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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.

Konzeptionelle Beiträge zu 'Global Monitoring on Environment and Security (GMES)'

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt B03: Evolution von Protisten in extrem wasserlimitierten Gebieten

Einzellige Eukaryonten sind ideale Modellorganismen, die mit evolutionären Prozessen assoziierter Organismengruppen über unterschiedliche Zeitskalen, sogar über geologischer Zeiträume hinweg, kombiniert werden können. Mittels moderner molekularer und bioinformatischer Methoden sowie Kultivierungs- und Isolationstechniken sollen evolutionäre, insbesondere co-evolutionäre Prozesse von Populationen/Arten im ariden Lebensraum untersucht werden. Primäres Ziel ist es, populationsgenetische Diversitätsmuster symbiontischer Protisten, welche im Darm endemischer Insektenpopulationen vorkommen und zum Großteil genetisch separiert sind, im Zusammenhang mit den Wirtspopulationen zu untersuchen (B02). Darüber hinaus gilt es die genetische Struktur der Protistenpopulationen, welche mit einem bestimmten Microbiom (z. B. Rhizosphäre/Phyllosphäre; B04) assoziiert sind, im Zusammenhang mit dem Boden (B05) und der 'Wirts'-Pflanze (B01) zu analysieren, wobei die fragmentierten Salare in der Atacama von gesondertem Interesse sind.

Bestimmung von Schadstoffgehalten und der Schadstoffverteilung von Ersatzbrennstoffen im Technikumsmassstab

Im Fachgebiet Abfalltechnik steht eine Technikumsverbrennungsanlage (TVA), die Speziell für die Energie-, Massen- und Schadstoffbilanzierung von Verbrennungsversuchen entwickelt und in den letzten Jahren mehrfach modifiziert wurde. Die Energie- und Massenbilanzierung wird seit Jahren erfolgreich genutzt. Im Rahmen dieses Projektes konnte als erstes die Qualität der Schadstoffbilanzierung mit Hilfe der in dieser Untersuchung durchgeführten Verbrennungsversuche am Beispiel Chlor gezeigt werden. Dazu wurden Verbrennungsversuche an der TVA durchgeführt, bei denen Holz/PVC-Mischungen und Holz/NaCl-Mischungen, die bis zu 6 Ma-Prozent Chlor enthielten, eingesetzt wurden. Um die Widerfindungsraten von Chlor bei den Verbrennungsversuchen in der TVA zu bestimmen und um zusätzlich Aussagen über den Transfer des Chlors in die verschiedenen Fraktionen machen zu können, wurden die Chloranteile in den einzelnen Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub ermittelt. Die HCI-Konzentrationen im Rauchgas wurden mit dem OPSIS-Messsystem analytisch bestimmt. Die Staub- und Aschegehalte wurden ermittelt und der Flugstaub und die Asche auf ihre Chlorgehalte untersucht. In den drei Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub konnten 95,1 bis 101,7 Prozent des eingesetzten Chlors wieder gefunden werden. Es wurden bei den Holz/PVC-Mischungen 82 bis 85 Prozent des Chlors im Rauchgas, 11 bis 14 Prozent in der Asche und etwa 1,4 Prozent im Flugstaub ermittelt. Bei anschließenden Vergleichen zeigten diese Transferkoeffizienten eine gute Übereinstimmung mit hochgerechneten Transferkoeffizienten aus Laboruntersuchungen von Schirmer (2005). Damit wurde gezeigt, dass die Veränderungen und Umbauten an der TVA in den letzten Jahren zu einer Verbesserung der Schadstoffbilanzierung geführt haben und diese dadurch erfolgreich durchgeführt werden kann. Damit ist die TVA für weitere Schadstoffermittlungen von unbekannten Ersatzbrennstoffen gut geeignet. Neben der Ermittlung von Ersatzbrennstoffen wurde die TVA in jüngster Zeit auch für die Bestimmung der Chlorfreisetzung ins Rauchgas eingesetzt: die kontinuierliche Erfassung der Schadstoffkonzentrationen im Rauchgas mit dem Messsystem OPSIS ermöglicht die zeitliche Schadstofffreisetzung ins Rauchgas zu bewerten, da aufgrund der semikontinuierlichen Brennstoffzugabe charakteristische Konzentrationsverläufe gewonnen werden.

Umweltschutz in der Landesplanung Nordrhein-Westfalens: Grundstruktur eines Informationsinstruments zur raeumlichen Darstellung und Bewertung der natuerlichen Lebensgrundlagen

In der Studie geht es um die Einbindung des Umweltschutzes in die Landesplanung als die uebergeordnete, ueberoertliche Gesamtplanung fuer eine den Grundsaetzen der Raumordnung entsprechende Landesentwicklung. Es wird gezeigt - welche Funktionen der Umweltschutz als Planungsfaktor und Planungsaufgabe in der Landesplanung hat, - dass die Bedeutung des Umweltschutzes in der Landesplanung erkannt ist und entsprechenden Niederschlag in der Planungsgesetzgebung gefunden hat, - dass jedoch bei der Umsetzung der Umweltbelange in konkrete Plaene, Entscheidungen und Massnahmen noch methodisch-instrumentelle Defizite bestehen. Wesentliche Voraussetzung zur Durchsetzung der Anforderungen des Umweltschutzes sind handhabbare Informationen ueber die raeumliche Verteilung der natuerlichen Lebensgrundlagen im Landesgebiet und deren Eignung und Belastungsgrenzen im Hinblick auf die Fragestellungen der Landes- und Regionalplanung. Bisher gibt es zwar zahlreiche Einzelinformationen zu jeweils einzelnen Umweltaspekten, die einzelne Fachplanungen fuer ihren eigenen Teilbereich aufgestellt haben, benoetigt werden aber darueber hinaus methodische Hilfsmittel, die die Einzelinformationen aufbereiten, dass sich daraus Entscheidungshilfen fuer die Landesplanung ergeben. Ziel ist deshalb die Erarbeitung der methodischen Grundstruktur eines Informationsinstruments zur Beruecksichtigung der natuerlichen Lebensgrundlagen im politischen Entscheidungsprozess. Den Abschluss bildet ein Katalog von anstehenden Arbeitsschritten, die fuer die Entwicklung des Informationsinstruments bis hin zur vollen Anwendungsreife erforderlich sind.

Allergiegefahr durch die Beifuß-Ambrosie

Ziel: Eintragswege der Ambrosia-Pflanze erkennen. Methode: intensive Untersuchungen zu Verbreitung und Einschleppungswegen der Beifuß-Ambrosie durch - Literaturrecherche (floristisch orientierte Zeitschriften, Verbreitungsatlanten, Internet) - Expertenbefragung - Auswertung von Basisdaten der Zentralstelle für Floristische Kartierung - Auswertung von Pollenmessdaten von 30 Pollenmessstationen - Gezielte Nachsuche von gemeldeten Vorkommen und potenziellen Einschleppungslokalitäten (Ölmühlen, Binnenhäfen, Bahnhöfe) - Geländekartierungen und vegetationskundliche Untersuchungen in Süd- und Ostdeutschland - Untersuchung von Vogelfutterproben auf Ambrosia-Früchte - Bestimmung von Keimungsraten - Populationsbiologische Untersuchungen auf dem Versuchsbeet im Botanischen Garten der Universität Frankfurt am Main - Bekämpfungsversuche.

Forschergruppe (FOR) 2332: Temperature-related stresses as a unifying principle in ancient extinctions (TERSANE), Teilprojekt: Die Relevanz von pH-Werten im Meerwasser und der Ozeanversauerung für das Massensterben im Unteren Jura und an der Perm-Trias-Grenze

Extreme Änderungen im System der Erde zeigen sich durch das Zusammentreffen von Massensterben mit tiefgreifenden Störungen im globalen Kohlenstoffzyklus. Solche Ereignisse werden häufig durch drastische Veränderungen im Klima oder in der Chemie der Meere verursacht, d.h. durch eine schnelle Erderwärmung, die Ausbreitung anoxischer Bedingungen auf die Schelfmeere und die Versauerung der Ozeane. Diese Prozesse haben eine katastrophale Auswirkung auf die Ökosysteme aller trophischen Ebenen und bilden wichtige Rückkopplungsmechanismen für die Funktionsweise des globalen Kohlenstoffkreislaufes ab. Um die Rolle der Ozeanversauerung für das Massensterben zu dokumentieren, sollen hochauflösende Bor-Isotopenprofile von umfassend charakterisierten marinen Karbonatgesteinen erstellt werden, welche exemplarisch die Biogeochemie zum Zeitpunkt bedeutender Ereignisse dokumentieren. Gegenstand der angestrebten Untersuchungen sind das größte Massensterben im Phanerozoikum, das Permisch-Triassische Ereignis und das Massensterben 2. Ordnung zum Zeitpunkt des bedeutenden ozeanisch anoxischen Ereignisses im Mesozoikum, im Unteren Jura (Pliensbachium/Toarcium). Dieses ermöglicht uns den pH-Wert des Meerwassers zu Beginn und während eines Massensterbens zu rekonstruieren, dessen Ursache vermutlich auch Ozeanversauerung war. Parallel dazu werden diese Proben von unseren Kollegen hinsichtlich ergänzender Proxydaten und biologischer Auswirkungen untersucht, um biogeochemische Schlüsselinformationen zu generieren, die es uns ermöglichen Hypothesen zu testen, die Massensterben mit drastischen Änderungen im pH-Wert des Meerwassers und einer Versauerung der Ozeane verbinden.

Informationskampagne 'Alpenraum: Mehr wissen - weniger belasten'

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Messungen stabiler Isotopenverhältnisse in flüchtigen organischen Verbindungen im Ausfluss von Ballungszentren. Dieser Antrag ist ein Beitrag zu den HALO-Missionen EMeRGe-EU und EMeRGe-ASIA

Die Auswirkungen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) auf die Luftqualität und damit auf die Gesundheit der Menschen auf lokaler oder regionaler Skala sind direkt offenkundig durch die schädlichen Effekte auf die Lebenswelt. Noch bedeutender ist die kritische Rolle, die VOC in chemischen Prozessen der Atmosphäre einnehmen. Die Bildung vieler sekundärer organischer Schadstoffe in der Atmosphäre wie Ozon, Peroxide, Aldehyde, Peroxyacetylnitrate und sekundäre organische Aerosole hängt entscheidend von der Verfügbarkeit der VOC und ihrer Vorläufersubstanzen ab. Wir planen die Messung von Isotopenverhältnissen und Konzentrationen spezifischer VOC in der Abluft großer Ballungszentren (MPC) in Europa und Asien durch Einsatz des Luftprobensammlers MIRAH auf den HALO-Missionen EMeRGe-EU und EMeRGe-Asia. Die Luftproben werden im Labor mittels Gaschromatographie-Verbrennungs-Isotopen-Massenspektrometrie analysiert. Isotopenverhältnisse in VOC sind wertvolle Indikatoren zur Untersuchung von Reaktionen, die derzeitigen Messverfahren nicht direkt zugänglich sind. Transport- und Mischungsprozesse in der Atmosphäre können damit visualisiert werden, wertvolle Information über dominante Prozesse, an denen VOC beteiligt sind, gewonnen werden. Bereits in den letzten HALO-Missionen, TACTS/ESMVal und den beiden OMO-Missionen, konnten wir zeigen, dass die beantragte Messmethode ein sensitives Werkzeug ist, z.B. für Quellstudien von VOC, zur Ableitung von Transportwegen und deren Einfluss auf die Verteilung der VOC, zur Abschätzung des Mischungsgrads, der Unterscheidung zwischen dynamischen und chemischen Prozessen, als auch zur Untersuchung atmosphärischer Umwandlung und Verweilzeit spezifischer VOC. Die Wertstellung dieser Ergebnisse wird sogar noch gesteigert durch den Vergleich mit Ergebnissen aus 3-dimensionalen Chemie-Transport-Modellen. Die folgenden geplanten wissenschaftlichen Zielsetzungen betten sich in die übergreifenden Ziele von EMeRGe-EU and EMeRGe-ASIA: (1) Messung der Zusammensetzung der in Europa und Asien entspringenden Schadstofffahnen und Bestimmung des Beitrags bestimmter VOC an der Zusammensetzung der Atmosphäre; (2) Bestimmung der weitreichenden Luftverschmutzung sowie deren Einfluss auf die Verteilung bestimmter VOC; (3) Identifizierung möglicher Unterschiede im Transport und der Umwandlung von VOC, die mit besonderen einzigartigen Charakteristiken europäischer und asiatischer MPCs verbunden sind; (4) Identifizierung von Oxidations- und Zwischenprodukten des VOC-Abbaus; (5) Informationsgewinnung über Oxidationswege durch Messung von Vorläufer- und Oxidationsprodukten; (6) Altersbestimmung von Luftmassen in unterschiedlichen Stadien der Schadstofffahnen; (7) Gegenüberstellung photochemischer Prozessierung gegen Transport und Mischung; (8) Verbindung der Informationen aus Isotopenverhältnissen mit bestimmten regionalen meteorologischen Daten; (9) Bereitstellung der Messdaten für Chemietransportmodelle.

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.

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