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.
(1) Terrestrische Biota der Antarktis sind durch geografische Isolation und inselhafte Verteilung geprägt. Die isolierte Lage der Antarktis und die Beschränkung auf weit voneinander entfernte kleine Habitatflecken haben zu einem hohen Endemiten-Anteil und einer starken Regionalisierung der Fauna und Flora geführt. Genetische Differenzierung, lokale Anpassung und die Evolution kryptischer Arten sind die Folge. Die Biodiversitäts-Konvention (CBD) betrachtet genetische Diversität als einen Eckpfeiler biologischer Vielfalt und stellt sie damit in eine Reihe mit der Diversität von Arten und Ökosystemen. Durch Einschleppung ortsfremder Arten und Homogenisierung bislang getrennter Genpools bedroht der Mensch jedoch zunehmend diese Isolation und genetische Differenzierung vieler antarktischer Biota. (2) Obwohl Flechten als wichtigste Primärproduzenten antarktische terrestrische Lebensräume dominieren, fehlen zurzeit Daten zu ihrer genetischen Struktur und Diversität. Der Umfang inter- und intrakontinentalen Genflusses ist bisher völlig unbekannt. Es ist deswegen derzeit unmöglich, den aktuellen und zukünftigen menschlichen Einfluss auf antarktische Flechtenpopulationen auch nur annähernd abzuschätzen.(3) Wir schlagen vor, mittels molekulargenetischer Daten die populationsgenetische Struktur von sechs weit verbreiteten Flechtenarten mit unterschiedlichen Ausbreitungsstrategien zu untersuchen. Dabei soll die Nullhypothese überprüft werden, dass Flechtenpopulationen genetisch nicht differenziert sind. Zusätzlich wollen wir abschätzen, ob menschliche Aktivitäten zur Einschleppung ortsfremder Arten oder Genotypen und zur Homogenisierung von Genpools beitragen. Hierfür sollen Lokalitäten mit hohem und niedrigem menschlichen Einfluss verglichen werden. Das Projekt schafft damit unverzichtbare Grunddaten für die Entwicklung von Schutzstrategien in der Antarktis.
Die Auswirkungen unterschiedlicher Landbewirtschaftung auf Gebietswasserhaushalt und Wasserqualität in der IX. Region Chiles sind bisher weitgehend unerforscht und bleiben deshalb bei der wasserwirtschaftlichen Planung unberücksichtigt. Im Rahmen eines DAAD Jahresstipendiums baut der Mitantragsteller deshalb in Zusammenarbeit mit Hochschullehrern der Universidad de la Frontera (Temuco, Chile) ein Monitoringprogramm in drei kleinen Wassereinzugsgebieten auf (land- und forstwirtschaftliche Nutzung, Naturwald), welches Erkenntnisse über das Abflussverhalten unter den gegebenen Klimabedingungen liefern soll. Hauptziel des Vorhabens ist die Klärung, ob die intensive forstliche Bewirtschaftung mit Eucalyptus globulus und Pinus radiata zu einer Verminderung des Trockenwetterabflusses führt. Weitere Aspekte der Untersuchung sind die kontinuierliche Erfassung von Gewässergüteparametern sowie das Abflussverhalten dreier Vorfluter bei Starkregenereignissen. Das Vorhaben knüpft an die Zusammenarbeit im Rahmen des abgeschlossenen EU-Projektes 'Influence of Land Use on Sustainability' an und soll Basisdaten für die wasserwirtschaftliche Planung (manejo de cuencas) liefern. Die Zusammmenarbeit mit lokalen Professoren und Studenten soll die langfristige sachgerechte Nutzung der Messstationen gewährleisten.
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 (Text abgebrochen)
Die Sedimente, der Wasserkoerper sowie Gesteine des Einzugsgebietes verschiedener Seen im Sueden Chiles werden geochemisch untersucht. Da diese Seen anthropogen voellig unbeeinflusst sind, soll der natuerliche Loesungsinhalt (insbesondere Schwermetall) bestimmt werden. Die Studie dient zur Ermittlung des natuerlichen geochemischen Backgrounds.
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.
The dynamics of Patagonian Lenga-forests (Nothofagus pumilio) will be studied at two long-term investigation sites of the University of Chile of Santiago. Field data will be acquired in two field campaigns and involve structural surveys, increment coring and stem analyses. The aim of the proposed project is to model Lenga forest dynamics with an individual tree-based modelling approach. Building upon experience with the SILVA model, the major challenge lies in the old growth and regeneration phase, and the gap heterogeneity which can only be represented on the landscape scale. The approach is unique in a sense that it applies principles from individual-tree modelling to the classical field of gap models. It profits from the strong competition algorithms and structural sensitivity of individual tree models and overcomes the limitation of regular grids in gap models. The project will unite 30 years field experience and data collection at the U.Chile and the modelling background at the TUM. Besides the progress in the understanding of forest growth processes, the growth model will support the sustainable silvicultural management of the resource Lenga.
Ziel dieses Projektes ist es, den nutzbaren Altersbereich für OSL-Datierungen von 200-400 ka in Richtung 1 Ma auszuweiten. Diese Ausweitung würde die zeitliche Lücke in unserem Vermögen klastische Sedimente zu datieren, zwischen Radiokohlenstoffdatierung (bis ca. 40 ka) und Bedeckungsalterdatierung (größer als 500 ka), schliessen helfen.
Ziel ist es ein Netzwerk meteorologischer Stationen in der Atacama zu etablieren. Diese Arbeit wird aktiv von unseren Partnern in Chile unterstützt. Gegenwärtig gibt es nur vereinzelt meteorologische Stationen am Küstenstreifen und fast keine im Kern der Atacama Wüste. Ein weiteres Ziel ist die bodengestützten Observationen mit Fernerkundungsdaten zu vereinen. Beide Datensätze werden als Test für die Zuverlässigkeit von Klimamodellen dienen, die das heutige Klima beschreiben. Auf Basis dieser Tests werden Klimamodelle für das Klima in der Vergangenheit entwickelt. Letztere würden mit Klimaproxydaten anderer Teilprojekte verifiziert werden.
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