Das unvollständige Verständnis der Wechselwirkung von Aerosolpartikeln mit Strahlung, Wolken und Niederschlag ist eine Schlüsselfrage der Atmosphärenforschung. Detaillierte Beobachtungen sind erforderlich, um die komplexen Zusammenhänge zwischen den beteiligten Prozessen zu erfassen. Dies gilt insbesondere für die abgelegene Region der Antarktis, wo bodengestützte, vertikal aufgelöste Langzeitbeobachtungen von Aerosol, Wolken und Niederschlag selten sind und Satellitenbeobachtungen technischen Beschränkungen unterliegen. Um die Messlücke mit modernsten Beobachtungen zu schließen, wird TROPOS die Messplattform OCEANET-Atmosphere zwischen den Südsommern 2022/23 und 2023/24 an der Station Neumayer III (70,67°S, 8,27°W) einsetzen. OCEANET-Atmosphere ist ein autonomer, polar-erprobter, modifizierter 20-Fuss-Messcontainer, der erst kürzlich erfolgreich während MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) eingesetzt wurde. Die Instrumentierung während COALA umfasst ein Mehrwellenlängen-Polarisations- und ein Doppler-Lidar, ein 35-GHz-Wolkenradar, ein Mikrowellenradiometer sowie jeweils ein 1-d und 2-d-Niederschlags-Disdrometer. OCEANET ist die einzige polare Einzelcontainer-Plattform, die mit Mehrwellenlängen-Lidar, Radar und Mikrowellenradiometer Wolken und Niederschlag sowie mit Doppler-Lidar und -Radar turbulente Luftbewegungen in Wolken an verschiedenen Messstandorten beobachten kann.Die zeitliche und vertikale Auflösung des gewonnenen Datensatzes wird in der Größenordnung von 30 s (2 s für Vertikalgeschwindigkeitsbeobachtungen) und 30 m liegen. COALA ist ein 3-Jahres-Projekt. Ein Postdoktorand wird für den Einsatz von OCEANET-Atmosphere bei Neumayer III und die Datenanalyse verantwortlich sein und dabei von Experten am TROPOS unterstützt. Die Beobachtungen werden in erster Linie dazu dienen, die Schlüsselhypothese von COALA zu untersuchen, dass Aerosol aus dem Südlichen Ozean, den mittleren Breiten und den Subtropen der südlichen Hemisphäre in die Antarktis transportiert wird, wo es die Bildung und Entwicklung von Wolken und Niederschlag beeinflusst. Die Arbeiten konzentrieren sich auf (1) die Untersuchung des Ursprungs, der Häufigkeit und der Eigenschaften des Aerosols über der Station Neumayer III, (2) die Untersuchung des Einflusses von Oberflächen- und Grenzschicht-Kopplungseffekten auf die Eigenschaften und die Entwicklung von tiefen Wolken, (3) die Untersuchung des Beitrags von Dynamik (orographische Wellen), Aerosol und Meteorologie zur Verteilung der Eis- und Flüssigphase in Wolken über Neumayer III, (4) zur Untersuchung der vertikalen Struktur von Wolken und ihrer Beziehung zur Niederschlagsbildung und (5) zur Bewertung regionaler Kontraste in den Eigenschaften von Aerosolen und Wolken und den damit verbundenen Aerosol-Wolken-Wechselwirkungsprozessen, indem die Neumayer-III-Beobachtungen von vorhandenen Datensätzen aus Südchile, Zypern, Deutschland und der Arktis kontrastiert werden.
Der Sedimentkern 5017-1 wurde im Tiefsten Bereich des Toten Meeres im Rahmen des ICDP Dead Sea Deep Drilling Programms erbohrt. Die lakustrinen, und zum Teil laminierten Sedimente aus diesem tiefen Bohrkern, sowie vom Uferbereich des Toten Meeres sind einzigartige Archive für Variationen des Sedimenteintrags und Paläo-Niederschlagsregimes in der Levante-Region (Naher Osten). Die langfristigen paläo-hydrologischen Änderungen im Einzugsgebiet des Toten Meeres während der letzten ca. 20 Tausend Jahre werden durch Änderungen des relativen Sedimenteintrags aus verschiedenen Zuflüssen widergespiegelt und konnten mittels Messung der radiogenen Isotope von Neodym (Nd) und Strontium (Sr) entziffert werden. Allerdings ist bisher unklar, inwiefern auch kurzfristige und rapide Klimaänderungen, z.B. während des 8.2 Events oder der Bronze-zeitlichen Trockenphase, zu paläo-hydrologischen Änderungen beigetragen haben. Im Zuge des PRO-HYDRO Projekts ist ein neues Profil am Westufer (Ein Feshkha) bis zum Frühholozän erfasst worden um einen detaillierten Vergleich mit dem Sedimentkern 5017-1 zu erzielen. Des Weiteren wurden erstmals auch Jordanische Zuflüsse am Ostufer des Toten Meeres beprobt. In diesem Fortsetzungsantrag (PRO-HYDRO II) sollen die bisher erzielten Ergebnisse aus dem ICDP 5017-1 Bohrkern und dem Westufer durch die Erfassung des Profils von der jordanischen Seite des Totes Meeres erweitert werden. Ein Ostufer-Profil ist eine wichtige Ergänzung um lokal geprägte Überflutungen während rapider Klimaänderungen des Frühholozäns in der Levante und darüber hinaus rekonstruieren zu können.
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.
Gegenstand des beantragten Projekts ist die Spaltspuranalyse von Bohrkernproben aus der Delitzsch-Torgau-Doberlug-Synklinalzone zur Rekonstruktion der regionalen neoproterozoischen und phanerozoischen Exhumierungsgeschichte. Thematische Schwerpunkte sind die Herkunft der variszischen Sedimente, die maximale Versenkungstiefe der heute anstehenden oder erbohrten Gesteine, der Einfluss von Granitintrusionen und variszischer metamorpher Überprägungen auf das Umfeld, die Datierung von Exhumierungsphasen und die Bestimmung von Mechanismen zur Hebung/Exhumierung und Beckeninversion. Wesentliche Parameter, die die langfristige Landschaftsentwicklung der Delitzsch-Torgau-Doberlug-Synklinalzone kontrollieren (Paläotemperaturen, Denudation, Paläotopographie), sollen gedeutet und in Kartenserien dokumentiert werden. Zudem soll die Exhumierungsgeschichte der Delitzsch-Torgau-Doberlug-Synklinalzone mit jener der angrenzenden Krustenblöcke korreliert werden.
Die polaren Eiskappen bilden ein wertvolles Archiv, das atmosphärische und klimatische Vorgänge der Vergangenheit widerspiegelt. Die intensive Untersuchung von Eisbohrkernen erlaubt insbesondere das Paleo-Klima der Erde bis zu etwa 800,000 Jahre zurückzuverfolgen. Indirekte Datierungen von Eis in den Dry Valleys der Antarktis deuten darauf hin, dass Eis im Bereich von Millionen von Jahren existiert. Bisher war es aber nicht möglich dieses Eis direkt zu datieren. Das gegenwärtige Proposal schlägt die Verwendung von zwei kosmogenen Radioisotopen, 10Be (t1/2 = 1.386 Ma) und 26Al (t1/2 = 0.717 Ma) vor, deren Atom-Verhältnis, 26Al/10Be, als Chronometer für altes Eis verwendet werden kann. In einem geschlossenen System, wie es Eis sein könnte, nimmt das anfängliche 26Al/10Be Verhältnis mit zunehmendem Alter mit einer effektiven Halbwertszeit von 1.49 Ma ab. Das Verhältnis von zwei Radioisotopen mit ähnlichen Eigenschaften, sowohl die Produktion durch kosmische Strahlung als auch den atmosphärischen Transport betreffend, scheint besser geeignet für eine zuverlässige Datierung als ein einzelnes Radioisotope. Damit die Methode funktioniert, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein: i) Das 26Al/10Be-Verhältnis im Niederschlag muss global sowohl örtlich als auch zeitlich konstant sein, ii) es darf außerdem nicht anfällig für Fraktionierung der beiden Radioisotope nach dem Einschluss ins Eis sein. Unser Ziel ist es, die Anwendbarkeit der Methode zur direkten Datierung von Eis im Bereich von 0.5 bis 5 Millionen Jahren experimentell zu beweisen. In einem vorhergegangenen FWF Projekt (P17442-N02, 'Das Studium von kosmogenem 26Al in Atmosphären- und Klimaforschung') wurden detaillierte Studien über das bis dahin nur schlecht bekannte meteorische 26Al und erste Messungen des 26Al/10Be Verhältnisses in der Atmosphäre und in tiefem Eis mit vielversprechendem Erfolg durchgeführt (Auer et al., Earth Planet. Sci, Lett., in press). Unser Vorschlag hier ist nun i) eine deutliche Verbesserung der analytischen Aspekte der Datierungsmethode gegenüber dem vorhergehenden Projekt, insbesondere eine wesentliche Verringerung der erforderlichen Eismenge und eine Ausweitung der Methode für Eis, das starke mineralische Verunreinigungen enthält, ii) eine Klärung der Ursachen für beobachtete Abweichungen (Fraktionierung) des 26Al/10Be Verhältnisses in tiefen Eisproben, und iii) eine Anwendung der geeignet verbesserten Methode zur Datierung von basalem Eis von Bohrkernen und von Millionen Jahre altem Eis von 'rock glaciers' in der Antarktis. Ein wichtiger Teil des Projekts ist die enge Zusammenarbeit mit der Eisgruppe des Instituts für Umweltphysik der Universität Heidelberg, welche uns in allen Aspekten die Eisproben betreffend zur Seite stehen wird. usw.
Der Layer zeigt alle Nachweispunkte an denen Durchlässigkeitsbeiwerte (kf-Wert) aus Korngrößenanalysen berechnet werden konnten. Im Rahmen der hydrogeologischen Landesaufnahme werden regelmäßig Proben aus Bohrkernen zur Bestimmung unterschiedlichster Parameter gewonnen. Korngrößenanalysen aus Bohrproben gehören dabei seit den 1980er Jahren zur Standardanalytik. Der Durchlässigkeitsbeiwert ist maßgeblich für die Beschreibung der Strömungsverhältnisse im Untergrund. Insbesondere in der Grundwasserströmungsmodellierung, Transportmodellierung sowie für Fragen des Grundwasserschutzes stellt der Durchlässigkeitsbeiwert eine wichtige Eingangsvariable dar. Zur Berechnung der Durchlässigkeitsbeiwerte werden semi(empirische) Verfahren nach Hazen (1892), Beyer (1964), Wang et al. (2017) sowie Kozeny-Carman (zitiert nach Wang et al., 2017) verwendet. Zusätzlich zu den Berechnungsverfahren werden Informationen zu Probenintervallen, Stratigraphie, Genese und der daraus resultierenden Hydrostratigraphie (nach Reutter, 2011) angezeigt. Dargestellt sind ausschließlich Proben an Bohrungen, die einer bestimmten hydrostratigraphischen Einheit (Reutter, 2011) zugeordnet werden konnten. Aufgrund der oft geringen Probendichte werden alle Proben jeweils ihrer ungegliederten hydrostratigraphischen Einheit zugeordnet, d.h. alle Proben, die z. B. der Hydrostratigraphie L1.1, L1.2, und L1.3 zugeordnet werden konnten, wurden zu L1 aggregiert. Der Vergleich mit Geofakten 21 liefert dabei auch immer die Bandbreite der ungegliederten hydrostratigraphischen Einheit. War eine direkte Zuordnung über die Stratigraphie und Genese aus der Bohrdatenbank Niedersachsen (BDN) möglich, wurde diese direkt in eine hydrostratigraphische Einheit nach Geofakten 21 (Reutter, 2011) übersetzt. Übrige Proben an Bohrungen wurden über geologische Kartenwerke sowie Profilschnitte, biostratigraphische Einstufungen sowie 3D-Untergrundmodelle manuell einer hydrostratigraphischen Einheit zugewiesen. Zur Verwendung der Daten: Durchlässigkeitsbeiwerte aus Korngrößenanalysen geben einen ersten Überblick über die hydraulischen Verhältnisse im Untergrund, sind aber kein Werkzeug oder Ersatz für eine zielgenaue Erfassung kleinräumiger Heterogenitäten in Grundwasserleitern, da Einflussfaktoren wie Lagerungsdichte, mineralogische Anisotropien (z.B. Glimmergehalt), organische Substanz, Zementation usw. nicht oder nur grob approximiert werden können. Hier geben Labormethoden an ungestörten Proben (z. B. Permeameterversuche) sowie Pumpversuche genauere Informationen. Die Auswahl des Berechnungsverfahrens hängt zudem stark vom petrographischen Aufbau des jeweiligen Aquifers ab, da alle Berechnungsverfahren an verschiedenen Substraten kalibriert wurden. Im Zweifel ist immer die Bandbreite aller Verfahren je Probe zu betrachten.
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)
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.
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.
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| Bund | 589 |
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