Die VII. Region Chiles (Region Maule) zählt zu den bryologisch und lichenologisch bisher ungenügend untersuchten Gebieten Chiles. Große Teile der natürlichen Vegetation sind durch Inkulturnahme heutzutage in Plantagen, Felder und Siedlungsland umgewandelt. Die wenigen Reste der natürlichen Waldvegetation sind aktuell fast ausschließlich auf wenige als Naturschutzgebiete ausgewiesene Gebiete beschränkt. Die Moos- und Flechtenflora dieser Flächen wird im Zuge des Projektes detailliert kartiert. Ziel des Projektes ist es, den Kenntnisstand der Moos- und Flechtenflora der VII. Region Chiles zu mehren, Vorschläge für Schutzmaßnahmen herauszuarbeiten und Indikatororganismen für natürliche Waldvegetationstypen herauszufinden.
In OPTOP werden Design und Betrieb des Receivers als zentraler Schnittstelle der Solar Island eines Solarturmkraftwerks verbessert. Dafür wird innovative Messtechnik in ein Monitoringsystem basierend auf Machine Learning und Digital Twin integriert. Das Projekt OPTOP hat drei Kernthemen: a) Sensorik für Receiver: In einem integralen Messkonzept für den Receiver wird die verbesserte Erfassung der Receiveroberflächentemperatur mittels Infrarotkameras, eine nicht-invasive Erfassung der Fluidtemperatur im Receiver, eine betriebsbegleitende Strahlungsdichtemessung und die kamerabasierte Reflexionsgradvermessung des Receivers implementiert. Die Sensordaten werden gemäß den Prinzipien von Industrie 4.0 und dem IoT aufbereitet und für die Betriebsoptimierung und das Receivermonitoring bereitgestellt. b) Receivermonitoring und intelligente Betriebsstrategien: Basierend auf dem umfassenden Sensorinput und einem parallellaufenden Digital Twin-Modell des Receivers wird ein Monitoringsystem entwickelt, das mittels Machine Learning-Methoden ein Überschreiten der Receiver-Betriebsgrenzen im Voraus erkennt und dem Betreiber einen sicheren Betrieb erleichtert. Darauf aufbauend wird mit dynamischen Zielpunkt- und Defokussierstrategien und O&M-Zyklen eine intelligente Betriebsstrategie entwickelt, die den Betrieb der Solar Island sowohl energetisch als auch ökonomisch optimiert. c) Transientes Receiverdesign: Eine Methodik für das Design des Receivers als zentraler Schnittstelle der Solar Island wird entwickelt, welche das integrale System für maximalen Ertrag im transienten Kraftwerksbetrieb optimiert. Dafür wird der Einsatz variabler Flussschemata untersucht, für welche - um die Grenzen des erlaubten Einsatzbereichs nicht zu überschreiten - die umfassende Kenntnis des Receiverzustands im Betrieb basierend auf Sensorik und Digital Twin notwendig ist. Die entwickelte Sensorik und Simulations-Methodik wird im Labor und im Turmsystem Cerro Dominador in Chile implementiert und getestet.
Organismen können durch ihre aktive Rolle als 'Verwitterungsmotor' zur Oberflächenformung beitragen. Pflanzen und Bodenmikroorganismen sind in der Lage, Nährstoffe effizient zu nutzen und damit den Bedarf zu reduzieren, Nährstoffe aus dem Ausgangsgestein freizusetzen. Das könnte gerade bei fortgeschrittener Verwitterung hin zu feuchteren Bedingungen der Fall sein. Zusätzlich wird der Nährstoffkreislauf von höheren trophischen Ebenen, insbesondere von Herbivoren beeinflusst. Bisher ist noch nicht geklärt, wie das Klima, insbesondere der Niederschlag, mit Herbivorie gemeinsam auf Nährstoffkreisläufe und Streuabbau wirken. Unser übergeordnetes Ziel ist es, die relative Bedeutung von biotischen (Pflanzen, Mikroorganismen, Herbivore) und abiotischen Faktoren (Geologie, Klima) für Verwitterungs- und biogeochemische Prozesse zu eruieren. Dafür werden wir biologische und geochemische Prozesse wie folgt direkt verknüpfen. Zum einen untersuchen wir im Detail Prozesse an der Schnittstelle zwischen der 'grünen', der 'braunen' und der 'grauen Welt', für die wir in Phase 1 die Grundlage gelegt haben. Zum anderen werden wir eine integrierte Analyse dieser und der in Phase 2 zu erfassenden Daten vornehmen, die durch die Kooperationen eines großen interdisziplinären Konsortiums in unserem Trockenexperiment ermöglicht wird. Wir werden unseren anfänglichen Fokus auf die Rückkopplung zwischen Pflanzen, Boden und Geologie sowohl 'nach unten' als auch 'nach oben' erweitern. Im Detail konzentrieren wir uns auf a) die Nährstofflimitierung und die Nährstoffeffizienz von Pflanzen und Bodenmikroorganismen und b) den Einfluss von Herbivorie auf die Abbaubarkeit von Streu. Beide beeinflussen indirekt biogeochemische Verwitterungsprozesse. Hierzu kombinieren wir den 'Space-for-time' Ansatz mit mechanistisch ausgerichteten Feldversuchen, welche direkt die Niederschläge entlang eines klimatischen Gradienten in Chile manipulieren. Mit dieser Herangehensweise möchten wir folgende Leitfragen beantworten: Können räumliche Gradienten als Resultat von langfristigen Klimaeinflüssen auf die Erdoberfläche für die Ableitung von zeitlichen (kurz- bis mittelfristigen) Klimaveränderungen genutzt werden? Welche Prozesse ('grün' vs. 'braun' vs. 'grau') können mit einem solchen räumlichen Gradienten abgebildet werden? Diese Fragen werden wir mit Hilfe von Beobachtungen und Experimenten im Gelände und Pflanzen- und Herbivorieversuchen im Gewächshaus beantworten. Wir werden Nährstoffanalysen von Pflanzen, Boden, und Bodenmikroorganismen durchführen, die durch innovative Methoden unter Nutzung von Stabilisotopentracern ergänzt werden. Da wir uns explizit der Rolle von Organismen im Nährstoffkreislauf widmen, können wir deren potenzielle Rolle als 'Verwitterungsmotor' ableiten, welches die Säule des EarthShape-Programms darstellt. Unser Projekt untersucht zudem erstmalig in Chile den Einfluss von Klimaveränderungen auf Ökosystemprozesse basierend auf aufwändigen Geländeversuchen.
Ausgehend von einer Bestandsaufnahme der Kleinbauernorganisationen in Chile und einer geographischen Gliederung des Agrarraumes konzentriert sich die Fragestellung auf soziale, wirtschaftliche usw. Interaktionen der Betriebe und Organisationen als Netzwerke. Die Netzwerkanalyse bewertet die Beziehungen als Stege bzw. Pfade zwischen den Knoten, die aktiviert werden, um Prioritären durchzusetzen. Daraus ergeben sich Strukturen und Konstellationen unterschiedlicher zeitlicher und räumlicher Muster mit prioritäten Zuordnungen. Die Beziehungen von Kleinbauernorganisationen (organizational networks) untereinander, zu staatlichen und nichtstaatlichen Institutionen (policy networks) und vor allem die Beziehungen der Mitglieder untereinander und zu ihren Organisationen stehen im Mittelpunkt der Forschung. Als Ergebnis werden die Einflussmöglichkeiten der Organisationen beispielsweise auf die wirtschaftliche Entwicklung aufgezeigt und Handlungsstrategien zur Risikoverminderung für die Kleinbauern und zur Förderung des ländlichen Raumes in ausgewählten Regionen formuliert.
Die Hauptzielsetzung dieses interdisziplinären Verbundprojektes besteht in der Untersuchung der physikochemischen und mechanischen Eigenschaften und der daraus resultierenden Erosionsneigung von vulkanischen Ascheböden in Südchile in Abhängigkeit von Alter, Entwicklungszustand und Nutzungsform der Böden. Aschenböden stellen in vielerlei Hinsicht wie Porosität, Verdichtbarkeit, Erosionsverhalten, Kornform, Benetzbarkeit, Dynamik der Bodenentwicklung Extremstandorte dar. Gemessen an der Verbreitung und der wirtschaftlichen Bedeutung dieser Böden liegen zwar einige bodenphysikalische und chemische Daten vor, doch können diese Erkenntnisse bisher kaum in allgemeine Kategorien übertragen und auch nicht hinsichtlich der räumlichen Vernetzung und Relevanz bewertet werden. Daher werden mit dem vorliegenden methodischen Ansatz an 12 Catenen mit je 2 Profilen signifikante physikalische Parameter zur Kennzeichnung des physikochemischen, mechanischen und hydraulischen Verhaltens dieser Böden identifiziert und bewertet (siehe Abb.1 im Anhang). Auf diese Weise soll die besondere Bedeutung physikalischer Parameter für die Materialumlagerungen von Ascheböden erfasst werden. Der Erkenntnisgewinn liegt folglich einerseits im verbesserten Prozessverständnis über chilenische Aschenböden, andererseits sollen aber auch die entwickelten und geprüften Methoden auf Aschenböden allgemein übertragbar sein. Damit würde zusätzlich ein wichtiger Beitrag zur Standardisierung der Methoden für Aschenböden im weltweiten Maßstab geleistet werden. Die Interaktion zwischen physikalischen und mechanischen Eigenschaften und deren Ausprägung in Landschaften zu quantifizieren sind Ziel dieses Antrags.
Zahlreiche, zumeist endemische, chilenische Monocotylen-Sippen werden im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes der Landwirtschaftlichen und Biologischen Fakultät der Universität Talca, Chile, hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit für kommerzielle Zwecke (Zierpflanzen) untersucht. Die biologische Begleitforschung zielt auf die Lösung verschiedener taxonomischer Probleme, z.B. die Aufgliederung der Gattung Hippeastrum s.l. (Amaryllidaceae) auf Basis der Chromosomengrundzahlen und des Karyotyps.
Dieser Antrag stellt die Weiterführung unserer Arbeiten aus EarthShape Phase 1 dar. In den vorangegangenen Arbeiten wurde der Einfluss von Klima- und Vegetationsveränderungen seit dem letzten glazialen Maximum bis heute auf die Topographie und Erosionsraten in den EarthShape Untersuchungsgebieten untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen signifikante Änderungen von Vegetation und Erosionsraten während der letzten 21000 Jahre, sowie nicht-lineare Effekte und, von Vegetationsveränderungen abhängige, Schwellenwerte von Erosionsraten. Diese Ergebnisse, sowie die großskaligen Veränderungen von Umweltbedingungen und Tektonik des Känozoikums, motivieren uns in Phase 2, über die größeren Zeitskalen (Millionen Jahre) des Känozoikums zu integrieren um so die Einflüsse der ausgeprägten Klimaänderungen auf die Vegetation und davon bedingten Verwitterungs- und Erosionsraten in der Küstenkordillere Chiles zu untersuchen. Unsere übergreifende Hypothese ist: Ein starkes Abnehmen der CO2-Konzentration der Atmosphäre und ein Klimaentwicklung hin zu kälteren und trockeneren Bedingungen seit dem Übergang vom Eozän zum Oligozän haben (1) zu einer substantiellen Verringerung der Planzenproduktivität und Vegetationsbedeckung geführt. Diese Vegetationsveränderungen haben wiederum (2) zu deutlich veränderten Erosions- und Pflanzen-bedingten Verwitterungsraten geführt. Infolgedessen könnte die rezente Topographie substantiell durch die Vegetationsdynamik der Vergangenheit bedingt sein. Unsere Untersuchung und Bewertung dieser Hypothese baut auf unseren eigenen Arbeiten und den technischen Fortschritten von Partnern aus Phase 1 auf. Wir werden ein gekoppeltes Modellsystem, bestehend aus dem dynamisches Vegetationsmodell LPJ-GUESS und dem Oberflächenprozessmodell LandLab, einsetzen, und es mit Simulationen von Paläo-Klimaänderungen (ECHAM5) der vergangenen 34 Millionen Jahre antreiben. Integraler Bestandteil und neu in unserem Ansatz ist die Verknüpfung des Vegetations- und Oberflächenprozessmodells, um Änderungen der biotischen (pflanzen-bedingten) und abiotischen Verwitterung zu schätzen. Hierzu werden wir: a) quantifizieren, wie dynamische Vegetationsveränderungen die Denudationsraten, Topographie und Tiefenverwitterung beeinflussen; b) bewerten inwiefern von Pflanzen beeinflusste Erosion und Verwitterung von den herrschenden Niederschlagsbedingungen, der Temperatur, und von CO2 Konzentrationen abhängen, und c) pedogene, geochemische, geologische und ökologische Daten aus Phase 1, sowie neue Ergebnisse aus Phase 2 aus anderen Projekten in unser Modellierungskonzept integrieren.
Die Erforschung von Artbildungs- und Anpassungsprozessen ist zentral, um zu verstehen, wie Biodiversität entsteht und auf wechselnde Umweltbedingungen reagiert.. Ein idealer Ort für solche Studien ist das Südpolarmeer: Es beherbergt eine reiche und hochgradig endemische Fauna. Neuere Studien zeigen, dass viele benthische Arten aus Gruppen von genetisch distinkten Kladen bestehen, die als früher übersehene Arten pleistozänen Ursprungs interpretiert werden. Diese kryptischen Arten können durch molekulare Methoden (z. B. DNA-Barcoding) und z.T. auch durch morphologische Analysen unterschieden werden. Es wird angenommen, dass die Artbildung per Zufall erfolgte, als ehemals große Populationen während glazialer Maxima in kleinen allopatrischen Refugien isoliert wurden, wo sie starker genetischer Drift ausgesetzt waren. Alternative Artbildungsmodelle wurden bislang wegen fehlender molekularer Methoden kaum erforscht. Studien aus anderen Ökosystemen zeigen, dass ökologische Artbildung, d.h. Aufspaltungsereignisse durch unterschiedliche Selektion, ein naheliegendes alternatives Artbildungsmodell ist. In dem hier vorgestellten Projekt sollen erstmals hochauflösende genomische Methoden zusammen mit morphologischen Analysen benutzt werden, um konkurrierende Artbildungsmodelle für das Südpolarmeer zu testen. Als Fallstudie sollen hierfür Muster genetischer Drift und Selektion in einer besonders erfolgreichen Gruppe benthischer Arten des Südpolarmeeres untersucht werden, den Asselspinnen (Pycnogonida). Aufbauend auf vorangehenden Studien sollen genomische Muster neutraler und nicht neutraler Marker bei zwei Artkomplexen untersucht werden: Colossendeis megalonyx und Pallenopsis patagonica. Diese beiden Artkomplexe von Asselspinnen sind aufgrund mehrerer Merkmale hervorragende Modelle für die Themen dieses Antrages: 1) Es existieren zahlreiche genetisch divergente kryptische Arten, 2) erste morphologische Unterschiede wurden gefunden, 3) die weite Verbreitung der Vertreter sowohl auf dem antarktischen Kontinentalschelf als auch in weniger von den Vereisungen betroffenen subantarktischen Regionen, 4) ihre geringe Mobilität. Sollte eine durch genetische Drift bedingte allopatrische Artbildung in glazialen Refugialpopulationen der Hauptantrieb der Evolution sein, ist zu erwarten, dass Zufallsfixierung neutraler Allele und Signaturen von Populations-Bottlenecks in stark vereisten Gebieten am höchsten sind. Wenn andererseits natürliche Selektion der Hauptantrieb der Artbildung war, so sind starke Signaturen von Selektion auf Geno- und Phänotyp zu erwarten. Diese sollte am stärksten bei sympatrischen Arten sein (Kontrastverstärkung). Die Variation entlang von Genomen soll untersucht werden, um das Ausmaß zufälliger bzw. nicht zufälliger Variation einzuschätzen. Das vorgeschlagene Projekt wird ein wichtiger erster Schritt einer systematischen Erforschung der relativen Bedeutung von genetischer Drift und Selektion für die Evolution im Südpolarmeer sein.
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