses soll die Grundlage sein für systematische Verbesserungen bei der Entfernung von NOM aus Trinkwasser, einer der zentralen aktuellen technologischen Herausforderungen der Menschheit.

Erforschung eines neuen, elektrifizierten Verfahrens zur trockenen Herstellung von Papierhandtüchern im gewerblichen Bereich mit geringen CO2-Emissionen im Fertigungsprozess, DDI: Erforschung eines neuen, elektrifizierten Verfahrens zur trockenen Herstellung von Papierhandtüchern im gewerblichen Bereich mit geringen CO2-Emissionen im Fertigungsprozess

Forschergruppe (FOR) 2416: Space-Time Dynamics of Extreme Floods (SPATE), Teilprojekt: Atmosphärische Ursachen extremer Hochwasserereignisse

Die Ziele dieses Teilprojektes sind das bessere Verständnis der Ursachen extremere Hochwasserereignisse, die Einschätzung möglicher zukünftiger Hochwasserextremereignisse und die Untersuchung der Vorhersagbarkeit dieser Ereignisse. Dies soll aus der Perspektive der Vielzahl beteiligter atmosphärischer Prozesse und ihrer Skalenvielfalt durchgeführt werden. Daher wird dieses Teilprojekt wichtige Beiträge in der Forschergruppe SPATE liefern. Unter diesen generellen Zielen wollen wir folgende Forschungsfragen adressieren: 1. Was sind die großskaligen atmosphärischen Vorbedingungen für extreme Hochwasserereignisse? 2. Welche Prozesse verstärken den Niederschlag und die Niederschlagswirkung regional/lokal und verursachen dadurch extreme Hochwasserereignisse? 3. Was sind die raumzeitliche Variabilität und die Klimazukunft dieser atmosphärischen Faktoren und was sind ihre Antriebsfaktoren im Klimasystem? Die beiden ersten Fragen sollen in der ersten Phase (PH1, Monate 1 bis 36) der Forschergruppe SPATE bearbeitet werden. Die dritte Frage soll in Phase 2 bearbeitet werden. Zusätzlich sollen atmosphärische Felder, wie beispielsweise Niederschlag, und abgeleitete Indikatorzeitserien für andere Teilprojekte auf Basis einer über 100jährigen Reanalyse, meteorologischer Beobachtungen und Klimasimulation bereitgestellt werden. Der Forschungsplan der ersten Phase besteht aus drei Arbeitspaketen. Bevor die meteorologischen Ursachen extremer Hochwasserereignisse systematisch untersucht werden können, ist die Erstellung einer langzeitlichen (hier über 100-jährigen) vier-dimensionalen meteorologischen Referenz notwendig (Arbeitspaket 0). Die Referenz basiert auf aufbereiteten Niederschlagsdaten, raumzeitlich (mit dem Modell COSMO-CLM) verfeinerten (auf 12 km Gitterdistanz) Reanalysen (ERA-20C ab 1901, NOAA/NCEP 20 CR für den Zeitraum 1851 bis 1900). Diese Referenz erlaubt eine robuste Statistik der Hochwasser-Wetterlagen-Beziehungen und des Verfolgens der Feuchte im atmosphärischen System (Arbeitspaket 1). Regionale und lokale den Niederschlag verstärkende Faktoren (wie Bodenfeuchte-Niederschlagswechselwirkung, frontale/orographische Hebung mit/ohne konvektive Aktivität) werden in Arbeitspaket 2 mit konvektionserlaubenden Simulationen (Gitterdistanzen kleiner als 2 km) mit COSMO-CLM untersucht. In der zweiten Projektphase planen wir zwei Arbeitspakete. Ein Paket wird die klimatologischen Antriebsfaktoren und die multi-skalige Vorhersagbarkeit bearbeiten. In einem weiteren Arbeitspaket wird die Entwicklung von Hochwasserereignissen aus meteorologischer Perspektive bis in das Jahr 2100 betrachtet. Dieses Teilprojekt wird extreme Hochwasserereignisse und deren Eigenschaften den multiskaligen atmosphärischen Prozessen zuordnen und wird außerdem die Zuordnung hydrologischer Prozesse in der Forschergruppe SPATE unterstützen.

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