Sediment erosion and transport is critical to the ecological and commercial health of aquatic habitats from watershed to sea. There is now a consensus that microorganisms inhabiting the system mediate the erosive response of natural sediments ('ecosystem engineers') along with physicochemical properties. The biological mechanism is through secretion of a microbial organic glue (EPS: extracellular polymeric substances) that enhances binding forces between sediment grains to impact sediment stability and post-entrainment flocculation. The proposed work will elucidate the functional capability of heterotrophic bacteria, cyanobacteria and eukaryotic microalgae for mediating freshwater sediments to influence sediment erosion and transport. The potential and relevance of natural biofilms to provide this important 'ecosystem service' will be investigated for different niches in a freshwater habitat. Thereby, variations of the EPS 'quality' and 'quantity' to influence cohesion within sediments and flocs will be related to shifts in biofilm composition, sediment characteristics (e.g. organic background) and varying abiotic conditions (e.g. light, hydrodynamic regime) in the water body. Thus, the proposed interdisciplinary work will contribute to a conceptual understanding of microbial sediment engineering that represents an important ecosystem function in freshwater habitats. The research has wide implications for the water framework directive and sediment management strategies.
Die BK50 stellt die Ergebnisse der bodenkundlichen Landesaufnahme für den Maßstab 1:50.000 dar. Zu den abgegrenzten Bodengesellschaften (Leit- und Begleitbodenformen) werden Bodentyp und Substrattyp benannt. Die detaillierte Horizontabfolge der Leitbodenformen wird mit charakteristischen Bodenparametern beschrieben wie z.B.: Horizontsymbolen, Substraten, Bodenarten, Grobbodenanteilen, Carbonatstufen, Humusstufen und bodenhydrologischen Kennwerten.
In dem Projekt werden Diversität und funktionelle Eigenschaften von mikrobiellen Gemeinschaften erfassten, die im unterirdischen Teil der 'Critical Zone (CZ)' terrestrischer Lebensräumen leben, entlang eines Gradienten von Aridität, d.h. dem EarthShape Transekt in der küstennahen Cordillera in Chile. Es wird überprüft, ob (1) der terrestrische unterirdische Lebensraum verbunden mit der oberirdischen CZ und damit von klimatischen Bedingungen beeinflusst ist. Die CZ ist eine dünne lebende Schicht der Erde, die Atmosphäre und Geosphäre verbindet. Sie wird zunehmend von menschlichen Aktivitäten beeinflusst. Der unterirdische Teil der CZ mit der Verwitterungszone ist ein aktiver Teil der tiefen Biosphäre, die aus Lebensräumen unterhalb der Erdoberfläche besteht und zu den am wenigsten verstandenen Lebensräumen der Erde zählt. Verwitterungsprozesse transformieren hartes und biologisch inertes Muttergestein zu brüchigem verwitterten Gestein, das eine hervorragende Grundlage für Organismen darstellt und aus dem sich Boden entwickelt. Daher ist die Verwitterung von Gestein ganz entscheidend für die Aufrechterhaltung des Lebens, da sie Nährstoffe für die Organismen bereitstellt. Mit Gestein verbundene Lebensformen haben vermutlich Schlüsselrollen, um die Erde so zu gestalten, dass Leben möglich ist. Außerdem wird das Projekt untersuchen, (2) ob die Artenvielfalt und die damit verbundene Abundanz der mikrobiellen Verwitterungsprozesse an der Verwitterungsfront in der Tiefe zunehmen. Die mikrobiellen Gemeinschaften in der Übergangszone von Muttergestein zu Saprolit könnten einen gemeinsam phylogenetischen Ursprung mit nicht-photoautotrophen Organismen von Felsoberflächen haben. Dagegen könnten Gemeinschaften, die zu Verwitterungsprozessen im Saprolit in Bezug stehen, einen phylogenetischen Ursprung mit den mikrobiellen Gemeinschaften aus Böden teilen. (3) Pro- und eukaryotische Mikroorganismen bilden ein Netzwerk, das die Auflösung von Mineralien hauptsächlich an der Verwitterungsfront und in tiefen Saproliten-Profilen steuert. Tiefe taxonomisch Einblicke auf Artniveau werden durch DNA-Sequenzierung (pair-end reads), die auf Amplikon-basiertem Metabarcoding beruht, möglich. Gensequenzen funktioneller Gene werden verwendet, um Abundanzen und phylogenetische Diversität von Aktivitäten der Biomassebildung und Mineralienverwitterung zu bestimmen. Ein neuartiges aufwändiges Protokoll zur Extraktion von DNA wird verwendet, das intrazelluläre DNA lebender Zellen von dem extrazellulären DNA Pool und Dauerstadien (bakteriellen Endosporen) abzutrennen erlaubt. Das ist wichtig, um die Hypothese, ein Fortschreiten der Verwitterungsfront sei ein rezentes Merkmal, das auch heute noch evolviert, entlang des EarthShape-Transekts zu evaluieren. Das Projekt nutzt die Bohrkampagne wie von der DeepEarthshape-Gruppe vorgeschlagen, d.h. eine Bohrung durch Boden und Saprolit bis zum unverwitterten Mutterboden an den vier Untersuchungsgebieten entlang des Ariditätsgradienten.
Meeressedimente enthalten schätzungsweise größer als 10^29 mikrobielle Zellen, welche bis zu 2.500 Meter unter dem Meeresboden vorkommen. Mikrobielle Zellen katabolisieren unter diesen sehr stabilen und geologisch alten Bedingungen bis zu einer Million mal langsamer als Modellorganismen in nährstoffreichen Kulturen und wachsen in Zeiträumen von Jahrtausenden, anstelle von Stunden bis Tagen. Aufgrund der extrem niedrigen Aktivitätsraten, ist es eine Herausforderung die metabolische Aktivität von Mikroorganismen unterhalb des Meeresbodens zu untersuchen. Die Transkriptionsaktivität von diesen mikroben kann seit Kurzem metatranskriptomisch untersucht werden, z.B. durch den Einsatz von Hochdurchsatzsequenzierung von aktiv transkribierter Boten-RNA (mRNA), die aus Sedimentproben extrahiert wird. Tiefseetone zeigen ein Eindringen von Sauerstoff bis zum Grundgebirge, welches auf eine geringe Sedimentationsrate im ultra-oligotrophen Ozean zurückzuführen ist. Der Sauerstoffverbrauch wird durch langsam respirierende mikrobielle Gemeinschaften geprägt, deren Zellzahlen und Atmungsraten sehr niedrig gehalten werden durch die äußerst geringe Menge organischer Substanz, die aus dem darüber liegendem extrem oligotrophen Ozean abgelagert wird. Die zellulären Mechanismen dieser aeroben mikroben bleiben unbekannt. Im Jahr 2014 hat eine Expedition erfolgreich Sedimentkerne von sauerstoffangereichertem Tiefseeton genommen. Vorläufige metatranskriptomische Analysen dieser Proben zeigen, dass der metatranskriptomische Ansatz erfolgreich auf die aeroben mikrobiellen Gemeinschaften in diesen Tiefseetonen angewendet werden kann. Wir schlagen daher vor diese Methode mit einem hohen Maß an Replikation, in 300 Proben von vier Standorten, anzuwenden. Dieser Einsatz wird es uns ermöglichen, Hypothesen in Bezug auf zelluläre Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens, mit einer beispiellosen statistischen Unterstützung, zu testen.Wir warden den aeroben Stoffwechsel, welcher die langfristige Existenz von Organismen in Tiefseetonen unterstützt, bestimmen, Subsistenzstrategien identifizieren in aeroben und anaeroben Gemeinden unterhalb des Meeresbodens, und extrazelluläre Enzyme und ihr Potenzial für den organischen Substanzabbau charakterisieren. Die folgenden Fragen werden damit beantwortet: Wie das Leben im Untergrund über geologische Zeiträume unter aeroben Bedingungen überlebt? Was die allgegenwärtigen und einzigartigen Mechanismen sind, die langfristiges Überleben in Zellen unter aeroben und anaeroben Bedingungen fördert? Was die Auswirkungen von Sedimenttiefe und Verfügbarkeit von organischer Substanz auf die mikrobielle Produktion von extrazellulären Hydrolasen unter aeroben und anaeroben Bedingungen sind? Dies wird sowohl ein besseres Verständnis dafür liefern, wie mikrobielle Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens verteilt sind und was ihre Rolle in biogeochemischen Zyklen ist, als auch wie das Leben über geologische Zeiträume unter extremer Energiebegrenzung überlebt.
Es ist unklar, wie lange hydrothermale Systeme aktiv sein können, die in Verbindung mit flachen Sill-Intrusionen stehen. Ein besseres Verständnis dieser Systeme ist jedoch wichtig, um die Rolle von Riftmagmatismus im globalen Kohlenstoffkreislauf, den die potenzielle Bedeutung für die Tiefe Biosphäre eruieren zu können. Von entschiedender Relevanz ist dabei die Vermengung von Magma und nassem Sediment and der Schnittstelle der Intrusion. In den vorgeschlagenen Arbeiten sollen neue petrophysikalische Daten von IODP Expedition 385 herangezogen werden, um die Konsequenzen dieser Wechselwirkungen für den Wärmetransport mit Hilfe von Modellrechnungen erstmals zu quantifizieren. Der Antragsteller hat neuartige Computerprogramme entwickelt, mit denen die hydrothermale Zirkulation in Verbindung mit Sill-Intrusionen unter Berücksichtigung der daran gekoppelten Änderungen von Permeabilität und Porosität in den intrudierten Sedimente simuliert werden önnen. Durch seine Funktion als Leiter der 'physical properties' Gruppe bei IODP Expedition 385 ist er herausragend gut positioniert, die Kerndaten in die vorgeschlagenen Modellierungen einfließen zu lassen. The beantragten Arbeiten werden neuartige Einblicke in die physikalischen und thermischen Auswirkungen von Sill-Intrusionen in die nassen und unverfestigten Sedimente des Guaymas-Beckens liefern. Im Gegensatz zu anderen Sedimentbecken, in denen tiefe Intrusionen von großen Magmenmengen die Freisetzung großer Gasmengen ausgelöst hat, wird erwartet, dass die flachen Intrusionen des Guaymas-Beckens ganz andere Auswirkungen auf die Reaktionen am Intrusionskontakt und der Flußdynamik des Kohlenstoffs haben wird. Geochemische Analysen an den IODP-Kernen werden Basisdaten für die thermische Entwicklung in den Sedimenten liefern, gegen die die Modelle kalibriert werden können. Durch die Kopplung dieser Messwerte mit einem durch die Modellierung gesteigerten Prozessverständnis werden plausible Szenarien für den Ablauf und die Zeitdauer der hydrothermalen Veränderungen entwickelt werden können. Die Untersuchungen sollen sich auf Bohrsites konzentrieren, die auf unterschiedliche Intrusions- und Versenkungsgeschichten hinweisen, und das aktive Hydrothermalfeld an der Ostflanke des nördlichen Trogs des Guaymas-Beckens einschließen. Das eigens entwickelte thermo-mechanische Computerprogramm erlaubt die Berechnung von 2D-Zeitreihen der Temperaturverteilung in den Sedimenten. Diese Ergebnisse sind von entscheidender Wichtigkeit für Untersuchungen der Tiefen Bioshäre - ein wesentliches Ziel der Expedition. Damit kommt dem vorgeschlagenen Projekt eine zentrale Rolle für die erfolgreiche Durchführung einer Vielzahl anderer Postcruise-Arbeiten zu. Die extreme Bandbreite potenzieller Wechselwirkungen zwischen magmatischen Intrusionen, hydrothermaler Zirkulation und biologischen Vorgängen und deren Konsequenzen für das Cycling von Kohlenstoff in diesen Systemen lassen sich nur durch fundierte Modellrechungen eruieren.
The majority of the worlds forests has undergone some form of management, such as clear-cut or thinning. This management has direct relevance for global climate: Studies estimate that forest management emissions add a third to those from deforestation, while enhanced productivity in managed forests increases the capacity of the terrestrial biosphere to act as a sink for carbon dioxide emissions. However, uncertainties in the assessment of these fluxes are large. Moreover, forests influence climate also by altering the energy and water balance of the land surface. In many regions of historical deforestation, such biogeophysical effects have substantially counteracted warming due to carbon dioxide emissions. However, the effect of management on biogeophysical effects is largely unknown beyond local case studies. While the effects of climate on forest productivity is well established in forestry models, the effects of forest management on climate is less understood. Closing this feedback cycle is crucial to understand the driving forces behind past climate changes to be able to predict future climate responses and thus the required effort to adapt to it or avert it. To investigate the role of forest management in the climate system I propose to integrate a forest management module into a comprehensive Earth system model. The resulting model will be able to simultaneously address both directions of the interactions between climate and the managed land surface. My proposed work includes model development and implementation for key forest management processes, determining the growth and stock of living biomass, soil carbon cycle, and biophysical land surface properties. With this unique tool I will be able to improve estimates of terrestrial carbon source and sink terms and to assess the susceptibility of past and future climate to combined carbon cycle and biophysical effects of forest management. Furthermore, representing feedbacks between forest management and climate in a global climate model could advance efforts to combat climate change. Changes in forest management are inevitable to adapt to future climate change. In this process, is it possible to identify win-win strategies for which local management changes do not only help adaptation, but at the same time mitigate global warming by presenting favorable effects on climate? The proposed work opens a range of long-term research paths, with the aim of strengthening the climate perspective in the economic considerations of forest management and helping to improve local decisionmaking with respect to adaptation and mitigation.
Die Radioaktivitaetsmessungen sollen ueber die Menge, Verteilung und Zusammensetzung der in die Biosphaere gelangenden langlebigen Zerfallsprodukte aufschluss geben. Vorgangsweise: 1. Taegliche Sammlung von Aerosolproben in Luftfiltern am Weissee und in der Schneiderau (Salzburg), 2. Bestimmung der Beta-Aktivitaet des langlebigen Anteils des radioaktiven Aerosols mittels Geiger-Mueller-Zaehler, 3. Untersuchung der Verteilung der Radioaktivitaet auf Einzelteilchen durch Autoradiographie, 4. Feststellung der radioaktiven Isotope durch Gamma-Spektrometrie.
Es handelt sich um drei verschiedene, interdependente Projekte: (1) Entwicklung konzeptioneller hydrogeologischer Modelle zur Charakterisierung von Standorten fuer Endlager radioaktiver Abfaelle (Dr. Werner Huerlimann); (2) hydrogeologische Felduntersuchungen (computergestuetzte Auswertung von Feldversuchen unter Beruecksichtigung verschiedener Prozesse in poroesem und geklueftetem Gestein; Entwicklung von Untersuchungsprogrammen und Auswertmethoden) als Grundlage fuer Standortcharakterisierungen und Sicherheitsanalysen (Dr. Simon Loew). (3) Sicherheits- und Risikoanalysen fuer Endlager radioaktiver Abfaelle; Modellrechnungen fuer Mobilisierung von Schadstoffen im Endlager, Transport von Schadstoffen durch technische Barrieren und Geosphaere, Transport von Schadstoffen in der Biosphaere und Dosisberechnung. Beurteilung von Risiken fuer verschiedene denkbare Freisetzungsszenarien (Dr. Markus Hugi).
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