The geomagnetic field shields our habitat against solar wind and radiation from space. Due to the geometry of the field, the shielding in general is weakest at high latitudes. It is also anomalously weak in a region around the south Atlantic known as South Atlantic Anomaly (SAA), and the global dipole moment has been decreasing by nearly 10 percent since direct measurements of field intensity became possible in 1832. Due to our limited understanding of the geodynamo processes in Earths core, it is impossible to reliably predict the future evolution of both dipole moment and SAA over the coming decades. However, lack of magnetic field shielding as would be a consequence of further weakening of dipole moment and SAA region field intensity would cause increasing problems for modern technology, in particular satellites, which are vulnerable to radiation damage. A better understanding of the underlying processes is required to estimate the future development of magnetic field characteristics. The study of the past evolution of such characteristics based on historical, archeo- and paleomagnetic data, on time-scales of centuries to millennia, is essential to detect any recurrences and periodicities and provide new insights in dynamo processes in comparison to or in combination with numerical dynamo simulations. We propose to develop two new global spherical harmonic geomagnetic field models, spanning 1 and 10 kyrs, respectively, and designed in particular to study how long the uninterrupted decay of the dipole moment has been going on prior to 1832, and if the SAA is a recurring structure of the field.We will combine for the first time all available historical and archeomagnetic data, both directions and intensities, in a spherical harmonic model spanning the past 1000 years. Existing modelling methods will be adapted accordingly, and existing data bases will be complemented with newly published data. We will further acquire some new archeomagnetic data from the Cape Verde islands from historical times to better constrain the early evolution of the present-day SAA. In order to study the long-term field evolution and possible recurrences of similar weak field structures in this region, we will produce new paleomagnetic records from available marine sediment cores off the coasts of West Africa, Brazil and Chile. This region is weakly constrained in previous millennial scale models. Apart from our main aim to gain better insights into the previous evolution of dipole moment and SAA, the models will be used to study relations between dipole and non-dipole field contributions, hemispheric symmetries and large-scale flux patterns at the core-mantle boundary. These observational findings will provide new insights into geodynamo processes when compared with numerical dynamo simulation results.Moreover, the models can be used to estimate past geomagnetic shielding above Earths surface against solar wind and for nuclide production from galactic cosmic rays.
bifa hat ein Vorhaben für die G8- Staaten bearbeitet, in dem die Entwicklungen in Deutschland innerhalb der neun Handlungsfelder ( Actions ) des Kobe 3R Action Plan dargestellt werden. Mit der 3R-Initiative beabsichtigen die G8-Staaten seit 2004 eine bessere Verankerung der Nachhaltigkeit im Umgang mit Rohstoffen durch die stärkere Förderung der drei Prinzipien Reduce, Reuse, Recycle , abgekürzt 3R , in den nationalen Abfallwirtschaftspolitiken. Im Rahmen der Beauftragung untersuchte bifa, welche Punkte aus dem Kobe 3R Action Plan bereits hinreichend durch bestehende Entwicklungen bzw. ergriffene Maßnahmen abgedeckt sind, bei welchen Aktionen noch Lücken bestehen und wie diese Lücken gefüllt werden können. Legt man die drei Zielsetzungen des Kobe 3R Action Plan und die ihnen zugeordneten Handlungsfelder als Prüfraster über die deutsche Abfallwirtschaftspolitik, lässt sich ein sehr hoher Erfüllungsgrad feststellen. Ein erheblicher Teil der vorgeschlagenen Handlungsoptionen war in Deutschland bereits vor 2008 durch konkrete Maßnahmen umgesetzt worden. Für einen anderen Teil wiederum lässt sich der Ursprung, z. B. in Form eines ersten Gesetzentwurfs, auf die Zeit vor 2008 zurückdatieren, die Umsetzung durch die Veröffentlichung im Bundesgesetzblatt aber fand 2008-2011 statt. Einige Regelungen setzen Richtlinien oder Verordnungen der EU, die ihrerseits zum Teil auf Bestrebungen Deutschlands hin zustande kamen, in nationales Recht um. Mit dem in einer fortgeschrittenen Version vorliegenden Entwurf eines novellierten Kreislaufwirtschaftsgesetzes vollzieht Deutschland einen weiteren wichtigen Schritt hin zu einer Abfallwirtschaft, deren Markenzeichen insbesondere eine hohe Ressourceneffizienz ist. Dennoch verbleiben Optimierungspotenziale, zu deren Ausschöpfung bifa Vorschläge für das Bundesumweltministerium erarbeitet hat. Im Zuge des Projekts analysierte bifa u. a. die Importe und Exporte notifizierungspflichtiger Abfälle. Der Saldo hat sich den bifa-Analysen zufolge seit 1998 umgekehrt: Wurden 1998 noch etwa doppelt so viel notifizierungspflichtige Abfälle exportiert wie importiert, hat sich der Import seitdem vervierfacht und die Exporte sind sogar leicht gesunken. Ein wichtiger Grund ist die Verfügbarkeit von Behandlungs- und Verwertungskapazitäten von hoher Leistungsfähigkeit in Deutschland. Die Schadstoffentfrachtung von Abfällen aus Ländern mit einer wenig entwickelten Entsorgungsinfrastruktur führt jedoch innerhalb der deutschen Öffentlichkeit immer wieder zu Kontroversen. Methoden: Analyse und Moderation sozialer Prozesse.
We study the effects of plants and root-associated fungi on wind erosion within the alpine environment of Tibet. China is one of the countries most affected by desertification processes and Tibet, in particular, a key region in desertification combat. The presented project focuses on the Barkha Plain surrounded by Mount Kailash and the Lake of Manasarovar (Ngari Prefecture). This Western Tibet region experienced little scientific attention but, nowadays, faces rapidly increasing touristic activities and expanding local settlements associated with socio-economic changes that are serious threats to the delicate ecological balance and potential triggers of desertification. It exists almost unanimous agreement that revegetation is the most efficient and promising strategy to combat wind erosion and desertification in the long term. However, re-colonising success is often poor, mainly under extreme environmental conditions. Compared to conventional practices, the approach of the presented project attains better accordance with natural succession processes and promises acceleration of both plant and soil development and, conclusively, more efficient desertification control. The project assesses the potential of native plants and symbiotic fungi to control wind erosion and desertification processes. It aims to identify key plants and fungi that increase soil aggregate stability and efficiently drive succession into a natural and self-maintaining cycle of the ecosystem. Furthermore, it provides crucial information for implementing environmentally compatible and cost-effective measures to protect high-elevation ecosystems against desertification. Within three successional stages (early, intermediate, late), field investigations are performed on the basis of Modified-Whittaker plots. Classic methods of vegetation analysis and myco-sociology are combined with analysis of distribution patterns at different scales (patchiness, connectivity). Comprehensive soil analysis is performed comprising grain size distribution, aggregate stability, pH as well as water and nutrient contents. Additionally, important parameters of wind erosion are measured concurrently and continuously to assess their magnitude and variability with respect to vegetation and soil at different levels of development. The parameters addressed, include sediment transport, air temperature, radiation, precipitation, relative humidity as well as speed and direction of wind. Surface moisture is recorded periodically and roughness described. Species and environmental parameters are checked for spatial correlation. Cutting edge technologies are applied in laboratory work, comprising molecular methods for fungal species identification and micro-tomography to analyse soil structure. Furthermore, successfully cultivated fungi and plants are subject of synthesis experiments and industrial propagation in view of practical implementation in restoration measures.
Introduction: In Malaysia, excessive nutrients from livestock waste management systems are currently released to the environment. Particularly, large amounts of manure from intensive pig production areas are being excreted daily and are not being fully utilised. Alternatively, the excess manure can be applied as an organic fertiliser source in neighbouring cropping systems on the small landholdings of the pig farms to improve soil fertility so that its nutrients will be available for crop uptake instead of being discharged into water streams. Thus, there is a need for better tools to analyse the present situation, to evaluate and monitor alternative livestock production systems and manure management scenarios, and to support farmers in the proper management of manure and fertiliser application. Such tools are essential to quantify, and assess nutrient fluxes, manure quality and content, manure storage and application rate to the land as well as its environmental effects. Several computer models of animal waste management systems to assist producers and authorities are now available. However, it is felt that more development is needed to adopt such models to the humid tropics and conditions of Malaysia and other developing countries in the region. Objectives: The aim is to develop a novel model to evaluate nutrient emission scenarios and the impact of livestock waste at the landscape or regional level in humid tropics. The study will link and improve existing models to evaluate emission of N to the atmosphere, and leaching of nutrients to groundwater and surface water. The simulation outputs of the models will be integrated with a GIS spatial analysis to model the distribution of nutrient emission, leaching and appropriate manure application on neighbouring crop lands and as an information and decision support tool for the relevant users.
Existing models of soil organic matter (SOM) formation consider plant material as the main source of SOM. Recent results from nuclear magnetic resonance analyses of SOM and from own incubation studies, however, show that microbial residues also contribute to a large extent to SOM formation. Scanning electron microscopy showed that the soil mineral sur-faces are covered by numerous small patchy fragments (100 - 500 nm) deriving from microbial cell wall residues. We will study the formation and fate of these patchy fragments as continuously produced interfaces in artificial soil systems (quartz, montmorillonite, iron oxides, bacteria and carbon sources). We will quantify the relative contributions of different types of soil organisms to patchy fragment formation and elucidate the effect of redox con-ditions and iron mineralogy on the formation and turnover of patchy fragments. The develop-ment of patchy fragments during pedogenesis will be followed by studying soil samples from a chronosequence in the forefield of the retreating Damma glacier. We will characterize chemical and physical properties of the patchy fragments by nanothermal analysis and microscale condensation experiments in an environmental scanning electron microscope. The results will help understanding the processes at and characteristics of biogeochemical interfaces.
Beach sand deposits are widespread in the area around Sandefjord, at the western coast of the Oslofjord, southern Norway. The age of the deposits continuously increases with elevation, as the area has been subject to steady glacio-isostatic uplift throughout the Holocene. Existing local sea level curves provide age control related to elevation. Thus, the area offers excellent conditions to test hypotheses on soil formation and OSL dating. A chronosequence covering the last 10 000 years will be established. A preliminary study showed that soil formation leads to Podzols within 4300 - 6600 years. Micromorphological analyses suggest that clay illuviation takes place before and below podzolisation. It is hypothesised that clay translocation goes on contemporarily with podzolisation, but at greater soil depth, where the chemical conditions are suitable. This hypothesis will be proved by more detailed micromorphological investigation and chemical analyses. The factors controlling soil forming processes and their rates, will be determined by analyzing elemental composition, primary minerals and clay mineralogy. Preliminary OSL dating tests suggest that the beach sand deposits are OSL dateable despite the high latitude. This hypothesis will be checked by comparing OSL datings to ages derived from the 14C-based sea level curves.
Halogenradikale spielen eine Schlüsselrolle in der Chemie der polaren Grenzschicht. Alljährlich im Frühjahr beobachtet man riesige Flächen von mehreren Millionen Quadratkilometern mit stark erhöhten Konzentrationen von reaktivem Brom, welches von salzhaltigen Oberflächen in der Arktis und Antarktis emittiert werden. Dieses Phänomen ist auch als Bromexplosion bekannt. Des Weiteren detektieren sowohl boden- als auch satellitengestützte Messungen signifikante Mengen von Jodoxid über der Antarktis, jedoch nicht in der Arktis. Die Gründe für diese Asymmetrie sind nach wie vor unbekannt, aber das Vorhandensein von nur wenigen ppt reaktiven Jods in der antarktischen Grenzschicht sollte einen signifikanten Einfluss auf das chemische Gleichgewicht der Atmosphäre haben und zu einer Verstärkung des durch Brom katalysierten Ozonabbaus im polaren Frühjahr haben. Der Schwerpunkt der Aktivitäten im Rahmen von HALOPOLE III wird auf der Untersuchung von wichtigen Fragestellungen liegen, die im Rahmen der Vorgängerprojekte HALOPOLE I und II im Bezug auf die Quellen, Senken und Transformationsprozesse von reaktiven Halogenverbindungen in Polarregionen aufgetreten sind. Basierend sowohl auf der synergistischen Untersuchung der bislang gewonnen Daten aus Langzeit - und Feldmessungen sowie auf neuartigen Messungen in der Antarktis sind die wesentlichen Schwerpunkte: (1) Die Untersuchung einer im Rahmen von HALOPOLE II aufgetretenen eklatanten Diskrepanz zwischen aktiven und passiven Messungen DOAS Messungen von IO. (2) Eine eingehende Analyse der DOAS Langzeitmessungen von der Neumayer Station und Arrival Heights (Antarktis) sowie Alert (Kanada) bezüglich Meteorologie, Ursprung der Luftmassen, Vertikalverteilung, sowie des Einflusses von Schnee, Meereis und Eisblumen auf die Freisetzung von reaktiven Halogenverbindungen. (3) Die Untersuchung der kleinskaligen räumlicher und zeitlichen Variation von BrO auf der Basis einer detaillierten Analyse der flugzeuggebundenen MAX-DOAS Messungen während der BROMEX 2012 Kampagne in Barrow/Alaska. (4) Die Analyse der kürzlich in der marginalen Eiszone der Antarktis auf dem Forschungsschiff Polarstern durchgeführten Messungen im Hinblick auf die horizontale und vertikale Verteilung von BrO und IO, sowie den Einfluss der Halogenchemie auf den Ozon- und Quecksilberhaushalt. (5) Weitere detaillierte Untersuchungen des Einflusses von Halogenradikalen, insbesondere Chlor und Jod, auf das chemische Gleichgewicht der polaren Grenzschicht auf der Basis einer Messkampagne in Halley Bay, Antarktis. (6) Detailliertere Langzeit-Messungen von Halogenradikalen und weiteren Substanzen auf der Neumayer Station mittels eines neuen Langpfad-DOAS Instruments welches im Rahmen dieses Projektes entwickelt wird. Zusätzlich zu den bereits existierenden MAX-DOAS Messungen werden diese eine ganzjährige Messungen des vollen Tagesganges sowie die Untersuchung nicht nur der Brom- und Jodchemie, sondern auch der Chlorchemie ermöglichen.
Recent and predicted increases in extremely dry and hot summers emphasise the need for silvicultural approaches to increase the drought tolerance of existing forests in the short-term, before adaptation through species changes may be possible. We aim to investigate whether resistance during droughts, as well as the recovery following drought events (resilience), can be increased by allocating more growing space to individual trees through thinning. Thinning increases access of promoted trees to soil stored water, as long as this is available. However, these trees may also be disadvantaged through a higher transpirational surface, or the increased neighbourhood competition by ground vegetation. To assess whether trees with different growing space differ in drought tolerance, tree discs and cores from thinning experiments of Pinus sylvestris and Pseudotsuga menziesii stands will be used to examine transpirational stress and growth reduction during previous droughts as well as their subsequent recovery. Dendroecology and stable isotopes of carbon and oxygen in tree-rings will be used to quantify how assimilation rate and stomatal conductance were altered through thinning. The results will provide crucial information for the development of short-term silvicultural adaptation strategies to adapt forest ecosystems to climate change. In addition, this study will improve our understanding of the relationship between resistance and resilience of trees in relation to extreme stress events.
The gross carbon uptake of terrestrial vegetation through photosynthesis is a crucial parameter in climate change research. A global, observation-based characterization of ecosystem gross primary production can only be performed with satellite measurements. However, the traditional description of vegetation from space is based on the so-called spectral vegetation indices, which are not able to provide a reliable indication of photosynthetic efficiency driving carbon assimilation by vegetation. This results in an inherent limitation of existing satellite products to provide an accurate description of ecosystem functioning. By contrast, ongoing developments in instrument design and modelling approaches have very recently made possible the retrieval of vegetation chlorophyll fluorescence from space measurements. A vast number of laboratory and field experiments have demonstrated that fluorescence is a direct proxy to vegetation light use efficiency which can therefore enable a much more accurate description of gross primary production. This project proposes the implementation of a research group with focus on the global monitoring and interpretation of chlorophyll fluorescence from existing and upcoming Earth Observation missions. This task will imply the development of a variety of atmospheric-surface radiative transfer modelling approaches, data processing, retrieval techniques and ecosystem modelling tools, with the ultimate objective of developing a new approach to the observation of carbon assimilation by vegetation from space.
In Fragebogen-Untersuchungen zur Lärmwirkung wurden bisher sehr unterschiedliche Operationalisierungen von Wirkungsvariablen (wie z.B. Belästigung, Störung von Aktivitäten) und außer-akustischen Faktoren (sog. Moderatoren wie z.B. Lärmempfindlichkeit, misfeasance) verwendet. Deshalb hat sich die Arbeitsgruppe community response der International Commission on the Biological Effects of Noise (ICBEN, Team No. 6) als langfristiges Ziel die Entwicklung von Fragebogen-Guidelines und die Formulierung eines Muster-Fragebogens für die Lärmwirkungsforschung gesetzt. D.h. es soll ein Vorschlag erarbeitet werden, in welcher Form globale und spezifische Lärmwirkungen in Befragungen erhoben werden sollten. Um dieses Vorhaben zu unterstützen, hat der Arbeitskreis Ökologische Lärmforschung die Erstellung einer systematischen Übersicht über vorhandene Fragebögen aus Lärmwirkungsstudien auf internationaler Ebene in Angriff genommen. Diese Übersicht soll es u.a. ermöglichen, die Struktur von verschiedenen Fragebögen sowie die in ihnen verwendeten Operationalisierungen für Lärmwirkungs- und Moderatorvariablen (hinsichtlich Art der Frageformulierung sowie der Antwortformate) zu vergleichen. Für den/die einzelne/n Lärmforscher/in bietet diese Übersicht die Möglichkeit, sich auf sehr effiziente Art und Weise darüber zu informieren, wie bestimmte Konstrukte in bisherigen Untersuchungen operationalisiert worden sind bzw. welche Alternativen zu den bereits selbst angewandten Operationalisierungen bestehen. Nach einer systematischen Ermittlung von Namen und Adressen einschlägiger Lärmforscher/innen, wurden diese um die Zusendung von Fragebögen sowie ergänzender Materialien aus eigenen Lärmwirkungsstudien gebeten. Die zugesandten Fragebögen werden gegebenenfalls übersetzt und mit der Methode der qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet. Hierbei werden die Fragebögen im Hinblick auf formelle Aspekte (z.B. Jahr der Erhebung, Sprache, Art der Befragungsmethode) wie auch im Hinblick auf strukturelle Aspekte (z.B. Umfang des Fragebogens, abgefragte Variablengruppen, Antwortformate) ausgewertet. Hauptgegenstand der Auswertung ist aber insbesondere die Auswertung der Lärmwirkungsvariablen (z.B. die Abfrage der globalen Lärmbelästigung, Aktivitätenstörungen, Kommunikationsstörungen) sowie der Moderatorvariablen (z.B. Lärmempfindlichkeit, Lärmbewältigungsvermögen, misfeasance). Parallel dazu wurde eine Datenbank entwickelt, in der die Ergebnisse der Analysen dargestellt und verwaltet werden. Diese Datenbank wird ab November 2001 im Internet unter http://www.eco.psy.ruhr-uni-bochum.de/nqd für jede/n interessierte/n Forscher/in zugänglich und nutzbar sein. Langfristig ist darüber hinaus geplant, ein Archiv mit den Original-Fragebögen aufzubauen, in dem einzelne Fragebögen auf Wunsch eingesehen werden können.