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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, Zirkum-Antarktische Auftrittsfrequenz von Meereis-Rinnen und regionale Verteilung aus Satellitendaten

Ziel dieses Projektvorhabens ist es, einen Einblick in die räumliche und zeitliche Variabilität des Auftretens von Meereisrinnen im Antarktischen Meereis während der Wintermonate zu erhalten. Meereis-Rinnen zeichnen sich dadurch aus, dass es in ihrem Einflussbereich zu einem starken Austausch von Wärme, Feuchte und Impuls zwischen dem relativ warmen Ozean und der kalten Atmosphäre kommt. In Meereis-Rinnen bildet sich demnach neues, dünnes Eis und trägt damit zur Meereis-Massenbilanz bei. Wir beabsichtigen auf einer Methode aufzubauen, die entwickelt wurde, um Eisrinnen in der Arktis automatisch aus Thermal-Infrarot Satellitendaten zu identifizieren. Diese Methode muss für eine Anwendung auf Satellitendaten der Antarktis neu implementiert und erweitert werden. In diesem Rahmen gilt es auch, hemisphärische Besonderheiten in den Meereiseigenschaften und atmosphärischen Einflüssen zu berücksichtigen. Darum werden Anpassungen im ursprünglichen Algorithmus mit Hilfe detaillierter Fallstudien vorzunehmen sein. Als Ergebnis erwarten wir umfangreiche Erkenntnisse darüber, wann und wo Meereis-Rinnen gehäuft in der Antarktis auftreten, und wie diese Auftrittsmuster durch atmosphärische und ozeanische Antriebe gesteuert werden.

Atmosphärische Ionisation während Substorm-Aktivität (AISStorm)

Untersuchung der atmosphärischen Antwort auf Substormvariabilität, genauer durch den Teilcheneinfall während Substorms. Modellentwicklung zur Bestimmung der durch Substorms induzierten atmosphärischen Ionisation mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung sowie deren Verfügbarkeit für Langzeitsimulationen.

ALPCHANGE - Klimawandel und Auswirkungen in Südösterreich

Das Ziel von ALPCHANGE ist die quantitative Erfassung der durch den Klimawandel in der Vergangenheit und aktuell verursachten Landschaftsdynamik im alpinen Raum. ALPCHANGE bietet dabei einen integrativen und interdisziplinären Ansatz, welcher vier dynamische Landschaftsparameter - Permafrost, Schnee, Geomorphologie und Gletscher - unter Berücksichtung eines angenommenen Klimawandels sowohl einzeln als auch gesamt betrachtet. Diese Parameter reagieren auf den Klimawandel in verschiedenen Zeitskalen und liefern dadurch unterschiedliche Informationen: Schnee innerhalb sehr kurzer Zeit, Gletscher innerhalb mehrerer Jahre bis Jahrzehnte (größenabhängig), geomorphologische Formen innerhalb mehrerer Jahre bis Dekaden und Permafrost im Laufe von Dekaden bis Jahrhunderten. Eine komplexe Analyse dieser Prozesse wird mit Hilfe eines qualitativ hochwertigen Monitoringnetzwerkes in Südösterreich ermöglicht. Die Interdisziplinarität dieses Untersuchungsvorhaben erfordert die Verwendung verschiedenster Disziplinen - beispielsweise Fernerkundung, Feldforschung, Modellierungen oder die genaue Analyse von unterschiedlichen historischen und semi-historischen Datenquellen - sowie die Zusammenarbeit von fünf wissenschaftlichen Institutionen. Die Landschaftsdynamik, repräsentiert durch die vier Landschaftsparameter, wird in vier unterschiedlichen räumlichen Dimensionen betrachtet: gesamtes Untersuchungsgebiet (ca. 650km2), unterschiedliche ökologische Höhenzonen (vertikale Gliederung), mittelflächige Untersuchungsgebiete (z.B. Talschlüsse; wenige ha bis km2) sowie schließlich kleinflächige Testgebiete (lokal). Drei meteorologische Stationen, eine permanent eingerichtete DC-Resistivity-Tomograph-Station (Gleichstromwiderstandsmessungen), mehrere Temperatur-sensoren sowie zwei automatische Digitalkamerasysteme bilden die Kerninfrastruktur eines qualitativ hochwertigen Monitoringnetzwerkes, welches Basisdaten für spätere Modellierungen sowie Korrelationen liefert. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens werden ein umfassendes Bild des Gletscherverhaltens (z.B. Veränderung von Gletscherstand, Gleichgewichtslinie oder Gletscheroberflächenstruktur), des Schneedeckenverhaltens (z.B. Erfassen der Schneedeckendynamik mittels automatischer Kamera), der Geomorphodynamik (z.B. Massenbewegungsprozesse an Lockersedimentakkumulationen bzw. Festgesteinen, Solifluktion, Veränderung des Gletschervorfeldes, flächendeckende Erfassung von Murgängen) sowie der Permafrostverbreitung und -dynamik (z.B. Kartierung der permafrostverdächtigen Bereiche mit Hilfe von Methoden der Fernerkundung, Feldmesskampagnen, permanente Gleichstromwiderstandsmessungen, Temperaturverhalten der Geländeoberfläche sowie des bodennahen Untergrundes) ermöglichen. usw.

Messungen des Radiumsgehaltes in Brauch- und Abwaessern sowie Getraenken

Es ist zu erwarten, dass der Radiumgehalt der Trinkwaesser in Abhaengigkeit von den geologischen Verhaeltnissen in der Bundesrepublik Deutschland schwankt. In Ergaenzung zu der Erhebung ueber die externe Strahlenexposition der Bevoelkerung soll eine Erhebung ueber die Radiumkonzentration im Trinkwasser der Bundesrepublik Deutschland erfolgen, um Schwankungsbreite eines Beitrages zur inneren Strahlenexposition - in diesem Falle des Knochens - zu erfassen. Speicherung aller anfallenden Daten im EDV-System BIBIDAT. Es wird eine umfassende Erhebung des Radiumgehaltes von Trinkwasser in der Bundesrepublik Deutschland in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen durchgefuehrt. Die Daten werden vom Bundesgesundheitsamt gesammelt und im EDV-System BIBIDAT gespeichert. Darueber hinaus werden Abwaesser sowie Getraenke (Bier, Wein, Milch) in bezug auf ihren Radiumgehalt untersucht. Damit soll versucht werden, den Beitrag des mit Fluessigkeiten aufgenommenen Radiums zur inneren Strahlenexposition zu erfassen.

Biogeochemie von Spurenelementen im Südost-Atlantik; ein deutscher Beitrag zum internationalen GEOTRACES-Programm

Unsere bewilligte Forschungsfahrt M121 mit FS Meteor im Südostatlantik wird im November/Dezember 2015 stattfinden. Mit dem vorliegenden Antrag beantragen wir Mittel für Personal zur Teilnahme an der Fahrt und Kosten für die Auswertephase nach der Fahrt. Der Fokus des Projektes liegt auf der Biogeochemie und chemischen Ozeanographie von Spurenmetallen, wofür aber auch physikalische und biologisch-ozeanographische Informationen gesammelt werden. Die Untersuchungsschwerpunkte sind die detaillierte Erfassung der Verteilung von Spurenelementen in der Wassersäule des Südostatlantiks, die Untersuchung von Eintrags- und Austragsmechanismen, die biogeochemischen Zyklen dieser Spurenelemente, und deren Zusammenhänge mit dem Stickstoffkreislauf im Untersuchungsgebiet. Die Ausfahrt wird als offizieller Bestandteil in das international koordinierte GEOTRACES-Programm eingebettet sein. Der erste Schwerpunkt wird die detaillierte Untersuchung der Verteilung der Spurenelemente in der Wassersäule des Benguela-Auftriebs sein, von denen einige als limitierende Mikronährstoffe der Bioproduktivität und der Diazotrophie fungieren. Wir werden die Beziehung zwischen Makro- und Mikronährstoffkonzentrationen und den Flüssen dieser Nährstoffe untersuchen sowie die Beziehung zur biologischen Produktivität und dem Stickstoffzyklus. Die Spurenmetallverteilung soll auch mit der Verteilung und Mischung der Wassermassen im Benguela-Auftriebsgebiet und deren Eigenschaften in Verbindung gebracht werden, insbesondere den Sauerstoffgehalten und dem Austausch mit dem anoxischen Schelf. Weiterhin werden wir den Eintrag und die Eintragswege der Spurenmetalle über Staub (Wüste Namib), Sediment und große Flüsse (hauptsächlich Orange und Kongo) erfassen. Den Abschluss der Projektarbeiten wird die Verteilung der Spurenmetalle in der gesamten Wassersäule im offenen Ozean des Südostatlantiks als Funktion der großskaligen Ozeanzirkulation und Wassermassenmischung sein; diese Arbeiten werden in enger Kooperation mit J. Scholten und M. Frank (Kiel) stattfinden, die einen komplementären Antrag einreichen. Die Arbeiten dieses Projektes haben eine Bedeutung für das globale Verständnis der Rolle unterschiedlicher Prozesse, die die chemischen Umweltbedingungen im Ozean, mit dem Fokus auf Spurenmetalle, steuern und in denen die Ökosysteme funktionieren.

Emissionen aus dem Straßenverkehr und städtische Lufthygiene: Neue Möglichkeiten aus zeitlich hoch aufgelöster Analyse

In diesem Projekt sollen zeitlich hoch aufgelöste Spurengasmessungen und Messungen der Größenspektren der Aerosolpartikel an einem Verkehrsstandort zu einer deutlichen Weiterentwicklung unseres Verständnisses der Dynamik der Konzentrationen von Luftschadstoffen im städtischen Umfeld sowie der Emissionen aus dem Straßenverkehr beitragen. Neue, schnelle Techniken sollen das bereits gut entwickelte Grundlagenwissen zu Emissionsverhältnissen NO / NO2 / NOx einzelner Fahrzeuge und Fahrzeuggruppen entwickeln, den Einfluss auf die Ozonchemie und die Interaktion mit dem vorhandenen Ozon studieren, Emissionsverhältnisse NH3 / CO2 und NOx / CO2 unter realen Bedingungen quantifizieren, und vor allem die Emissionen der Aerosopartikel in einem weiten Größenspektrum (einige nm bis über 1 mym Durchmesser) detailliert quantifizieren. Dies bedeutet und ermöglicht eine neuartige Analyse der Emissionen von Partikeln im echten Straßenverkehr. Die vorgeschlagenen Konzepte und Messungen ergänzen sich mit anderen modernen Konzepten der Analyse von Luftverschmutzung und Emissionen wie z.B. multi-Sensoren-Anwendungen, Einsatz mobiler Plattformen, oder Eddy-Kovarianz. Hier wird Grundlagenforschung vorgeschlagen, die in Ergänzung mit anderen Anwendungen und Konzepten einschließlich Modellierung zu einer deutlichen Verbesserung unseres Verständnisses der städtischen Umwelt führen wird. Das Herzstück der experimentellen Forschung ist eine 18-monatige Messreihe am Straßenrand, die allerdings von zwei Intensivmesskampagnen (IOPs) um Kenntnisse zur räumlichen Representativität und zur chemischen Zusammensetzung der Partikel im Größenspektrum ergänzt werden.

ArTTA-10mL: Ein Instrument für die 39Ar-Datierung von kleinen Eis- und Wasserproben

Das Edelgasradioisotop 39Ar ist von großem Interesse für die Datierung in Ozeanographie, Glaziologie und Hydrogeologie, da es das einzige Isotop ist, das den wichtigen Altersbereich zwischen ca. 50 und 1000 Jahren abdeckt. Die fundamental neue Messmethode der Atom Trap Trace Analysis (ATTA), welche die 81Kr Datierung zum ersten Mal möglich gemacht hat, besitzt das Potenzial, die Anwendungen von 39Ar zu revolutionieren, indem sie die benötigte Probengröße um einen Faktor 100 bis 1000 reduziert. In einem Vorgängerprojekt haben wir zum ersten Mal gezeigt, dass die Messung von 39Ar an natürlichen Proben mit ATTA möglich ist, allerdings benötigten wir dazu immer noch Tonnen von Wasser. Vor kurzem haben wir anhand von Proben aus ersten Pilotprojekten mit Ozeanwasser und alpinem Eis gezeigt, dass die 39Ar-ATTA (ArTTA) Messung an Proben von ca. 25 L Wasser oder 10 mL Ar oder weniger möglich ist. Dieser Erfolg eröffnet komplett neue Perspektiven für die Anwendung der 39Ar-Datierung, die sehr wertvolle Information ergeben wird, die ansonsten nicht zugänglich wäre. Der Bedarf für solche Analysen, insbesondere im Gebiet der Spurenstoff-Ozeanographie, ist gut etabliert und dokumentiert durch Unterstützungsschreiben von unseren derzeitigen Partnern für ArTTA Anwendungen. Dieser Antrag wird es uns ermöglichen, die weltweit ersten ArTTA Geräte zu bauen, die auf Routinebetrieb mit kleinen Proben ausgelegt sind. Wir streben den Aufbau einer 39Ar-Datierungsplattform an, welche die Anforderungen für die Datierung in den Feldern der Grundwasserforschung, Ozeanographie und Gletscherforschung erfüllt. Um sinnvolle Anwendungen in der Tracerozeanographie zu ermöglichen, wird eine Kapazität von mindestens 200 Proben pro Jahr benötigt. Das neue Gerät für die Forschung wird damit lange angestrebte Anwendungen erlauben, die sonst nicht möglich wären. Basierend auf bisheriger Forschung haben wir einen klaren Plan für den Aufbau einer kompletten Plattform für den Betrieb von ArTTA: Eine neue Probenaufbereitungslinie basierend auf dem Gettern von reaktiven Gasen erlaubt die Abtrennung von bis zu 10 mL reinem Ar aus kleinen (kleiner als 25 L Wasser oder 10 kg Eis) Umweltproben in wenigen Stunden. Diese Proben werden zum ArTTA Gerät transferiert, welches aus zwei Modulen besteht: Das Optik-Modul erzeugt die benötigten Laserfrequenzen und Laserleistung, das Atom-Modul ist der Teil in dem die Atome mit atomoptischen Werkzeugen detektiert werden, die wir im Prototyp aus dem vorherigen Projekt realisiert haben. So weit als möglich wird die Anlage aus zuverlässigen, hochleistungsfähigen kommerziellen Teilen gebaut. Das System wird in einer hochkontrollierten Containerumgebung installiert, was einen modularen Aufbau gewährleistet, der in Zukunft an unterschiedlichen Orten aufgebaut werden kann.

Modellierung der Sorption von Radionukliden an organophilen Tonmineralen

Als Füllmaterial oder als Bestandteil technischer Barrieren in Endlagern von chemisch-toxischen oder radioaktiven Abfällen werden bestimmte Tonminerale verwendet bzw. in den Designstudien vorgeschlagen. Dabei sind vor allem drei Eigenschaften dieser Tone ausschlaggebend: Die geringe Wasserleitfähigkeit, das Quellvermögen bei Wasserzutritt und das Rückhaltevermögen für Kationen. Das wünschenswerte Rückhaltevermögen auch für Anionen fehlt bei naturbelassenen Tonen, kann aber durch Behandlung erzeugt werden, bei der die Zwischenschicht-Kationen der Tone durch bestimmte organische Kationen ersetzt werden. Dadurch entstehen sogenannte organophile Tone, die so eingestellt werden können, daß sie beide Ionenarten sorbieren können. Die entscheidenden Mechanismen dieser Sorptionsprozesse an organophilen Tonmineralen und die sich dabei ergebenden Strukturen des Tonminerals sind noch nicht vollständig bekannt. Ihre umfassende Kenntnis ist jedoch wichtig für die gezielte Optimierung ihrer Sorptionseigenschaften und ihrer Eignung zum Einsatz unter Endlagerungsbedingungen. Das Optimierungspotential liegt in der chemischen Struktur, Größe und Ladungsverteilung des organischen Kations sowie in der Wahl des Tonminerals. Zur Erlangung bisher fehlender Detailkenntnisse und zur Unterstützung der Optimierung soll daher in diesem Forschungsvorhaben eine Computersimulation des Organo-Ton-Systems auf der Basis der bisher gesammelten experimentellen Informationen entwickelt werden. Mit diesem Modell soll die Konsistenz des bisherigen Verständnisses der beteiligten Phänomene überprüft, geeignete Fragestellungen an das Experiment entwickelt und Optimierungsschritte durch Simulation ausgewählt werden.

Einfluss der Hackgutqualität auf die Emissionsentstehung unter Prüfstandsbedingungen (HG eta Em-Prüfstand)

Ziel des Projektes 'HG eta Em-Prüfstand' ist die Untersuchung des Brennstoffeinflusses auf die Emissionen von Hackgut-Kleinfeuerungsanlagen unter stationären Prüfbedingungen am Prüfstand. Ergänzend zum Projekt 'PrüfReal- bench tests', bei dem der Schwerpunkt auf Brennstoffqualitäten von Holzpellets lag, soll im Zuge von 'HG eta Em-Prüfstand' erhoben werden, welche Auswirkungen Änderungen der chemischen Zusammensetzung des Brennstoffes Holzhackgut auf das Emissionsverhalten im Voll- und Teillastbetrieb haben. Zur Ermittlung der Daten sind Verbrennungsversuche am Kesselprüfstand der BLT Wieselburg mit unterschiedlichen Kesseltypen und unterschiedlichen Brennstoffqualitäten geplant. Die Variation der Brennstoffqualität bezieht sich im Wesentlichen auf die aerosolbildenden Bestandteile, den Aschegehalt aber auch auf den Wassergehalt und die Korngröße der Partikel. Dazu werden Verbrennungsversuche mit mind. 2 Feuerungsanlagen und mind. 3 unterschiedlichen Brennstoffen am Prüfstand gemäß den Anforderungen der 'ÖNORM EN 303-5:2012-10: Heizkessel - Teil 5: Heizkessel für feste Brennstoffe, manuell und automatisch beschickte Feuerungen, Nennwärmeleistung bis 500 kW - Begriffe, Anforderungen, Prüfungen und Kennzeichnung' durchgeführt. Neben dem Einfluss der Brennstoffqualität soll im Zuge des Projekts auch die Wirkung von Sekundärmaßnahmen zur Reduktion der Staubemissionen ermittelt werden. Dazu ist geplant die verwendeten Feuerungsanlagen mit unterschiedlichen Entstaubungstechnologien auszustatten und dessen Wirkung in Abhängigkeit der Brennstoffqualität messtechnisch zu erfassen. Weiteres Ziel des Projektes 'HG eta Em-Prüfstand' ist die theoretische Hochrechnung des Einsparungspotentiales von Staubemissionen durch die Optimierung der Hackgutqualität bzw. durch den Einsatz von Sekundärmaßnahmen zur Rauchgasreinigung. Durch unterschiedliche Szenarien soll unter Berücksichtigung der derzeit installierten Hackgutheizungen die theoretischen Einsparungspotentiale in Abhängigkeit der Brennstoffqualität dargestellt werden. Darüber hinaus sollen in einer wirtschaftlichen Betrachtung die Vor- und Nachteile von hoher und niedriger Brennstoffqualität bzw. Sekundärmaßnahmen gegenübergestellt werden. Bei den Hackgutfeuerungen, die im Rahmen des geplanten Projekts untersucht werden, wird normalerweise bei Einsatz eines Elektrofilters als Sekundärmaßnahme zur Partikelabscheidung diese Filterasche mit der Rostasche gemeinsam ausgetragen. Die Schwermetallgehalte der anfallenden Aschen werden im Rahmen des Projekts untersucht. Bei größeren Biomassefeuerungen wird die E-Filterasche, in der die Schwermetalle angereichert sind, getrennt entsorgt. Im Rahmen des Projekts werden folgende Punkte bearbeitet: - Kurzer Abriss der rechtlichen Situation - Interviews mit Betreibern bezüglich der anfallenden Menge dieser Filteraschefraktion - Gegebenenfalls Analysen der Schwermetallgehalte von Filteraschen.

Risikoanalyse und Risikomanagement Wildbach

Zur richtigen Beurteilung der Gefahrensituation in einem Wildbach und zur Ableitung dementsprechender Schutzmassnahmen sind verschiedenste Untersuchungsschritte notwendig. Von besonderer Bedeutung sind die Ereignisdokumentation und Ereignisanalyse, die Beurteilung der Massenverlagerungsprozesse und die Dimensionierung von technischen und passiven Maßnahmen. Das Projekt zielt auf die Verbesserung der Aufnahmemethodik im Zuge der Ereignisdokumentation, die Gewinnung von Daten aus 'Mustereinzugsgebieten', die Verbesserung und Neuentwicklung der Meßsensorik, die Aufnahme von Daten zur Bemessung von aktiven und passiven Schutzmassnahmen ab.

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