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Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Adaptation Früher Hominini im Südlichen Teil des Ostafrikanischen Grabens

Nach über 150 Jahren umfangreicher Forschung zur Evolution früher Hominini und ihrer Umweltanpassungen sind immer noch grundlegende Fragen der Stammesgeschichte unserer Vorfahren offen. So sind die Ernährungsweisen früher (größer als 2.0 Ma) Homo sp. und Paranthropus boisei und deren Entwicklung sowie ihre Adaption an ökologische und klimatische Bedingungen noch nicht geklärt. Dies ist auf die extrem seltenen älter als 2 Ma datierten Fossilfunde von Homo und P. boisei zurückzuführen. Des Weiteren ist wenig über die Paläoökologie von Hominini-Fundstellen im Süden des Ostafrikanischen Grabens (EAR), nahe des Überganges von großen Grass- zu Baumsavannen bekannt. In Ostafrika beschränken sich Rekonstruktionen der Ernährungsweisen von Homo und Paranthropus boisei auf Fossilien aus dem östlichen Ast des EAR. Isotopendaten deuten im Turkana Becken vor ca. 2 Ma auf zwei Gruppen mit deutlichen Unterschieden in ihrer Nahrungsaufnahme: P. boisei ernährte sich vorwiegend von C4-Biomasse, während Homo vermehrt C3-Ressourcen konsumierte. Die Paläoökologie dieser Region war durch gleichbleibend heiße Temperaturen mit einer Entwicklung zunehmend offener C4-Grasslandschaften, der heutigen Somali-Masai Savanne, geprägt. Im Gegensatz zu den gut untersuchten Bereichen in Kenia, werden im Rahmen dieses Projekts zwei Hominini-Fundstellen im wenig untersuchten südlichen Teil des EAR analysiert: (1) die Plio-Pleistozänen Chiwondo/Chitimwe Sedimente (Karonga Becken, N Malawi), welche Fossilien von H. rudolfensis und P. boisei (ca. 2.4 Ma) führen, und damit die einzige Hominini-Lokalität in der heutigen bewaldeten Sambesischen Savanne sind, und (2) die Pleistozänen mit H. erectus (ca. 0.7 Ma) assoziierten Manyara Ablagerungen (Manyara Becken, N Tansania) knapp nördlich des Übergangs zur heutigen C4-dominierten Somali-Masai Grasssavanne,.Das Projekt profitiert von exzellenten, auf Geochemie spezialisierten Einrichtungen, um die Adaption früher Hominini zu untersuchen: innovative Methoden der Clumped Isotope Geochemie und U-Pb-Datierung werden ebenso angewandt wie etablierte d13C, d18O und dD Isotopenmessungen. Besonders hervorzuheben sind auch die zur Verfügung stehenden Proxys: die Senckenberg-Sammlungen, die auch einen der ältesten Funde der Gattung Homo bereitstellen, ICDP Bohrkerne vom Lake Malawi, und im Verlauf des Projektes neu gewonnene Proben. Das Projekt beinhaltet drei Arbeitspakete: I) Ernährung von H. rudolfensis und P. boisei, II) Plio-Pleistozäne Paläotemperaturen des südostafrikanischen Savannen-Ökosystems und III) Plio-Pleistozäne Paläovegetation der Manyara Sedimente. Die Ergebnisse ermöglichen einen umfassenden und innovativen Vergleich von Paläotemperaturen, Ökosystem-Strukturen und früher Hominini-Ernährung über eine Baum- und Grasslandsavannengrenze in Südostafrika hinweg. Der notwenige geochronologische Rahmen wird durch U-Pb-Datierungen geschaffen; dies werden die ersten absoluten Alter für die bisher nur grob datierten Karonga Becken Sedimente sein

Bilanzierung der Schadstoffablagerung in den Watten zwischen Dollart und Sylt und im Schlickgebiet suedoestlich von Helgoland

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.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Sedimentherkunft und paläohydrologisches Gleichgewicht im Gebiet des Toten Meers während des Frühholozäns - PRO-HYDRO II

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.

Jahrringstrukturanalysen an Buchen (Fagus sylvatica) und Fichten (Picea abies) von den Standorten der Bodenzustandserfassung in Baden-Württemberg

m Rahmen des Kooperationsprojekts zwischen dem Institut für Waldwachstum und der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA) Freiburg werden Bohrkerne von Fichten und Buchen zellstrukturanalytisch untersucht und im Hinblick auf Trockenstressreaktionen in den Jahren 1976 und 2003 ausgewertet. Die Untersuchungsbäume wurden an den Standorten der Bodenzustandserfassung (BZE) in Baden-Württemberg ausgewählt. Die Auswertungen stellen eine wesentliche empirische Grundlage für die Validierung von Geländewassermodellen dar, die im Zusammenhang eines fachübergreifenden Forschungsprojektes zur Klimafolgenforschung an der FVA stehen und zur Quantifizierung von Trockenstress-Intensitäten dienen.

Seismisches Abbild des Zentralindischen Rückens - Aufbau und Entwicklung von ozeanischen Tiefengesteinkomplexen (Oceanic Core Complex), Vorhaben: Refraktionsseismische Messungen

Präferenzielle Strömung im weak inertia Regime, visualisiert durch Mikro-PIV und Magnetresonanz-Geschwindigkeits-Bildgebung

Unser grundlegendes Verständnis über die Entwicklung physikalischer Prozesse, die während der ein- und mehrphasigen Strömung in zerklüfteten porösen Medien ablaufen, ist für die Wissenschaft von großer Bedeutung. Im Hinblick auf die praktischen Auswirkungen bedeutet es verbesserte Anwendungen in den Bereichen unterirdischer Hydrologie, Geophysik, Reservoir Engineering und Biomechanik. Während niedrige Geschwindigkeiten im Bereich von Kriechströmungen am besten durch die Darcy-Gleichung beschrieben werden, muss man für deutlich höhere Geschwindigkeiten Terme höherer Ordnung zusätzlich berücksichtigen, wie von Forchheimer vorgeschlagen. Es gibt eine große Anzahl von Arbeiten über das reine Kriechströmungs- und das rein turbulente Strömungsregime, aber nicht für den Bereich dazwischen, d.h. für das „weak-inertia“ Regime. In Anbetracht dieses Mangels an experimentellen Beweisen wollen wir genau für diesen Bereich Fließfelder in Systemen zunehmender Komplexität von 2D bis 3D räumlich hochaufgelöst abbilden. Zunächst untersuchen wir 2D-Micromodelle mit einem einzelnen Kanal, einer sich wiederholenden Kanal-Poren-Einheit und einem 2D-Riß mit rauen Porenoberflächen. Diese Micromodelle erlauben die Kombination der 2D Mikro-Partikel-Imaging-Velocimetry (micro-PIV) mit 3D flusssensitiver Magnetresonanztomographie (MRT). Um die Auflösungen beider Methoden anzupassen, werden mit der MRT auch ortsaufgelöste Propagatoren bestimmt, die eine Auflösung der Geschwindigkeitsfelder innerhalb eines Voxels erlauben. Sie dienen dann als Proxys für Geschwindigkeitsfelder und können auf 3D- und undurchsichtige Systeme angewendet werden. In einem zweiten Schritt untersuchen wir das erste 3D-System, einen homogenen porösen Glaszylinder. Bei kleinen Geschwindigkeiten erwartet man „bulk“-Effekte durch alle Poren im Sinne der Darcy-Beziehung. Steigen die Reynoldszahlen an, bilden sich immer größere Strömungsschatten kombiniert mit gestreckten Fließpfaden aus. Die bisher gewonnenen Erkenntnisse werden nun im 2. Hauptteil des Projekts für die Untersuchung von Bohrkernen mit Rissen genutzt. Um die Strömung zu untersuchen, wird ein natürlicher Gesteinskern vertikal gefrackt, eine Technik, die an der Universität Stuttgart nun zur Verfügung steht. In Bezug auf die MRT wird die Verwendung einer multi-slice Pulssequenz mit bipolaren Gradientenpaaren notwendig. Der Unterschied zu den bisher untersuchten Modellsystemen besteht darin, dass die Strömung durch Wasseraustausch zwischen Porensystem und Riß kontrolliert wird. Es ist daher zu erwarten, daß sich beim Übergang vom Darcy- zum „weak-inertia“ Regime präferentielle Fließmuster neben stationären Bereichen entwickeln. Diese experimentell gewonnenen 3D-Fließfelder stehen dann zur Verfügung, um theoretische Ansätze wie die Forchheimer-Relation auf ihre Gültigkeit und ihre Grenzen zu prüfen und weiter zu entwickeln.

Organische Spurenanalyse von atmosphärischen Markersubstanzen in Eisbohrkernen

Um aktuelle Umwelt- und Klimaveränderungen in einem längeren zeitlichen Kontext bewerten zu können, insbesondere anthropogene und natürliche Einflüsse auf den atmosphärischen Aerosoleintrag in die Atmosphäre zu verstehen, werden Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre in der Vergangenheit benötigt. Eisbohrkerne aus den Polarregionen oder Gletschern sind wertvolle Umwelt- und Klimaarchive, da sie unter anderem das mit dem Schnellfall deponierte Aerosol enthalten. Daher kann die Analyse von partikel-gebundenen Spurenstoffen in Eisbohrkernen stoffliche Informationen über zurückliegende Umwelt- und Klimabedingungen liefern. Bis heute konzentrieren sich diese Bemühungen auf anorganische Substanzen und nur wenige organische Analyten. Ein Großteil der in diesen Bohrkernen enthaltenen Informationen geht dadurch verloren. Dies charakterisiert das Hauptziel des Vorhabens, durch Erarbeitung organischer spurenanalytischer Methoden basierend auf LC-HRMS (Flüssigchromatographie in Kombination mit hochauflösender Massenspektrometrie) eine ausgewählte Palette von Markersubstanzen zu quantifizieren. Zielmoleküle sind insbesondere neue Marker für biogene sekundäre organische Aerosole (biogenic SOA) und Biomasseverbrennungs-Marker. Die Auswahl dieser Verbindungen basiert einerseits auf dem zu erwartenden Informationsgewinn über die Quellen und deren Zusammensetzung (terrestrische Vegetation/Waldbrände), andererseits auf der atmosphärischen Lebensdauer der Marker, da nur langlebige Marker weit entfernt liegende Regionen erreichen können. Zusätzlich zur Analyse dieser Zielanalyten sollen auch ââ‚ Ìnon-target screening-Methoden zum Einsatz kommen. In enger Zusammenarbeit mit einem etablierten Eisbohrkernlabor am PSI in der Schweiz werden die entwickelten Analysetechniken auf einen Eisbohrkern aus dem Belukha-Gletscher im Sibirischen Altai Gebirge angewendet.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: 'Arctic Ocean Paleoceanography (ArcOP)': Pilot-Studie und Leitung von IODP-Expedition 377 (ArcOP-Pilot)

Der Arktische Ozean und umgebende Landmassen sind bzw. waren Gegenstand sehr schneller und drastischer Umweltveränderungen. Dies spiegelt sich besonders deutlich in dem alarmierenden Schrumpfen der Arktischen Meereisdecke während der letzten 3-4 Dekaden wider. Durch komplexe Rückkopplungseffekte ist die Arktis zum einen ein Motor für globale Klimaänderungen, zum anderen wird die Arktis aber auch extrem von der globalen Klimaerwärmung beeinflusst. Trotz der großen Bedeutung der Arktis im globalen Klimasystem ist die langfristige Klimageschichte mit dem Übergang vom Treibhaus zum Eishaus im Verlauf des Känozoikums wenig erforscht. IODP Exp 302/ACEX (2004), die erste wissenschaftliche Arktis-Bohrung, ist ein Meilenstein der Arktis-Forschung, die durchschlagende neue Erkenntnisse zur frühen Klima- und Vereisungsgeschichte der Arktis geliefert hat. Zahlreiche Schlüsselfragen bezüglich der langfristigen Entwicklung der Arktis und deren Bezug zum globalen Klimasystem blieben aber unbeantwortet. Aufbauend auf den einmaligen ACEX-Daten wurde daher eine zweite IODP-Kampagne auf dem Lomonosov-Rücken vorgeschlagen, die jetzt als IODP Exp 377 im Herbst 2021 durchgeführt wird. In Vorbereitung und Durchführung von IODP Exp 377 soll sich das hier beantragte DFG-Projekt fokussieren auf: (1) Untersuchungen in einer Pilotstudie an Sedimentkernen, die auf der Polarstern-Expedition PS115/2 (2018) an Lokationen potentieller IODP Sites genommen wurden; (2) Weiterführung der Planung und Leitung der IODP Exp 377; und (3) Dokumentation & Präsentation der Ergebnisse der Pilotstudie und der IODP Exp 377 auf Arbeitstreffen/Konferenzen sowie in Reports/Publikationen.Die Pilotstudie ist zentraler Teil dieses Projekts und von übergeordneter Bedeutung für die IODP Exp 377 und soll folgende Arbeiten beinhalten:- Die Polarstern-Kerne repräsentieren die obersten ca. 10m in Topqualität, die in den IODP-Kernen häufig nur in gestörter Form enthalten sind. Durch Kombination der Polarstern- und IODP-Sequenzen wird eine einzigartige, komplette und ungestörte Sedimentabfolge vom frühen Känozoikum bis zum Rezenten vorliegen.- Die Polarstern-Kerne werden nach IODP-Standards geloggt (MSCL) und gescannt (XRF), was eine detaillierte und eindeutige Korrelation der Polarstern- und der IODP-Kerne ermöglicht.- Mittels Litho-, Zyklo-, Paleomagneto-, and 230Th-Isotopen-Stratigraphie soll ein absolutes Altersmodell für die Polarstern-Kerne entwickelt werden, das später in das Gesamtaltersmodell der IODP-Bohrung eingearbeitet werden soll.- Für die Rekonstruktion der quartären Geschichte der Arktischen Meereisverbreitung, der Ausdehnung von Eisschilden in Sibirien sowie der Stärke von Bodenwasserströmungen auf dem Lomonosov-Rücken sollen spezielle Biomarker, mineralogische Proxies, Korngrößenverteilungen und Elementverhältnisse bestimmt werden. Diese Datensätze sind von grundlegender Bedeutung für die Interpretation ähnlicher Daten, die aus späteren Untersuchungen der IODP-Kerne gewonnen werden.

Geologisch-mineralogische Untersuchungen am Kernmaterial der NAGRA-Tiefbohrungen

Laboruntersuchungen der Bohrkerne des Tiefbohrprogramms der NAGRA in der NE Schweiz im Hinblick auf die Lagerung von hochradioaktiven Abfaellen.

Forschergruppe (FOR) 2358: Mountain Exile Hypothesis - How humans benefited from and re-shaped African high altitude ecosystems during Quarternary climatic changes, Teilprojekt: Paleoökologie - Pollenanalysie und ökologische Entwicklung der Bale Mountains

Die Klima-, Vegetations- und Kulturlandschaftsgeschichte des größten alpinen Ökosystems Afrikas soll durch Analyse von neun Bohrkernen im Bale Mountains National Park, Süd-Äthiopien mittels Pollen- und Pilzsporenanalyse, Holzkohlen- und Makrorest-Analyse rekonstruiert werden, um die Hypothese einer frühen Anwesenheit von Jägern und Hirten in einem nach Mehrheitsmeinung und derzeitigem Kenntnisstand erst spät durch Feuer und Beweidung beeinflussten Hochland zu testen. Die Zusammenarbeit mit Vegetations- (plotbasierte, floristisch vollständige Transekte) und Klimaökologie (10 Klimastationen) macht eine Kalibrierung von Sporopollen-Oberflächenproben möglich; Pollentypen können durch ökologische Zeigerwerte von Pflanzen (klimatisch/edaphisch/anthropozoogen) determiniert werden. Hochaufgelöste Pollen- und Holzkohle-Stratigraphien von neun vorgesehenen Bohrpunkten erlauben die Datierung, Dauer und Intensität menschlicher Eingriffe zu bestimmen und auch zu entscheiden, wie menschverursachte Störung (vor allem Feuer) von natürlichen Störungen zu unterscheiden sind. Dungsporen sollen helfen, die Haustierbeweidung und Wildtierbeweidung abzuschätzen. Die Interpretation wird abgesichert durch den Vergleich mit Multi-Proxies (XRF-Geochemie, stabile Isotope, Diatomeen, Coleoptera-Reste) aus den Bohrkernen und den Analysen der archäologischen, Anthrosol-, und Paläoklima-Analysen, womit die Modellierung der Umweltgeschichte der Bale Mountains möglich wird.

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