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Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Algivore Cercozoa prägen die Zusammensetzung der Gemeinschaft von Bodenkrusten, der dominanten Vegetation in Polarregionen

Räuber-Beute-Beziehungen zwischen Bakterien und ihren eukaryotischen Räubern werden seit langem in der terrestrischen Ökologie untersucht, jedoch werden die Interkationen zwischen Mikroeukaryoten oft vernachlässigt. Mikroalgen nehmen eine Schlüsselposition als phototrophe Organismen in den marinen und Süßwasserökosystemen der Antarktis und Arktis ein; die meiste Energie und die meisten Nährstoffe werden durch diese zu höheren trophischen Ebenen kanalisiert. In diesem Kontext fehlen Studien in den terrestrischen Ökosystemen der Antarktis. Die terrestrische Vegetation der Antarktis wird dominiert durch kryptogamen Bewuchs mit einer Vielzahl und hoher Abundanz von Mikroalgen. Bis zu 55% des eisfreien Bodens der antarktischen Halbinsel und bis zu 70% im arktischen Spitzbergen werden von biologischen Bodenkrusten (Biokrusten) bedeckt. Diese Zahlen werden zukünftig auf Grund des Klimawandels und der daraus folgenden Erwärmung der Polarregionen steigen (“Arctic Greening”). Man kann daher annehmen, dass ein großer Anteil der Primärproduktion in den Polarregionen durch Mikroalgen in Biokrusten realisiert wird. Dennoch fehlt die Verbindung zu höheren trophischen Ebenen; insbesondere, wenn man bedenkt, dass in der Antarktis algenfressende Metazoen selten und artenarm sind. Cercozoa sind eine der häufigsten algenkonsumierenden einzelligen Eukaryoten (Protisten) in terrestrischen Systemen; vorläufige Ergebnisse zeigen: algenkonsumierende Cercozoa dominieren die mikrobielle Gemeinschaft in den Biokrusten der Polarregionen. Wir werden zum ersten Mal die Räuber-Beute-Beziehung in Biokrusten zwischen den Algen als Primärproduzenten und den wichtigsten Algenkonsumenten erforschen, um so ein vollständigeres Bild des terrestrischen Nahrungsnetzes in den beiden Polarregionen zu erhalten. Um das zu erreichen, kombinieren wir einen Barcode-basierten Hochdurchsatz-Illumina Ansatz mit klassischen Kulturexperimenten, welche Aufschluss über ökologische Funktionen der einzelnen Organismen liefern. Damit erhalten wir erstmalig ein umfassendes Bild der Räuber-Beute-Beziehung zwischen Mikroalgen und ihren Räubern, den Cercozoa, für das terrestrische Ökosystem in Arktis und Antarktis. Diese Daten werden zur Beantwortung der folgenden Fragen beitragen: Wie wichtig ist das terrestrische Nahrungsnetz in den Polarregionen? Und hat die Klimaerwärmung das Potential diese Interaktionen zu verändern?

Methan-Flüsse und Isotopenzusammensetzung über heterogenen Landschaften im arktischen Permafrost und sibirischen Moorgebieten (MICHAEL)

Arktischer Permafrost und sibirische Feuchtgebiete stellen global wichtige Quellen für das Treibhausgas Methan dar. Bei weiterer Klimaerwärmung werden die Emissionen zunehmen. Da nur sehr wenige kontinuierliche Methan-Messstationen in der russischen Arktis und Sibirien vorhanden sind, dienen sie als Ausgangspunkt für Schätzungen der Emissionen auf regionalen Skalen. Gleichzeitig tragen kleinskalige Heterogenitäten der Landschaft wesentlich an Unsicherheit zur Abschätzung von Methan-Flüssen bei. Zeitlich und räumlich hochaufgelöste Methanflüsse und Wärme- und Feuchtebilanzen sind nur mit einer Kombination von mehreren Messmethoden möglich. Dieser Mangel an hochaufgelösten Datensätzen behindert die Weiterentwicklung und Validierung der Simulation des Zusammenhangs von Landbedeckung und Emissionen.Das Projekt MICHAEL hat als Ziele i) die Erhebung eines zeitlich und räumlich hochaufgelösten Datensatzes von Methan-Emissionen, turbulenten Wärmeflüssen und der Methan-Isotopen-Verteilung mit neuen und traditionellen Beobachtungsmethoden und ii) die Weiterentwicklung von Land-Oberflächen-Modellen und Parametrisierungen zur besseren Berücksichtigung von Landschafts-Inhomogenitäten. Dafür werden an zwei Orten Messkampagnen durchgeführt, nämlich an der Samoylov-Station im Lena-Delta und Mukhrino, zentral in Westsibirien gelegen. Der besondere Fokus liegt auf kleinskaliger Variabilität und dem Einfluss von verschiedenen Landschafts-Strukturen auf die Atmosphäre. Bodengestützte Eddy-Kovarianz (EC)- und Kammer-Messungen werden ergänzt mit zusätzlichen boden- und fluggestützten Messungen mit unbemannten Flugsystemen (UAS) von meteorologischen Parametern und Bodeneigenschaften, Wärme- und Methanflüssen, sowie Profilen der Methankonzentration und –isotopie. Drei UAS werden eingesetzt: Ein Flächenflugzeug für meteorologische Messungen und Strahlung, ein Quadrocopter für Vertikalprofile der Methankonzentration und –isotopie durch Analyse von Luftproben, und ein Kipprotor-System für Methan-Flüsse. Die UAS werden abhängig von Windrichtung, Stabilität und Oberfläche in einem Radius von 10 km um die Observatorien eingesetzt. Damit werden die Genauigkeit von traditionellen EC- und Kammer-Messungen und Ansätze zur Skalierung bewertet.Mit numerischen Simulationen wird die 3D-Variabilität von Methan-Emissionen in die Atmosphäre berechnet. Die zusätzlich entwickelte Land-Oberflächen-Modellierung berücksichtigt Austauschprozesse über inhomogenen Oberflächen. Die Ergebnisse der Simulationen werden mit Messdaten bewertet, und der Einfluss von räumlichen Inhomogenitäten auf die Atmosphäre wird bestimmt.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1488: Planetary Magnetism (PlanetMag), Evolution of geomagnetic dipole moment and South Atlantic Anomaly

The geomagnetic field shields our habitat against solar wind and radiation from space. Due to the geometry of the field, the shielding in general is weakest at high latitudes. It is also anomalously weak in a region around the south Atlantic known as South Atlantic Anomaly (SAA), and the global dipole moment has been decreasing by nearly 10 percent since direct measurements of field intensity became possible in 1832. Due to our limited understanding of the geodynamo processes in Earths core, it is impossible to reliably predict the future evolution of both dipole moment and SAA over the coming decades. However, lack of magnetic field shielding as would be a consequence of further weakening of dipole moment and SAA region field intensity would cause increasing problems for modern technology, in particular satellites, which are vulnerable to radiation damage. A better understanding of the underlying processes is required to estimate the future development of magnetic field characteristics. The study of the past evolution of such characteristics based on historical, archeo- and paleomagnetic data, on time-scales of centuries to millennia, is essential to detect any recurrences and periodicities and provide new insights in dynamo processes in comparison to or in combination with numerical dynamo simulations. We propose to develop two new global spherical harmonic geomagnetic field models, spanning 1 and 10 kyrs, respectively, and designed in particular to study how long the uninterrupted decay of the dipole moment has been going on prior to 1832, and if the SAA is a recurring structure of the field.We will combine for the first time all available historical and archeomagnetic data, both directions and intensities, in a spherical harmonic model spanning the past 1000 years. Existing modelling methods will be adapted accordingly, and existing data bases will be complemented with newly published data. We will further acquire some new archeomagnetic data from the Cape Verde islands from historical times to better constrain the early evolution of the present-day SAA. In order to study the long-term field evolution and possible recurrences of similar weak field structures in this region, we will produce new paleomagnetic records from available marine sediment cores off the coasts of West Africa, Brazil and Chile. This region is weakly constrained in previous millennial scale models. Apart from our main aim to gain better insights into the previous evolution of dipole moment and SAA, the models will be used to study relations between dipole and non-dipole field contributions, hemispheric symmetries and large-scale flux patterns at the core-mantle boundary. These observational findings will provide new insights into geodynamo processes when compared with numerical dynamo simulation results.Moreover, the models can be used to estimate past geomagnetic shielding above Earths surface against solar wind and for nuclide production from galactic cosmic rays.

Geologische Übersichtskarte der Bundesrepublik Deutschland 1:200.000 (GÜK200) - CC 6326 Bamberg

Blatt Bamberg bildet den nördlichen Teil der Süddeutschen Schichtstufenlandschaft ab. Die charakteristischen Schichtstufen entstanden durch Verwitterung und Abtragung der flach einfallenden mesozoischen Sedimentschichten (Muschelkalk bis Malm). Im Nordwesten werden sie vom Buntsandstein der Rhön, im Nordosten vom Fränkischen Schiefergebirges (Graptolithenschiefer/Silur; Tonschiefer, Sandsteine und Grauwacken/Unterkarbon; Sand- Schluff-, Tonsteine und rhyolithische Pyroklastika/Perm) begrenzt. Von Ost nach West lässt sich folgende Gesteinsabfolge festhalten: Die jurassischen Ablagerungen der Fränkischen Alb, denen z. T. Reste kreidezeitlicher Sandsteine auflagern, werden von Sedimenten der Trias abgelöst. Dem Keuper des Steigerwaldes bzw. der Hassberge schließen sich am Westrand des Kartenblattes Sedimente des Muschelkalks an. In den Niederungen und Senken werden diese Sedimente weitflächig von pleistozänem Löss überlagert. Westlich des Steigerwalds sind pleistozäne Flugsande und Umlagerungsbildungen wie Hangschutt und Fließerden weit verbreitet. Fluviatile Quartärsedimente lagern auf den breiten Flussterrassen des Mains. Im Nordteil der Karte, westlich von Coburg, fällt eine Schar basaltischer Vulkanite auf, die den Keuper-Sedimenten aufsitzen und ein Muster NNE-SSW-streichender Spalten bilden. Diese Heldburger Gangschar tertiärer Vulkanite reicht von den Hassbergen bis nach Thüringen. Eine rheinisch ausgerichtete Linie von Basaltaustritten findet sich auch westlich von Heiligenstadt, wo die jungen Vulkanite einen Kontrast zum Jura der Fränkischen Alb darstellen. Neben der Legende, die über Alter, Genese und Petrographie der dargestellten Einheiten informiert, gewährt ein geologischer Schnitt Einblicke in den Aufbau des Untergrundes. Das Profil schneidet in seinem West-Ost- bzw. Nordwest-Südost-Verlauf den Buntsandstein der Rhön, die Kissinger Bruchzone, die Muschelkalk- und Keuper-Ablagerungen des Maßbacher Sattels, die Hassberge mit der Hassberg-Störung, die Heldburger Gangschar und zieht sich über den Main bis zum Jura der Fränkischen Alb.

GTS Bulletin: ISND03 EDZW - Observational data (Binary coded) - BUFR (details are described in the abstract)

The ISND03 TTAAii Data Designators decode as: T1 (I): Observational data (Binary coded) - BUFR T1T2 (IS): Surface/sea level T1T2A1 (ISN): Synoptic observations from fixed land stations at non-standard time (i.e. 01, 02, 04, 05, ... UTC) A2 (D): 90°E - 0° northern hemisphere (The bulletin collects reports from stations: 10609;Trier-Petrisberg;10616;Hahn;10641;Offenbach-Wetterpark;10655;Würzburg;10675;Bamberg;10688;Weiden;10708;Saarbrücken-Ensheim;10729;Mannheim;10731;Rheinstetten;10742;Öhringen;10776;Regensburg;10791;Großer Arber;10805;Lahr;10815;Freudenstadt;10836;Stötten;10870;München-Flughafen;10895;Fürstenzell;10908;Feldberg/Schwarzwald;10929;Konstanz;10948;Oberstdorf;10961;Zugspitze;10962;Hohenpeißenberg;) (Remarks from Volume-C: SYNOP)

GTS Bulletin: ISID03 EDZW - Observational data (Binary coded) - BUFR (details are described in the abstract)

The ISID03 TTAAii Data Designators decode as: T1 (I): Observational data (Binary coded) - BUFR T1T2 (IS): Surface/sea level T1T2A1 (ISI): Intermediate synoptic observations from fixed land stations A2 (D): 90°E - 0° northern hemisphere (The bulletin collects reports from stations: 10609;Trier-Petrisberg;10616;Hahn;10641;Offenbach-Wetterpark;10655;Würzburg;10675;Bamberg;10688;Weiden;10708;Saarbrücken-Ensheim;10729;Mannheim;10731;Rheinstetten;10742;Öhringen;10776;Regensburg;10791;Großer Arber;10805;Lahr;10815;Freudenstadt;10836;Stötten;10870;München-Flughafen;10895;Fürstenzell;10908;Feldberg/Schwarzwald;10929;Konstanz;10948;Oberstdorf;10961;Zugspitze;10962;Hohenpeißenberg;) (Remarks from Volume-C: SYNOP)

Bedeutung der Nieren im Osmomineralhaushalt der Fische bei veraenderten Umweltbedingungen

Euryhaline Forellen und stenohaline Rotaugen werden an verschiedene Salzkonzentrationen angepasst und die Veraenderungen des Urinflusses und der Elektrolyte im Blut und im Urin bestimmt. Im Vordergrund der Versuche steht die Bestimmung der glomerulaeren Filtrationsrate (GFR). Die Adaptation vieler Knochenfische an ein hypotones bzw. hypertones Aussenmedium fuehrt im allgemeinen zu einer Steigerung bzw. Verringerung der GFR. Es soll ermittelt werden, ob dieser Vorgang allein auf eine veraenderte Filtrationsleistung einzelner Nephrone zurueckzufuehren ist ('Single Nephron Filtration Rate', SNGFR), oder auf einer Aenderung in der Gesamtzahl filtrierender Glomeruli des Nierengewebes beruht ('Glomerular Intermittency'). Das Ziel der Versuche ist, eine bessere Kenntnis von dem Regulationsmechanismus der GFR zu erhalten, der mit zum Ueberleben der Fische bei veraenderten Umweltbedingungen beitraegt.

Einfluss unterschiedlicher Eiweißversorgungsstufen in der Mastschweinefütterung auf das Emissionsverhalten von Mastschweinegülle

Hauptbestandteile der Gülle sind Kot und Harn. Anfallende Mengen und Zusammensetzung sind fütterungsabhängig. Mit der eiweißreduzierten Fütterung werden vor allem die Nieren entlastet. Sie müssen weniger Ammoniak aufgrund der reduzierten Aminosäurendesaminierung aus dem Blutplasma filtern und zu Harnstoff synthetisieren. Das Schwein benötigt weniger Wasser, um den Harnstoff zu lösen und auszuschleusen. Die Folge ist eine geringere abgesetzte Harnmenge. Da die abgesetzte Kotmenge in etwa gleich bleibt, produziert das Mastschwein weniger Gülle. Sie besitzt aber einen höheren Trockensubstanzgehalt. Es ändern sich sowohl ihre chemischen als auch ihre physikalischen Eigenschaften. Dies hat Auswirkungen auf das Emissionsverhalten, was sowohl gasförmige Nährstoffverluste als auch Geruchsstoffströme, Geruchsintensität und Geruchsempfindung (Hedonik) betrifft. Es sollen deshalb grundlegende Untersuchungen zur Emission von Geruchs- und Schadgasen für Güllen verschieden gefütterter Mastschweine durchgeführt werden. Die Ergebnisse sollen Grundlage vor allem für die emissionsrelevante Beurteilung von verschiedenen Haltungsverfahren und Fütterungsstrategien in der Mastschweinehaltung sein.

Einfluss von Energiequellen auf die Wege der Phosphorbindung durch Biofilme in fluvialen Ökosystemen

In aquatischen Ökosystemen ist der Nährstoffkreislauf eine entscheidende Ökosystemfunktion. Sowohl Stickstoff (N) als auch Phosphor (P) sind essentielle Nährstoffe für aquatische Lebensformen, doch im Übermaß verursachen Stickstoff und Phosphor Eutrophierung. Eutrophierung ist eine globale Beeinträchtigung des Ökosystems, bei der ein Überschuss an Nährstoffen die Struktur und Funktion von Süßwasserökosystemen verändert. Die wichtigsten Auswirkungen der Eutrophierung sind eine übermäßige Zunahme der Algenbiomasse und -produktivität, eine Beeinträchtigung der physikalisch-chemischen Wasserqualität (d. h. Zunahme von Farbe, Geruch und Trübung), anoxische Gewässer, Fischsterben und Einschränkungen der Wassernutzung für Erholungszwecke. Die Eutrophierung ist seit den späten 1980er Jahren in ganz Europa als erhebliches Umweltproblem erkannt worden und stellt auch heute noch eine Herausforderung dar. Um ein gesundes Ökosystem zu erhalten, sollte der Phosphorgehalt im Wasser kontrolliert werden. Phosphor wird nicht vollständig aus dem aquatischen Ökosystem entfernt, sondern von einem Kompartiment (d. h. Wasser) in ein anderes (d. h. Flussbettsubstrate und/oder Biota) immobilisiert. Bei dieser P-Immobilisierung spielen mikrobielle Biofilme eine Schlüsselrolle, indem sie gelösten Phosphor aus dem Wasser einschließen. Dieser Einschluss kann in zwei verschiedenen Pools erfolgen (d. h. intrazellulär oder extrazellulär). Das Wissen über die biologischen Mechanismen des Biofilm-P-Einschlusses in aquatischen Ökosystemen ist jedoch nach wie vor begrenzt. Außerdem kann die Fähigkeit von Biofilmen, P einzuschließen, von ihren Stoffwechselprofilen abhängen. Genauer gesagt bestimmt der C-bezogene Stoffwechsel die Fähigkeit von Biofilmen, organische Verbindungen zu mineralisieren und für ihr Wachstum zu nutzen, und der P-bezogene Stoffwechsel ist mit ihrer Fähigkeit verbunden, verschiedene P-Quellen aufzunehmen. Aus diesem Grund erwarte ich, dass die Fähigkeit aquatischer Ökosysteme, P aus aquatischen Ökosystemen aufzunehmen, von der Struktur und Aktivität der Biofilme abhängt. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, zu verstehen, wie Energiequellen in Flussökosystemen die Wege der P-Einlagerung innerhalb von Biofilmen beeinflussen. Insbesondere soll (i) geklärt werden, wie die Kombination von autotrophen und heterotrophen Energiequellen (d. h., (ii) die Auswirkung autotropher und heterotropher Energiequellen auf den C- und P-Stoffwechsel in Biofilmen und ihre Verbindung zu den P-Einlagerungspools zu testen und (iii) die Muster der intrazellulären P- und extrazellulären P-Einlagerungswege in Biofilmen und die Stoffwechselprofile mit den Längsgradienten des Lichts und der Qualität des gelösten Sauerstoffs in Flussökosystemen zu verknüpfen.

Die vertikale Dimension des Naturschutzes: Ein kostengünstiger Plan zur Einbeziehung unterirdischer Ökosysteme in die Biodiversitäts- und Klimaschutzagenden nach 2020

Subterrane Ökosysteme beherbergen eine breite Vielfalt spezialisierter und endemischer Organismen, die einen einzigartigen Bruchteil der globalen Vielfalt ausmachen. Darüber hinaus leisten sie entscheidende Beiträge der Natur für die Menschen – insbesondere die Bereitstellung von Trinkwasser für mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung. Diese unsichtbaren Ökosysteme werden jedoch bei den Biodiversitäts- und Klimaschutzzielen für die Zeit nach 2020 übersehen. Nur 6,9 % der bekannten subterranen Ökosysteme überschneiden sich mit dem ´Netzwerk von Schutzgebieten. Zwei Haupthindernisse sind für diesen Mangel an Schutz verantwortlich. Erstens bleiben subterrane Biodiversitätsmuster weitgehend unkartiert. Zweitens fehlt uns ein mechanistisches Verständnis der Reaktion subterraner Arten auf vom Menschen verursachte Störungen. Das DarCo-Projekt zielt darauf ab, subterrane Biodiversität in ganz Europa zu kartieren und einen expliziten Plan zur Einbeziehung subterraner Ökosysteme in die Biodiversitätsstrategie der Europäischen Union (EU) für 2030 zu entwickeln. Zu diesem Zweck haben wir ein multidisziplinäres Team führender Wissenschaftler in subterraner Biologie und Makroökologie zusammengestellt und Naturschutz aus einem breiten Spektrum europäischer Länder. Das Projekt gliedert sich in drei Arbeitspakete, die der direkten Forschung gewidmet sind (WP2-4), plus ein viertes (WP5), das darauf abzielt, die Verbreitung der Ergebnisse und das Engagement der Interessengruppen für die praktische Umsetzung des Naturschutzes zu maximieren. Zunächst werden wir durch die Zusammenstellung bestehender Datenbanken und die Nutzung eines kapillaren Netzwerks internationaler Mitarbeiter Verbreitungsdaten, Merkmale und Phylogenien für alle wichtigen subterranen Tiergruppen sammeln, einschließlich Krebstiere, Mollusken, Insekten und Wirbeltiere (WP2). Diese Daten werden dazu dienen, die Reaktionen von Arten auf menschliche Bedrohungen mithilfe der hierarchischen Modellierung von Artengemeinschaften (WP3) vorherzusagen. Die Vorhersagen der Modelle zur Veränderung der biologischen Vielfalt werden die Grundlage für eine erste dynamische Kartierung des subterranen Lebens in Europa bilden. Durch die Verschneidung von Karten von Diversitätsmustern, Bedrohungen und Schutzgebieten werden wir einen Plan zum Schutz der subterranen Biodiversität entwerfen, der das aktuelle EU-Netzwerk von Schutzgebieten (Natura 2000) ergänzt und gleichzeitig klimabedingte Veränderungen in subterranen Ökoregionen berücksichtigt (WP4). Schließlich versuchen wir durch gezielte Aktivitäten in WP5, das gesellschaftliche Bewusstsein für subterrane Ökosysteme zu schärfen und Interessengruppen einzuladen, die subterrane Biodiversität in multilaterale Vereinbarungen einzubeziehen. In Übereinstimmung mit dem europäischen Plan S werden wir alle Daten offen und wiederverwendbar machen, indem wir eine zentralisierte und offene Datenbank zum subterranen Leben entwickeln – die Subterranean Biodiversity Platform.

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