Die stetig wachsende Bevölkerung führt zu einem steigenden Bedarf an Frischwasser und die Entnahme von Grundwasser ist eine der wichtigsten Quellen diesen Bedarf zu decken. Engpässe in der Frischwasserversorgung haben die Suche Nachweis von frischem Grundwasser unter dem heutigen Meeresboden angetrieben. Die Rolle glazialer Strukturen, welche während der Vergletscherungen entstanden sind, ist jedoch im Hinblick auf das Vorkommen frischen Grundwassers noch wenig bekannt. Insbesondere sogenannte Tunneltäler (TT), welche sich unter den Eisschilden bildeten, könnten von besonderer Relevanz sein. Ihre Ausmaße (bis zu 5 km breit, 400 m tief, 100te km lang) spiegeln die gewaltigen Schmelzwassermengen wider, die den Untergrund unter den Eisschilden durchspülten. Ihre Entstehung und Füllung resultierte in stark durchlässigen Sanden und Kiesen im unteren Teil und feinkörnigen Ablagerungen im oberen Teil dieser Strukturen. Diese Konfiguration begünstigt eine Rolle als bevorzugte Fließwege für offshore Grundwasser. Zur Untersuchung des Potenzials von TT als bevorzugte Fließwege für offshore frisches Grundwasser (OFG), verfolgt dieses Projekt folgende Ziele: (O1) Durch die Kombination von elektromagnetischen und seismischen Daten wollen wir ein strukturgebundenes Widerstandsmodell für mehrere TT erstellen; (O2) Wir wollen die Salzgehaltswerte für verschiedene Architekturen und Tiefen von TT abschätzen; (O3) Aufbauend auf den ersten beiden Zielen wollen wir die Ergebnisse für das gesamte Arbeitsgebiet in ein detailliertes lithologisches 3D-Modell extrapolieren. Die sich daraus ergebende Salzgehaltsverteilung im Untergrund wird dazu beitragen, die Ober- und Untergrenzen des Volumens frischen Grundwassers abzugrenzen und die Grundlage für ein detailliertes Grundwassermodell schaffen. Folgende Schritte sind dazu nötig: (S1) Kartierung und Charakterisierung der räumlichen Heterogenität von TT anhand vorhandener seismischer Daten; (S2) Erstellung eines lithologischen Modells für den Untergrund zwischen Amrum und Helgoland von 0 bis 400 m Tiefe; (S3) Identifizierung vielversprechender Standorte und Durchführung von CSEM-Messungen (Controlled Source Electromagnetic) zur Untersuchung der Verteilung des elektrischen Widerstands im Untergrund (TT); (S4) Kombination von Widerstandsmessungen mit Mehrkanal-Seismikdaten (MCS) zur Ableitung des Salzgehalts der Porenflüssigkeit; (S5) Extrapolation der Ergebnisse für das gesamte lithologische Modell. Tunneltäler existieren in ehemals vergletscherten Regionen weltweit. Gelingt uns der Nachweis von OFG in Tunneltälern, hätte dies erhebliche Implikationen für bisher unbekannte Süßwasserverteilungen und hydrologische Systeme. Die uns zur Verfügung stehenden Daten bieten eine einzigartige Möglichkeit zur Integration von CSEM- und seismischen Messungen bei begrenztem Aufwand. Die Ergebnisse des Projekts werden einen neuen Blick auf offshore Gletscherlandschaften und ihre Rolle im pleistozänen Wasserkreislauf erlauben.
Die Hydrologie der Landoberfläche wirkt an der Schnittstelle zwischen Boden, Vegetation und Atmosphäre. Sie hat dadurch Auswirkungen auf Nahrungsmittelproduktion, Wasserverfügbarkeit und Extremereignisse, wie Dürren und Überschwemmungen. Die Wechselwirkungen zwischen Land (Hydrologie) und Atmosphäre (Wetter) sind bisher nur ungenügend verstanden. Es ist insbesondere unklar, ob sich die Einflüsse der Landoberfläche auf Vegetation und Wetter durch die globale Erwärmung verstärken werden. Darüber hinaus ist nur wenig bekannt bezüglich des Übergangs von einem energielimitierten Regime, wo die Atmosphäre (Temperatur und Einstrahlung) das Land (Vegetationsproduktivität, Bodenfeuchte) beeinflusst, hin zu einem wasserlimitierten Regime, wo das Land (auch) die Atmosphäre beeinflusst. Um das Verständnis der Land-Atmosphäre-Wechselwirkungen zu verbessern, wird ein multivariater Ansatz mit der Analyse von Daten über Bodenfeuchte, Matrixpotential, Bruttoprimärproduktion, Verdunstung, Temperatur und Landoberflächencharakteristiken vorgeschlagen. Mit dieser umfassenden Methodik werden Land-Atmosphäre-Wechselwirkungen in Bezug auf ihre kurz- und langfristige Variabilität, sowie auf ihre Veränderungen im Kontext des Klimawandels untersucht. Ausserdem werden potentiell stark betroffene Regionen bestimmt. Desweiteren wird ein kritischer Bereich der Bodenfeuchte und/oder des Matrixpotentials identifiziert und charakterisiert, ab dem eine Wasserlimitierung von Vegetation oder Evapotranspiration auftritt. Ein Ergebnis dieser Analyse wird die Identifizierung eines dritten charakteristischen Matrixpotentials neben dem permanenten Welkepunkt und der Feldkapazität sein. Als Grundlage für diese Untersuchungen wird mittels eines Landoberflächenmodells von geeigneter Komplexität ein langfristiger, qualitativ hochwertiger hydrologischer Datensatz berechnet, welcher anhand von multivariaten Beobachtungen kalibriert wird. Dabei werden auch die Unsicherheiten des Datensatzes, sowie der multivariaten Beobachtungen, thematisiert. Die Resultate dieser Arbeit können helfen das Management von Wasserressourcen zu verbessern. Beispielsweise können Prognosen des Matrixpotentials in Verbindung mit dem identifizierten kritischen Bereich für eine intelligente Bewässerung von Pflanzen und Feldern verwendet werden. Eine Analyse von langfristigen Trends in Matrixpotential-, Bodenfeuchte- und Abflussdaten kann als Grundlage für langfristige Anpassungsmaßnahmen dienen. In einer weiteren Analyse werden Größenordnungen und Auftrittshäufigkeiten von Extremereignissen, wie Dürren und Überschwemmungen untersucht und in Verbindung mit entstandenen Sach- und Personenschäden gebracht. Diese Arbeit trägt zu den Millenniums-Entwicklungszielen der Vereinten Nationen bezüglich der Bekämpfung von Hunger und einer nachhaltigeren Wassernutzung, den 'Europa 2020' Zielen der EU Kommission bezüglich nachhaltiger Energienutzung, und zum 'grand challenge' Wasserverfügbarkeit des Weltklimaforschungsprogramms bei.
Die mikrobielle Biomasse im Untergrund leistet einen wesentlichen Beitrag zum Umsatz von Elementen, Nährstoffen und Schadstoffen in Böden und Grundwasser. Mikroben katalysieren Umsatzreaktionen und bauen dabei potentiell umweltschädliche, gelöste Stoffe wirksam ab. Veränderungen der Menge und Aktivität mikrobieller Biomasse sind eng mit der Effizienz der biologischen Abbauprozesse verbunden. Daher ist die Überwachung ihres Verhaltens der Schlüssel zu einem besseren Verständnis von Abbaureaktionen und der Vorhersagekraft von Wasserqualitätsmodellen. Die Messung von Mikroben ist jedoch nicht einfach, und traditionelle Methoden sind durch die schlechte Zugänglichkeit des Untergrunds begrenzt. Die Probenahme beruht daher auf invasiven Verfahren. Sogenannte nicht-invasive Methoden bieten die Möglichkeit Mikroben in den komplexen Umgebungen, in denen sie leben, z. B. in Böden und Grundwasser, zu überwachen. Sie liefern indirekte Informationen über dynamische Prozesse in Echtzeit und ohne Zerstörung des Beobachtungsobjektes. Insbesondere die spektrale induzierte Polarisation (SIP) ist, aufgrund der Eigenschaften von geladenen Bakterienoberflächen, sensitiv gegenüber mikrobiellem Wachstum in Böden. Offene Fragen zu den genauen Mechanismen, die zu den Signalen aus mikrobiellem Wachstum und mikrobieller Aktivität führen, bleiben jedoch unbeantwortet, was die Anwendung von SIP außerhalb des Bereichs der angewandten Geophysik erschwert. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, das SIP-Signal von Bakterienzellen zu isolieren und die kombinierten Auswirkungen von Zelldichte und -aktivität mit der Größe und den spektralen Eigenschaften der SIP-Signale zu verbinden. Die vorgeschlagenen Arbeiten werden gezielte mikrobielle Wachstumsexperimente unter statischen (Batch), gut durchmischten (Retentostat) und Durchflussbedingungen kombinieren. In den Experimenten werden die Signale von Bakterienzellen in verschiedenen Stoffwechselzuständen quantifiziert, die von vorhanden und inaktiv bis hin zu aktiv und wachsend reichen. Durch die Durchführung von Messungen an Zellen in Abwesenheit anderer geladener Medien (z. B. Sediment) wird das Projekt den getrennten Beitrag der Abundanz gegenüber der Aktivität von Zellen isolieren. Das Upscaling von Batch-Inkubationen zu Durchflusssystemen wird durch systematische Experimente von zunehmender Komplexität durchgeführt. Experimente der höchsten Komplexitätsstufe in natürlichen porösen Medien werden von Daten aus den Vorläuferexperimenten profitieren. Diese werden es ermöglichen, mikrobielle elektrische Signale von den Signalen des Sediments zu separieren. Die vorgeschlagene Arbeit wird letztlich die Anwendbarkeit von SIP als nicht-invasives Überwachungsverfahren verfeinern, das den Sprung von einem vielversprechenden, von Geophysikern vorgestelltes Verfahren zu einer robusten geophysikalischen Methode schaffen kann, die von Biogeochemiker:innen, Geomikrobiolog:innen und Hydro(geo)log:innen angewandt wird.
Sauberes Süßwasser als Ressource gerät zunehmend unter Druck aufgrund erhöhter Variabilität in den hydro-meteorologischen Bedingungen und anthropogener Verschmutzung. Während der Schutz von Wassermenge und Wasserqualität oft als separate Ziele behandelt werden, gibt es klare Hinweise darauf, dass die zunehmende Variabilität der hydro-meteorologischen Bedingungen auch die Wasserqualität beeinflusst, auch über zusätzliche Verschmutzung hinaus. Forschung zu dem Zusammenhang zwischen den Variationen der hydro-meteorologischen Bedingungen und der Wasserqualität wird jedoch oft durch eine niedrige zeitliche Auflösung der Wasserqualitätsdaten oder eine begrenzte Anzahl von Einzugsgebieten mit hochfrequenten Daten erschwert. In diesem Projekt planen wir die Nutzung und Erweiterung eines zusammengestellten Datensatzes von hochfrequenten Wasserqualitätsparametern aus bereits über 70 Stationen in Deutschland, welcher vielfältige Einzugsgebietseigenschaften abdeckt, ebenso wie Zeitreihen von bis zu 20 Jahren. Die Wasserqualitätsparameter dieses Datensatzes reichen von Parametern, deren zeitliche Dynamiken hauptsächlich durch den hydrologischen Transport kontrolliert werden, bis zu solchen, deren Dynamiken von tageszeitlichen Schwankungen in Temperatur und Licht abhängen. Unser Ziel ist es, diese Daten weiter auszubauen, sie zusätzlicher Qualitätskontrollen zu unterziehen und zu homogenisieren, um letztendlich räumliche und zeitliche Muster in den Wasserqualitätsparametern zu identifizieren und ihren Zusammenhang mit der hydro-meteorologischen Variabilität und extremen Bedingungen erklären zu können. In einem ersten Schritt werden wir hierfür den Mehrgewinn von hochfrequenten Messungen im Vergleich zu interpolierten Produkten aus niederfrequenten Messungen sorgfältig testen und bewerten. In einem zweiten und dritten Schritt möchten wir den Zusammenhang zwischen Wasserqualitätsdynamiken und Hochwasserbedingungen (z. B. Abflussereignisse) sowie zwischen Niedrigwasserbedingungen (z. B. Dürren und Nachdürreperioden) analysieren. Zu guter Letzt planen wir eine separate Analyse aller Zeitreihen von mehr als 10 Jahren, mit dem Ziel Trends in der Dynamik der Wasserqualität zu identifizieren, welche durch Veränderungen der hydro-meteorologischen Bedingungen induziert werden. Die Bearbeitung der genannten Ziele soll es uns ermöglichen, unser Verständnis der komplexen Zusammenhänge zwischen hydro-meteorologischen Bedingungen, Wasserqualitätsdynamiken, Einzugsgebietseigenschaften und deren Anfälligkeit für zunehmende Schwankungen und extreme hydro-meteorologische Bedingungen über Deutschland hinaus erheblich zu verbessern.
Die Dynamik von Planktongemeinschaften wird durch Einflussfaktoren, die von unten nach oben (Wasserphysik und Chemie) und von oben nach unten (natürliche Feine) wirken, kontrolliert. Die relative Bedeutung und Richtung dieser Effekte auf die Zusammensetzung der Taxa sowie die relative Abundanz sind in natürlichen Gemeinschaften jedoch nicht hinreichend belegt: Sie variieren in Zeit und Raum und hängen auch von physiologischen und ökologischen Wechselwirkungen ab, die durch verschiedene Merkmale beeinflusst werden. Ziel dieses Projektes ist es, die Auswirkungen interagierender Kontrollen (z.B. Temperatur, Verwirbelung, Nährstoffversorgung, Identität von Weidegängern, Dichte und Beuteauswahl) auf Phytoplankton in Seen innerhalb taxonomischer und größenbasierter Kategorien zu quantifizieren, um merkmalbasierte theoretische und datenbasierte Modelle (neu) zu entwickeln, die eine genaue Prognose zu Veränderungen in Plankton-Nahrungsnetzen und somit von Ökosystemprozessen und -dienstleistungen über Umweltgradienten in Raum und Zeit ermöglichen. Dieses Projekt beinhaltet drei miteinander verbundene Arbeitspakete: 1) Anwendung neuer Methoden für In-situ-Monitoring, 2) Datenanalyse (Erforschung von Mustern, Hypothesenüberprüfung und Analyse von Einflussfaktoren), und 3) merkmalbasierte Modellierung (Entwicklung und Überprüfung von Theorien, Prognosen über Raum und Zeit). Dieses Projekt wird Unterwasseraufnahmen als neues Werkzeug für Forschung und routinemäßiges Monitoring evaluieren. Durch die gewonnenen Daten werden wir mittels merkmalbasierter Rahmenbedingungen in der Lage sein, Konzepte und Theorien in der Gemeinschaftsökologie zu präzisieren, insbesondere darüber, wie Chemie und Physik sowie die Wechselbeziehungen zwischen den Arten die Dynamik von Phytoplanktongemeinschaften über Zeit und Raum beeinflussen können. Das quantitative Verständnis von Einflussfaktoren und Mechanismen, die in der Gemeinschaft die Struktur und Abundanz steuern, wird uns Prognosen über Veränderungen in der Biodiversität von Plankton über Umweltgradienten und Algenblüten ermöglichen.
Synthetische Polymere als Umweltkontaminanten in der Hydrosphäre haben in den letzten Jahren eine sehr starke wissenschaftliche Aufmerksamkeit erfahren. Hierbei wurde aber nahezu ausschließlich die Kontamination durch Plastikpartikel im Makro- bis Mikro-Maßstab berücksichtigt. Ebenfalls in großem Maßstab produzierte und in vielfältigen Produkten eingesetzte gelöste Polymere sind bislang aber völlig unbeachtet geblieben. Ein direkter Transfer bislang erarbeiteter analytischer Verfahren zur Umwelterfassung von Plastikpartikel auf die wassergelösten Polymere ist nicht möglich. Daher soll dieses Projektvorhaben in einem ersten Schritt ein geeignetes analytisches Verfahren basierend auf Pyrolyse-Methoden erarbeiten, das die quantitative Bestimmung von gelösten Polymeren in Abwasser- und Flusswasserproben ermöglicht. Hierbei sind sowohl die chemischen Eigenschaften der Polymere als auch die niedrigen Konzentrationsniveau in Umweltproben eine Herausforderung. Das entwickelte Analyseverfahren soll dann in einem zweiten Projektabschnitt auf Proben aus Kläranlagenzu- und -abläufen sowie aus zugehörigen Vorflutern angewendet werden, um so erste quantitative Daten zum Umweltvorkommen und somit zur Umweltrelevanz dieser Substanzklasse zu erhalten.
Die Quantifizierung von Boden-Wasser Interaktionen ist von großer Bedeutung für eine Reihe praktischer Anwendungen wie z.B. im Bewässerungsmanagement, bei der Nahrungsmittelproduktion oder im Hochwasserschutz. Trotzdem ist die genaue räumliche und zeitliche Schätzung der hydrologischen Zustände und Wasserflüsse nach wir vor eine große Herausforderung in der Hydrologie. Dies liegt daran, dass die meisten hydrologischen Prozesse stark nichtlinear und zudem durch zeitlich variable Randbedingungen kontrolliert sind. Daher werden numerische Modelle für ihre umfangreiche Beschreibung benötigt. Eine weitere Herausforderung ist die räumliche Heterogenität der Böden, deren Identifikation und Charakterisierung nach wie vor ein Gebiet intensiver Forschung im Gebiet der Hydrogeophysik ist. Bis heute gibt es nur sehr wenige Studien, die vorhandene Informationen aus der traditionellen bodenkundlichen Beschreibung, hydrologischem Monitoring, geophysikalischer Charakterisierung des Untergrundes und moderner hydrologischer Modellierung kombinieren, um zu einer umfangreichen Beschreibung der hydrologischen Prozesse zu kommen. Hauptziel dieses Projektes ist es, einen integrativen Ansatz für eine verbesserte prozessbasierte hydrologische Modellierung der ungesättigten Wasserflüsse auf der Hangskala anzuwenden. Der Ansatz basiert auf der Integration von klassischem pedologischem Wissen zur Bodenbeschreibung, präzisem Monitoring des Bodenwassergehalts, sowie auf Zeitreihen moderner geophysikalischer Messungen zur Erfassung der räumlichen Heterogenität des Untergrundes. Letztendlich sollen die gesamten gesammelten Informationen in einem physikalisch-basierten numerischen Modell integriert werden, welches in der Lage ist, die Bodenwasserflüsse inklusive der gesättigten und ungesättigten Wasserflüsse, Oberflächenabfluß, Evaporation, Wasseraufnahme durch Pflanzen, sowie Schneeakkumulation und -schmelze in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu simulieren. Das Projekt wird die derzeit vorhandenen Ansätze zur Schätzung der Bodenwasserflüsse um eine neue Dimension erweitern, da es die Möglichkeit bietet, durch Kombination die Potenziale der verfügbaren Mess- und Modellierungstechniken zu maximieren und die Quellen der Unsicherhheiten in den geschätzten hydrologischen Zuständen und Flüssen zu minimieren. Es wird wichtiges Wissen liefern, um diesen Ansatz auch auf größere Skalen zu übertragen, wo eine präzise Quantifizierung der Bodenwasserflüsse auf Betriebs- oder Einzugsgebietsskala für ein effizienteres Wasser- und Nährstoffmanagement im Zusammenhang mit einer nachhaltigen Nahrungsmittelproduktion in Zeiten Klimawandels benötigt wird.
Angesichts der Klimakrise untersucht dieses Forschungsprojekt die Treibhausgasemissionen aus anthropogen beeinflussten kolmatierten Flüssen bezüglich physikalisch-chemischer und mikrobiologischer Ursachen für die Umsetzung kohlenstoffeffizienter Flussrenaturierungen. Die gegenwärtige wasserbauliche Praxis betrachtet mikrobielle Aktivitäten in Flussökosystemen bestenfalls als Input-Output-System und übersieht dabei kritische biodynamische Prozesse, die den Kohlenstoffkreislauf und Kohlenstoffemissionen fluvialer Umgebungen beeinflussen. Ziel dieses Projektes ist es, mikrobielle Mechanismen in stark degradierten, kolmatierten Flussökosystemen zu untersuchen, um Kohlenstoffemissionen nicht nur quantitativ zu erfassen, sondern auch deren Ursachen zu verstehen und gezielt zu adressieren. Dazu sollen durch die Kombination von wasserbaulichem und mikrobiologischem Fachwissen kolmatierte Flusssysteme mittels Feldmessungen, numerischen Simulationen und Laborexperimenten analysiert werden. Kolmation bezeichnet die Verstopfung der Porenräume grobkörniger Sedimentmatrizen durch Feinsediment, was den vertikalen hydrologischen Austausch in ökologisch sensiblen alpinen und mittelländischen Flüssen unterbricht. Kolmation ist die Folge erhöhter Feinsedimentzufuhr, die durch menschliche Aktivitäten wie Grobsedimentrückhalt hinter Staudämmen oder verstärkte Feinsedimentproduktion durch erosive Landnutzung erheblich verstärkt wird. Diese Störung des vertikalen Austauschs beeinflusst direkt den Sauerstoffgehalt des Flussbetts, was wiederum die Zusammensetzung und Aktivität mikrobieller Gemeinschaften verändert. Sauerstoff ist entscheidend für mikrobielle Prozesse, die zur Reduktion von Treibhausgasen beitragen können, insbesondere für methanreduzierende mikrobielle Gemeinschaften, deren Aktivität durch eingeschränkten Sauerstoffeintrag aufgrund von Kolmation gehemmt wird. Das Projekt untersucht die Wirksamkeit wasserbaulicher Renaturierungsmaßnahmen zur Beseitigung von Kolmation, insbesondere in Bezug auf die Etablierung von Nischen für methanreduzierende Mikroorganismen. Die interdisziplinären Feldstudien, numerischen Simulationen und Laborexperimente sollen dabei komplexe Wechselwirkungen zwischen dekolmatierenden Renaturierungsmaßnahmen und mikrobiellen Prozessen systematisch analysieren und aufschlüsseln. Erwartet werden neue wegweisende Erkenntnisse über die Wirksamkeit von Renaturierungsmaßnahmen, die nicht nur aus fischökologischer Sicht, sondern auch im Hinblick auf das Klima von Bedeutung sind.
LakeLink wird untersuchen, wie klimabedingte Veränderungen physikalischer Prozesse mit der biologischen Produktivität in einem großen, tiefen oligotrophen Alpensee zusammenhängen. Der Issyk-Kul (Kirgisistan) ist ein wichtiges Seeökosystem, das ein ideales Modellsystem darstellt, da die biologische Produktion in der pelagischen Zone aufgrund der Entkopplung von Licht an der Oberfläche und Nährstoffen im Sediment gering ist. Daher ist die biologische Produktion auf einen schmalen ufernahen Bereich beschränkt und wird durch komplexe hydrodynamische Prozesse moduliert, die auf klimatische Faktoren reagieren. LakeLink zielt darauf ab, quantitative Zusammenhänge zwischen physikalischen Prozessen und der benthischen Produktion herzustellen, um ein allgemeines mechanistisches Verständnis der Reaktion großer, oligotropher alpiner Seen auf den Klimawandel zu gewinnen. Unsere Kernhypothese lautet: Benthische Gemeinschaften am Boden leisten einen entscheidenden Beitrag zur Primärproduktion in tiefen oligotrophen Seen. Damit ist der Wasser-Sediment-Austausch von gelösten und suspendierten Stoffen, angetrieben durch physikalische Prozesse wie interne Wellen, bodennahe Schwerkraftströmungen und Upwelling, der Hauptnährstofflieferant und damit der Regulator der primären und heterotrophen Produktion in diesem Seentyp. LakeLink baut auf ersten gemeinsamen Pilotstudien der deutschen und kirgisischen Teams am Issyk-Kul auf und ist als erstes gezieltes Forschungsprojekt konzipiert, das in dem neu gegründeten deutsch-kirgisischen limnologischen Feldlabor LILA (Lake Issyk-Kul Environmental Lab) durchgeführt wird und den Startschuss für langfristige Forschungen zu klimabedingten Veränderungen in tiefen, alpinen Seenökosystemen Zentralasiens gibt. Wir werden die physikalischen und biogeochemischen Variablen im Littoral und in den oberen Bodensedimenten kontinuierlich überwachen und dabei verschiedene Zeitskalen abdecken, von tageszeitlich bis hin zu saisonal und zwischen den Jahreszeiten. Regelmäßige Probenahmen von Wasser und Sedimenten werden die Nährstoffverfügbarkeit sowie die Aktivität und Vielfalt von Primärproduzenten und heterotrophen Bakterien am Sediment quantifizieren. Diese in-situ-Messungen werden durch Laborexperimente mit natürlichen Seesedimenten ergänzt, um Veränderungen der Nährstoff- und Lichtverfügbarkeit sowie ihre Auswirkungen auf die benthische Nettoproduktion und den Kreislauf organischer Substanzen zu messen. Ein an den Issyk-Kul angepasstes dreidimensionales Zirkulationsmodell und ein seeweites Modell nullter Ordnung werden verwendet, um diagnostische numerische Experimente durchzuführen, die das physikalische Regime des Sees simulieren und die biologische Reaktion auf die für verschiedene regionale Klimamuster prognostizierten Klimaveränderungen abschätzen. Die Quantifizierung physikalisch-biologischer Wechselwirkungen in großen, tiefen Seeökosystemen und ihre Reaktionen auf klimatische Einflüsse sind die Hauptergebnisse des Projektes.
Permafrost-Moore sind Hotspots organischer Kohlenstoff-Vorräte. Das Auftauen von Permafrostböden fördert die Mineralisation des bodenorganischen Kohlenstoffs (SOC). Es besteht jedoch große Unsicherheit hinsichtlich der SOC-Verluste bzw. der SOC-Akkumulation in aufgetauten Permafrost-Mooren. Bislang wurde die SOC-Bilanz auftauendender Permafrost-Moore in nur sehr wenigen Regionen untersucht. Aus bisherigen Studien ist bekannt, dass die SOC-Bilanz sehr variable ist und Prognosen für auftauende Permafrost-Moore unsicher sind. Permafrost-Moore der Finnmark, der nördlichsten Provinz Norwegens, tauen derzeit schnell auf. SOC-Verluste und rezente SOC-Zuwächse wurden in den Permafrost-Mooren dieser Region bisher nicht quantifiziert. Wir werden in dieser Region Standorte untersuchen, die durch Thermokarst tief und durch aktive Schichtvertiefung oberflächennah aufgetaut sind. Bei der oberflächennahen Schichtvertiefung durch partielles Auftauen und Entwässerung entstehen oxidative Bedingungen, die den mikrobiellen SOC-Abbau fördern. Thermokarst mit anoxischen Bedingungen bildet sich, wenn das gesamte Bodenprofil auftaut, absinkt und mit Wasser gefüllt wird. Verschiedene Ansätze werden zur Quantifizierung der SOC-Verluste durch Auftauen verfolgt. Wir werden in-situ SOC-Mineralisationsraten verschiedener Torfschichten durch Messung von CO2-Emissionen und deren 14C-Signaturen quantifizieren. Diese Ergebnisse liefern Belege für die SOC-Mobilisierung beider Auftauregime in Permafrost-Mooren. Wir erwarten, dass Moore, die oberflächennah aufgetaut sind, aktuell höhere SOC-Verluste aufweisen als Thermokarst. Darüber hinaus werden Bodenkerne aus beiden Auftauregimen entnommen, i) um die Entwicklung der Torfakkumulation durch pflanzliche Makrofossilien und 14C-Datierung zu charakterisieren, ii) um SOC-Vorräte zu quantifizieren, iii) um Humifizierungsgrade der organischen Substanz zu charakterisieren und iv) um das Mineralisationspotenzial für SOC und gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) zu bestimmen. Wir erwarten i) geringere SOC-Vorräte, ii) höhere Humifizierungsgrade, iii) geringere SOC- und DOC-Mineralisierungspotenziale und eine geringere mikrobielle Kohlenstoffnutzungs-Effizienz in Thermokarstmooren aufgrund der vorangegangenen SOC-Mineralisierung im Vergleich zu intakten Permafrost-Mooren. Schließlich werden rezente SOC-Akkumulationsraten durch 210Pb-Datierung bestimmt. Wir gehen davon aus, dass sich in Thermokarstmooren in jüngster Zeit SOC angereichert hat, die vorhergehende SOC-Verluste durch Auftauen teilweise kompensieren. Wir werden verschiedene Thermokarstmoore untersuchen, um zu überprüfen, ob die SOC-Akkumulationsrate nach dem Auftauen mit dem Grad der Bodenabsenkung zusammenhängt. Die Bilanzierung der SOC-Verluste und der SOC-Akkumulation sowie der Mineralisationspotenziale in den verschiedenen Auftauregimen kann einen wertvollen Beitrag zur Verbesserung von Prognosen zur zukünftigen Entwicklung von SOC-Vorräten in Permafrost-Regionen leisten.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 836 |
| Kommune | 3 |
| Land | 2 |
| Wissenschaft | 749 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 836 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 836 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 632 |
| Englisch | 614 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 19 |
| Webseite | 817 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 816 |
| Lebewesen und Lebensräume | 727 |
| Luft | 526 |
| Mensch und Umwelt | 836 |
| Wasser | 821 |
| Weitere | 836 |