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Wirkung mikrobiologischer Prozesse am Boden und im Wasser auf verschiedene atmosphaerische Spurengase

Zielsetzung: Untersuchungen ueber den Einfluss mikrobiologischer Prozesse im Boden und Oberflaechenwasser der Ozeane auf CO, H2, CFCl3, CF2Cl2, CCl4, Hg, H2CO, N2O und CH4. Bestimmung der Abbauraten und Produktionsraten als Funktion der Bodenart und Bodentemperatur. Messung der im Wasser geloesten Gasanteile im Ozean und Bestimmung ihrer vertikalen Verteilung bis in Wassertiefen von 1000 m. Methoden: in situ-Messungen am Boden sowie an verschiedenen Stellen der Ozeane; Laboruntersuchungen mit verschiedenen Mikroorganismen.

Untersuchungen mit oben offenen Experimentierkammern zur Auswirkung bestimmter Luftschadstoffe auf Gesundheitszustand und Wachtstum von Forstpflanzen

Seit Beginn der 80er Jahre wird in der Ursachenforschung der Waldschaeden bestimmten Luftschadstoffen eine entscheidende Rolle beigemessen. Aus diesem Grund wurde von der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Wuerttemberg ein Pilotprojekt begonnen. Ziel dieses Vorprojektes war die Entwicklung und Erprobung einer Grosskammer zur Untersuchung von Filterwirkung, Wintertauglichkeit und Kammerklima. Solche 'oben offenen Experimentierkammern' bieten die Moeglichkeit, Luftschadstoffe der Umgebungsluft auszuschliessen. Aus den Kontrollen mit den jeweiligen Freiluftbaeumen lassen sich dann Rueckschluesse auf die Auswirkungen der verschiedenen Schadstoffe ziehen. Dieses Pilotprojekt wurde im Muenstertal im Suedschwarzwald in 850 m ue NN durchgefuehrt. Die praktische Erprobung waehrend zweier Betriebsjahre zeigte einen weitgehend stoerungsfreien Kammerbetrieb. Die hoelzerne Konstruktion und die Folienbespannung widerstanden allen Belastungen durch Wind und Schnee. Lueftungs- und Filterungssystem arbeiteten befriedigend. Im Gegensatz zum technischen Kammerbetrieb bleiben die qualitativen Kammerbedingungen hinter den Erfordernissen zurueck. Eine wesentliche Abweichung von den Freilandbedingungen stellten die fehlenden Nebel- und Tauereignisse dar. Aus immissionsoekologischer Sicht entfielen hierdurch Depositionen, die fuer das aktuelle Schadensphaenomen der montanen Nadelvergilbung von besonderer Bedeutung sein koennten. Die nahezu lueckenlosen Messreihen der Klimawerte belegten ferner, dass die grundlegende Forderung nach einem freilandaehnlichen Kammerklima in den getesteten Kammern nur bedingt erfuellt werden konnte. Dies traf insbesondere fuer Luft- und Bodentemperaturen, fuer die relative Luftfeuchtigkeit und die Strahlungsverhaeltnisse zu. Aufgrund der beobachteten Klimaeffekte sowie des Fehlens wesentlicher immissionsoekologischer Feuchtefaktoren lassen die Testpflanzen sowohl kurz- als auch langfristig Wuchs- und Symptomreaktionen erwarten, die nicht mit denen des Freilandes vergleichbar sind. Unter diesen Bedingungen ist nur der Vergleich von Kammer zu Kammer statthaft. Die Durchfuehrung spezieller Kurzzeitexperimente (zB waehrend einer Vegetationsperiode) mit den Behandlungsvarianten Rein- und Umgebungsluft scheiterte an der relativ geringen Luftschadstoffbelastung des Projektstandortes. Gegen Langzeit-Experimente sprachen die nicht vergleichbaren Wachstumgsbedingungen innerhalb und ausserhalb der Kammern. Um uebertragbare Kammerergebnisse zu erzielen, muessten kostenintensive Optimierungsmassnahmen vorgenommen werden. Vorrangige Verbesserungen waeren im Bereich der Lichtbedingungen und der Temperaturreduktion angezeigt. Die Steuerungsgruppe kam zu dem abschliessenden Ergebnis, dass das Projekt im Vorprojektstadium abgeschlossen und am Standort 'Muenstertal' nicht in ein langfristiges Abschlussprojekt uebergeleitet werden sollte.

Entwicklung einer biologisch abbaubaren Mulchabdeckung für den Pflanzenschutz, Teilvorhaben 1: Freilandversuche

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Compoundproduktes aus einem Vlies und einer biologisch abbaubaren Beschichtung. Dieses biologisch abbaubare Compoundprodukt, VliesFilm genannt, soll konventionellen Mulchfolien aus Polyethylen im Pflanzenbau ersetzen können, bei gleichen positiven Wachstumseinflüssen auf die Pflanzen. Hauptkomponenten und Entwicklungsschritte des zu optimierenden integrierten Systems (Integrated Plant Management - IPM) sollen folgende sein: a: Entwicklung eines neuartigen biologisch abbaubaren Compoundproduktes aus einem Viskosevlies und einer Beschichtung zum Mulchen (VliesFilm). Beide Bestandteile des VliesFilms sind biobasiert und bestehen zu 100% (Vlies), bzw. 50% (Beschichtung) aus nachwachsenden Rohstoffen und sind biologisch abbaubar. Alle Inhaltstoffe der Beschichtung haben eine Lebensmittelzulassung (E-Nummer), stehen aber nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion wie z.B. stärkebasierte Materialien. Der primäre Fokus liegt auf der Entwicklung und Optimierung des VliesFilms aus NaWaRos hinsichtlich der phytosanitären Eigenschaften im Vergleich zu konventionellem Mulchmaterial (PE, 20-25my). Als wichtigste pflanzenbaulichen Faktoren sind hier Wasserverfügbarkeit, Bodentemperatur, und die Unterdrückung von Unkräutern zu nennen. b: Der VliesFilm soll einen Mehrwert gegenüber konventionellen PE-Folien erhalten. Zu diesem Zweck werden die Beschichtungen eingefärbt, um repellente Effekte auf anfliegende Insekten (Modell Blattläuse) zu erreichen. Da diese Maßnahme einen Anflug zwar verringert, aber meist nicht komplett verhindern kann, wird ein regelmäßiges Monitoring vorgenommen, um etwaige interventiven Maßnahmen zu ergreifen. Hieraus folgt dann ein System zum integrierten Pflanzenschutz, um den Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln zu minimieren.

Feuer in der semiariden Pampa: Auswirkungen von Feuer auf Bodeneigenschaften, die Winderosion und Staubemissionen in Zusammenhang mit verschiedenen Landnutzungsformen beeinflussen

Die semiaride argentinische Pampa umfasst verschiedene Vegetationstypen, die sich auf humusreichen Böden äolischen Ursprungs etabliert haben und periodisch von natürlich auftretenden Bränden betroffen sind. Diese Übergangszone zwischen regengespeister Landwirtschaft und trockeneren, meist als Weide genutzten Flächen, weist kleinräumig heterogene Bodeneigenschaften auf. Während die Lössböden mit teilweise hohem Feinsandgehalt als stabil gelten, solange sie durch die dichte natürliche Graslandvegetation oder physikalische und biologische Krusten geschützt sind, führt zunehmender Landnutzungsdruck einschließlich Landwirtschaft und Beweidung zur Zerstörung der Vegetationsdecke. Gerade die gemeinsamen Auswirkungen von Landnutzungsdruck, klimawandelbedingter erhöhter Niederschlagsvariabilität und häufigerem Feuer können die Empfindlichkeit des gesamten Ökosystems erhöhen, sind aber bisher nicht umfassend erforscht und bewertet worden. Als einen Schlüsselfaktor untersuchen wir die Auswirkungen von Bränden auf die Erodierbarkeit des Bodens, einschließlich der damit in Verbindung stehenden Emissionen von Staub und Feinstaub auf lokaler bis regionaler Skala. Wir konzentrieren uns auf verschiedene Bodenoberflächen mit den Vegetationstypen Grasland, Buschland und lichter Wald mit entsprechenden Schlüsselparametern in Bezug auf prozentuale Oberflächenbedeckung, dem Anteil und der Stabilität von Krusten, der Rauheit und dem Substrat. Außerdem erforschen wir Variabilitäten in Bezug auf die räumlich-zeitliche Ausdehnung und die Temperatur der Brände auf Boden und Oberfläche sowie deren Auswirkungen auf Winderosion und Staubemissionen. Auf der Grundlage von Messungen vor und nach einem Brand, einschließlich erodiertem Material, Bodenproben und mobilen Windkanalmessungen erheben wir dringend benötigte Daten bezüglich des Zusammenspiels der genannten Faktoren. Die Proben werden quantitativ und qualitativ analysiert, um Informationen über die Umverteilung von mineralischem und organischem Material zu gewinnen. Um die lokal erhobenen Daten auf eine regionale Skala zu skalieren, werden GIS-Anwendungen und eine angepasste Modellierung eingesetzt. Ziel des Projektes ist ein vertieftes Prozessverständnis des intensiv anthropogen beeinflussten Landschaft-Boden-Feuer-Nexus Pampa einschließlich der Quantifizierung von mobilisierten Sedimenten und Nährstoffen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Physikalische und chemische Eigenschaften von Wolkenpartikelresiduen und eisnukleierenden Partikeln in Verbindung mit Wolken in hohen geographischen Breiten vom Mischphasen- bis zum Zirrenniveau (HALO 2020, CIRRUS-HL)

Es wird vermutet, dass Zirruswolken in hohen geographischen Breiten (arktische Zirren), einen positiven „Cloud Radiative Effect“ (CRE) haben und somit zum Phänomen der "Arctic Amplification" beitragen. Das Vorzeichen und die Stärke des CRE arktischer Zirren hängt von deren mikrophysikalischen Eigenschaften, d.h. der Eispartikelkonzentration, dem effektiven Eispartikelradius und dem Eiswassergehalt (IWC), ab. Diese Parameter werden hauptsächlich durch den Eisbildungsprozess (heterogen vs. homogen) und durch den Bildungspfad (in-situ vs. flüssiger Ursprung) bestimmt. Dies impliziert insbesondere für Zirren flüssigen Ursprungs die Beteiligung von eisnukleierenden Partikeln (INP), was deren Häufigkeit, Eigenschaften und Quellen zu Schlüsselfaktoren für die Bildung, die mikrophysikalischen und Strahlungseigenschaften von Zirren in hoher Breiten macht. Informationen über INP in hohen geographischen Breiten im Allgemeinen und in größeren Höhen im Besonderen, extrem rar. Im Rahmen der HALO-Mission CIRRUS-HL wollen wir daher das Wissen hinsichtlich arktischer INP über a) die Charakterisierung von Eispartikel- (IPR) und Wolkentröpfchenresiduen (CPR, Summe aus IPR und Tröpfchenresiduen) in arktischen Zirren und Mischphasenwolken, und b) die vertikal aufgelöste Messung (Mischphase bis Zirrusniveau) von Hochtemperatur INP (> -30°C) außerhalb von Wolken, erweitern. Für die geplanten Untersuchungen werden der HALO-CVI („Counterflow Virtual Impactor“) und der Aerosolpartikelfiltersammler HERA verwendet werden. Hinter dem HALO-CVI werden Instrumente zur physikalischen (Anzahl der Konzentrationen, Partikelgrößenverteilung, BC-Konzentration) und chemischen (Einzelpartikelzusammensetzung, MPI-C) Charakterisierung der IPR und CPR betrieben. Die von HERA gesammelten Filterproben werden im Anschuss an die Kampagne in den TROPOS-Laboratorien hinsichtlich der physikalischen INP-Eigenschaften (Anzahlkonzentrationen und Gefrierspektren) sowie der chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel analysiert.Bei In-Wolken-Messungen werden der HALO-CVI und HERA kombiniert werden. So können die INP, innerhalb der gesammelten IPR (Zirren) und Wolkentropfenresiduen (CPR, in Mischphasenwolken) identifiziert, quantifiziert und charakterisiert werden. Diese INP könnten potenzielle Vorläufer von Zirrus mit flüssigem Ursprung in hohen Breiten sein.In Verbindung mit den Ergebnissen der im Rahmen von CIRRUS-HL durchgeführten in-situ Messungen wolkenmikrophysikalischer Eigenschaften, sowie der Analyse von Rückwärtstrajektorien der untersuchten Luftmassen werden wir a) bzgl. der Häufigkeit und der Eigenschaften von INP ein bisher einmaliges Schließungsexperiment (innerhalb und außerhalb der Wolke) durchführen, b) das Wissen über die raumzeitliche Verteilung, die Eigenschaften und die Quellen von INP signifikant erweitern und c) tiefe Einblicke in INP-Effekte auf die Bildung und die mikrophysikalischen Eigenschaften von Zirruswolken in hohen geographischen Breiten erhalten.

openSenseMap: Sensor Box HE Merian-Schule senseBox5

Das ist eine senseBox der Humboldt Explorers. Weitere Informationen unter: www.Humboldt-Explorers.de

openSenseMap: Sensor Box HE Heinrich-Roller-Grundschule senseBox3

Das ist eine senseBox der Humboldt Explorers. Weitere Informationen unter: www.humboldt-explorers.de

In-situ soil moisture and -temperature time series, point measurements and cosmic-ray neutron rover surveys during SwabianMOSES campaign 2023

As part of the hydro-meteorological measurement campaign SwabianMOSES 2023 time-domain transmission (TDT) soil moisture sensors and temperature sensors with custom-made logger systems were used to measure time series of these soil state variables. In addition, a stationary cosmic-ray neutron sensor was deployed at the KITcube site near Villingen-Schwenningen to provide continuous soil moisture data for an area of between 10 and 20 hectares. For mapping the spatial distribution of soil moisture, several mobile CRNS campaigns have been conducted with a car across the Lindach catchment and beyond before and after prospective rain events. During these mobile CRNS measurements, in-situ soil moisture measurements were conducted, using a handheld time-domain reflectometry soil moisture sensor. The aim of these investigations was to provide data on physical soil properties used in a cross-disciplinary approach for a better understanding of hydro-meteorological extremes (such as high precipitation events and droughts). Regarding the TDT-sensors, each measurement site consisted of sensors at three depths with two sensors each. Logger systems were installed at six different observation sites which were distributed across the whole campaign target area in the vicinity of the Swabian Jura in Germany. Decisions on the specific installation depths were made during the installation at the respective sites based on the constitution of the local soil profiles. Installation protocols with a brief soil profile description and photos are part of this dataset. The dataset contains the values of location and time (UTC), soil temperature (in °C), relative permittivity and soil moisture (in % vol) derived from permittivity. Determination of soil moisture was done using the formula of Topp et al. (1980). As sensors, the SMT100 soil moisture sensor with integrated temperature measurement were used. All sensors were installed within the upper 50cm below ground. The exact depths for each sensor are listed in the comments.

Soil temperature, volumetric water content, and electrical conductivity measured every 10 minutes in a grass- and a herb-dominated area at a summer dike, Butjadingen, Germany (Nov 2022–Nov 2023)

To understand the role of plant species and functional diversity on the physical soil parameters of a sea dike, especially under prolonged drought conditions, continuous measurements of soil temperature, volumetric water content (soil moisture) and soil electrical conductivity (EC) were carried out from 22 November, 2022, to 22 November, 2023. The measurements were taken using six soil sensors from METER Group's TEROS 12 series, which were installed at three distinct soil depths (4 cm, 14 cm, 24 cm) and on two differently vegetated dike areas: one area with a grass-dominated plant community (referred to as 'Mix-Grass') and one area with a herb-dominated plant community (referred to as 'Mix-Herb'). The sensors were mounted on the southern (inland) side of a summer dike, which is located at the south-eastern North Sea coast of Germany (Butjadingen, Wesermarsch; 'Mix-Grass': 53.61211876 ° N, 8.330925695° E, 'Mix-Herb': 53. 61210826° N, 8.330989015° E), about 1 m below the dike crest. The dike height is approximately 3.6 m above mean high water (MHW). The measurement data was logged at 10-minute intervals using a ZL6 logger from the METER Group.

Soil temperature, volumetric water content, electrical conductivity, air temperature and atmospheric pressure measured every 10 minutes in a grass- and a herb-dominated area at a summer dike, Butjadingen, Germany (Nov 2022–Nov 2023)

To understand the role of plant species and functional diversity on the physical soil parameters of a sea dike, especially under prolonged drought conditions, continuous measurements of soil temperature, volumetric water content (soil moisture), soil electrical conductivity (EC), air temperature and atmospheric pressure were carried out from 22 November, 2022, to 22 November, 2023. The measurements were taken using six soil sensors from METER Group's TEROS 12 series, which were installed at three distinct soil depths (4 cm, 14 cm, 24 cm) and on two differently vegetated dike areas: one area with a grass-dominated plant community (referred to as 'Mix-Grass') and one area with a herb-dominated plant community (referred to as 'Mix-Herb'). The sensors were mounted on the southern (inland) side of a summer dike, which is located at the south-eastern North Sea coast of Germany (Butjadingen, Wesermarsch; 'Mix-Grass': 53.61211876 ° N, 8.330925695° E, 'Mix-Herb': 53. 61210826° N, 8.330989015° E), about 1 m below the dike crest. The dike height is approximately 3.6 m above mean high water (MHW). The measurement data was logged at 10-minute intervals using a ZL6 logger from the METER Group.

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