Die große Sauerstoffkatastrophe (Great Oxidation Event - GOE) kennzeichnet den starken Anstieg von molekularem Sauerstoff (O2) in der Atmosphäre während der Frühgeschichte der Erde, was flächendeckende Habitabilität ermöglicht und komplexes Leben auf der Erde erlaubt. Viele Fragen sind diesbezüglich weiterhin offen. Was dazu führte, dass sich Sauerstoff in der Atmosphäre anreicherte, der Zeitpunkt und das Ausmaß sind nicht gut bestimmt. Erst jetzt ist es möglich die komplizierten Wechselwirkungen zwischen atmosphärischen, biologischen und geologischen Prozessen zu identifizieren. Das sich daraus ergebende Absterben methanogener Lebensformen und das Auftreten eines sogenannten Schneeball-Erden-Zustandes sind Beispiele für die extremen Auswirkungen des GOE. Eine zentrale Frage, die wir untersuchen, ist ob der GOE in einem linearen oder, aufgrund einer möglichen Bistabilität von Sauerstoff, in einem sprungweisen Anstieg von O2 erfolgte. Des Weiteren studieren wir den Einfluss des Kohlenstoffzyklus und des Klimas auf die Charakteristika und den Zeitpunkt des GOE. Wir wenden unsere Erfahrung in eindimensionalen (1D) und 3D Klimamodellierungen an, um die Auswirkung unterschiedlicher Klima auf den GOE zu ermitteln. Um dies zu erreichen entwickeln und verwenden wir unser einzigartiges Atmosphärenmodell mit detailliertem Sauerstoffzyklus (inklusive zum Beispiel Verwitterungsprozesse, atmosphärische Photochemie) welches die Atmosphäre, Biosphäre und Geosphäre umfasst. Ein wichtiges Ziel ist die Analyse der Kernprozesse für den GOE unter der Berücksichtigung jüngster Ergebnisse geologischer Untersuchungen (zu zum Beispiel Oberflächendruck, atmosphärischen Treibhausgases, usw.).
Die ständige Weiterentwicklung und Verbesserung der Wetter- und Klimamodelle stellt die Fernerkundung der Atmosphäre vor große Herausforderungen. Für die Evaluierung der Modelle werden immer besser aufgelöste Messungen und Methoden benötigt. Herkömmliche Ansätze scheitern hier vor allem an fehlenden kontinuierlichen Beobachtungen der Temperatur und Feuchte bei allen Wetterbedingungen und insbesondere bei Regen. Ein Windprofiler ist allerdings auch bei solchen Bedingungen in der Lage Vertikalinformationen der Temperatur- und Feuchtegradienten zu messen. Der hier vorgeschlagene neuartige Ansatz aus einer Synergie aus Windprofiler (inklusive Radio Acoustic Sounding System), Ramanlidar, Mikrowellenradiometer und Wolkenradar ermöglicht eine automatisierte und kontinuierliche Erstellung von Temperatur- und Feuchteprofilen sogar bei Niederschlägen. Die zu verwendende variationelle Methode (optimale Schätzung, in engl. â€Ìoptimal estimationâ€Ì) bietet dabei ein robustes Hilfsmittel für die Kombination mehrerer Messgeräte unter Einbeziehung der Unsicherheiten der einzelnen Systeme. Bei der optimalen Schätzung wird ein vorgegebener Anfangszustand (z.B. die Klimatologie des Standorts oder der letzte bekannte Zustand) so lange iterativ variiert, bis er mit den Beobachtungen der verschiedenen Messgeräte innerhalb der Unsicherheiten übereinstimmt. Die Methode ermöglicht auch eine ausführliche Analyse der Unsicherheiten der Resultate und eine Einschätzung der Beiträge der einzelnen Geräte.Die langen Zeitreihen an Daten und die Kombination an sich ergänzenden Messinstrumenten, insbesondere mit dem 482 MHz Windprofiler am Meteorologischen Observatorium Lindenberg â€Ì Richard Aßmann Observatorium (MOL-RAO), sind einzigartig. Der Antragsteller kann hier seine umfangreichen Erfahrungen mit Instrumentensynergie und der Entwicklung von Algorithmen zur Ableitung atmosphärischer Variablen einbringen, um eine kontinuierliche Zeitreihe von Temperatur- und Feuchteprofilen mit bisher nicht erreichter Genauigkeit innerhalb und oberhalb von Wolken und insbesondere bei Niederschlag zu erstellen. Die thermodynamischen Profile bieten die ideale Möglichkeit, die Verdunstungsraten und die daraus resultierende Abkühlung mit einer verbesserten Genauigkeit zu quantifizieren. Die Unsicherheiten, die durch ungenaue Profile der relativen Feuchte und Temperatur entstehen, werden mit Hilfe von Simulationen abgeschätzt. Langzeitbeobachtungen an MOL-RAO werden genutzt, um aussagekräfige Statistiken über die Verdunstungs- und Abkühlungsraten zu erstellen. Die Ergebnisse werden für verschiedene Bedingungen wie stratiformen und konvektiven Niederschlag und für verschiedenen Jahreszeiten evaluiert. Dies wird den Modellieren helfen, die Parametrisierungen der Verdunstungsraten in kleinskaligen Modellen zu evaluieren.
Das Vorhaben Lärmbilanz 2020 wertet die Meldungen der Bundesländer zur Lärmkartierung und zur Lärmaktionsplanung (LAP) aus. Anschließend wird das gesamte Planungsverfahren analysiert. Zu diesem Zweck wird die Auswertung der Meldungen ergänzt um Literaturrecherchen und Fachgespräche mit Expertinnen und Experten.
Seit der Verabschiedung der Umgebungslärmrichtlinie 2002/49/EG und ihrer Umsetzung in nationales Recht haben die zuständigen Behörden zahlreiche, teilweise sehr unterschiedliche, Erfahrungen mit der Lärmaktionsplanung in Deutschland gesammelt. In vielen Kommunen wurde die Lärmaktionsplanung verstetigt und Erfolge werden sichtbar bzw. hörbar. In anderen Gemeinden macht sich dagegen Ernüchterung breit, vor allem kleinere Kommunen stellen seltener einen LAP auf und entwickeln seltener konkrete Lärmminderungsmaßnahmen als größere Städte. Insgesamt gibt es kaum Fachleute, die sich mit dem Umsetzungsstand der LAP-Maßnahmen zufrieden zeigen.
Es geht heute im Kern also vor allem darum, wie die Umsetzung der im Lärmaktionsplan vorgesehenen Maßnahmen gestärkt werden kann und wie die Planungsverantwortlichen in die Lage versetzt werden können, vor Ort tatsächlich Lärmminderung zu bewirken. Damit rückt der Planungsprozess stärker in den Fokus. Neben der notwendigen Ressourcenbereitstellung sind hier vor allem auf drei Ebenen Weiterentwicklungen möglich und sinnvoll, die im vorliegenden Bericht ausgearbeitet werden:
- bundesweit einheitliche, verbindliche und klarere Vorgaben zur Ausgestaltung der Planung,
- Anpassung der Zuständigkeiten für die Lärmaktionsplanung bzw. stärkere Unterstützung der zuständigen Behörden,
- kontinuierliche und systematische Kommunikation und Informationsangebote.
Viele Erkenntnisse der Lärmbilanz 2020 sind nicht neu, die meisten Optimierungsansätze sind schon länger bekannt. Es gibt daher weniger Erkenntnisdefizite als vielmehr Umsetzungsdefizite, die vor allem auf fehlende politische Prioritäten zurückzuführen sind. Gelingt es, diese Prioritäten anders zu gewichten, könnten ohne wesentliche Mehraufwände innerhalb kurzer Zeit deutlich mehr Menschen lärmentlastet werden als bisher.