Das Projekt ReconFan basiert auf meinen vorangegangenen Arbeiten und Veröffentlichungen zu den verschiedenen Ablagerungsräumen des Bengal Fächers und den Wissenslücken, die sich daraus ergeben. Der Fokus liegt bei den während der IODP Expedition 354 gewonnenen sedimentphysikalischen und optischen Daten. Die generellen Ziele sind (i) die Geschichte der Wechsellagerungen von turbiditischen und hemipelagischen Sedimenten des Bengal Fächers als Ergebnis der Interaktion von Erosion des Himalaya und der Entwicklung des Asiatischen Monsuns zu entschlüsseln, (ii) eine hochauflösende Alterskontrolle mittels orbitalem Tuning, Biomagnetostratigraphie und der Identifizierung von Aschelagen zur Verfügung zu stellen, und (iii) die Resonanz auf die Klima- und Monsunsteuerung in unterschiedlichen Zeitskalen zu studieren. Die Ziele wurden bereits teilweise erreicht innerhalb der derzeitigen Finanzierung. Es wurden drei Manuskripte erstellt: eines davon befindet sich in der Begutachtung, ein weiteres ist bereit zur Einreichung und ein drittes ist fast fertig. Während der Verlängerungsphase sollen laufende Untersuchungen abgeschlossen und bisher noch nicht eingesetzte, neue Methoden verwendet werden. Es sollen so mindestens zwei neue Publikationen als Erstautor entstehen. Für die Pleistozänen Abschnitte wurden Altersmodelle, basierend auf orbitalem Tuning und Spektralanalysen, für alle Bohrkerne der IODP-Expedition 354 unter Zuhilfenahme von Paläomagnetik und Biostratigraphie erstellt. Weiterhin wurde die Fourier-transformierte Infrarotspektroskopie eingesetzt, um die Gesamtgeochemie zu bestimmen. Diese Arbeiten sollen nun auf Plio-Miozäne Kernabschnitte ausgedehnt werden. Vor allem sollen sedimentphysikalische (Feuchtraumdichte, Kompressionsschallwellen-Geschwindigkeit und magnetische Suszeptibilität) und sedimentoptische (LaCie-Farben L*, a*, b*) Eigenschaften genutzt werden, um eine Fazieszuordnung treffen zu können, d. h. mittels geochemischer Kalibrierung die relativen Anteile der drei Hauptsedimentkomponenten Detritus, biogenes Karbonat und biogener Opal, zu bestimmen. Weiterhin soll eine neue Methode, der sogenannten Q4/7 Analyse, genutzt werden, um zu testen, ob die Faziesvariationen mittels geochemischer Eigenschaften unterschieden werden können. Weiterhin werden, basierend auf Korngrößenanalysen, die relativen Anteile von Sand, Silt und Ton für die detritische Fraktion bestimmt, um hochauflösende Sedimentbudgets für Turbidite erstellen zu können. Die ultimativen Ziele der Untersuchungen liegen darin, wichtige Informationen zur Entschlüsselung der Erosionsgeschichte, den damit verbundenen fluviatilen Transport entlang des Ganges-Brahmaputra Flusssystems, die Verlagerung der Depocenter relativ zur Meeresspiegelschwankungen, und die langzeitliche Monsun- und Klimaentwicklung zu erhalten, die auf dem unteren Bengal-Fächer dokumentiert sind.
Durch die Anpassung der Fließgewässer an die Ansprüche von Nutzung und Hochwasserschutz ist es zu einer Verarmung an Lebensräumen und in weiterer Folge an Biodiversität gekommen. Um den von der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie geforderten guten ökologischen Zustand zu erreichen, ist es notwendig, dass die flusstypischen, morphologischen Prozesse wie Erosion, Sedimentation, Umlagerung des Flussbettes etc. die Gestaltung der Flusslandschaft übernehmen können. Ziel dieser Arbeit ist, ein tieferes Verständnis für die Zusammenhänge zwischen hydromorphologischen Prozessen und der Dynamik der Habitatgestaltung zu schaffen. Der Freie Pendelraum beschreibt ein Konzept, das als Ansatz für eine Wiederherstellung der morphologischen Funktionalität dient. Es beschreibt einen Korridor entlang des Flusses, in dem sich der Fluss 'frei' entfalten kann. Grundsätzlich lässt es in folgende Schritte einteilen: 1. Abgrenzung morphologische Aue als maximaler Korridor 2. Bestimmung des historischen Verlagerungsraumes 3. Ermittlung der Breite des theoretischen Gleichgewichtskorridors (ca. 10xBoardvoll) 4. Überlagerung von Punkt 2 und 3 für den funktionalen Raum 5. Abzüglich der Bereiche von infrastrukturell oder wirtschaftlich intensiv genutzter Bereichen ergibt sich der Funktionale Korridor des Flusses.
This project aims to provide improved process understanding, new knowledge, methods, new and improved numerical tools, resulting in decision support systems serving decision-making at protection of coasts against flooding and erosion. Project resultys will contribute to improve reliability of coastal protection structures, and introduce an environmentally friendly approach in coastal protection. The activities will focus on work-out/improve/coordinate numerical model tools that are able to manage interactive data and forecast (by numerical simulations) short term (storm surge, tsunami) and long term (erosion, water level change) phenomena with respect to coastal protection. Project objectives will be pursued by exploring the available experience of the partners, creating complementarities /synergies between them, and using basic preconditions, as follows: - Scientific potential of all partners, the available theoretical knowledge, and expected new findings in the field of coastal hydrodynamics and flooding and - Long-term research cooperation with Chinese partners (dated from 1989) in the field of coastal protection (including some joint model developments, and published papers) - Experience in use of advanced numerical models (MIKE FLOOD, MIKE 21HD/CAMS, SWAN, VOF), as well as GIS data handling abilities, providing links to field observations and related monitoring programs - Well proven expertise in the field of coastal protection & risk management (via EU Coastal protection Projects: EU-FLOWS/FLOODsite/DELOS/CLAS and other - Experience in Environmentally Friendly Coastal Protection, advanced & innovative coastal technologies. Project output should finally help decision makers in: - improving co-ordination of coastal erosion and surface water flood risk - strengthening emergency planning arrangements - managing the investment of significant levels of public funding - helping communities adapt to climate change.
Die hydro-thermalen Transporteigenschaften des Untergrundes sind für viele Grundwasseruntersuchungen, jedoch insbesondere für die Erfassung geothermischer Reservoire entscheidend. Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist die Schätzung dieser Eigenschaften aus Beobachtungszeitreihen mit dem Ensemble Kalman Filter (EnKF). Das physikalische Transportmodell wird dabei durch den eigens entwickelten Simulator SHEMAT-Suite bereitgestellt. Der EnKF in seiner ursprünglichen Form beruht, wie die meisten Inversionsverfahren auf einer gaußschen Verteilung der zu schätzenden Parameter. Die für die Fluidströmung entscheidende Permeabilität ist aber oft bi-modal verteilt, z. B. bedingt durch einen porositätsinduzierten und einen (natürlich vorhandenen oder technisch erzeugten) Kluft-induzierten Anteil oder durch fluviale Ablagerungen in sedimentären Reservoiren. Ähnliche bi-modale Verteilungen bestehen z. B. auch für die Wärmeleitfähigkeit in lithologisch heterogenen Reservoiren. Der Vorteil des EnKF besteht auch darin, dass zu der Schätzung auch ein Maß für deren Fehler (Varianz) berechnet wird, wobei jedoch insbesondere bei kleinen Ensembles eine Tendenz zur Unterschätzung der Varianz besteht. Zur Verbesserung des EnKF Verfahrens für hydrodynamische Parameterschätzung sollen deswegen in dem vorliegenden Projekt verschiedene neue Methoden implementiert und in ihrem Zusammenwirken untersucht werden: (1) ein Verfahren (Normal Score EnKF) zur Transformation zwischen gaußschen und bi-modalen Verteilungen, (2) Methoden zur Lokalisierung, d. h. zur Wichtung der Filterfunktion in Abhängigkeit von der Entfernung zu den Messpunkten und (3) eine Methode zur Konditionierung der Kovarianzmatrix (covariance inflation) zur Reduktion der Unterschätzung der Varianz im EnKF. Hierzu werden bestehende Verfahren auf die Parameterschätzung erweitert, bzw. insbesondere für die Lokalisierung völlig neu entwickelt werden. Nach der numerischen Implementation sollen diese Methoden (1) an synthetischen Modellen für ein kristallines EGS Reservoir und ein durch fluviale Ablagerungen geprägtes Sedimentreservoir und (2) für das geothermische Reservoir Soultz-sous-Forets an Zeitreihen von chemischen Markierungsversuchen getestet werden.
In der Dynamik von kohäsiven Gewässersedimenten spielt die Sedimentstabilität eine zentrale Rolle, die im Zusammenspiel mit den hydraulischen Bedingungen bestimmt, wann und bis zu welchem Ausmaß es zur Sedimenterosion kommt. Traditionell wurden physiko-chemische Parameter als entscheidend für die Sedimentstabilität angesehen. Erst in jüngerer Zeit wurde die Bedeutung der Biostabilisierung erkannt, vor allem durch die mikrobiell produzierte Matrix aus extrazellulaeren polymeren Substanzen (EPS). Ein umfassendes Wissen um die komplexen Vorgänge im Sediment kann es nur bei Berücksichtigung der Interaktionen von Sedimentologie und Biologie, gerade auch über die Tiefe, geben. Erste Studien deuten darauf hin, dass die EPS auch entscheidend die Charakteristika der erodierten Sedimentflocken prägen (Größe, Absorptionseigenschaften) und somit den Transport und die Deposition resuspendierten Materials und potentiell assoziierter Schadstoffe beeinflussen. Obwohl unsere Kenntnisse zur Biostabilisierung und Beeinflussung des Flockungsverhaltens im Süßwasser weit hinter denen im marinen Bereich zurückliegen, konnten erste eigene Untersuchungen signifikante EPS Konzentrationen in Flusssedimenten sowie Effekte auf deren Stabilität nachweisen. Die mikrobiell produzierten polymeren Substanzen nehmen vermutlich auch in Binnengewaessern eine Schlüsselstellung im ETDC Zyklus (Erosion-Transport-Deposition-Consolidation) ein. Vor dem Hintergrund der weltweit registrierten Altlasten in Oberflaechengewässern und dem zu erwartenden Klimawandel (vermehrte und heftigere Hochwasser / Erosionsereignisse) müssen genauere Vorhersagen über Sediment - und Schadstoffmobilität getroffen werden, die als Handlungsbasis fuer ein nachhaltiges Sediment-Management dienen können. Die hierfür notwendige Datenbasis für numerische Modelle zum Sedimenttransport muss daher auch die Biologie berücksichtigen, kann aber nur bei einem gesamtheitlichen Ansatz solide s ein. Dieser Habilitations-Antrag soll hier einen entscheidenden Beitrag leisten mit tiefergehenden Untersuchungen zur Beeinflussung von Sedimentstabilität und Charakteristik / Transportdynamik erodierter Flocken durch quantitative und qualitative Variationen mikrobiell produzierter EPS im Zusammenspiel mit sedimentologischen Faktoren.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den theoretischen Überbau der Schnittstellen hydrogeologischer, geologischer und hydrologischer Modellierungssysteme zu systematisieren. Die theoretischen Analysen werden anhand dreier numerischer Grundwassermodelle, die im Fachgebiet in weiteren Projekten mit anderen, praxisnahen Fragestellungen bearbeitet werden, exemplarisch und auf die Zielstellung reduziert dargestellt: Das Modell Untere Mulde/Fuhne ist eine Prinzipstudie zum Einfluss von Tagebauen auf die Ausbreitung von Stoffen in einem von fluviatilen und glazialen Lockersedimenten geprägten quartären Grundwasserleitersystem. Es liegt in Mitteldeutschland (Großregion um Bitterfeld) und ist etwa 320 km2 groß. Das Modell des Nubischen Aquifersystems betrachtet eine etwa 2 Mio. km2 große Fläche der östlichen Sahara (große Teile Ägyptens, des nördlichen Sudans und des östlichen Libyens sowie die nordöstliche Ecke des Tschads). Neben der räumlichen Größe ist für das Modell auch die zeitliche Dimensionierung von etwa 25 000 Jahren charakteristisch. Hier geht es um die Verknüpfung von klimatischen Entwicklungen mit einem Grundwassermodell, dessen aktuelle Nutzung von großer politischer Bedeutung ist. Die Sedimentgesteine dieses Gebiets sind in der Regel. halbverfestigte Sandsteine bis Tonsteine. Das Modell Talraum Unterwerra (Region um Eschwege) umfasst neben einem kiesgefüllten erweiterten Talabschnitt an der unteren Werra auch die umgebenden Festgesteinsgebiete des Einzugsgebiets.
Selbst nach einem halben Jahrhundert intensiver Forschungen bleiben die Prozesse, die die kurzfristige und langfristige Variabilität der monusalen Regenfälle im stärksten hydrologischen System der Erde antreiben Gegenstand heftiger Debatten. Eines der Hauptziele der IODP Expedition 353 (iMonsoon) war es deshalb, das Niederschlags-Signal des indischen Monsuns in seiner Kern-Region, den Kontinentalrändern des Golf von Bengalen, während des Miozän und Pliozän zu rekonstruieren. Die neuen Sedimentkerne, die nun aus dieser kritischen Region vorliegen werden es ermöglichen, die Sensitivität des indischen Monsuns gegenüber Insolations-Antrieb und klimatischen Randbedingungen wie Umfang und Verteilung des globalen Eisvolumens sowie Treibhausgas-Konzentrationen auch über längere Zeiträume besser zu verstehen. Es wird ebenfalls möglich sein zu rekonstruieren, wann und unter welchen Randbedingungen die heutige Monsunzirkulation ursprünglich einsetzte und wie sie sich über die letzten 16 Millionen Jahre entwickelte. Die neuen Daten werden außerdem erlauben, die Hypothese einer engen Verbindung zwischen der Klimaentwicklung Südasiens und der tektonischen Entwicklung des Himalaya und dem Aufstieg des Tibet-Plateaus zu testen. In diesem Projekt schlagen wir vor, hochauflösende Temperatur- und Salinitätsrekonstruktionen (aus parallel gemessenen stabilen Isotopen und Mg/Ca-Verhältnissen in planktonischen Foraminiferen) und Abschätzungen des fluviatilen Sedimenteintrags aus XRF-Scanner generierten Elementverteilungsdaten für die Zeitfenster vor 16-14, 10-7 und 5-3 Millionen Jahren zu generieren. Der Vergleich dieser kritischen Zeitfenster erlaubt Einblick in den Zusammenhang zwischen monsunalen Niederschlägen und Klimaänderungen in hohen Breiten während wärmeren Epochen der Erdgeschichte unter sehr unterschiedlichen Randbedingungen: (1) während des mittelmiozänen Klimaoptimums (16-14.5 Ma), als sich die antarktischen Eisschilde noch sehr dynamisch verhielten und die Haupt-Aufstiegs- und Expansionsphase des Tibet-Plateaus noch nicht stattgefunden hatte, (2) zwischen 10 und 7 Millionen Jahren vor heute, als die Erde noch weitgehend unipolar vereist war und das Tibet Plateau aufstieg und (3) zwischen 5 und 3 Millionen Jahren vor heute als die ersten bedeutenderen Vereisungsphasen in der Nordhemisphäre begannen.
Die Analyse von Hochwasserquellen in vier Einzugsgebieten der Region Trier mit unterschiedlicher Größe und heterogener Ausprägung offenbart bezüglich des Transportes partikelgebundener PAKs wiederkehrende Reaktionsmuster. So beobachten wir eine zeitliche Abfolge von den niederkondensierten Polyzyklen zu Beginn der Ereignisse bis zum Auftreten höhermolekularer Kohlenwasserstoffe am Schwebstoff im Wellenauslauf, unabhängig von Jahreszeit oder Stärke der Niederschlagsereignisse. Diese Muster sind sehr stabil und können ausnahmslos in allen Untersuchungsgewässern nachgewiesen werden. Eine Beprobung der Schadstoffquellen in unseren Untersuchungsgebieten spiegelt diese charakteristischen Muster nicht wider. Einzelne Quellen wie Luftstaub, Straßenstaub, Sedimente oder Oberbodenmaterial haben ihre eigenen PAK Profile, die dem Responsprofil im Wellenablauf nicht zugeordnet werden können, obwohl sich der Schwebstoff überwiegend aus diesen Quellen rekrutiert. Es gibt daher scheinbar eine Materialsortierung und damit verbunden auch eine Veränderung der Schadstoffzusammensetzung entlang den Transportbahnen der Polyzyklen. Da das Transportmedium Wasser in Form von Niederschlag und Abfluss von unterschiedlichen Flächen Haupttransportfaktor der überwiegend partikelgebundenen Schadstoffgruppe ist, soll die Stoffgruppe auf Veränderungen während ihres Transportes von den Quellen und der Atmosphäre bis in die Gewässer betrachtet werden. Diese Fließwege der Schadstoffgruppe sollen abschließend mit einem Modell simuliert werden, dabei geht es weniger um den Versuch einer Quantifizierung - eine Aufgabe, die beispielsweise durch die Zersetzung der PAKs nicht zu leisten ist - als vielmehr um die Abschätzung der Konzentrationen sowie die Deutung der PAK Profile in den verschiedenen Kompartimenten der Region.
Ziel des Vorhabens ist es, die Auswirkungen natürlicher Klimaschwankungen (ENSO-Ereignisse) auf die biogene Partikelproduktion und die terrigenen (fluviatilen und äolischen) Einträge in der nördlichen Südchina See mittels Sedimentfallen in hoher Auflösung zu erfassen. In Kombination mit Untersuchungen in der oligotrophen zentralen Südchina See und in den Auftriebsgebieten vor Luzon, Vietnam und dem Sunda-Schelf wird es damit erstmals möglich, ein räumlich und zeitlich umfassendes Bild des Sedimentationsgeschehens und seiner Steuerungsfaktoren für dieses größte Randmeer des Pazifiks zu entwerfen. Die Untersuchungen werden in enger Zusammenarbeit mit dem Second Institute of Oceanography (Hangzhou, VR China) und der Tongji University (Shanghai). Die Beprobung der Sinkstoffe soll mittels Sedimentfallen - ausgerüstet mit Strömungsmessern sowie Temperatur- und Neigungssensoren erfolgen. Für die Sedimenfallenoperationen werden von chinesischer Seite aus für die gesamte Projektlaufzeit Forschungsschiffe zur Verfügung gestellt. Die Sinkstoffproben werde auf ihre biogenen und lithogenen Komponenten analysiert (Elementaranalyse, Massenspektrometrie, HPLC, Mikroskopie, Laserdiffraktometrie, Planktonzählungen, Haupt - und Spurenelemente, Tonminerale) und hydrographischen und klimatischen Fernerkundungsdaten gegenübergestellt.
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| Bund | 21 |
| Type | Count |
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| License | Count |
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| offen | 21 |
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| Boden | 21 |
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