Die lakustrinen Ablagerungen an den beiden ICDP Sites Chalco (Zentralmexiko) und Petén Itzá (nördliches Guatemala) eröffnen die Gelegenheit Ursachen und Folgen eines sich veränderten kontinentalen Klimas in den nördlichen Neotropen während des letzten Glazial-/Interglazialzyklus zu rekonstruieren. Trotz ihrer vergleichsweise nahen geographischen Lage, zeigen beide Archive deutliche Unterschiede hinsichtlich ihrer klimatischen Entwicklung, insbesondere während des Zeitintervalls zwischen 85 und 50 tausend Jahren, der letzten Vereisungsphase und der Kältephase des Heinrich Stadials (HS) 1. Um die zeitliche und räumliche Entwicklung des Klimas und dessen Effekt auf aquatische und terrestrische Ökosysteme in den nördlichen Neotropen, einer Region von zentraler Bedeutung für globale Klimadynamiken zu rekonstruieren, planen wir beide ICDP Sites mit einem Multiproxyansatz zusammen mit Paläoklimamodellierung in hoher Auflösung zu untersuchen.Unser Ansatz umfasst Untersuchungen beider sedimentärer Archive mit Hilfe von bulk-geochemischen Methoden, Biomarkern und organischen Temperaturproxies mit Paläobioindikatoren und Paläoklimasimulationen über den Zeitraum des letzten Glazial-/Interglazialzyklus (ca. 135 Tausend Jahre) um den (1) Effekt von Klimaveränderungen auf aquatische und terrestrische Ökosysteme (z.B. während der HS 1 bis 6) zu bestimmen und (2) den Einfluss von sich veränderten Ozeanströmungsmustern, wie der Atlantic Meridional Overturning Circulation und der Pacific Ocean Circulation, insbesondere während ausgezeichneter Kalt- und Warmphasen, auf das regionale Klima und das Ökosystem der nördlichen Neotropen festzulegen. Um die proxybasierten Klimarekonstruktionen der Chalco und Petén Itzá Ablagerungen in einen transregionalen Kontext zu stellen, werden wir unsere Ergebnisse mit denen von anderen kontinentalen und marinen Klimaarchiven aus den Neotropen vergleichen. Potentielle 'climate forcing mechanisms' werden mit Hilfe von hoch-aufgelösten Paläoklimasimulationen unter der Verwendung des 'Community Earth System Model (CESM 1)' für Zeitintervalle, die durch kontrastierenden Klimabedingungen zwischen beiden Lokationen ausgezeichnet sind, bestimmt. Ziel der Untersuchungen ist die detaillierte Rekonstruktion der räumlichen und zeitlichen Entwicklung der Klimageschichte der nördlichen Neotropen in Abhängigkeit von sich verändernden Ozeanzirkulationsmustern über die letzten 135 tausend Jahre zu verstehen und zu untersuchen wie und in welcher Geschwindigkeit sich aquatische und terrestrische Ökosysteme an beiden ICDP Lokationen an sich ändernde Umweltbedingungen angepasst haben. Dies ist von entscheidender Bedeutung um vorherzusagen, wie sich die sensiblen Ökosysteme der Neotropen unter einem sich zu erwartendem trockeneren und wärmeren Klima entwickeln werden.
Aktuelle Publikationen und Tagungen zum Thema Biomonitoring belegen, dass die Anwendung molekularer Biomarker in Biotaproben zur Identifikation von Umwelteinflüssen auf genetischer Ebene immer mehr an Bedeutung zunimmt. Das Ziel dieser Studie war es daher zu überprüfen, ob die Verwendung von Biomarkern auf genetischer Ebene in Jahreshomogenatproben der Umweltprobenbank (UPB) des Bundes prinzipiell ebenfalls möglich ist. Im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie wurden Untersuchungen mit archivierten Muskulatur- und Leberproben von Brassen (Abramis brama) durchgeführt, da diese zum einen im UPB-Programm schon langjährig beprobt werden. Zum anderen sind Fische in der aquatischen Umwelt einer Vielzahl von Schadstoffen ausgesetzt, so dass sich hier viele potentielle Anwendungen ergeben. Weiterhin liegen für Fische umfangreiche Daten aus genetischen Untersuchungen im Labor vor. So ist es durch die Ableitung aus den bekannten Gensequenzen des Zebrabärblings (Danio rerio), einer mit dem Brassen verwandten Spezies, gelungen, Gene zu identifizieren, die im Brassen durch unterschiedliche Stressoren reguliert werden. Es konnten sowohl Marker detektiert werden, die wirkstoff-unspezifisch reguliert werden, als auch solche, die als wirkstoff-spezifisch anzusehen sind. Als Wirkstoff-unspezifischer Marker konnte das Gen des so genannten Hitzeschockproteins (HSP; heat shock protein) identifiziert werden. HSP wird durch die unterschiedlichsten Stressoren sehr schnell reguliert und repräsentiert dahingehend einen Indikator, der Auskunft darüber gibt, in welchem allgemeinen Stresszustand sich der untersuchte Organismus befand. Als Wirkstoffspezifische Marker wurden die Gene des Metallothioneins, das durch verschiedene Schwermetalle, und des Vitellogenins, das durch östrogenwirksame Substanzen in der Expression stark beeinflusst werden, gewählt. Für diese Gene konnte in Brassenlebern eine von den Expositionsbedingungen abhängige Aktivität nachgewiesen werden. So zeigten Fische von belasteten Standorten im Vergleich zu einem Referenzstandort eine höhere Expression dieser Gene. Die vorliegende Studie zeigt damit prinzipiell, dass molekulare Biomarker auch in Brassenproben der Umweltprobenbank des Bundes im Sinne eines retrospektiven Monitoring erfolgreich Anwendung finden können. Mit Hilfe der DNA-Microarray Technik wird es nun möglich, entsprechende Untersuchungen auf eine Vielzahl relevanter Gene auszuweiten und an einer großen Probenzahl durchzuführen. Damit könnten die bisher schon erfolgreich durchgeführten retrospektiven Untersuchungen von UPB-Proben zur Exposition von Fischen gegenüber Schadstoffen mit Daten zu möglichen Effekten auf genetischer Ebene ergänzt werden. Da Biomarker geschlechtsspezifisch unterschiedlich reagieren können (z.B. Vitellogenin), wird empfohlen, insbesondere die Brassen für die UPB zukünftig nach Geschlechtern getrennt zu beproben und einzulagern, um so die Anwendungsmöglichkeiten noch zu erweitern.
Die Wasserstoffisotopensignatur (Delta D-Wert) von Wasserpflanzenbiomarkern wird zunehmend zur Rekonstruktion vergangener hydrologischer Zustände von Seen verwendet. Während der Synthese dieser Biomarker findet eine Diskriminierung des schwereren Wasserstoffisotopes Deuterium im Vergleich zum aufgenommenen Wasser statt. Im direkten Vergleich zu terrestrischen Pflanzen gibt es sehr wenig verfügbare Daten bezüglich der Größe dieses Fraktionierungsfaktors (Epsilon). Weiterhin ist unbekannt, inwieweit Umweltfaktoren die Isotopenfraktionierung beeinflussen. Dieses fehlende Wissen erschwert die Interpretation von Gamma D-Werten aquatischer Biomarker in Seesedimentkernen erheblich. Eine bereits durchgeführte Pilotstudie und weitere erste Experimente suggerieren einen möglichen Einfluss von Salinität des Seewassers, sowie Nährstoff- und Lichtverfügbarkeit auf Epsilon. Um diesen Verdacht zu bestätigen, müssen nun die Magnituden von potentiellen Isotopeneffekten dieser Parameter in einer systematischen Studie untersucht werden. Wie bereits erfolgreich getestet, werden hierfür Wasserpflanzen verschiedener Spezies, unter kontrollierten Bedingungen, mit Fokus auf Variabilität genannter Parameter, im Labor gezüchtet. Weiterhin werden Makrophyten an geeigneten Standorten über weite Gradienten von Salinität und Nährstoffstatus beprobt und hinsichtlich Delta D-Werten von Biomarkern analysiert. Mithilfe der gewonnenen Daten aus dem gekoppelten Feld- und Laborversuch können die potentiellen Isotopeneffekte von Salinität, Nährstoffverfügbarkeit und Lichtintensität für die zukünftige Anwendung in paläoklimatischen Studien kalibriert werden. Die erwarteten Ergebnisse werden somit einen wichtigen Beitrag hinsichtlich der Interpretierbarkeit von Delta D-Werten aquatischer Biomarker aus Seesedimenten liefern. Die gewonnenen Erkenntnisse sind somit ein wichtiger Baustein zur Rekonstruierbarkeit vergangener hydrologischer Zustände von Seen und damit ein essentieller Faktor zum Verständnis möglicher zukünftiger Änderungen im Zusammenhang mit der Erderwärmung.
Kohlen sind in Indonesien als Energieträger von wachsender Bedeutung. Die Ablagerung der Kohlen erfolgte vorwiegend im Tertiär. Untersuchungen zu den Ablagerungsbedingungen im Zuge der Genese dieser Kohlen (Palaeoenvironment) und der Zusammensetzung der Wälder, aus denen die Kohlen gebildet wurden, liegen bisher nur in einem geringen Umfang vor. Mit einem im Oktober 2004 begonnenen Forschungsprojekt soll diese Lücke geschlossen werden. Im Rahmen des Projekts werden Kohlen aus dem Mahakam-Delta mit Methoden analysiert. Besonderer Wert wird auf die Bestimmung der Gehalte der Biomarker (Chemofossilien) gelegt. Diese sind besonders zur Rekonstruktion der Ablagerungsbedingungen und des Pflanzeneintrags geeignet. Mikroskopische Untersuchungen geben darüber hinaus Auskunft zur Reife (thermischen Belastung) der Kohlen im Zuge der Diagenese. Außerdem soll der Vergleich der organisch-geochemischen und mikroskopischen Daten helfen, die Eignung der verschiedenen organisch-geochemischen Parameter bei der Analyse der Kohlenfazies zu überprüfen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen als Basis für die zukünftige Bewertung der indonesischen Kohlen nach Reifegrad und Zusammensetzung genutzt werden. Um einen Beitrag zu einer möglichst umweltverträglichen Nutzung der indonesischen Kohlevorkommen zu leisten, werden zudem die Gehalte an Schwermetallen in den Kohlen bestimmt.
In Amazonien dominieren nährstoffarme Oxisole und Ultisole, die nur schwer nachhaltig nutzbar sind. Innerhalb dieser Bodenlandschaft kommen allerdings aufgrund langandauernder anthropogener Nutzung durch präkolumbische Indianer tiefhumose, nachhaltig bewirtschaftbare Böden vor. Unsere bisherigen Untersuchungen belegen, dass die hohen und stabilen Humusvorräte dieser Böden maßgeblich auf pyrogenen Kohlenstoff zurückzuführen sind. Ungeklärt ist bisher die Herkunft ihrer hohen Nährstoffgehalte (bes. N, P, Ca, Mg). Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es deshalb, durch die kleinräumige Analyse von Biomarkern und ihrer Stabilisotopenverhältnisse sowie von P-Bindungsformen Hinweise auf die Terra Preta-Genese zu bekommen. Insbesondere soll zwischen dem Eintrag menschlicher und tierischer Exkremente sowie zwischen aquatischer und terrestrischer Biomasse unterschieden werden. Von den Ergebnissen der Untersuchungen erwarte ich gezielte Aussagen über die Anreicherung der Terra Preta-Böden mit Nährstoffen sowie die Heterogenität der Eintragspfade.
Weltweit erleben Korallenriffe einen Niedergang. Die langfristigen Folgen dieses Rückgangs der Korallenriffe sind noch ungewiss. Es ist dagegen klar, dass Millionen von Menschen für ihr Überleben auf dieses am weitesten entwickelte Ökosystem in niederen Breiten angewiesen sind. Anthropogen bedingte globale Veränderungen wie die globale Erwärmung, die Versauerung der Ozeane und die Verschlechterung der Wasserqualität (Eutrophierung) wurden als mögliche Schuldige für den Niedergang der Korallenriffe identifiziert. Das Zusammenspiel dieser Faktoren ist jedoch unbekannt und verschiedene Studien deuten darauf hin, dass sie die Entwicklung der Korallenriffe hemmen oder fördern können. Ein Problem ist das Fehlen von Langzeitaufzeichnungen von Meeresoberflächentemperatur (SST) und -produktivität aus Gebieten mit einer Korallen-Vergesellschaftung, die modernen Riffen ähnelt. In diesem Projekt planen wir diese Rekonstruktion für das Queensland Plateau, welches in der Nähe des heutigen Großen Barriere Riffs liegt. Es ist bekannt, dass sich die Korallenriffe in dieser Region bis zum späten Miozän (10-5,5 Ma) ausgedehnt haben. Danach kam es während der mittelpliozänen Warmzeit (3,0-3,5 Ma) zu einer Reduktion der Fläche des Riffsystems. Wir planen drei Biomarker (UK37', TEX86, LDI) zur Rekonstruktion der Meeresoberflächentemperatur zu verwenden. Zur Rekonstruktion der Produktivität werden neue, korallenspezifische Stickstoffisotope mit den Biomarkern und korallen-basierten Ba/Ca verglichen werden. Unsere Pilotdaten zeigen, dass sowohl Meeresoberflächentemperaturen als auch die Produktivität während des Mittel-Pliozäns hoch waren, während nur SSTs während des späten Miozäns hohe Werte zeigen. Diese vorläufigen Daten deuten darauf hin, dass hohe SSTs in Kombination mit einer erhöhten Produktivität während des mittleren Pliozäns die Reduktion des Riffwachstums auf dem Queensland Plateau verursacht haben könnten. Um diese Hypothese zu überprüfen ist es essentiell Daten in höherer Auflösung zu generieren, um die Wechselwirkung von Faktoren zu bestimmen, die zum Verlust von Korallenriffen in der Vergangenheit geführt haben und potentiell in der Zukunft führen werden.
Die Gründung von Städten hat das Hirten-Nomadentum und die Umwelt in der Mongolei grundlegend verändert. Jedoch ist nicht bekannt, wie die Versorgung einer städtischen Bevölkerungsagglomeration im Herzen der mongolischen Steppe aufrechterhalten wurde und wie diese von der umgebenden Umwelt getragen wurde. In unserem Projekt werden wir daher die frühere Landnutzung und die Brandhistorie im Zusammenhang mit paläoklimatischen Veränderungen und dem Aufstieg und Niedergang der Städte erforschen. Auf lokaler Ebene wollen wir dabei untersuchen, ob und wie sich die Abfallentsorgung zwischen nomadischen und städtischen Haushalten zu bestimmten Zeiten unterscheidet. Zum Verständnis regionaler Prozesse analysieren wir kolluviale Ablagerungen in der Annahme, dort Hinweise auf die damalige Landwirtschaft zu finden. Durch Untersuchungen von Seekernen erwarten wir schließlich Informationen darüber, wie urbane und nicht-urbane Phasen mit überregionalen Brandereignissen und der Ausbreitung von Gehölzen korrelieren. Um diese Ziele zu erreichen, werden Nährstoffe, Isotopenzusammensetzungen und Biomarker analysiert, die in der Umwelt stabil sind: Zur Lokalisierung der organischen Abfälle untersuchen wir unterschiedliche P-Formen, zusätzlich liefern Sterole und Gallensäuren Informationen über deren Herkunft, z.B. menschlichen oder tierischen Ursprungs. Zum eventuellen Nachweis eines Anbaus von C4-Pflanzen, erfassen wir die Stabil Isotopen-Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz; mittels Lignin-Analysen unterscheiden wir ehemals bewaldete und unbewaldete Gebiete. Zur Rekonstruktion von Feuerregimen werden Analysen von schwarzem Kohlenstoff und (methylierten) polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen durchgeführt. Insgesamt werden wir damit zu einem besseren Verständnis beitragen, wie die Versorgung der Städte mit den damaligen Umwelt- und Landnutzungsbedingungen zusammenhängt.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 400 |
| Land | 3 |
| Wissenschaft | 26 |
| Zivilgesellschaft | 2 |
| Type | Count |
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| Daten und Messstellen | 25 |
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| License | Count |
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| Topic | Count |
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| Boden | 291 |
| Lebewesen und Lebensräume | 359 |
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| Weitere | 419 |