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Vegetation auf Gletschern - Ökosystemanalyse auf einem mobilen Standort

Auf mehreren Reisen konnte der Antragsteller eine spärliche, aber durchaus vielfältige Vegetation auf den Obermoränen (nicht Toteisfelder) verschiedener Gletscher im Karakorum, westlichen Kunlun, in den südchilenischen Anden und am Mount Rainier feststellen. Über entsprechende Pflanzenvorkommen wurden ihm aus dem nepalesischen Himalaya und vom Gongga Shan in Südchina berichtet. Die vorgesehenen Untersuchungen dienen der Erfassung von Arteninventaren und -mustern sowie der Ermittlung von Überlebensstrategien von Pflanzen und ökologischen Parametern auf den extremen Standorten. Als Arbeitsgebiete sind für mehrmonatige Untersuchungen der Mount Rainier, für einmonatige der Tronador ausgewählt; von beiden Fällen unter ozeanisch-feuchten Klimabedingungen sind recht dichte Pflanzenbestände durch eigene Begehungen bekannt. Für Studien in den monsunal-wechselfeuchten Subtropen bietet sich der Gongga Shan an, wo deutliche Feuchtigkeitskontraste zu verschieden mächtigen Blockauflagen führen. Die Arbeiten sollen im Rahmen kostengünstiger Reisen in getrennten Arbeitsgruppen erfolgen.

Geothermal Energy Supply in Chile, Phase 1: General Framework and Environmental Impact Assessment

Climate protection aspects, commitments to the Kyoto-protocol and a guarantee of the national energy supply are the main drivers for this project of the Government of Chile. In the first phase of the consultation GZB will be the technical partner of a workgroup which is going to establish a government-guideline for the implementation of geothermal energy projects in Chile. The guideline will emphasize legal, financial and environmental aspects.

Airglow-Forschung mit astronomischen Spektren

In der oberen Erdatmosphäre ab 70 km herrschen spezielle Bedingungen, die ein Leuchten im sichtbaren und infraroten Licht verursachen. Die Airglow genannten Emissionen werden durch solare extreme Ultraviolettstrahlung hervorgerufen, die Luftmoleküle zerstört und Atome ionisert. Daraufhin finden diverse chemische Reaktionen und physikalische Prozesse statt, die teilweise zur Lichtemission durch verschiedene Atome und Moleküle führen. Bedeutend sind z.B. die Beiträge durch Sauerstoff- und Natriumatome sowie Hydroxyl-, Sauerstoff- und Eisenoxidmoleküle. Airglow ist zeitlich und räumlich sehr variabel und die damit verbundenen komplexen Prozesse sind noch nicht vollständig verstanden.Die direkte Erforschung der oberen Atmosphäre ist schwierig, da nur Raketen diese Höhe erreichen können. Daher werden hauptsächlich erd- und satellitengebundene Fernerkundungsmethoden angewendet. Die verbreitetsten Messverfahren erfassen nur einen kleinen Teil des Lichtspektrums, womit viele der gleichzeitigen und teilweise verknüpften Emissionen nicht studiert werden können.Eine bisher wenig genutzte aber vielversprechende Methode zur Airglowmessung sind astronomische Spektren von bodengebundenen Teleskopen. Neben dem Licht vom astronomischen Objekt zeigen diese immer auch atmosphärische Emissionen. Für astronomische Anwendungen müssen diese Beiträge aufwändig entfernt werden, aber für die Atmosphärenforschung sind sie wertvoll, zumal die Spektrographen an großen Teleskopen besonders leistungsfähig sind. Speziell Instrumente, die einen großen Spektralbereich abdecken, erlauben simultane Messungen von vielen verschiedenen Airglowemissionen.Das geplante Projekt wird auf Aufnahmen verschiedener Spektrographen am Very Large Telescope in Nordchile und Apache Point Observatory in New Mexico basieren. Der volle Datensatz, beginnend im Jahr 2000, wird um die 100.000 Spektren umfassen. Er wird viel größer sein als alles was bisher unter Nutzung von astronomischen Daten zur Erdatmosphäre publiziert worden ist.Das Projektziel ist die Charakterisierung der zeitlichen Variationen aller beobachtbaren Airglowemissionen in der oberen Erdatmosphäre mit besonderen Fokus auf (1) Linienemissionen von Hydroxyl- und Sauerstoffmolekülen, besonders im Hinblick auf ihren Wert als Temperaturindikator für die Klimaforschung, (2) Kontinuumsemission von Metall- und Stickoxiden und (3) hochvariablen aber zumeist schwachen Linienemissionen in der Ionosphäre. Die Analyse wird auch Modell-, ergänzende Satelliten- und bodengestützte Daten berücksichtigen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden einen signifikanten Beitrag zum Verständnis der chemischen und physikalischen Prozesse in der oberen Atmosphäre, aber auch zur Atom- und Molekülphysik liefern. Mit besseren Modellen der Emissionen wird es auch möglich werden die natürliche Nachthimmelshelligkeit genauer abzuschätzen und astronomische Daten besser zu verarbeiten.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1803: EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota, Diversität und funktionelle Merkmale mikrobieller Gemeinschaften im unterirdischen terrestrischen Lebensraum entlang eines klimatischen Gradienten: von der Oberfläche zur Verwitterungsfront in der Tiefe

In dem Projekt werden Diversität und funktionelle Eigenschaften von mikrobiellen Gemeinschaften erfassten, die im unterirdischen Teil der 'Critical Zone (CZ)' terrestrischer Lebensräumen leben, entlang eines Gradienten von Aridität, d.h. dem EarthShape Transekt in der küstennahen Cordillera in Chile. Es wird überprüft, ob (1) der terrestrische unterirdische Lebensraum verbunden mit der oberirdischen CZ und damit von klimatischen Bedingungen beeinflusst ist. Die CZ ist eine dünne lebende Schicht der Erde, die Atmosphäre und Geosphäre verbindet. Sie wird zunehmend von menschlichen Aktivitäten beeinflusst. Der unterirdische Teil der CZ mit der Verwitterungszone ist ein aktiver Teil der tiefen Biosphäre, die aus Lebensräumen unterhalb der Erdoberfläche besteht und zu den am wenigsten verstandenen Lebensräumen der Erde zählt. Verwitterungsprozesse transformieren hartes und biologisch inertes Muttergestein zu brüchigem verwitterten Gestein, das eine hervorragende Grundlage für Organismen darstellt und aus dem sich Boden entwickelt. Daher ist die Verwitterung von Gestein ganz entscheidend für die Aufrechterhaltung des Lebens, da sie Nährstoffe für die Organismen bereitstellt. Mit Gestein verbundene Lebensformen haben vermutlich Schlüsselrollen, um die Erde so zu gestalten, dass Leben möglich ist. Außerdem wird das Projekt untersuchen, (2) ob die Artenvielfalt und die damit verbundene Abundanz der mikrobiellen Verwitterungsprozesse an der Verwitterungsfront in der Tiefe zunehmen. Die mikrobiellen Gemeinschaften in der Übergangszone von Muttergestein zu Saprolit könnten einen gemeinsam phylogenetischen Ursprung mit nicht-photoautotrophen Organismen von Felsoberflächen haben. Dagegen könnten Gemeinschaften, die zu Verwitterungsprozessen im Saprolit in Bezug stehen, einen phylogenetischen Ursprung mit den mikrobiellen Gemeinschaften aus Böden teilen. (3) Pro- und eukaryotische Mikroorganismen bilden ein Netzwerk, das die Auflösung von Mineralien hauptsächlich an der Verwitterungsfront und in tiefen Saproliten-Profilen steuert. Tiefe taxonomisch Einblicke auf Artniveau werden durch DNA-Sequenzierung (pair-end reads), die auf Amplikon-basiertem Metabarcoding beruht, möglich. Gensequenzen funktioneller Gene werden verwendet, um Abundanzen und phylogenetische Diversität von Aktivitäten der Biomassebildung und Mineralienverwitterung zu bestimmen. Ein neuartiges aufwändiges Protokoll zur Extraktion von DNA wird verwendet, das intrazelluläre DNA lebender Zellen von dem extrazellulären DNA Pool und Dauerstadien (bakteriellen Endosporen) abzutrennen erlaubt. Das ist wichtig, um die Hypothese, ein Fortschreiten der Verwitterungsfront sei ein rezentes Merkmal, das auch heute noch evolviert, entlang des EarthShape-Transekts zu evaluieren. Das Projekt nutzt die Bohrkampagne wie von der DeepEarthshape-Gruppe vorgeschlagen, d.h. eine Bohrung durch Boden und Saprolit bis zum unverwitterten Mutterboden an den vier Untersuchungsgebieten entlang des Ariditätsgradienten.

Late-Glacial and Holocene vegetational stability of southern South America

This project focuses on the long-term stability (or otherwise) of vegetation, based on a series of multi-proxy records in southern South America. We will build a network of sites suitable for high-resolution reconstructions of changes in vegetation since the Last Glacial Maximum, and use these to test a null hypothesis that changes in vegetation over the past 14,000 years are driven by internal dynamics rather than external forcing factors. The extent to which the null hypothesis can be falsified will reveal the degree to which we can expect to be able to predict how vegetation is affected by external events, including future climate change. The southern fringes of the South American landmass provide a rare opportunity to examine the development of moorland vegetation with sparse tree cover in a wet, cool temperate climate of the Southern Hemisphere. We present a record of changes in vegetation over the past 17,000 years, from a lake in extreme southern Chile (Isla Santa Inés, Magallanes region, 53°38.97S; 72°25.24W; Fontana, Bennett 2012: The Holocene), where human influence on vegetation is negligible. The western archipelago of Tierra del Fuego remained treeless for most of the Lateglacial period. Nothofagus may have survived the last glacial maximum at the eastern edge of the Magellan glaciers from where it spread southwestwards and established in the region at around 10,500 cal. yr BP. Nothofagus antarctica was likely the earlier colonizing tree in the western islands, followed shortly after by Nothofagus betuloides. At 9000 cal. yr BP moorland communities expanded at the expense of Nothofagus woodland. Simultaneously, Nothofagus species shifted to dominance of the evergreen Nothofagus betuloides and the Magellanic rain forest established in the region. Rapid and drastic vegetation changes occurred at 5200 cal. yr BP, after the Mt Burney MB2 eruption, including the expansion and establishment of Pilgerodendron uviferum and the development of mixed Nothofagus-Pilgerodendron-Drimys woodland. Scattered populations of Nothofagus, as they occur today in westernmost Tierra del Fuego may be a good analogue for Nothofagus populations during the Lateglacial in eastern sites. Climate, dispersal barriers and/or fire disturbance may have played a role controlling the postglacial spread of Nothofagus. Climate change during the Lateglacial and early Holocene was a prerequisite for the expansion of Nothofagus populations and may have controlled it at many sites in Tierra del Fuego. The delayed arrival at the site, with respect to the Holocene warming, may be due to dispersal barriers and/or fire disturbance at eastern sites, reducing the size of the source populations. The retreat of Nothofagus woodland after 9000 cal. yr BP may be due to competitive interactions with bog communities. Volcanic disturbance had a positive influence on the expansion of Pilgerodendron uviferum and facilitated the development of mixed Nothofagus-Pilgerodendron-Drimys woodland.

Flood risk assessment in Santiago de Chile

Schwerpunktprogramm (SPP) 1488: Planetary Magnetism (PlanetMag), Evolution of geomagnetic dipole moment and South Atlantic Anomaly

The geomagnetic field shields our habitat against solar wind and radiation from space. Due to the geometry of the field, the shielding in general is weakest at high latitudes. It is also anomalously weak in a region around the south Atlantic known as South Atlantic Anomaly (SAA), and the global dipole moment has been decreasing by nearly 10 percent since direct measurements of field intensity became possible in 1832. Due to our limited understanding of the geodynamo processes in Earths core, it is impossible to reliably predict the future evolution of both dipole moment and SAA over the coming decades. However, lack of magnetic field shielding as would be a consequence of further weakening of dipole moment and SAA region field intensity would cause increasing problems for modern technology, in particular satellites, which are vulnerable to radiation damage. A better understanding of the underlying processes is required to estimate the future development of magnetic field characteristics. The study of the past evolution of such characteristics based on historical, archeo- and paleomagnetic data, on time-scales of centuries to millennia, is essential to detect any recurrences and periodicities and provide new insights in dynamo processes in comparison to or in combination with numerical dynamo simulations. We propose to develop two new global spherical harmonic geomagnetic field models, spanning 1 and 10 kyrs, respectively, and designed in particular to study how long the uninterrupted decay of the dipole moment has been going on prior to 1832, and if the SAA is a recurring structure of the field.We will combine for the first time all available historical and archeomagnetic data, both directions and intensities, in a spherical harmonic model spanning the past 1000 years. Existing modelling methods will be adapted accordingly, and existing data bases will be complemented with newly published data. We will further acquire some new archeomagnetic data from the Cape Verde islands from historical times to better constrain the early evolution of the present-day SAA. In order to study the long-term field evolution and possible recurrences of similar weak field structures in this region, we will produce new paleomagnetic records from available marine sediment cores off the coasts of West Africa, Brazil and Chile. This region is weakly constrained in previous millennial scale models. Apart from our main aim to gain better insights into the previous evolution of dipole moment and SAA, the models will be used to study relations between dipole and non-dipole field contributions, hemispheric symmetries and large-scale flux patterns at the core-mantle boundary. These observational findings will provide new insights into geodynamo processes when compared with numerical dynamo simulation results.Moreover, the models can be used to estimate past geomagnetic shielding above Earths surface against solar wind and for nuclide production from galactic cosmic rays.

The depositional flux of meteoric 10Be derived from combined in situ and meteoric 10Be analyses along a climate gradient (Chile)

This dataset contains Beryllium isotope data, pH measurements, and calculations of surface process rates (denudation, weathering, erosion) from soil and drill core samples from the Coastal Cordillera, Chile. All drilling and soil sampling campaigns were conducted in the framework of the “EarthShape” project (DFG SPP1803) from March 2019 to March 2020. Rock and soil samples consist of granitoid lithology that is weathered to different degrees. We measured the concentration of in situ 10Be in quartz samples from soil samples and calculated denudation rates thereof. Furthermore, we applied a sequential extraction method to analyse meteoric 10Be and reactive 9Be; we also measured residual 9Be and parent bedrock 9Be concentrations. Using the concentration of meteoric 10Be, we calculated the inventory assuming exponential decrease with depth. Finally, we calculated the depositional flux using the in situ 10Be denudation rate and the 10Be(meteoric)/9Be isotope ratio. From reactive 9Be, we calculated the fraction of reactive and dissolved 9Be that we interpret as weathering indicator. All samples are indicated with a IGSN (International Generic Sample Number) which is a global unique sample identifier. These IGSNs are provided in the data tables and are linked to a short data description in the internet.

Wasseraufbereitung mit Wertelementrückführung - As-Rückhalt Material aus Schlacken / Ionenaustauscher

KI-basierte Erfassung und Monitoring von klimainduzierten Naturkatastrophen und Analyse der Exposition

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