Während des letzten Eiszeit-Zykluses wurde CO2 aus der Atmosphäre jahrtausendelang in den tiefen Ozeanen gebunden. Die ozeanische Wassermassenstruktur, die eine solche erhöhte Kohlenstoffspeicherung ermöglichte, ist jedoch weiterhin nicht bekannt. Inkonsistente Rekonstruktionsergebnisse sind größtenteils eine Folge der begrenzten. Insbesondere sind nur wenige Rekonstruktionen von Tiefenwassermassen-Struktur mittels des Neodym (Nd)-Isotopen-Proxys für die letzten 100.000 Jahren verfügbar. Als Selten Erden Elemente wird Nd nicht durch den biologischen Kreislauf beeinflusst, wodurch die Nd-Isotopenzusammensetzung des Meerwassers benutzt werden kann, um Änderungen des Kohlenstoffkreislaufs von der Zirkulation in der Tiefsee getrennt betrachten. Aufgrund des Unterschieds der Nd-Isotopensignaturen zwischen Nord- und Südwasser mehrfach über signifikant unterschiedliche Wassermassenstrukturen des Atlantiks in der Vergangenheit berichtet. Kürzlich wurden jedoch Prozesse identifiziert, die unabhängig von der Herkunft der Wassermasse, die archivierten Nd-Isotopensignaturen (vor allem in Verbindung mit benthischen Nepheloid-Schichten) verändern können und somit die Interpretation als Wassermassen-Tracer in Frage stellen. Diese Prozesse könnten erhebliche Auswirkungen auf paläo-ozeanographische Rekonstruktionen haben, da die meisten Studien bislang Nd-Isotopien unter der Annahme unveränderlicher endmember interpretierten. Gegenwärtig existiert jedoch kein Datensatz aus dem Nordatlantik, der den nördlichen endmember ausreichend genau repräsentiert und dabei den gesamten Glazialen Zyklus abdeckt. Die hier vorgeschlagene Studie wird die etablierte Methodik über den Nd-Isotopen-Proxy an der Universität Heidelberg nutzen und zielt darauf ab, diese kritische Datenlücke zu schließen, indem ein nördlicher Nd-Isotopen-endmember von einem Sedimentkern über die letzten 100.000 Jahre definiert wird. Der IODP-Kern U1313 aus dem subpolare Nordatlantik ist hierfür besonders geeignet, denn er verfügt u.a. über eine ausreichend hohe Sedimentationsrate und liegt außerhalb des Einflusses von benthischen Nepheloid-Schichten oder vulkanischem Material.
Ziel des Subprojekts S1 unter der Leitung der FUB ist die Quantifizierung von ökohydrologischen Wechselwirkungen in Savannen. Folgende Teilziele werden dabei verfolgt: 1. Kategorisierung von Pflanzen in funktionelle Typen abhängig von ihrer Reaktion auf Wasserverfügbarkeit und CO2 während ihres Lebenszyklus. 2. Quantifizierung von Wasserflüssen (Pflanzen und Boden) durch Messungen entlang eines Niederschlags- und Degradierungsgradienten. 3. Integration von Ergebnisse aus 1. und 2. sowie anderen Subprojekten in ein ökohydrologisches Modell, um i) Ursachen von Degradierung und Erosion unter verschiedenen Landnutzungs- und Klimawandelszenarien und ii) Auswirkungen von Degradierung auf Produktivität und Wasserverfügbarkeit zu untersuchen. 4. Bilden einer fundierten wissenschaftlichen Basis über ökohydrologische Feedbacks für das Gesamtprojekt. Die Arbeitsplanung gliedert sich in zwei Bereiche: empirischen Analysen (Tasks 1-4) und Simulationsanalysen (Tasks 4-7). In Tasks 1/2 finden Feldstudien bzw. Experimente zur Reaktion verschiedener Arten auf Wasserstress statt: wie stark können Pflanzen dem Boden Wasser abhängig vom Entwicklungsstadium entziehen und wie wirkt sich Wasserstress aus? In Task 3/4 werden Feldstudien zur Erosion bzw. Grundwasserneubildung durchgeführt. In Task 5/6 werden die Ergebnisse aus Task 1/2 bzw. 3/4 in das Modell eingearbeitet. Task 7 dient dazu, das erweiterte und neu parametrisierte Modell zur Studie von Landnutzungs- und Klimawandelszenarien auszuwerten.
Magnesium (Mg) ist das häufigste Erdalkalielement im Meerwasser und beeinflusst über seine Wechselwirkung mit Calcium (Ca) die biogene und abiogene Calcification in den Ozeanen. Trotz dieser herausragenden Bedeutung für den marinen Stoffkreislauf ist bisher nur wenig über die erdgeschichtliche Evolution der Magnesiumkonzentration im Ozean bekannt. Die erdgeschichtliche Entwicklung des Mg im Ozean könnte mit präzisen Messungen von Mg-Isotopenverhältnissen (d26Mg) besser untersucht werden, da die Mg-Isotopie eine genauere Charakterisierung der Mg-Quellen und Mg-Senken ermöglichen würde. Aktuelle technische/analytische Entwicklungen erlauben solche präzisen Mg-Isotopenmessungen mit der 'Multiple Collector-ICPMS'. Damit können die relevanten biologischen und abiologischen (Calcifications-) Prozesse des marinen Mg-Kreislaufs jetzt auch über Mg-Isotope studiert werden. Zunächst soll die Isotopenfraktionierung des Mg an verschiedenen rezenten Karbonaten umfassend untersucht werden. Ausgehend von den daraus gewonnenen Erkenntnissen sollen im Rahmen dieses Projektes Zeitreihen der d26Mg-Isotopie generiert werden, welche uns Informationen über die erdgeschichtlichen Variationen der Mg-Isotopie und Mg-Konzentration im Ozean geben. Von den Ergebnissen erwarten wir neue Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen der Mg-Konzentration im Ozean und der erdgeschichtlichen Entwicklung der biogenen Calcification.
Two of the major contributors to future ecosystem change are alterations in the climatic conditions, and land use impacts. There is a distinct lack of understanding as to how much particular components of a community will respond to each of these elements in isolation and particularly in combination, as well as the mechanisms which lead to an inherent resistance or vulnerability of a community to that change. We propose a highly novel approach that predicts plant responses to climate change by categorizing species into groups of similar climatic type (e.g. species more commonly found in drier/warmer or wetter/cooler environments). In comparison to other techniques this could prove to be a simple to apply and particularly strong way for investigating the rate and extent of climate change effects on plant communities around the world. This novel climatic group approach was successfully employed by us to follow the response of community components in long-term climate and grazing manipulation experiments in dry environments. Although these groups appear to be useful, two clear doubts in their applicability remain: We dont know 1) the mechanistic traits underlying the patterns or 2) that they can be applied to different habitats. We propose a multi-disciplinary approach to testing the appropriate use of these climatic species groups. Using a combination of statistical analyses, trait screening and simulation modeling, we aim to identify commonality in plant strategies among these groups which may give rise to increased resistance or vulnerability in particular habitats. Secondly, we aim to apply this climatic group approach to another long-term climate and grazing study on vastly different habitats exposed to a continental climate.
Mit der Stilllegung einer Untertagedeponie müssen nach TA Abfall Maßnahmen durchgeführt werden, die einen sicheren Abschluss der abgelagerten Abfälle vom Biozyklus gewährleisten. Unterschiedliche Barrierensysteme können aufgrund ihrer hydraulisch-chemischen Eigenschaften wesentliche Beiträge zur Schadstoffrückhaltung leisten. Laboruntersuchungen sollen den Einfluss der Umgebungsbedingung (anaerob/aerob) auf die Oxidationsspeziationen redoxsensitiver Elemente bestimmen. Dazu ist vorgesehen, die geochemischen Gleichgewichte zu identifizieren, die die Konzentrationen der Schwermetalle unter anaeroben Bedingungen bestimmen, und welche redoxpuffernden Zuschlagsstoffe zur Fixierung von Schwermetallen beitragen können. So soll der Schwermetallgehalt von eluierten Abfallproben (anaerob) identifizierten redoxsensitiven Phasen zugeordnet werden. Untersuchungen, die die Reaktionsmechanismen von Schwermetallen unter anaeroben UTD-Bedingungen aufklären können, stellen eine wesentliche Grundlage zu r Beurteilung der Mobilität von schädlichen Abfallinhaltsstoffen dar, aus denen sich technische Maßnahmen zur Verbesserung der Langzeitsicherheit untertägiger Deponiesysteme ableiten lassen.
Die intensive Aquakultur der Regenbogenforelle, Oncorhynchus mykiss, schafft Bedingungen, unter denen sich Parasiten sehr schnell ausbreiten können. Zu den bei kultivierten Regenbogenforellen in Deutschland gewöhnlich auftretenden einzelligen Krankheitserregern gehören diplomonade Flagellaten im Darmlumen der Fische. Um neue Verfahren zum Management der Infektionskrankheit zur Verfügung zu stellen, führten wir Untersuchungen zur Charakterisierung des Parasiten und zu einem besseren Verständnis dessen Entwicklungszyklus durch und entwickelten einen neuen Test, der Aussagen zur Empfänglichkeit eines Wirtes zulässt. Ultrastrukturelle Untersuchungen bestätigten, dass es sich bei dem Flagellaten um die Art Spironucleus salmonis handelt, welche durch eine glatte Oberfläche und einen caudalen Fortsatz charakterisiert ist. Die Sequenz des ssu rRNA Gens sowie das bevorzugte Mikrohabitat unterscheiden S. salmonis von anderen Diplomonaden in Fischen. Die Beobachtung spezieller Entwicklungsstadien während der Transformation von aktiven Trophozoiten zu enzystierten und manchmal kolonienbildenden Dauerstadien gibt Hinweise auf neue Behandlungsmöglichkeiten. Wir haben erfolgreich einen ursprünglich für Blutflagellaten verwendeten Plasma-Inkubationstest modifiziert und für die Verwendung mit S. salmonis angepasst. Mit der Beobachtung von Lyse, Zytotoxizität und Überlebensdauer der Flagellaten lässt sich der Effekt des Plasmas unterschiedlicher Fischarten auf S. salmonis bestimmen. Erste Daten zeigen eine gute Übereinstimmung der in vitro Ergebnisse mit epizootiologischen Untersuchungen zur Wirtsspezifität von S. salmonis.
Die im Rahmen des Verbundvorhabens 'Holzascheausbringung im Wald' (94NR058) begonnenen Untersuchungen sollten an den bestehenden Versuchsstandorten fortgeführt werden, um die mittelfristigen Auswirkungen der Ascheausbringung in Wäldern beurteilen zu können. Für die Zulassung der Holzasche nach dem Düngemittelgesetz sind die Meliorationswikungen der Holzascheausbringung anhand von Freiland- und Laboruntersuchungen zu verifizieren und im Vergleich zu herkömmlichen Maßnahmen wie z.B. Kalkungen zu bewerten. Durch den Vergleich von Analyseergebnissen unterschiedlicher Holzascheherkünfte und der technischen Rahmenbedingungen der Feuerungsanlagen soll der Zusammenhang zwischen Zusammensetzung des Verbrennungsmaterials, der Verbrennungstechnik sowie verfahrensbedingter An- und Abreicherungsprozesse und den Elementgehalten der Holzasche dargestellt werden. Mit dem Vorhaben soll ein Beitrag zur Beseitigung der aktuellen Rechtsunsicherheit in bezug auf die Ascheausbringung geleistet und im Sinne des Kreislaufkonzeptes Empfehlungen für den Einsatz von Holzaschen bei der Waldmelioration gegeben werden.Die Forschungsergebnisse zeigen, dass für eine Verwendung von reinen Waldholzaschen bei der Bodenschutzkalkung im Wald spezifische Meliorations- und Düngeeigenschaften der Asche vorliegen. Demgegenüber ist die Schadstoffbelastung mit Schwermetallen vergleichsweise niedrig (z.B. in Relation zu Thomasphosphat), die in Holzasche enthaltenen Schwermetalle, wie z.B. Chrom, werden in Waldböden recht stabil gebunden. Eine Beteiligung von Holzasche im Rahmen der Bodenschutzkalkung im Wald ist aus den oben dargestellten Gründen wünschenswert. Voraussetzung für die Akzeptanz und die verantwortliche Gestaltung eines solchen Kreislaufkonzeptes ist jedoch, dass die zur Ausbringung geeignete Holzasche einer belastbaren Qualitätsnorm unterworfen wird und deren Einhaltung durch Analysen periodisch belegt wird. Es wird dementsprechend eine Normung der Holzasche und deren Qualifizierung als Sekundärrohstoffdünger vorgeschlagen. Aus den Forschungsergebnissen und Erkenntnissen abgeleitete Rahmenwerte und Festlegungen werden im Holzasche-Kreislaufkonzept dargelegt.
Die Staerke des CO2-Duengeeffekts wird wesentlich durch die Verfuegbarkeit von Mineralstoffen beeinflusst, da die Allokation der Assimilate z.B. bei unzureichender Versorgung mit Stickstoff nicht erfolgen kann. Zur Vorhersage der Kohlenstoffbilanz der Biosphaere muessen daher die Prozesse des Mineralstoffhaushalts verstanden werden. Die Aufgabe der Gruppe an der Justus-Liebig-Universitaet besteht in der Entwicklung von Modulen und Modellstrukturen zur Untersuchung des CO2-Duengeeffekts und dessen Abhaengigkeit von der Mineralstoff-Verfuegbarkeit: 1. Entwicklung einer Modellstruktur zur programmtechnischen Integration von Modulen biogeochemischer Kreislaeufe. 2. Entwicklung eines Moduls zur Vorhersage der Stomataleitfaehigkeit in Abhaengigkeit von der atmosphaerischen CO2-Konzentration, der Einstrahlung, des Bodenwassers und der Lufttemperatur. 3. Entwicklung eines Moduls zur Vorhersage der Verfuegbarkeit von Stickstoff im Boden fuer die Allokation von Assimilaten. Mit dem Modul sollen moegliche Limitierungen des CO2-Duengeeffekts aufgrund des Stickstoffangebots bestimmt werden koennen. Eingriffe in den Kohlenstoff- und Stickstoff-Haushalt aufgrund landwirtschaftlicher Nutzung werden beruecksichtigt. Um die im Rahmen dieses Projekts entwickelten Module eingehend zu ueberpruefen, werden deren Vorhersagen mit lokal und global aggregierten Daten verglichen. Dazu werden die Module in die neu entwickelte Modellstruktur integriert.
Mit Einrichtung eines Ruecklaufschlammkreislaufes zwischen Vorklaerung und belueftetem Sandfang kann eine zusaetzliche biologische Stufe (A-Stufe) gewonnen werden. Auf einer geeigneten Klaeranlage (10.000 E + EG) soll durch entsprechende, kleinere Umbauarbeiten ein 2-stufiges Belebungsverfahren nach der Technologie des Adsorptions-Belebungs-Verfahrens geschaffen werden. Es soll gezeigt werden, dass eine Entlastung der 2. Stufe moeglich ist und eine bessere und stabilere Reinigungsleistung erreicht wird. Durch Vergleich mit dem urspruenglichen System soll gezeigt werden, dass Bau- und Betriebskosten keineswegs hoeher liegen muessen. Die Sandentfernung muss trotz des Belebtschlammes gesichert bleiben.
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