Verkarstete, zerklüftete unterirdische Aquifere sind wichtige Trinkwasserquellen. Der Einsatz von Düngemitteln in der Landwirtschaft hat jedoch zu einer Nitratinfiltration geführt. Der Konsum von nitrathaltigem Trinkwasser könnte zu gesundheitlichen Problemen führen, und die Europäische Union hat festgelegt, dass die Stickstoffkonzentration im Trinkwasser weniger als 50 mg/L betragen muss, um trinkbar zu sein. In landwirtschaftlich genutzten Regionen liegen die Nitratkonzentrationen jedoch häufig über diesem Grenzwert. So wurden beispielsweise im Einzugsgebiet der Ammer (Deutschland) Nitratkonzentrationen von bis zu 60 mg/l gemessen, während die Abflussgebiete nur 1 mg/l Nitrat enthielten. Diese Konzentrationsunterschiede lassen auf eine intensive Denitrifikation schließen. In unterirdischen oligotrophen Umgebungen können Mikroorganismen die Nitratreduktion mit der Eisen-/Schwefeloxidation koppeln. Die Bestimmung räumlicher Hot Spots, in denen Mikroben eine wichtige Rolle bei der Denitrifikation im Untergrund spielen, ist eine Herausforderung, und es ist daher nicht bekannt, ob die Denitrifikation nur in Klüften oder auch in der porösen Gesteinsmatrix stattfindet. Wir haben Gesteinskerne aus 70 m Tiefe entnommen - der gesättigten Zone der Bronnbachquelle (Deutschland). Das einzigartige Bohrloch ohne Verrohrung diente der Errichtung einer Grundwassermessstelle. Das erste Ziel dieses Projekts besteht darin, die Taxonomie und die funktionellen Fähigkeiten der denitrifizierenden Mikroorganismen zu bestimmen, die das Karbonatgestein bewohnen. Das zweite Ziel ist die Charakterisierung der mikrobiellen Besiedlung Pyrit-haltiger künstlicher und natürlicher poröser Gesteinsmatrixen und der Pyritoxidationsrate durch Laborexperimente. Für diese In-vitro-Studie werden Mikroorganismen verwendet, die zuvor aus Karbonatgestein angereichert wurden und die die Nitratreduktion mit (Eisen/Schwefel)-Oxidation verbinden. Das dritte Ziel besteht darin, die In-situ-Pyrit-Oxidationsrate in den künstlichen und natürlichen porösen Gesteinsmatrixen zu bestimmen. Dies wird durch die langfristige Inkubation von Pyrit-haltigen mikrobiellen Fallen (MTDs; mit Gesteinsmatrixen) im neu installierten Grundwasserbrunnen und durch die Überwachung der Veränderungen in der Zusammensetzung und der Funktionen der mikrobiellen Gemeinschaften, die die MTDs besiedeln, erreicht. Mittels der kombinierten Ergebnisse der Feld- und Laborarbeiten werden wir Folgendes ermitteln: i) die ökologischen Nischen der nitratreduzierenden Mikroorganismen im Grundwasserleiter des Einzugsgebiets der Bronnbachquelle, ii) die wichtigsten Mikroorganismen, die für den Nitratumsatz verantwortlich sind, iii) die Stoffwechseleigenschaften und Funktionen der nitratreduzierenden Mikroorganismen, iv) das Potenzial der Denitrifikanten, die poröse Gesteinsmatrix zu besiedeln, v) die Faktoren, die die Effizienz der Denitrifikation beeinflussen, und v) die Pyritoxidationsrate innerhalb der porösen Gesteinsmatrix.
In Folge des globalen Klimawandels hat sich die Meereisdecke in der Arktis dramatisch verändert. Im derzeitigen Zustand spielt die arktische Eisdecke eine wichtige Rolle; so schirmt sie das Oberflächenwasser, die sogenannte arktische Halokline (Salzgehaltsschichtung), von der Erwärmung durch die sommerliche Sonneneinstrahlung ab. Zudem wird die Halokline durch die Salze, welches beim Gefrierprozess des Meerwassers aus der Kristallstruktur austritt, gebildet und stabilisiert. Gleichzeitig wirkt die Halokline als Barriere zwischen der Eisdecke und dem darunter liegenden warmen atlantischen Wasser und trägt so zum Erhalt der arktischen Meereisdecke bei. Dieses Gleichgewicht ist nun durch die insgesamt wesentlich dünnere arktische Meereisdecke und ihre verringerte sommerliche Ausdehnung gestört. Im Meerwasser sind zudem Gase und biogeochemisch wichtige Spurenstoffen enthalten. Diese werden durch die Gefrierprozesse eingeschlossen, beeinflusst und wieder ausgestoßen. So beeinflusst die Meereisdecke die Gas- und Stoffflüsse zwischen Atmosphäre, Eis und oberer Wasserschicht. Durch die Eisbewegung findet außerdem ein Transport statt z.B. in der sogenannten Transpolarendrift von den sibirischen Schelfgebieten, über den Nordpol, südwärts bis ins europäische Nordmeer. Nun wird mit den weitreichenden Veränderungen des globalen und arktischen Klimawandels bereits von der „neuen Arktis“ gesprochen, da angenommen wird, dass sich die Arktis bereits in einem neuen Funktionsmodus befindet. Dabei ist jedoch weitgehend unbekannt wie dieses neue System funktioniert, sich weiterentwickelt und wie sich dies auf die Eisbildungsprozesse und damit die Stabilität der Halokline und die damit verbundenen Gas- und Stoffflüsse auswirkt. Für solche Untersuchungen werden über den Jahresverlauf Proben der oberen Wassersäule und der Eisdecke benötigt. Ermöglicht wird dies durch die wissenschaftliche Initiative MOSAiC. Mithilfe der stabilen Isotope des Wassers (?18O und ?D) aus dem Eis und der Wassersäule kann Rückschlüsse auf die Herkunftswässer und den Gefrierprozess gezogen werden und diese Ergebnisse sollen in direkten Zusammenhang mit Gas- und biogeochemischen Stoffuntersuchungen (aus Partnerprojekten) gesetzt werden. Dabei können z.B. Stürme, Schmelzprozesse, Schneebedeckung, Teichbildung und Alterungseffekte des Eises eine Rolle spielen. Untersucht wird parallel die Veränderung der Wassersäule welche z.B. durch Wärmetransport, wiederum die Eisdecke beeinflussen kann.Diese prozessorientierten Untersuchungen der saisonalen Eisbildungsprozesse in Eis und Wassersäule der zentralen Arktis, werden einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Stabilität der arktischen Halokline und der arktischen Gas- und Stoffflüsse liefern. Da sich die Gase und Stoffe nicht-konservativ verhalten, während die Isotope im Gefrierprozess konservativ sind, erwarten wir aus der Diskrepanz wiederum wichtige Informationen z. B. über wiederholtes Einfrieren von Süßwasserbeimengungen ableiten zu können.
Der Melvillesee ist ein Fjordsee, der sich in der letzten Eiszeit am Rande des hochdynamischen Laurentidischen Eisschildes (LIS) befand. Die obersten 10 m der insgesamt ca. 300-400 m Seesedimente haben die postglaziale Geschichte der letzten 10000 Jahre aufgezeichnet. In diesem dicken Sedimentpaket dürfte der See die Klimageschichte bis weit zurück vor das letzte Glazial gespeichert haben und würde sich daher als exzellentes Klimaarchiv anbieten. Um diesen Sachverhalt zu klären, wurde im Sommer 2019 eine Expedition mit dem FS Maria S. Merian (MSM84) unternommen. Während dieser Expedition wurden Sedimentkerne gezogen sowie ein dichtes Netz von hydroakustischen Messungen durchgeführt. Anhang der Sedimentkerne und der Sedimentecholot-Daten kann man fünf verschiedene Schichten im Untergrund des Sees erkennen: (I) post-glaziale Sedimente; (II) Sedimente aus der Zeit des Eisrückzuges; (III) Sedimente, die mit großer Wahrscheinlichkeit in einem subglazialen See unterhalb des aufschwimmenden LIS abgelagert wurden. Darunter finden sich (IV) wiederum schön geschichtete Sedimente, die aus einem früheren eisfreien Zeitraum stammen dürften, vermutlich MIS5, MIS4 oder die erste Hälfte des MIS3. Als unterste Schichte ist das Grundgestein (V) zu erkennen. Unsere Sedimentkerne enthalten Sedimente aus I und II sowie aus dem obersten Bereich von III. Im Rahmen dieses Projektes schlagen wir vor, die post-glazialen Sedimente sowie diejenige vom Rückzug des LIS genauer zu untersuchen, um daran Paläoklimaschwankungen sowie die Rückzugsgeschichte des LIS zu rekonstruieren. In einem zweiten Schritt möchten wir auch die Sedimente analysieren, die vom subglazialen See zu stammen, um diesen besser zu charakterisieren und um zu testen, ob auch diese Sedimente Klimaschwankungen aufgezeichnet haben. Um diese Fragen zu beantworten, werden wir die Sedimentkerne zuerst mit zerstörungsfreien Methoden wie CT-Scanning, Multisensor-Core-Logging und XRF-Scanning untersuchen. Danach werden ausgewählte Kernabschnitte beprobt. Mit Hilfe von Radiokarbondatierungen und paläomagnetischen Messungen werden wir ein Altersmodell erstellen können. Mit einer Kombination der zerstörungsfreien Messungen mit Einzelprobenmessungen (TIC, TOC, Korngröße, XRD, WD-XRF) werden wir die in den Kernen enthaltene paläoklimatologische Information entschlüsseln. Hierbei werden wir einen Schwerpunkt auf die Entwicklung von Proxies legen, die geeignet sind, die vergangenen Vorstöße und Rückzüge des LIS zu rekonstruieren. Falls wir zeigen können, dass die Sedimente des Melvillesees tatsächlich ein Archiv für Klimageschichte auch jenseits des Holozäns sind, dann empfiehlt sich der See als ein Hauptziel einer zukünftigen amphibischen Tiefbohrung von IODP und ICDP. Diese würde mit dem Ziel abgeteuft, die Dynamik des LIS zu rekonstruieren.
Um den Einfluss des Klimas auf die menschliche physische und kulturelle Evolution besser verstehen zu können, hat das Chew Bahir Drilling Project (CBDP), als Teil des Hominin Sites and Paleolakes Drilling Projects, lange Sedimentkerne aus dem Chew Bahir Becken in Süd-Äthiopien abgetäuft und analysiert. Das komplexe, meist Standort-spezifische, Verhältnis zwischen Sedimentzusammensetzung und Klimaparametern erschwert die Entschlüsselung von Paläoklimainformationen aus den Sedimentkernen jedoch. Die Bestimmung und Analyse von geeigneten Klimaproxys, die zudem durchweg vorhanden sind, ist die Grundvoraussetzung für die Rekonstruktion von hochauflösender und kontinuierlicher Klimageschichte. Als wichtigen Beitrag für solch einen Klimadatensatz wird in diesem Projekt die Untersuchung von authigenen Mineralen in den langen Chew Bahir Sedimentkernen vorgeschlagen. In einem hydrologisch geschlossenen System, wie in Chew Bahir, wird die Zusammensetzung der authigenen Tonminerale und Zeolithe wesentlich durch die Hydrochemie des Paläosees kontrolliert, der wiederum auf Schwankungen im Niederschlag/Verdampfungsverhältnis reagiert. In einer Pilotstudie konnte nachgewiesen werden, dass die Chew-Bahir-Mineral-Zusammensetzungen, insbesondere die sehr reichlich vorhandenen Tonminerale, empfindlich auf Variationen der Paläosalinität und Alkalinität reagieren indem sie ihre Kristallstruktur anpassen. Da der ca. 290-m-lange Kompositkern im Wesentlichen aus diesen sensibel reagierenden Tonen besteht, ist das Material gut geeignet um anhand von mineralogischen und geochemischen Analysen kontinuierliche paläohydrochemische und schließlich paläoklimatische Information zu entschlüsseln, insbesondere da andere Proxys nur teilweise erhalten geblieben sind. Für die ersten beiden Jahre des Projekts schlagen wir daher Folgendes vor: (1a) Die Identifikation charakteristischer Mineralgruppen entlang des gesamten Kerns für jeweils feuchte, trockene und hyperaride Phasen; (1b) Die Bestimmung des Grades der authigenen Umwandlung von Tonmineralen und Zeolithen zur Entschlüsselung der damit verbundenen paläohydrochemischen Daten. (2a) Verknüpfung mineralogischer und geochemischer Ergebnisse, um die Verbindungen zwischen der hydroklimatischen Kontrolle, den beteiligten Prozessen und der Bildung der Chew Bahir Proxys zu zeigen; (2b) Direkte Entschlüsselung von Klimainformationen aus den zuvor definierten hydrochemischen Bedingungen und Schwellenwerten. (3) Evaluation der Auswirkungen von verschiedenen Arten von Klimawandel (Dauer, Abruptheit, interne Variabilität) auf den Lebensraum der frühen Menschen zu bewerten. Die Ergebnisse des Projekts werden wichtige Erkenntnisse für unser wachsendes Verständnis der komplexen Bildung von Klimaproxys liefern und es uns somit ermöglichen, robuste Paläoklimadaten aus den 550 kyr Jahre umfassenden Sedimentkernen abzuleiten und damit zu der Überprüfung von Mensch-Umwelt Hypothesen beizutragen.
Infolge der langjährigen, intensiven Erdöl-Exploration im Qaidam-Becken wird in den Archiven des Saline Lake Institute Xining eine große Menge erbohrten Kern-Material gelagert, welches prinzipiell ein großes Potential für paläoklimatische Untersuchungen im Quartär Nordwest-Chinas und insgesamt in der nördlichen Hemissphäre darstellt. Die bereits bestehende Kooperation mit Prof. Sun Zhencheng von der University of Petroleum (Peking) ermöglicht uns die Nutzung des vorliegenden Materials, die im Antrag eingeschlossene Informationsreise soll zur Sichtung des Kern-Materials genutzt werden, um zu klären, welches konkrete Material unserer Arbeitsgruppe zur Verfügung steht und wie die Beschaffenheit diesen Materials zu bewerten ist: Fossilreichtum, Erhaltungszustand des Fossilmaterials, Länge der Kernstrecke und der damit erfassten Zeitspanne und Durchgängigkeit der Kernstrecke sowie mögliche Beeinträchtigungen durch die Art der Proben-Lagerung sind zu bewerten. Im Anschluss an die Informationsreise soll dann entsprechend der vorgefundenen Gegebenheit ein Arbeitsprogramm entworfen werden, welches im Falle günstiger Voraussetzungen sowie guter Kooperationsmöglichkeiten mit dem Saline Lake Institute Xining in einen Fortsetzungsantrag bei der DFG münden soll.
Die Erdoberfläche verändert sich stetig aufgrund komplexer Wechselwirkungen zwischen Klima, Hydrologie, Vegetation, Verwitterung, Erosion und Sedimentablagerung und beeinflusst so unseren Lebensraum. Die Mechanismen sowie die Magnitude und zeitliche Abfolge mit der sich klimatische Veränderungen auf Vegetation, Verwitterung, Erosion und Sedimentdynamiken auswirken, sind jedoch nur unzureichend verstanden - dies erschwert die Interpretation von marinen Sedimentarchiven in Bezug auf das Paläoklima und Erdoberflächenprozesse. In marinen Sedimentarchiven vor der chilenischen Küste finden sich aber konkrete Hinweise auf einen direkten Zusammenhang zwischen Klima und Erdoberflächenprozessen, denn während an Land zu Beginn des Holozäns zunehmende Trockenheit einsetzt, verringern sich zeitgleich die Sedimentakkumulation im Ozean. In diesem Projekt wollen wir die Magnituden und zeitlichen Abfolgen von Änderungen in der Vegetation, Hydrologie, Verwitterungs- und Erosionsraten und Sedimentablagerung im Pazifischen Ozean vom letzten glazialen Maximum (LGM) bis heute entlang der chilenischen Küste quantifizieren. In diesem Projekt vernetzen wir die Forschungsdisziplinen der Sedimentologie, Geochemie und Biologie um die Feedbacks zwischen diesen Parametern zu untersuchen. Wir postulieren, dass der Einfluss der deglazialen Klimaveränderung auf die Landschaftsentwicklung stark durch die Vegetation moduliert ist. Dadurch existieren Zeitverzögerungen zwischen den untersuchten Parametern. Mit diesem Antrag schlagen wir einen neuen Ansatz vor, der auf der Anwendung hochspezialisierter organisch- und anorganisch-geochemischer Proxy Methoden basiert. Dazu sollen Biomarker Isotopenanalysen (Delta D, Delta 13C, als Proxy für Vegetation und Hydrologie), stabile Lithium Isotopenanalysen (Delta 7Li, als Proxy für Verwitterung) und kosmogene Nuklide (meteorische 9Be/10Be Verhältnisse, als Proxy für Erosion) kombiniert werden und an den gleichen marinen Sedimentkernen angewandt werden. In einem ersten Arbeitspaket (WP1) werden wir die heutigen räumlichen Unterschiede entlang des ausgeprägten N-S Klimagradienten der chilenischen Küste evaluieren und diese Proxies auf ihre Sensitivität kalibrieren. Dazu ist die Analyse der modernen Erosionsprodukte, die durch die Flüsse in den Ozean transportiert werden, sowie mariner Oberflächensedimente vorgesehen. In AP 2 (WP2) wenden wir die so kalibrierten Methoden an drei marinen Sedimentkernen entlang der chilenischen Küste an, um Veränderungen in Klima, Vegetation, Verwitterung, Erosion und Sedimenteintrag sowie deren zeitliche Abfolge und räumlichen Muster am gleichen Material zu rekonstruieren. Diese neuartige Kombination von Proxy Methoden und deren detaillierte Kalibration und Sensitivitätsanalyse werden es ermöglichen, die Mechanismen von räumlichen und zeitlichen Unterschieden in der Reaktion von Vegetation, Verwitterung, Erosion, und Sedimentablagerung auf eine klimatisch-induzierte hydrologische Veränderungen zu quantifizieren.
Unser Projekt erforscht das Paläoklima-Archive der Bändertone, die in einem ehemaligen fjordähnlichen See im österreichischen Inntal entstanden sind. Solche Ablagerungen sind eine große Seltenheit in den Alpen und dokumentieren eine Periode gewaltiger Klima-Instabilität zwischen 59.000 und 28.000 Jahre vor heute, deren Spuren - unter dem Namen Dansgaard-Oeschger Ereignisse - im grönlandischen Eis und in Sedimentproben des Atlantiks detektiert wurden. Ihr Impakt auf das damalige Klima und die Umwelt in den Alpen ist jedoch kaum bekannt und bildet das Hauptziel dieses Forschungsprojektes. Herzstück der Untersuchungen ist ein vor kurzem erbohrter 150 m langer Sedimentkern der Bändertone sowie zwei geplante benachbarte Kerne, mit denen die gesamte ehemalige Seefüllung erfasst werden kann. Diese Proben werden mit hochmodernen Methoden analysiert, um zeitlich gut datierte qualitative wie quantitative Proxy-Daten der Temperatur, Primärproduktion, Vegetation und Hydrologie dieses Sees und seines Einzugsgebietes mit jährlicher und z.T. sogar jahreszeitlicher Auflösung zu erheben. Diese Informationen stellen entscheidende Fakten dar um regionale Modelle dieser abrupten Klimaänderungen zu validieren, und den Einfluss von Änderungen der Tiefenwasserströmungen im Atlantik auf das Alpenklima zu erfassen.
Die Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Wasserstraßen ist ein wichtiger Baustein für die Verbesserung der Infrastruktur in Deutschland. Dafür werden Kanäle für große Schiffe, wie das Großmotorgüterschiff, ausgebaut. Die Wasserstraßen werden vertieft, der Wasserspiegel verbreitert und die Durchfahrtshöhe unter den Brücken vergrößert. Dabei werden auch die Böschungs- und Sohlensicherungen erneuert, damit sie stabil gegen die zunehmende hydraulische Beanspruchung aus der modernen Schifffahrt sind. Vordringliche Projekte sind derzeit der Rhein-Herne-Kanal, die Südstrecke des Dortmund-Ems-Kanals, die Weststrecke des Datteln-Hamm-Kanals und die Oststrecke des Nord-Ostsee-Kanals. Die Abteilung Geotechnik der BAW begleitet Planung und Durchführung des Ausbaus dieser Wasserstraßen. Grundlage der Planung und Ausführung jeglicher Ausbaumaßnahmen ist die Erstellung des Baugrundgutachtens. Es liefert die bodenmechanischen Kennwerte und die geotechnischen Empfehlungen für die Umsetzung. Zunächst stellt die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes als Auftraggeber Bestands- und Ausbauunterlagen sowie Angaben zu Belastungsgrößen und zukünftige Nutzungsanforderungen zur Verfügung. Die BAW führt eine historische Erkundung durch, sichtet vorhandene Baugrundgutachten und führt vor Ort eine Bestandsaufnahme der Wasserstraße durch. Im nächsten Schritt wird das Programm der Baugrunduntersuchungen aufgestellt. Lage, Anzahl und Tiefe der Bohrungen und Sondierungen werden hier festgelegt. Das ausführende Amt erstellt daraus die Ausschreibung für die Erkundungsarbeiten und vergibt sie an ein fachkundiges Bohrunternehmen. Vor Beginn der Bohrarbeiten ist vom Bauherrn eine Kampfmittelfreimachung zu veranlassen und eine Gefährdungsanalyse aufgrund möglicher Altlasten einzuholen. Die Erkundungsarbeiten werden bei Bedarf stichprobenartig von der BAW hinsichtlich der fachgerechten Ausführung überwacht. Während der Aufschlussarbeiten werden aus den Bohrungen Grundwasserproben entnommen und untersucht. Sind aggressive Substanzen vorhanden, ist dies bei der Planung der Gründungselemente aus Beton, Zementmörtel oder Stahl zu berücksichtigen. Das Bauteil kann damit entsprechend geschützt und die Dauerhaftigkeit des Bauwerks gewährleistet werden. Nach den Bohrarbeiten werden die Bohrkerne im geotechnischen Labor der BAW geologisch und bodenmechanisch angesprochen und fotografisch dokumentiert. Anhand bodenmechanischer Versuche werden der Boden normgerecht klassifiziert und die Bodenkennwerte bestimmt, die dann in geotechnische Berechnungen einfließen. Im Baugrundgutachten wird der ermittelte Baugrundaufbau beschrieben und in Längsschnitten dargestellt. (Text gekürzt)
Die Moore im Bereich der Hornisgrinde (Nordschwarzwald) werden kartiert und oekoogisch relevante Parameter des Moorwassers werden gemessen. Anhand von Bohrkernen aus den Mooren werden durch Pollen, Grossreste und Geochemie die Entwicklung der Moore und ihrer Umgebung sowie die Einfluesse durch die Besiedelung der Region untersucht.
Ziel der Untersuchungen ist es, den anthropogenen Eintrag von Schwermetallen in die Sedimente der an die suedoestliche Nordsee und der angrenzenden Wattgebiete in groben Zuegen quantitativ zu erfassen. Dazu wurde in ausgewaehlten Wattgebieten die raeumliche Verteilung von Schwermetallen anhand von ueber 100 Sedimentkernen ermittelt. Zusammen mit in der Inneren Deutschen Bucht durchgefuehrten Untersuchungen ergibt sich, dass ein wesentlicher Anteil der Schadstoffe im kuestennahen Bereich der Nordsee abgelagert wird.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 589 |
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| Wissenschaft | 19 |
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| Daten und Messstellen | 9 |
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| Deutsch | 574 |
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| Boden | 630 |
| Lebewesen und Lebensräume | 578 |
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| Weitere | 598 |