Black carbon (BC) residues from the incomplete combustion of vegetation and fossil fuels are ubiquitous in soil, sediment and water. Due to its stability, BC is an important component of the slow cycling global carbon pool. Analysis of BC in environmental matrices such as soils and sediments is complicated by its diverse nature. Sediments are the quantitatively most important sink in the global black carbon cycle and represent archives of BC deposition on local and regional scales, but the identification and apportionment of the BC sources (fossil fuel combustion versus vegetation fires) remain unclear to date. Benzene polycarboxylic acids (BPCA) are molecular markers specific for BC and are used to measure quantity and quality of BC. The method provides information about the degree of condensation and allows characterization of different forms of BC (e.g. charcoal, soot). Recent advances in BPCA analysis improved the method in terms of sample preparation and made analyses faster and more accurate. Compound specific radiocarbon (14C) dating is a powerful tool in geochemistry and archaeological sciences to trace the fate of specific molecules in soils and sediments. Up to now, 14C measurements are inaccurate for BC, as established methods measure 14C contents of oxidation resistant bulk carbon. In the proposed research project, I will follow a novel approach for BPCA separation with subsequent determination of its 14C contents. This technique will allow to precisely estimate the apportionment of sources of BC found in sediments and the age of black carbon in soils. In this project I will take advantage of an existing set of well-dated lake sediment samples. These sediment cores feature undisturbed lamination, thus providing a high-resolution record of BC depositions over more than two centuries. Analyzing this unique sample set, the qualitative and quantitative information yielded by the BPCA method and the novel approach for radiocarbon dating of BC molecular markers will be used to construct a historical record of black carbon emissions. The data will be used to apportion the measured BC concentrations to either fossil fuel or biomass burning since pre-industrial times and to identify the type of BC being preferentially preserved in aquatic sediments. The outcome of the project will help to elucidate the environmental fate of BC and will be an important contribution to the accurate calculation of a global BC budget.
Die 20-20-20 Ziele der EU sehen eine verstärke Nutzung der Regenerativen Energien in Europa vor. Die größten Potentiale werden im Bereich der Wind- und Solarenergie gesehen, jedoch können diese keine konstante Energiebereitstellung leisten. Kurzfristige Stromspitzen entgegen dem Strombedarf reduzieren die Wirtschaftlichkeit der Energiebereitstellung sowie die Stabilität der Stromnetze. Entsprechende Kapazitäten an Überschussstrom können über den Weg der Elektrolyse in Wasserstoff konvertiert und somit auf diese Weise speicherbar gemacht werden. Derartige Möglichkeiten sowie auch die H2-Nutzungspfade sind zwar technisch machbar, jedoch nach ökonomischen und energetischen Gesichtspunkten nicht realistisch. Ziel des Projektes Hydrofinery ist die mikrobiologische Verwertung von H2 und CO2 zu gasförmigen und flüssigen Energieträgern. Darüber hinaus soll auch eine alternative Speichermöglichkeit von H2 bzw. CO2 über das Intermediat Acetat in Aussicht gestellt werden. Aufbauend auf einer Literaturrecherche (TLR1) wird ein detailliertes Versuchssetup erstellt (TLR2), dass in einem umfangreichen Screening (TLR3) mündet, wo gezielt homoacetogene Mikroorganismen, Clostridien und methanogene Archaeen selektiert und ihre Stoffwechselvarianten nach verschiedenen Gesichtspunkten wie bspw. Biomassekinetik, Umsatzraten und Produkthemmung ausgelotet werden. Die Prozesskaskade besteht im Wesentlichen aus 2 Stufen. In der ersten Stufe werden mittels homoacetogenen Mikrooganismen H2 und CO2 zu Acetat, einem speicherbaren Intermediat, umgesetzt. In der zweiten Stufe werden 2 fermentative Folgeprozesse in Betracht gezogen. Einerseits kann ein gasförmiger Energieträger, Biomethan, durch die Umsetzung von Acetat durch acetoklastische Archaeen gebildet werden. Andererseits können flüssige Energieträger, in erster Linie Biobutanol, Bioethanol und Bioaceton, durch den ABE-Prozeß (Clostridien) hergestellt werden. Alternativ wird auch eine direkte Verwertung von H2 und CO2 zu Biomethan durch hydrogenotrophe Mikroorganismen eingehend beleuchtet. Das Projekt ist durchzogen mit vielen innovativen Elementen, wobei die größten Herausforderungen im Bereich der Mikroorganismen-Immobilisierung zur technischen Lösung der Produkthemmung sowie der Auslotung einzelner Stoffwechselvarianten der untersuchten Mikroorganismengruppen gesehen werden.
Bedingt durch den globalen Wandel, der sowohl Veränderungen des Klimas, als auch von Landnutzung, Nährstoffverfügbarkeit und Transportsystemen betrifft, sind ökologische Prozesse und die Verbreitungsmuster von Arten aktuell einer raschen Veränderung unterworfen. Folglich werden zukünftig drastische Verschiebungen der Areale von Arten erwartet. Aufgrund der Veränderung multipler Prozesse im Zuge globalen Wandels ist die Identifikation der Faktoren, die eine Arealausweitung ermöglichen oder behindern, essentiell für das Verständnis und das potentielle Management von Arealverschiebungen. Daher sollten mutmaßliche Schlüsselfaktoren, die für aktuell zu beobachtende Arealveränderungen von Arten verantwortlich sind, umfassend und gründlich analysiert werden. Bei der Erweiterung des Verbreitungsareals von Pflanzen bestimmen eine Reihe von ökologischen und umweltbedingten Filtern und Merkmalen wie z. B. Ausbreitung, Klima, Habitatqualität und genetische Populationsstruktur den Ausgang von Kolonisationsereignissen, d. h. den Etablierungserfolg und die Persistenz der neu gegründeten Populationen. Daher bieten aktuelle Arealexpansionen einzigartige Möglichkeiten, die relative Bedeutung ökologischer, klimatischer und genetischer Faktoren für die Verbreitung und Abundanz von Pflanzen zu untersuchen. Das Forschungsprogramm beschäftigt sich mit der Bedeutung dieser Faktoren für den Etablierungserfolg am Beispiel von Ceratocapnos claviculata (L.) Lidén, einer sich ausbreitenden kurzlebigen Art lichter Eichen-Birkenwälder, Heiden und Schlägen. Diese Art wurde bislang als eu-atlantisch angesehen, hat sich in den letzten Jahrzehnten jedoch rasch östlich und nördlich in subkontinentale und subboreale Regionen ausgebreitet. Diese Arealausweitung könnte mit anthropogener Ausbreitung, Veränderungen der Habitatqualität, genetischen Prozessen oder klimatischen Veränderungen zusammen hängen. Das Forschungsprojekt besteht aus einer Kombination von freilandökologischen Untersuchungen im Ursprungsareals und Landschaftsausschnitten am neu besiedelten östlichen und nördlichen Arealrand, molekularbiologischen Untersuchungen (unter Verwendung von Mikrosatelliten DNS Markern) und faktoriellen Freilandexperimenten, welche durch einen landschaftsgenetischen Ansatz verbunden sind. Die in den verschiedenen Programmteilen erzielten Erkenntnisse werden für die Entwicklung eines Arealmodells der Art in Kooperation mit Prof. Helge Bruelheide und Dr. Eric Welk (Universität Halle) verwendet. Das Hauptziel des Projekts ist es, die Bedeutung von Ausbreitung, Habitatqualität (Ressourcen, biotische Wechselwirkungen), genetischer Prozesse und Faktoren (genetische Variabilität, intraspezifische Hybridisierung, Gründereffekte) und klimatischer Bedingungen für den Ausbreitungserfolg, die Lebensfähigkeit von Populationen und die dauerhafte Etablierung der Art zu verstehen.
Im Rahmen des Projektes sollen für bereits patentierte apathogene Verticillium-Stämme kleintechnische Produktionsverfahren und Formulierungen entwickelt werden, welche für einen Praxiseinsatz in der Erdbeerproduktion geeignet sind. Die Produktmuster werden in Gewächshaus- und Freilandversuchen auf ihre Wirksamkeit gegen die Erreger der Verticillium-Welke bei Erdbeeren geprüft. Verschiedene Applikationszeitpunkte, -methoden und -dosierungen sollen unter künstlich infizierten und praktischen Befallsbedingungen auf ihre Effektivität und Integrationsfähigkeit in normale Produktionsabläufe überprüft werden.
Die Funktion von zellulären Pathways, die die DNA-Reparatur und DNA-Stabilität regulieren, wird im Verlauf des Auftretens einer genetischen Instabilität von bestrahltem Gewebe untersucht. Speziell werden wir uns auf die Retinoblastom- und Brca1/FancA Signalwege konzentrieren. Diese experimentellen Untersuchungen werden komplementiert durch epidemiologische Studien an Strahlen-assoziierten Mammatumoren aus einer schwedischen Kohorte sekundärer Krebsfälle nach Strahlentherapie und aus einem Kollektiv weiblicher Tschernobyl-Liquidatoren. Mathematische Modelle sollen entwickelt werden, um aus dem dabei gewonnen Daten Vorhersagen zur Rolle einer induzierten genomischen Instabilität bei der Strahlen-karzinogenere zu treffen.
High mountains comprise cold climate wilderness areas in all major life zones of Europe. Hence they provide a unique opportunity to compare climate change effects along the principal climatic gradients: a) in altitude, b) in latitude and longitude. GLORIA-EUROPE establishes a network of 18 target regions with a total of 72 monitoring sites distributed over all life zones of the continent. The network will act as an early warning system by providing a comparative data basis for a) detecting long-term changes of biodiversity and habitat stability and b) drawing data-based scenarios on the direction in which these changes may go.
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