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Langfristige Veränderungen von Ozeangezeiten – Prozessverständnis und Vorhersagen

Langfristige Veränderungen von Gezeiten zählen zu den bemerkenswertesten Facetten der Ozeandynamik. Zur Entschlüsselung dieser Signale wird im vorliegenden Projekt ein mehrschichtiger Modellierungsansatz auf globalen und regionalen Skalen entwickelt, der Meeresspiegelvariationen, Veränderungen der ozeanischen Dichtestruktur und Migrationsbewegungen von antarktischem Schelfeis in klassische Gezeitensimulationen einflechtet. Die Reaktion primärer Partialtiden auf diese Antriebsmechanismen wird in einer ersten Ausbaustufe von ~1970 bis 2015 erarbeitet, wobei hochauflösende barokline (3D) Simulationen im Nordostatlantik und um Australien rigoros in globale barotrope (2D) Vorwärtsläufe eingebettet werden. Die Validierung der Simulationsergebnisse gegenüber robusten und großräumigen Gezeitentrends aus Wasserstandsbeobachtungen legt den Grundstein für konkrete Projektionen von Ozeangezeiten bis zum Jahr 2100 unter Annahme realistischer Emissionsszenarien. Veränderte Randbedingungen in globalen und regionalen Gezeitenläufen einhergehend mit Meeresspiegelanstieg, Ozeanerwärmung und ausdünnendem Schelfeis werden hierzu in konsistenter Weise aus gekoppelten Klimamodellen abgeleitet. Erweiterte barokline und globale Sensitivitätsexperimente liefern einen Überblick über Küstenabschnitte, in denen mit nennenswerten Gezeitenentwicklungen durch großflächige Veränderungen der Dichtestruktur zu rechnen ist. Neben dem reinen Prozessverständnis soll auch Augenmerk auf die Abschätzung von Unsicherheiten der numerisch modellierten Tidenvariabilität in den kommenden Dekaden gelegt werden. Das Projekt ebnet in seiner Gesamtheit den Weg für eine verlässlichere Quantifizierung von säkularen Gezeitensignalen in Anwendungsbereichen (z.B. Küstenschutz) und der Ozeanographie nahestehenden Wissenschaftsdisziplinen.

Charakterisierung von Mineralstaub-Deposition mit hoher Zeitauflösung im Hinblick auf Partikelgröße, Zusammensetzung und atmosphärische Alterung an für ein atmosphärisch-ozeanisches Staubbudget relevanten Standorten

Nass- und Trockendeposition sind die wesentlichen Prozesse, die Mineralstaub aus der Atmosphäre entfernen. Teragramm Mineralstaub werden pro Jahr interkontinental verfrachtet. Erreicht Staub weitab von seiner Quelle wieder die Erdoberfläche, kann er erheblichen Einfluss auf Ökosysteme haben. Insbesondere ozeanische Ökosysteme sind in ihrer Bioproduktivität nährstofflimitiert. Diese Nährstoffe können durch Mineralstaub eingetragen werden. Trotz der Bedeutung der Deposition sind Messungen bislang rar, und Staubmodelle, die sich an den wenigen Messungen validieren, zeigen erhebliche Fehler. Hauptsächlich der Mangel an geeigneten Messdaten behindert im Moment das weitergehende Verständnis des Staubzyklus. Fehlende standardisierte Messtechnik zur Trockendepositionsmessung erschwert bislang gute Datenerfassung. Daher wird ein neuer automatisierter Nass- und Trockendepositionssammler entwickelt und charakterisiert. Der Sammler wird mit meteorologisch relevanter Zeitauflösung (Stunden bis Tage) betrieben und damit einen großen Nachteil vergangener Messungen beheben, nämlich eine Zeitauflösung von meist Wochen bis Monaten. Durch den Einsatz automatisierter rasterelektronenmikroskopischer Einzelpartikel-Analyse wird ein bisher unerreichter Daten-Detailreichtum für Partikelgrößen von 700 nm bis 100 mym zur Verfügung stehen, einschließlich Partikelgrößenverteilung, Elementzusammensetzung und Partikel-Mischungszustand. Besondere Aufmerksamkeit wird potentiellen Nährstoffen wie Fe, P, K, Mg und Ca gewidmet. Für ausgewählte Proben wird weiterhin Partikel-Hygroskopizität bestimmt.Nach der Testphase auf der Insel Frioul, Frankreich, während der der Sammler im Vergleich zur dort existierenden Zeitreihe validiert wird, werden drei Instrumente an Stationen in Betrieb genommen, die für Staubeintrag in die relevant Ozeane sind: Sao Vicente, Kap Verde und Barbados im Saharischen Ausfluss so wie Heimaey, Island, im arktischen Staub. In einer zweiten Phase (nach dem vorliegenden Projekt) soll das Netzwerk dann erweitert werden durch New Island, Falkland im südamerikanischen Ausfluss, Amakusa, Japan im asiatischen Ausfluss und die Insel Amsterdam zwischen dem südafrikanischen und dem australischen Ausfluss. Zum ersten Mal werden aus diesem Projekt kontinuierliche Zeitreihen der Nass- und Trockendeposition von Mineralstaub zur Verfügung stehen, die tägliche bzw. Ereignis-basierte Zeitauflösung und zudem Partikel-Größenauflösung bieten. Hieraus werden atmosphärische Schlüsselfaktoren abgeleitet, die zur Deposition führen. Weiterhin wird eine Partitionierung zwischen Nass- und Trockendeposition und ihr Größenverteilung von Nährstoffen - insbesondere P und Fe - untersucht. Partikel-Mischungszustand und Form werden durch ein Mischungsmodell und Bildanalyse bestimmt. Eine öffentliche Datenbank wird bereitgestellt, die z. B. für Modellvalidierung zu Verfügung steht. Es ist geplant, die Stationen nach Ende der DFG-Finanzierungphase weiter zu betreiben.

Internationale Untersuchung zur Entwicklung von Antwortskalen in der Laermwirkungsforschung

In 15 Laendern (Australien, Deutschland, Frankreich, Grossbritannien, Japan, Neuseeland, Niederlande, Norwegen, Oesterreich, Portugal, Schweden, Spanien, Tuerkei, Ungarn und USA) werden Untersuchungen zur Entwicklung von Antwortskalen durchgefuehrt. Es sollen gleichabstaendige Skalen konstruiert werden, die in persoenlichen und telefonischen Befragungen eingesetzt werden koennen. Zukuenftig soll von den beteiligten Forschern und Forscherinnen zumindest eine Frage zur allgemeinen Laermbelaestigung in jede Untersuchung aufgenommen und jeweils im selben Antwortformat beantwortet werden. So sollen Ergebnisse demnaechst auch international besser vergleichbar sein.

Entwicklung, Bau und Inbetriebnahme einer einzigartigen solaren Methanolproduktionsanlage in Australien

Entwicklung und Aufbau einer Modellaufwindkraftanlage

Anwendung/Zielgruppe: Für Ausbildungszwecke. Reale Nutzung vor allem in Entwicklungsländern und Regionen des Sonnengürtels der Erde. Großprojekte im Planungsstadium. Projektdarstellung: Nach der erfolgreichen Erprobung eines Versuchskraftwerkes in Almeria/Spanien durch das Stuttgarter Ingenieurbüro Schlaich, Bergermann und Partner kann die Technologie als gesichert und tragfähig betrachtet werden. Ein Großprojekt in Mildura/Australien mit einem 1000 m-Kamin ist in Vorbereitung. Die Modellanlage mit einem 7 m-Kamin dient vor allem der praktischen Ausbildung von Ingenieuren am Objekt. Nach dem bekannten 'Treibhauseffekt' in einem transparenten 'Großkollektor' solar erwärmte Luft wird in einem Kamin in kinetische Energie (konvektive Strömung) und potentielle Energie (Druckabfall an der Turbine) gewandelt. Eine druckgestufte ummantelte Turbine kann bis zu 2/3 des Druckes abbauen und nutzen. Der modulare Aufbau gestattet verschiedenste Kollektor- und Speichervarianten (Nachtbetrieb) und somit die Testung realer regionaler Bedingungen. Als besondere Innovation wurde vom Projektleiter eine Kaminregulierung entwickelt, die mit Laborsystemen bedient werden kann. Umfangreiche Meßsysteme gestatten weitergehende Forschungen und praxisrelevante Simulationen. Das System wird in die Laborausbildung integriert. Es gestattet die Veranschaulichung diverser physikalischer Prinzipien.

Vegetation von Inselbergen: Struktur, Diversitaet und oekogeographische Differenzierung einer tropischen Lebensgemeinschaft

Inselberge sind fast nackte Felserhebungen, die sich inselartig aus der Ebene erheben und eine von der Umgebung abweichende Vegetation tragen. Sie kommen weltweit mit Schwerpunkt in den Tropen vor. Inselberge weisen wenige, weltweit gleichfoermige, physiognomisch charakterisierbare Habitate auf und sind deshalb ideale Modellsysteme fuer Forschungen zur Biodiversitaet und Inselbiogeographie. Ausser wenigen, lokalen Beschreibungen lagen vor Beginn des Projektes keine Informationen zur Vegetation von Inselbergen vor. Vergleichende, ueberregionale Studien fehlten voellig. Das Forschungsvorhaben untersucht erstmals die Vegetation von Inselbergen weltweit, mit Schwerpunkten in Westafrika (Cote d'Ivoire), Suedostafrika (Simbabwe) und Suedamerika (Venezuela) und Australien. Die Vegetation von mehr als 400 Inselbergen wurde inventarisiert und erfasst. Die Diversitaet der pflanzlichen Lebensgemeinschaften wird quantifiziert. Ausgehend von dieser einzigartigen Datengrundlage koennen Biodiversitaet, Oekologie und Floristik eines Oekosystems weltweit verglichen werden. Die Bedeutung deterministischer und stochastischer Prozesse fuer die Zusammensetzung und Diversitaet der lokalen Pflanzengemeinschaften wird untersucht. Der ueberregionale und globale Vergleich der Ergebnisse laesst allgemeine Aussagen ueber die Mechanismen der Aufrechterhaltung trophischer Biodiversitaet zu.

Bioökonomie International 2024: CHARGE - Entwicklung poröser Anodenmaterialien aus biobasierten, aus dem Meer stammenden (Chitin/Chitosan) und forstwirtschaftlichen Abfällen (Hydrokohle) für die Anwendung in Natriumionen-Batterien (SIBs)

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Aragonit-Schlamm, Ooide und Riffe: Neogene bis quartäre Karbonatsedimentation auf dem Nord-West Schelf von Australien

Der Nord-West Schelf von Australien (NWS) bildet eine sich distal versteilende Karbonat-Rampe, die in ihrer Größe den Karbonatsystemen der Bahamas oder des Persischen Golfs entspricht und somit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis älterer Rampensysteme liefern kann. Der NWS erstreckt sich von ca. 13 Grad bis 21 Grad S und liegt am Übergang von den Tropen zu den Subtropen. Die Karbonatsedimentation auf dem Schelf ist stark von der regionalen Ozeanographie abhängig, die durch den südwärts gerichteten, warmen, niedrig salinaren Leeuwin-Strom und den Indonesischen Durchfluss bestimmt wird. Die heutige Sedimentverteilung am Meeresboden ist gut dokumentiert. Erkenntnisse zur neogenen bis pleistozänen Sedimentabfolge sind dagegen auf Informationen von Bohrklein und geophysikalischen Daten beschränkt. Die IODP Expedition 356 erbohrte 2015 den Kontinentalrand des zentralen und südlichen NWS, um dessen Ablagerungsgeschichte vom Miozän bis heute zu untersuchen. Die gewonnenen Daten erlauben zum ersten Mal eine Integration zwischen Kernmaterial und seismischen Untersuchungen mit dem Ziel regionaler sowie detaillierter geomorphologischer Untersuchungen des Karbonat-Systems. Innerhalb des Projektes werden wir: 1) überprüfen, ob sich im Gegensatz zur 'highstand shedding' Theorie auf dem NWS aragonit-reiche 'lowstand wedge' Systeme ausbilden; 2) die Umweltbedingungen analysieren, die zur Ablagerung von Ooiden und Peloiden auf dem NWS führten; 3) mit Hilfe einer am Kern kalibrierten, seismischen und sequenzstratigraphischen Interpretation die Kontrollfaktoren für die Entwicklung und das spätere Ertrinken des miozänen Riffsystems analysieren.

Bio-ökonomische Modelle zur Untersuchung der Effektivität und Effizienz von fischereiwirtschaftlichen und politischen Aktivitäten

Es wird um Förderung eines 6-monatigen Forschungsaufenthaltes in Australien nachgesucht. Der Aufenthalt soll dazu dienen, ein Forschungsprojekt weiterzuentwickeln, das 1999 begonnen wurde. Das Forschungsprojekt selbst ist als ein Teil einer langjährigen Zusammenarbeit zwischen australischen Ökonomen McDonald, Campbell, Tesdell) und dem Antragsteller hervorgegangen. Im Förderungszeitraum wird angestrebt, (a) eine stochastische Version eines bereits bestehenden mathematischen Optimierungsmodells der deutschen Fischereiflotte zu entwickeln und (b) diese mit biologischen Modellen der Fischbestandsentwicklung (rekursiv) dynamisch zu einem Fanggebietsmodell zu verkoppeln. Die Literatur- und Datensammlung ist weitgehend abgeschlossen und soll während des Förderungszeitraumes zu einem Übersichtsbeitrag ausgearbeitet werden. Ebenso ist die Modellstruktur weitgehend ausdiskutiert und erscheint mit den vorhandenen Daten und technischen Informationen ausfüllbar zu sein.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Entwicklung eines 3,5 Millionen Jahre langen Index der Dipolvariabilität im Indischen Ozean

Der Indische Ozean Dipol (IOD) ist der bestimmende Modus der jährlichen Variabilität der Meeresoberflächentemperaturen (SST) im tropischen Indischen Ozean. Der IOD repräsentiert warme (positive) und kalte (negative) SST-Schwankungen zwischen dem westlichen und östlichen Teil des Indischen Ozeans. Vom IOD verursachte extreme Klimaereignisse (z.B: Dürren in Australien, Überschwemmungen in Ostafrika) werden, angetrieben durch die Zunahme von Treibhausgasen, voraussichtlich in Zukunft häufiger auftreten. Trotz potentiell tiefgreifender Auswirkungen auf die angrenzenden Regionen mit mehr als 2 Milliarden Einwohnern ist die die postulierte Sensitivität des IOD gegenüber CO2 Variationen unzureichend erforscht. Hier könnte die Erforschung der IOD-Variabilität während geologischer Zeitintervalle mit höheren CO2-Gehalten einen wichtigen Beitrag leisten. Bisher fehlen jedoch geeignete paläoklimatologische Datensätze aus der Kernregion des IOD im Indischen Ozean weitgehend.Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, IOD-Veränderungen während der letzten 3,5 Millionen Jahre mittels eines neuen IOD-Proxies zu entschlüsseln. Dieser Zeitraum war durch erhebliche Schwankungen im globalen CO2-Gehalt gekennzeichnet und umfasst die Spät-Pliozäne Warmphase, die als Analogon für den künftigen Klimawandel gilt. Im Zentrum dieses Projekts steht die Hypothese, dass IOD-bedingte Schwankungen der Oberflächenwinde die tiefe meridionale Umwälzungszirkulation im Indischen Ozean beeinflussen. Basierend auf rezenten Beobachtungsdaten verursacht die Schwächung (Verstärkung) des Ekman-Transports während positiver (negativer) IOD-Phasen eine geringere (verstärkte) Belüftung des Tiefwasserregimes und folglich ein Aufsteigen (Absinken) der Lysokline. Diese neuen hydrografischen Erkenntnisse eröffnen somit einen völlig neuen Weg für die Erforschung vergangener IOD-Veränderungen. Daher zielt dieses Projekt darauf ab, Änderungen der Tiefenwasserbelüftung im westlichen Indischen Ozean als Index für die IOD-Variabilität heranzuziehen. In diesem Projekt sollen daher speziell zwei Hypothesen getestet werden:1) Karbonatlösungsszyklen sind Indikatoren für Veränderungen der Tiefenwasserbelüftung im westlichen Indischen Ozean und repräsentieren ein Maß für die Intensität des IOD,2) Die Amplitude des IOD ist linear korreliert mit Änderungen des globalen CO2-Gehalts.Um die Variabilität der Tiefwasserventilation in hoher zeitlicher Auflösung zu entschlüsseln, wird der Sedimentkern ODP 709 aus dem westlichen äquatorialen Indischen Ozean, einer Schlüsselregion des IOD, untersucht. Dabei werden Daten aus zeitlich hochaufgelösten XRF-Messungen mit stabilen Isotopen und Mg/Ca-basierend Meeresoberflächentemperaturen anhand von benthischen und planktischen Foraminiferen kombiniert. Die Synthese der gesammelten Daten erlaubt die Entwicklung deines Vergleichsindex der IOD-Variabilität für die letzten 3,5 Millionen Jahre.

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