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Elektrochemische Plattform zur Phosphatbestimmung sowie weiterer Parameter in wässrigen Systemen, Teilprojekt 2

Modellierung der Ressourcennutzung in terrestrischen Habitaten. Rekonstruktion des Nahrungsspektrums neogener und pleistozäner Huftiergesellschaften

Die Kenntnis rezenter Lebensräume wird genutzt, um Modelle zur Rekonstruktion neogener und pleistozäner Habitate zu entwickeln. Es wird erwartet, dass die Nahrungsspezifität von Huftieren wichtige Hinweise liefert auf die Habitate der untersuchten Faunen. Evolutionstrends lassen sich dann mit Veränderungen im Habitat korrelieren.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt A01: Klima der Gegenwart und Vergangenheit: Untersuchung der Wasserverfügbarkeit in der Atacama Wüste (Chile) anhand kombinierter in-situ, boden- und satellitengestützter Beobachtungen

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.

Ökologie und Verhaltensbiologie einheimischer Tagfalter

Tagfalter gehören zu den Insekten, deren Lebensweise am besten verstanden ist. Dennoch gibt es erhebliche Wissensdefizite, vor allem im Hinblick auf aut- und populationsökologische Kenngrößen vieler Arten. Diese Defizite sind ein großes Hindernis für wissenschaftlich fundierte Naturschutzmaßnahmen ebenso wie für vergleichende Grundlagenforschung in der Verhaltensökologie und Evolutionsbiologie. Wir erarbeiten in kombinierten Feld- und Laborstudien grundlegende Daten zur Lebensweise ausgewählter Tagschmetterlinge, wobei der Schwerpunkt auf dem Reproduktionsverhalten und den Ressourcenansprüchen der verschiedenen Lebenszyklusstadien liegt. Von besonderem Interesse sind bei diesen Studien bestandsgefährdete Arten sowie Zwillingsartenpaare, bei denen die Frage der ökologischen Differenzierung meist noch ungeklärt ist.

Die Rolle von gekoppelten versus ungekoppelten Reanalysen für die Initialisierung der dekadischen Klimaprognosen

Die Nachfrage nach zuverlässigen Klimaprognosen in verschiedenen sozioökonomischen Sektoren wird in der Zukunft steigen. Untersuchungen der Vorhersagbarkeit des Klimasystems auf zwischenjährlichen bis dekadischen Zeitskalen zeigen, dass eine Initialisierung der Erdsystemmodelle (ESM) mit Ozean- und Atmosphärenbeobachtungen die Vorhersage regionaler Klimagrößen verbessert. Jedoch leiden dekadische Klimaprognosen unter Initialisierungsschocks und systematischen Modellfehlern, welche die Vorhersagefähigkeit einschränken. Die Größe des Problems ist jedoch unbekannt. Zur Reduktion von Initialisierungsschocks in dekadischen Klimaprognosen sind ESM-Assimilationen, die Anfangsbedingungen dynamisch konsistent abschätzen können, ein möglicher Ansatz. Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, den Einfluss von dynamisch konsistenten Anfangsbedingungen auf die Vorhersagegüte dekadischer Klimaprognosen zu quantifizieren.Unter einer Vielzahl von gekoppelten Datenassimilationsmethoden (GDA) ist die adjungierte Methode eine der vielversprechendsten. Da ihr Resultat die dynamischen ESM-Gleichungen respektiert, kann man damit eine dynamisch selbstkonsistente räumliche und zeitliche Evolution des Klimazustands erstellen, die für die Initialisierung der dekadischen Klimaprognosen anwendbar ist. Zu diesem Zweck wird das gekoppelte adjungierte Modell mittlerer Komplexität CESAM (Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit Erd-System Assimilations-Modell) verwendet werden, um eine gekoppelte Ozean-Atmosphäre-Reanalyse zu erzeugen. Die Reanalyse wird als Anfangsbedingung für retrospektive Klimasimulationen dienen. Die Klimasimulationen werden mit verfügbaren Beobachtungen des Erdsystems verglichen werden, um die Vorhersagegüte des CESAMs zu evaluieren. Das in der CESAM implementierte dekadische Vorhersagekonzept wird sich auf die mehrjährige Variabilität der großskaliger Prozesse und Feedbacks innerhalb des gekoppelten Klimasystems konzentrieren. Der Vorteil des Vorhabens liegt in der Verfügbarkeit und der rechnerischen Effizienz des adjungierten CESAM-Modells. Da die Programmierung der adjungierten Codes für ESMs jedoch keine triviale Aufgabe ist, hat die adjungierte GDA-Methode im dekadischen Klimaprognosebereich bisher keine weitverbreitete Anwendung gefunden. Daher ist die Nützlichkeit adjungierter GDA für die Initialisierung der dekadischen Klimaprognosen noch zu verstehen und zu demonstrieren; dies ist das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens. Innerhalb des modellkonsistenten Ansatzes werden Initialisierungsmethoden verglichen werden, die sowohl auf der gekoppelten Reanalyse als auch auf der einzelnen Ozean und Atmosphäre Reanalysen (einer weit verbreiteten Strategie) basieren. Diese Ergebnisse werden als Richtschnur für zukünftige Initialisierungsentwicklungen in komplexeren ESMs dienen.

Molekulare Phylogeographie zentralafrikanischer Aplocheiliden (Teleostei, Cyprinodontiformes) als ein Spielgel der Regenwaldgeschichte West- und Zentralafrikas

Gegenstand des Forschungsprojektes ist eine Untersuchung der Phylogeographie ausgewählter Taxa eierlegender Zahnkarpfen (Cyprinodontiformes, Aplocheilidae) mit molekulargenetischen Methoden. Es soll die Hypothese getestet werden, ob Evolution und Radiation in dieser Fischgruppe entscheidend durch die historische und rezente Entwicklung des zentralafrikanischen Regenwaldes beeinflußt wurde. Aufgrund der engen Habitatbindung der untersuchten Artgruppen an den Regenwald wird diese Hypothese von den bisherigen Bearbeitern favorisiert. Für die betrachteten Taxa soll das Ausmaß der genetischen Unterschiede zwischen den Arten und den verschiedenen Populationen ermittelt werden, um Rückschlüsse auf Biogeographie, Phylogenie, Artbildungsprozesse und Evolutionsverlauf ziehen zu können. die biogeographischen und phylogenetischen Ergebnisse sollen dann mit den vorliegenden Daten zur Geologie und zur Regenwaldgenese verglichen werden, um festzustellen, ob hier eine Korrelation vorliegt und sich dadurch weitere Details zur bisher nur in groben Zügen bekannten Genese west- und zentralafrikanischer Regenwaldgebiete gewinnen lassen. Die betrachteten Verbreitungsgebiete umfassen dabei mehrere der angenommenen Regenwaldrefugien im Bereich Nigeria, Kamerun, Äquatorial Guinea und Gabun.

Evolutionsökologie und Biogeographie der Gastropoden des Kaspischen Meeres

Das Kaspische Meer repräsentiert ein Relikt der östlichen Paratethys und das, sowohl nach Oberfläche als auch nach Volumen, weltweit größte lakustrine Gewässer. Die Einzigartigkeit des Sees für evolutionsökologische und biogeographische Forschung ist insbesondere auch im Kontext starker hydrologischer Differenzierungen und einer wechselhaften neogenen und quartären Paläogeographie zu sehen. Die Kaspis scheint biogeographisch zwischen den europäischen und den zentralasiatischen Faunen zu vermitteln. Die Organismen des Sees sind jedoch größtenteils nicht modern, d.h. nicht falsifizierbar systematisch bearbeitet, so dass über stammesgeschichtliche und (paläo-) biogeographische Zusammenhänge weitgehend nur spekuliert werden kann. Im Zuge einer detaillierten, analytischen Bearbeitung der rezenten kaspischen Gastropoden, unter Einbeziehung ausgewählter Begleitfauna, soll deren evolutionsökologischer Kontext aufgeklärt und damit Bezüge zu den fossilen Faunen der westlichen Paratethys einerseits und zu den (Paläo-) Seen Zentralasiens andererseits, abgeklärt werden.

Palökologie und Faziesarchitekturen in einem Pyroklastit-dominierten Rotliegendbecken - Fallstudie Döhlen-Becken, Elbezone

Traditionelles Forschungsobjekt im kontinentalen Jungpaläozoikum sind Feuchtbiotope in Graufazies. Im Unterperm finden sich dort jedoch nur konservative, verarmende Biozönosen karbonischen Charakters. Moderne, zum Mesozoikum überleitende Faunen- und Floren entwickeln sich in trockeneren Arealen der Rotfazies bzw. instabilen Environments. Das schmale, nur 22 x 6 km große Döhlen-Becken, ein syn-depositional basin im Bereich des Elbe-Lineament, liefert mit der direkten Nachbarschaft von 'lowland', 'upland' und 'extra-basinal' Biotopen ein singuläres Forschungsobjekt für die Interaktion von Klima, Geomorphologie und Vulkanismus im Kontext zu globalen Klimaprozessen und der Evolution von Floren und Faunen im Übergang zum Mesophytikum/Mesozoikum. Die zu untersuchenden, von vulkanischen Aschefällen (bis zu 50 Prozent der Sedimente) dominierten Bio- und Lithofaziesmuster sollen zusammen mit geochemischen Signalen in Siliciten, Kohlen und Bitumina Aufschluss über obige Interaktion zwischen abiotischen und biotischen Faktoren und Prozessen geben. Schwerpunkt sind Genese und Fossilführung von Pyroklastiten und Cherts.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt B01: Biogeographische Geschichte von Pflanzengesellschaften

Vier Fragestellungen stehen hierbei im Mittelpunkt: 1) Wie setzt sich die Vegetation im extrem trockenen Kernbereich der Atacama zusammen und welchen räumlichen und zeitlichen Schwankungen ist sie unterlegen? 2) Erfolgte die Besiedlung und Diversifizierung korreliert mit klimatischen und geologischen Ereignissen, welche als Ursache für die Aridität der Atacama zu sehen sind? 3) Sind diversifizierte Pflanzengruppen in der Atacama das Produkt einer einmaligen oder mehrmaligen Kolonisierung? 4) Spiegelt sich die Fragmentierung ausgewählter Arten in der Atacama in der genetischen Diversität wider oder wird diese positiv durch die Samenbank bzw. Ausbreitungsereignisse beeinflusst. Um diese Fragen zu beantworten, schlagen wir eine Kombination floristischer und molekularbiologischer Methoden vor: floristische Aufnahmen, ex-situ Kultivierung, molekulare Phylogenien ausgewählter und artenreicher Atacama Gruppen, sowie Populationsgenetik von Modelarten.

PHILEAS (Untersuchung des Transport aus dem asiatischen Sommermonsun in hohe Breiten)

PHILEAS (Probing high latitude export of air from the Asian summer monsoon)Die asiatische Sommermonsun Antizyklone (AMA) während des Nordsommers wird als ein Haupttransportweg in die obere Troposphäre / untere Stratosphäre (UTLS) für troposphärische Luftmassen, die viel H2O und Aerosolvorläufergase und Verschmutzung enthalten, gesehen. Neuere Beobachtungen zeigen eine große Bedeutung des Transports von Ammoniumnitrat durch die AMA für das Aerosolbudget und die asiatische Tropopausenaerosolschicht (ATAL), wahrscheinlich auch mit Konsequenzen für die Zirrenbildung.Neuere flugzeuggetragene Messkampagnen konnten die Zusammensetzung und Aerosolgehalt im Inneren der AMA charakterisieren oder werden in unmittelbarer Nähe Messungen erheben. Im Gegensatz dazu wurde der Einfluss von monsungeprägten Luftmassen auf die Gesamtzusammensetzung der nördlichen untersten Stratosphäre, z.B. bei HALO Mesungen nachgewiesen. Allerdings gibt es bisher keine Studie, die den Übergang der AMA Luftmassen in die extratropische unterste Stratosphäre (LMS) und die Konsequenzen für Aerosolprozessierung und Zusammensetzung zeigt. Im Rahmen der früheren HALO Missionen TACTS/ESMVal und WISE hat sich gezeigt, dass der nördliche Zentralpazifik eine Schlüsselregion für diesen Übergang ist.Beobachtungen und Modelldaten zeigen eine besondere Bedeutung des sogenannten ‘eddy-sheddings‘ für die Befeuchtung der nördlichen UTLS an. Diese Eddies stellen isolierte dynamische Anomalien dar, die sich von der AMA gelöst haben und mit der Hintergrundströmung in der Atmosphäre zu zirkulieren beginnen. Die chemische Zusammensetzung der Eddies ist zunächst isoliert von ihrer Umgebung. Dynamische und diabatische Prozesse erodieren jedoch diese Anomalien und führen zu einer allmählichen Vermischung mit dem stratosphärischen Hintergrund.Weitere Transportpfade beeinflussen die Zusammensetzung der UTLS über dem Pazifik im Sommer: i) quasi-horizontales Mischen über den Subtropenjet ii) konvektiver Eintrag tropischer Taifune, die in die Extratropen wandern können iii) Wettersysteme der mittleren Breiten. Bei PHILEAS ist geplant, die relative Bedeutung verschiedener Prozesse für die Gasphasen und Aerosolzusammensetzung der UTLS zu untersuchen. Dabei soll insbesondere die dynamische und chemische Entwicklung ehemaliger AMA Filamente untersucht werden, die sich von der AMA abgespalten haben und über dem Pazifik aus der Troposphäre in die Stratosphäre übergehen.Insgesamt ergeben sich drei Hauptthemen, die die PHILEAS Mission motivieren:1) Welche Haupttransportpfade, Zeitskalen und Prozesse dominieren den Transport aus der AMA in die unterste Stratosphäre?2) Wie entwickeln sich Zusammensetzung der Gasphase und der Aerosole während des Transports speziell durch die 'shed eddies'?3) Welche Bedeutung hat der Prozess der Wirbelablösung für das globale Budget der UTLS speziell von H2O und infrarot-aktiven Substanzen?

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