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Demonstration eines integrierten Membranverfahrens zur ressourcenschonenden Aufbereitung von Sole aus dem Lithiumbergbau in Bolivien und Chile

Douglasie in Mitteleuropa und Südamerika: Ein kontinentübergreifende Lösung für eine integrative Waldbewirtschaftung oder eine mögliche Bedrohung heimischer Lebensgemeinschaften?

Um die Bereitstellung verschiedener Ökosystemdienstleistungen aufrechtzuerhalten, müssen Wälder an mögliche zukünftige Umweltbedingungen angepasst werden. Eine Anpassungsstrategie ist die Förderung nicht heimischer Baumarten, die vermutlich besser an die neuen klimatischen Bedingungen adaptiert sind. Der Anbau nichtheimischer Baumarten wird jedoch kritisch gesehen und kontrovers diskutiert, da sich die Dynamik von Waldökosystemen durch eine nichtheimische Art verändern kann. Eine Baumart, die aufgrund ihrer guten Wuchsleistung in vielen Teilen der Welt eingeführt wurde, ist die in Nordamerika beheimatete Douglasie (Pseudotsuga menziesii). Auch wenn sie oft in Reinbeständen angebaut wird, gibt es sowohl in Mitteleuropa (mit Fagus sylvatica) als auch in Südamerika (mit Nothofagus spec.) Erfahrungen mit dem Anbau von Douglasie in Mischung mit einheimischen Baumarten. Die ähnlichen Voraussetzungen in Mitteleuropa und Chile ermöglichen die Untersuchung allgemeiner Hypothesen zu Mischungseffekten zwischen einheimischen und nichtheimischen Baumarten. Darüber hinaus bietet ein solcher kontinentübergreifender Ansatz die Möglichkeit, die wichtigsten Invasionsmuster in unterschiedlichen Umweltbedingungen zu untersuchen - ein wichtiges Thema im Hinblick auf die Etablierung nichtheimischer Baumarten. Die drei Hauptziele dieses Projekts sind (1) die Analyse und Gegenüberstellung des invasiven Potenzials der Douglasie in Chile und Mitteleuropa, um die treibenden Kräfte und Hindernisse für die Etablierung dieser Art zu ermitteln, (2) die Gegenüberstellung und der Vergleich der Pflanzenartenvielfalt und ihrer Eigenschaften in Misch- und Reinbeständen aus einheimischen Laubbäumen und Douglasie in verschiedenen Ländern, um allgemeingültige Muster oder lokale Abhängigkeiten zu erkennen, und (3) eine Untersuchung der Mischungseffekte von Douglasie mit einheimischen Laubbaumarten auf die komplexe Beziehung zwischen Waldstruktur, Baum- und Bestandswachstum. Wir haben bereits ein Netz von Untersuchungsstandorten in Mitteleuropa (8 Standorte in Deutschland und 8 Standorte in der Schweiz) und Chile (9 Standorte) in Regionen mit Douglasien und einheimischen Laubbaumarten eingerichtet. Wir beantragen ein Projekt, das aus zwei Teilprojekten besteht, in denen die Auswirkungen der Douglasie in Rein- und Mischbeständen auf Bestands- und Landschaftsebene untersucht werden, wobei der Schwerpunkt auf der Invasivität (Teilprojekt 1), den Bestandsstrukturen (Teilprojekt 2) und den Auswirkungen der Douglasie auf die biologische Vielfalt und die Merkmalszusammensetzung (Teilprojekt 1) liegt. Die Teilprojekte sind eng miteinander verknüpft, indem kontinentübergreifend der Einfluss der Waldstruktur in Rein- und Mischbeständen auf die biologische Vielfalt untersucht wird. Durch ein besseres Verständnis der Mischungseffekte zwischen nichtheimischen und heimischen Arten auf verschiedene Waldfunktionen wird dieses Projekt zur Entwicklung eines anpassungsfähigen Waldmanagements beitragen.

Die Auswirkung der dynamischen und thermodynamischen Eigenschaften der Strömung auf die räumliche und zeitliche Verteilung von Niederschlag im südlichen Patagonien

Der weit nach Süden vordringende Keil Südamerikas ist weltweit die einzige nennenswerte Landmasse zwischen ca. 45° und 60°Süd. Das senkrecht zur Hauptwindrichtung verlaufende Andengebirge stellt eine wirksame Barriere für die Westwinddrift dar und hat einen bestimmenden Einfluss auf die hemisphärische Zirkulation sowie das lokale Wettergeschehen. Das Gebirge zwingt die maritimen Luftmassen zum Aufsteigen, was häufig mit intensiven Steigungsregen auf der Luvseite der Anden einhergeht. Durch die Überströmung des Gebirges kommt es zur Ausbildung von speziellen Prozessgefügen in der atmosphärischen Strömung sowohl auf der Meso- als auch regionaler Skala. Der damit einhergehende Transport und Austausch von Energie und Masse beeinflusst maßgeblich die Entstehung und den Ausfall von Hydrometeoren. Trotz der starken Wechselwirkung zwischen Strömung, Topographie und Niederschlag wurde in Patagonien darüber bisher nur wenig geforscht. Das vorgeschlagene Forschungsvorhaben leistet daher einen Beitrag zum Verständnis der Wechselwirkung zwischen dynamischen Prozessen und der räumlichen und zeitlichen Variabilität von Niederschlag in dieser Region. Ziel des Projektes ist die Quantifizierung wichtiger Prozesse die neue Aufschlüsse über die relevanten Mechanismen liefern soll. Anhand von hochauflösenden numerischen Simulationen werden an Einzelfallstudien die dynamischen und thermodynamischen Eigenschaften der atmosphärischen Strömung im Detail analysiert. Begleitende Sensitivitätsstudien mit vereinfachten analytischen Modelle werden zudem Aussagen zu den Auswirkungen der atmosphärischen Variabilität auf die Niederschlagsverteilung liefern. Das aus der Studie gewonnene Prozessverständnis ist eine wichtige Grundlage für weiterführende Forschungsarbeiten im Bereich der Hydrologie, Glaziologie und Ökologie.

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.

Gekoppelte Land-Ozean-Prozesse als Ursache der paläoklimatischen Variabilität in der Atacama-Wüste im Norden Chiles (SO-Pazifik), Vorhaben: Paläoozeanographische Variabilität im SO-Pazifik vor Nord-Chile

Gekoppelte Land-Ozean-Prozesse als Ursache der paläoklimatischen Variabilität in der Atacama-Wüste im Norden Chiles (SO-Pazifik), Vorhaben: Paläoklimatische Variabilität in der Atacama-Wüste im Norden Chiles

Gekoppelte Land-Ozean-Prozesse als Ursache der paläoklimatischen Variabilität in der Atacama-Wüste im Norden Chiles (SO-Pazifik), Vorhaben: Räumliche und zeitliche Variabilität des küstennahen Auftriebsgebiets vor Nord-Chile

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.

Calocedrus decurrens und Austrocedrus chilensis. Ein pflanzengeographischer und ökologischer Vergleich zweier Reliktconiferen in den kalifornischen und chilenischen Winterregensubtropen

Ziel des Projektes ist, durch vergleichende Betrachtung zweier in der botanischen Systematik einander sehr nahestehender Zypressengewächse (Cupressaceae) in ihren jeweiligen Lebensräumen - colocedrus decurrens in Kalifornien/Oregon und Austrocedrus chilensis in Mittelchile/Argentinien - die Gesetzmäßigkeiten aufzudecken, die ihrer Verbreitung und ihren Standortmerkmalen zugrundeliegen. Forschungsansatz ist die bemerkenswert ähnliche ökologische Stellung der beiden getrennt auf Nord- und Südhemisphäre heimischen Arten. Hier wie dort gedeihen sie in den Bergwäldern der Winterregensubtropen und dringen -- dem 'Gesetz der relativen Standortskonstanz' gehorchend - noch weiter polwärts vor. Mit dem Vorhaben sollen die Stellung beider Arten im jeweiligen dreidimensionalen Klima- und Vegetationsaufbau und die öko-physiologischen Grundlagen ihrer Verbreitung vergleichend herausgearbeitet werden. Der Vergleich als pflanzengeographische Methode (GOLTE 1984, 1988, 1993) beinhaltet als wesentliche Indikatoren für die Standortsmerkmale und die ökologische Stellung die klimatischen Verhältnisse (Messungen), geologische und edaphische Faktoren (Probenentnahme, Laboruntersuchungen) sowie die begleitende Flora und Vegetation (Vegetationsaufnahmen).

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