In the Earth, the dynamo action is strongly linked to core freezing. There is a solid inner core, the growth of which provides a buoyancy flux that drives the dynamo. The buoyancy in this case derives from a difference in composition between the solid inner core and the fluid outer core. In planetary bodies smaller than the Earth, however, this core differentiation process may differ - Fe may precipitate at the core-mantle boundary (CMB) rather than in the center and may fall as iron snow and initially remelt with greater depth. A chemical stable sedimentation zone develops that comprises with time the entire core - at that time a solid inner core starts to grow. The dynamics of this system is not well understood and also whether it can generate a magnetic field or not. The Jovian moon Ganymede, which shows a present-day magnetic dipole field, is a candidate for which such a scenario has been suggested. We plan to study this Fe-snow regime with both a numerical and experimental approach. In the numerical study, we use a 2D/3D thermo-chemical convection model that considers crystallization and sinking of iron crystals together with the dynamics of the liquid core phase (for the 3D case the influence of the rotation of the Fe snow process is further studied).The numerical calculations will be complemented by two series of experiments: (1) investigations in metal alloys by means of X-ray radioscopy, and (2) measurements in transparent analogues by optical techniques. The experiments will examine typical features of the iron snow regime. On the one hand they will serve as a tool to validate the numerical approach and on the other hand they will yield important insight into sub-processes of the iron snow regime, which cannot be accessed within the numerical approach due to their complexity.
It has been suggested that dying and decaying fine roots and root exudation represent important, if not the most important, sources of soil organic carbon (SOC) in forest soils. This may be especially true for deep-reaching roots in the subsoil, but precise data to prove this assumption are lacking. This subproject (1) examines the distribution and abundance of fine roots (greater than 2 mm diameter) and coarse roots (greater than 2 mm) in the subsoil to 240 cm depth of the three subsoil observatories in a mature European beech (Fagus sylvatica) stand, (2) quantifies the turnover of beech fine roots by direct observation (mini-rhizotron approach), (3) measures the decomposition of dead fine root mass in different soil depths, and (4) quantifies root exudation and the N-uptake potential with novel techniques under in situ conditions with the aim (i) to quantify the C flux to the SOC pool upon root death in the subsoil, (ii) to obtain a quantitative estimate of root exudation in the subsoil, and (iii) to assess the uptake activity of fine roots in the subsoil as compared to roots in the topsoil. Key methods applied are (a) the microscopic distinction between live and dead fine root mass, (b) the estimation of fine and coarse root age by the 14C bomb approach and annual ring counting in roots, (c) the direct observation of the formation and disappearance of fine roots in rhizotron tubes by sequential root imaging (CI-600 system, CID) and the calculation of root turnover, (d) the measurement of root litter decomposition using litter bags under field and controlled laboratory conditions, (e) the estimation of root N-uptake capacity by exposing intact fine roots to 15NH4+ and 15NO3- solutions, and (f) the measurement of root exudation by exposing intact fine root branches to trap solutions in cuvettes in the field and analysing for carbohydrates and amino acids by HPLC and Py-FIMS (cooperation with Prof. A. Fischer, University of Trier). The obtained data will be analysed for differences in root abundance and activity between subsoil (100-200 cm) and topsoil (0-20 cm) and will be related to soil chemical and soil biological data collected by the partner projects that may control root turnover and exudation in the subsoil. In a supplementary study, fine root biomass distribution and root turnover will also be studied at the four additional beech sites for examining root-borne C fluxes in the subsoil of beech forests under contrasting soil conditions of different geological substrates (Triassic limestone and sandstone, Quaternary sand and loess deposits).
Magnetic resonance tomography (MRT) on microcosm soil cores (200 mm Ø) used for CeMiX, comprising naturally stacked subsoil down to 700 mm plus topsoil from CeFiT, will be implemented at a laterally partially open Split 1.5 T magnet, with intended final in-plane spatial resolution of 200 Micro m. Three-dimensional biopore distributions and dynamics of their formation within the cores will be determined non-invasively and compared to complementing CT analyses of SP 2. One major aim is a non-invasive differentiation of the biopores into earthworm- and root system-originating ones and currently air-, water-, root- and earthwormfilled ones, based on NMR relaxation parameters. Attempts will additionally be made to classify different wall coatings of the biopores with regard to their water affinity. Dynamics of water distribution within the microcosm core and its biopore structures, starting from initial values taken from CeFiT (SP 3), will be documented with an in-plane resolution of 5 mm, in parallel to measurements of root growth dynamics for calculation of biomass and root surface area. Special emphasis will be put on the role of the plant root system for a re-distribution of water/D2O (and solutes) between different soil layers. Finally we will attempt MRT-controlled sample collection from the microcosm cores, to get - together with our research unit partners of SPs 4-8 - repeated access to minimally invasively acquired data on nutrient and microorganism distributions in concert with non-invasively collected water and root distribution data as a basis for dynamic modelling of water and solute circuits in SP 10. Beside the microcosm cores, flat rhizotrons as used in SP 3 will be employed to enable measurements of root and shoot hydrostatic pressure profiles with pressure probes, in addition to MRT measurements. In this way water distributions and corresponding driving forces and growth dynamics will be measured altogether in a minimally invasive manner.
Das Forschungsprojekt verfolgt zwei Ziele. Zum einen sollen die Erreichbarkeits-Qualitäten im Schienenpersonenverkehr nach dem Verfahren der RIN 2008 für alle deutschen Zentren im Schienenpersonenverkehr (Metropolregionen (MR), Oberzentren (OR), Mittelzentren (MZ) und Grundzentren (GZ)) berechnet werden. Zum anderen soll für den Güterverkehr ein Verfahren entwickelt werden, wie hier 'bedeutende Orte' klassifiziert und wie Erreichbarkeitsdefizite bestimmt werden können. Vorbild hierzu ist das im Personenverkehr angewendete 'Zentrale-Orte-Modell' der RIN. Ausgangslage: In den 'Richtlinien für integrierte Netzgestaltung' (RIN) der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen finden sich methodische Planungshilfen für die integrierte Verkehrsnetzplanung. Darin einbezogen sind auch die relevanten Aspekte der Raum- und Umweltplanung. Die RIN greifen die Ziele der Raumordnung und Landesplanung für die Erreichbarkeit der zentralen Orte auf und leiten die funktionale Gliederung der Verkehrsnetze aus einer zentralörtlichen Gliederung ab. Darüber hinaus werden Kenngrößen für die Angebotsqualität der Verkehrsnetze ermittelt sowie Qualitätsvorgaben zur Gestaltung der Verkehrsnetze gestellt. Die nach dem Verfahren der RIN abgeleiteten Verbindungsqualitäten sind Basis für die Ermittlung von Erreichbarkeitsdefiziten, die im Rahmen der Bundesverkehrswegepläne (BVWP) berücksichtigt werden sollen. Für die Straße liegen Erreichbarkeitsanalysen bereits vor. Solch eine vergleichbare Analyse fehlt jedoch für den Bereich der Schiene. Im Rahmen dieses Projektes gilt es diesen Mangel zu beseitigen und für den Schienenbereich eine bundesweite Erreichbarkeitsanalyse gemäß den Vorgaben der RIN zu erstellen. Die RIN konzentriert sich zurzeit schwerpunktmäßig auf den Personenverkehr und der Güterverkehr wird für die integrierte Verkehrsnetzplanung bislang nicht berücksichtigt. Die vorhandenen Kategorisierungstypen aus dem Schienen- und Straßenpersonenverkehr sind für den Güterverkehr jedoch nicht nutzbar, für die Wasserstraße fehlt eine entsprechende Kategorisierung gänzlich. Deswegen ist im Güterverkehr ein Ansatz zu entwickeln, der die Bestimmung von Erreichbarkeitsqualitäten möglich macht. Zielsetzung: Das Forschungsprojekt verfolgt zwei Ziele, die inhaltlich voneinander getrennt werden können: 1. Erreichbarkeitsdefizite im Schienenpersonenverkehr feststellen bzw. Erreichbarkeiten nach dem Verfahren der RIN 2008 berechnen für alle deutschen Zentren im Schienenpersonenverkehr für Metropolregionen (MR), Oberzentren (OR), Mittelzentren (MZ) und Grundzentren (GZ). 2. Das Zentrale-Orte-Modell für den Personenverkehr ergänzen um die Aspekte des Güterverkehrs bzw. um logistische Funktionen zur Feststellung der Erreichbarkeitsdefizite im Schienengüterverkehr.
Electrical conductivity is a key parameter in models of magnetic field generation in planetary interiors through magneto-hydrodynamic convection. Measurements of this key material parameter of liquid metals is not possible to date by experiments at relevant conditions, and dynamo models rely on extrapolations from low pressure/temperature experiments, or more recently on ab-initio calculations combining molecular dynamics and linear response calculations, using the Kubo-Greenwood formulation of transport coefficients. Such calculations have been performed for Fe, Fe-alloys, H, He and H-He mixtures to cover the interior of terrestrial and giant gas planets. These simulations are computationally expensive, and an efficient accurate scheme to determine electrical conductivities is desirable. Here we propose a model that can, at much lower computational costs, provide this information. It is based on Ziman theory of electrical conductivity that uses information on the liquid structure, combined with an internally consistent model of potentials for the electron-electron, electron-atom, and atom-atom interactions. In the proposal we formulate the theory and expand it to multi-component systems. We point out that fitting the liquid structure factor is the critical component in the process, and devise strategies on how this can be done efficiently. Fitting the structure factor in a thermodynamically consistent way and having a transferable electron-atom potential we can then relatively cheaply predict the electrical conductivity for a wide range of conditions. Only limited molecular dynamics simulations to obtain the structure factors are required.In the proposed project we will test and advance this model for liquid aluminum, a free-electron like metal, that we have studied with the Kubo-Greenwood method previously. We will then be able to predict the conductivities of Fe, Fe-light elements and H, He, as well as the H-He system that are relevant to the planetary interiors of terrestrial and giant gas planets, respectively.
The aim of my study is to calibrate PAR from small lakes against tree biomass, which can be used to achieve quantitative estimates of biomass in the past. Furthermore, the relation between pollen percentages and plant abundance will also be investigated. As study area, the state Brandenburg was chosen, because it has a large number of lakes and is covered by different plant communities, like conifer forest, mixed forest, deciduous forest and open land. These are situated on a range of soil types in a terrain with little altitudinal differences. Lakes in different types of landscape were selected. They were of almost uniform size, mostly ranging from 100-300 m in diameter and without inflow and outflow. Deeper lakes in proportion to the lake size were preferred, to avoid lakes with a high pollen redeposition. In order to have an effective fieldwork and to get the broadest possible data spectrum for modeling, the relevant pollen source area of pollen (Sugita, 1994) was estimated, based on the map CORINE. The calculation shows that the pollen source area is approximately 5-6 km. However, we also sampled lakes which are situated closer together, especially when the landscape structure was very heterogenic at the small scale. From the surface samples of 50 lakes, the pollen percentages of different taxa will be compared with the information from the forest inventory data for different distances around the lakes to evaluate theoretical considerations of pollen source area. These data are available at the data base Datenspeicher Wald, which contains information about cover, age and biomass for the different tree species. This information was collected during the time of the German Democratic Republic (DDR) and is in the most continued. Concurrently, 15 of the short cores are selected for dating by 210Pb. PAR will be calculated based on the sedimentation rates obtained for these cores, so that PAR can be compared to tree biomass for different time slices over the past 50 years.
Commissioned by EURIMA (European Insulation Manufacturers Association) we have created a new study, analyzing U-values (insulation thickness) for a better energy performance of European buildings. The study provides findings for 100 European cities. Aim of the study is to contribute to the discussion of policy makers when reconsidering national regulations. The study reveals that there is significant room for improvement of standards.
The relevance of biogeochemical gradients for turnover of organic matter and contaminants is yet poorly understood. This study aims at the identification and quantification of the interaction of different redox processes along gradients. The interaction of iron-, and sulfate reduction and methanogenesis will be studied in controlled batch and column experiments. Factors constraining the accessibility and the energy yield from the use of these electron acceptors will be evaluated, such as passivation of iron oxides, re-oxidation of hydrogen sulfide on iron oxides. The impact of these constraints on the competitiveness of the particular process will then be described. Special focus will be put on the evolution of methanogenic conditions in systems formerly characterized by iron and sulfate reducing condition. As methanogenic conditions mostly evolve from micro-niches, methods to study the existence, evolution and stability of such micro-niches will be established. To this end, a combination of Gibbs free energy calculations, isotope fractionation and tracer measurements, and mass balances of metabolic intermediates (small pool sizes) and end products (large pool sizes) will be used. Measurements of these parameters on different scales using microelectrodes (mm scale), micro sampling devices for solutes and gases (cm scale) and mass flow balancing (column/reactor scale) will be compared to characterize unit volumes for organic matter degradation pathways and electron flow. Of particular interest will be the impact of redox active humic substances on the competitiveness of involved terminal electron accepting processes, either acting as electron shuttles or directly providing electron accepting capacity. This will be studied using fluorescence spectroscopy and parallel factor analysis (PARAFAC) of the gained spectra. We expect that the results will provide a basis for improving reactive transport models of anaerobic processes in aquifers and sediments.
Zielsetzung: In der fleischverarbeitenden Industrie ergeben sich für die Beschäftigten an vielen Arbeitsplätzen hohe Lärmbelastungen, z. B. im Schlachtbetrieb, an Kuttern, Clippern und Peelern. Selbst in Betrieben mit modernsten Maschinen nach dem Stand der Technik entstehen gehörgefährdende Lärmbelastungen. Da die Arbeitsräume in der Regel allseitig stark reflektierende Raumbegrenzungsflächen aufweisen, sollten sich hier durch raumakustisch wirksame Maßnahmen deutliche Pegelminderungen erreichen lassen, z. B. durch eine schallabsorbierende Belegung der Deckenfläche und ggf. von Wandflächen. Aus hygienischen Gründen kommen allerdings keine offenporigen Schallabsorber aus künstlichen Mineralfasern oder Schaumstoff in Betracht. Alle Materialien müssen sich mit Laugen schäumend reinigen und mit dem Hochdruckreiniger abspritzen lassen. Seit wenigen Jahren gibt es sogenannte mikroperforierte Schallabsorber, die sich z. B. aus Edelstahl, Acrylglas oder PVC herstellen lassen und eine entsprechende Reinigung erlauben. Die akustische Wirksamkeit dieser Materialien beruht darauf, dass der Luftschall bei Durchgang durch das perforierte Material mit vielen winzig kleinen Löchern von z. B. 0,1 bis 1 mm Durchmesser eine Dämpfung erfährt (viskose Reibung in den Löchern) und die Schallenergie in Wärme umgewandelt wird. Die mit diesem Material erreichbaren Lärmminderungserfolge sollen für den Bereich der Fleischwirtschaft untersucht werden. Neben den hier zunächst zu betrachtenden akustischen Aspekten sind dabei auch Fragen der Hygiene aufzugreifen, was in einem separaten Projekt des BGIA - Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung durchgeführt wird. Aktivitäten/Methoden: Da die Wirksamkeit von mikroperforierten Schallabsorbern von den geometrischen Parametern, wie Durchmesser und Anzahl der Bohrungen und dem Abstand zur Decke bzw. Wand abhängt, sollten sie gezielt für den Anwendungsfall ausgewählt werden. Deshalb ist im ersten Schritt der Untersuchung die akustische Situation in den betrachteten fleischverarbeitenden Betrieben zu analysieren. Dabei können größtenteils vorhandene Messdaten der Fleischerei-Berufsgenossenschaft verwendet werden. Die Materialhersteller sollten über die entsprechenden akustischen Eigenschaften der Materialien verfügen, um eine gezielte Auswahl zu ermöglichen. Damit lassen sich dann die erreichbaren Lärmminderungserfolge für einzelne Fleischereibetriebe berechnen. Sollten sich nach diesen Prognoserechnungen ausreichende Lärmminderungserfolge von mindestens 2 dB(A) ergeben, soll die Eignung der mikroperforierten Schallabsorber in einem Folgeprojekt in der betrieblichen Praxis untersucht werden. Dabei sind dann neben der akustischen Wirksamkeit auch Fragen der Hygiene zu untersuchen.
Beobachtungen zeigen drastische Veränderungen in der Arktis bedingt durch den Klimawandel. In den Regionen, in denen der Anteil des mehrjährigen Eises an der Eisdecke abnimmt, weist das Meereis erhöhte Driftgeschwindigkeiten auf, da das dünnere und mechanisch schwächere einjährige Eis stärker auf den Windantrieb reagiert.Ein besseres Verständnis der Meereisdynamik ist daher notwendig um dessen Entwicklung und Variabilität im Zuge des Klimawandels besser vorhersagen zu können. Insbesondere auf lokaler Skala hängt die dynamische Entwicklung des Meereises von seiner Belastung und Deformation ab, welche umgekehrt wieder für die Veränderung des Eises, beispielsweise für das Aufbrechen der Eisdecke und für die Dispersion des Eises verantwortlich sind.In dieser Studie planen wir die Kinematik des Meereises anhand der Finite Scale Lyapunov Exponents (FSLEs) durch Beobachtungen von auf dem Meereis ausgebrachten Bojen zu untersuchen. Zunächst werden statistische Methoden zur Ausbreitung von Partikeln, wie Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen und Frequenzspektren, analysiert. Die FSLEs können beispielsweise für eine Charakterisierung von Dynamiken, welche eine vielskalige Natur besitzen, wie es bei Meereis der Fall ist, genutzt werden. Die Tatsache, dass die FSLEs die Einheit Hertz haben, lässt den Rückschluss zu, dass diese als Indikator für die Vorhersagbarkeit der Strömung genutzt werden können: Das Inverse stellt eine typische Zeitskala für die Separation von Teilchen und daher auch für die Deformierung von Meereis dar. FSLEs stehen außerdem in direktem Zusammenhang mit der horizontalen Dispersion von Teilchen (Bojen) und können anzeigen, ob die Separation der Bojen im Laufe der Zeit exponentiell (chaotisch) oder linear (diffusiv) verläuft oder ob sie einer anomalen Diffusion unterliegt. Die Wiederholung der Berechnungen für unterschiedliche Regionen und Jahre wird hoffentlich die Abhängigkeit der dynamischen Merkmale von unterschiedlichen klimatischen Bedingungen aufzeigen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 420 |
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| Wissenschaft | 150 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 415 |
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| License | Count |
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|---|---|
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| Resource type | Count |
|---|---|
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 327 |
| Lebewesen und Lebensräume | 417 |
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