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Drehfilter-Messsystem zur Immissionsueberwachung von Aerosolen

Die Ueberwachung der Beta-Aktivitaet von Aerosolen, die von kerntechnischen Anlagen emittiert werden, ist fuer den Umweltschutz von grosser Bedeutung. Zur Messung der Beta-Aktivitaet sowohl im Normalbetrieb als auch im Stoerfall muss ein Messsystem einen Messbereich von etwa 8 Groessenordnungen umfassen. Um den Erforderungen der Ueberwachung zu entsprechen, sollte ein solches System preiswert in Herstellung und Betrieb sein und dem modernen Automatisierungsstandard entsprechen. Das Drehfiltersystem sammelt im 24 h-Zyklus Aerosolproben. Mit drei Detektoren werden die Beta-Aktivitaet der Aerosolprobe waehrend der Probenahme, das Abklingverhalten der Aktivitaet unmittelbar nach der Probenahem und die Aktivitaet langlebiger Nuklide nach Zerfall der kurzlebigen Isotope ermittelt. Die Messergebnisse werden rechnergestuetzt hinsichtlich der natuerlichen und kuenstlichen Radioaktivitaet analysiert. Die Analyse der Zerfallskurve ergibt bereits 3 h nach der Probenahme erste Hinweise auf langlebige kuenstliche Nuklide, die mit den bisher angewandten Verfahren erst nach 20 Tagen nachweisbar waren. Nach der Erprobung des Prototyps befindet sich zur Zedit ein Ueberwachungssystem im Aufbau, das aus mehreren Drehfiltermessstationen und einem Leitrechner zur zentralen Datenerfassung und -auswertung besteht.

Tripelelement-Stabilisotopensignaturen zur Untersuchung des atmosphärischen Chlormethanbudgets

Die stratosphärische Ozonschicht absorbiert die UV-C und UV-B Sonnenstrahlung und schützt damit Pflanzen, Tiere und Menschen vor Strahlenschäden. Durch anthropogen emittierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) wird die Ozonschicht abgebaut. Da FCKWs seit dem Montrealer Protokoll stark zurückgegangen sind, werden halogenierte Verbindungen wie Chlormethan (CH3Cl), die aus natürlichen Quellen freigesetzt werden, für den Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre zunehmend relevant. CH3Cl ist das am häufigsten vorkommende chlorhaltige Spurengas in der Erdatmosphäre, das für etwa 17% der durch Chlor katalysierten Ozonzerstörung in der Stratosphäre verantwortlich ist. Daher wird CH3Cl vornehmlich die zukünftigen Gehalte an stratosphärischem Chlor bestimmen. Die aktuellen Schätzungen des globalen CH3Cl-Budgets und die Verteilung der Quellen und Senken sind sehr unsicher. Ein besseres Verständnis des atmosphärischen CH3Cl-Budgets ist daher das Hauptziel dieses Projektes.Die Analyse stabiler Isotopenverhältnisse von Wasserstoff (H), Kohlenstoff (C) und Chlor (Cl) hat sich zu einem wichtigen Werkzeug zur Untersuchung des atmosphärischen CH3Cl-Budgets entwickelt. Das zugrundeliegende Konzept besteht darin, dass das atmosphärische Isotopenverhältnis einer Verbindung wie CH3Cl gleich der Summe der Isotopenflüsse aus allen Quellen angesehen werden kann, korrigiert um den gewichteten durchschnittlichen kinetischen Isotopeneffekt aller Abbauprozesse. Dadurch ist es möglich, die Bedeutung wichtiger Quellen und Senken mit bekannten Isotopensignaturen zu entschlüsseln. Eine Grundvoraussetzung für detaillierte Hochrechnungen des globalen Budgets ist die Bestimmung der durchschnittlichen Isotopenverhältnisse von H, C und Cl des troposphärischen CH3Cl. Aufgrund der relativ geringen Konzentration von atmosphärischem CH3Cl von ~550 ppbv stellt dies eine große messtechnische Herausforderung dar. Daher liegt der Schwerpunkt dieses Antrags auf der erfolgreichen Entwicklung von Dreifachelement-Isotopenmethoden zur genauen Messung von atmosphärischem CH3Cl.Im ersten Schritt wird ein Probenahmesystem für große Luftmengen konstruiert und für die Messungen der stabilen Isotopenverhältnisse von CH3Cl optimiert. Das Probenahmegerät wird zunächst im Labor getestet und dann zum Sammeln von Luftproben an drei verschiedenen Orten eingesetzt: an der Universität Heidelberg, am Hohenpeißenberg und im Schneefernerhaus. Die Probenahmen werden über einen Zeitraum von einem Jahr durchgeführt, um möglichst auch saisonale Schwankungen zu erfassen. Die Isotopenverhältnisse der Proben werden mit modernsten massenspektrometrischen Methoden im Labor gemessen. Die Ergebnisse aller Standorte und Zeitpunkte werden in der Gesamtheit evaluiert, um die durchschnittlichen stabilen H-, C und Cl-Isotopenwerte einschließlich ihrer saisonalen Schwankungen darzustellen. Abschließend werden die Daten hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für komplexe numerische Modelle kritisch diskutiert.

Chemostratigraphie als Rekonstruktionsmöglichkeit der Klimageschichte am Ende der Kreidezeit

Der Faunenschnitt an der Kreide/Tertiär-Grenze wird allgemein auf den Einschlag eines Asteroiden zurückgeführt. Es gibt jedoch deutliche Anzeichen, dass das Massensterben graduell bereits im späten Maastricht begann und erst im Laufe des Tertiär abgeschlossen war. Es geht einher mit drastischen Klimaänderungen, Meeresspiegelschwankungen und Veränderung der Meeresströmungen. Ziel des beantragten Projektes ist es, eine geochemische Charakterisierung an homogenen und vergleichbaren Profilen des späten Maastrichts und der Kreide/Tertiärgrenze (K/T) durchzuführen im Hinblick darauf, dass geochemische Milieu-Indikatoren zur Identifizierung von Klimaänderungen, Änderungen in der Primärproduktion, Meeresspiegelschwankungen und Meerwasserzirkulationsänderungen genutzt werden können. Hierzu sollen die Sr/Ca, Zn/Ca, Ba/Ca und Cd/Ca-Verhältnisse sowie die Kohlenstoff- und Sauerstoff-Isotopendaten in Foraminiferen an Profilen des Maastrichts und der K/T-Grenze in Tunesien, Ägypten, Madagaskar und Patagonien bestimmt und anhand von Zeitreihenanalyse interpretiert werden. Gutes und von diagenetischer Überprägung verschontes Probenmaterial ist überwiegend schon vorhanden. Die Untersuchungen werden in einer internationalen Kooperation geochemisch, biostratigraphisch und sedimentologisch interpretiert.

Zeitlich hochauflösende Klimarekonstruktion für das Spätquartär mittels Sedimentologie und Isotopengeochemie - vergleichende Untersuchungen in der Arktis und Antarktis

Ziel dieses Projektes ist eine vergleichende, zeitlich hochauflösende Rekonstruktion der Klimaentwicklung im Spätquartär im Bereich der Framstraße (Arktis) und des Riiser-Larsen Meeres (Antarktis). Mit Hilfe von Korngrößenanalysen und Sm-Nd-Isotopendaten, sollen klimagesteuerte Veränderungen in der Geschwindigkeit von Bodenströmungen, sowie der Provenienzen, Transportwege und -mechanismen der Sedimente ermittelt werden. Von großer Bedeutung ist die Unterscheidung zwischen strömungs- und eistransportiertem Sediment. Darauf aufbauend untersuchen wir die Kopplung zwischen thermohalinen Prozessen im Nordatlantik/Europäischen Nordmeer und dem Arktischem Ozean. Im RiiserLarsen Meer soll untersucht werden, ob ein Rinnensystem auf dem Kontinentalhang dem klimagesteuerten Abfluss von auf dem Schelf gebildetem Bodenwasser dient. In diesem Zusammenhang wird auch eine mögliche Verschiebung des Weddellwirbels infolge klimatischer Einflüsse untersucht. Im Vordergrund der Arbeiten stehen die Untersuchung von kontemporären Klimaphasen in der Nord- und Südhemisphäre und die Reaktion des Atmoshäre-Eis-Meer Systems im bipolaren Vergleich.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Quantitative Rekonstruktion des Meeresspiegels während des späten Pliozäns und frühen Pleistozäns (Marine Isotopenstadien MG1-78): ein kombinierter Ansatz basierend auf Sauerstoffisotopen, Mg/Ca Verhältnissen und 'clumped isotopes'

Der Anstieg des Meeresspiegels im Zuge des anthropogenen Klimawandels ist ein aktuelles Thema mit hoher gesellschaftlicher Relevanz. Um den künftigen Meeresspiegelanstieg zuverlässig prognostizieren zu können, ist es erforderlich, kurzfristige Meeresspiegelschwankungen, die dem Tempo des anthropogenen Klimawandels entsprechen, im Detail zu verstehen. Ebenso wichtig ist es, die grundlegenden Mechanismen hinter den niedriger-frequenten Meeresspiegelschwankungen zu verstehen, die den kurzfristigen Schwankung unterliegen. Solche Informationen können aus Intervallen der Erdgeschichte gewonnen werden, die der nahen Zukunft vergleichbare klimatische Rahmenbedingungen aufweisen. Vor diesem Hintergrund befasst sich dieses Projekt mit der Rekonstruktion kurzfristiger (auch für den aktuellen Klimawandel relevanten) Meeresspiegelschwankungen unter erdgeschichtlich wärmeren klimatischen Rahmenbedingungen. Der Untersuchungszeitraum umfasst das späte Pliozän bis frühe Pleistozän (3.35 bis 2.05 Mio Jahre, Marine Isotopenstadien MG1 bis 78), da dieser Zeitabschnitt alle klimatischen Rahmenbedingungen abdeckt, die für das Verständnis des fortschreitenden Klimawandels von Bedeutung sind. Verlässliche, quantitative Rekonstruktionen des Meeresspiegels sollen durch einen neuen, innovativen geochemischen Ansatz basierend auf Sauerstoffisotopen, Mg/Ca Verhältnissen und 'clumped isotopes' erzeugt werden. Hierzu werden Proben benthischer Foraminiferen aus dem östlichen äquatorialen Pazifik untersucht (ODP Site 849). Im Vergleich zur eher konventionellen Sauerstoffisotopen- und Mg/Ca-Methode macht dieser neue integrierte Ansatz einen weiteren notwendigen Schritt hin zu einer möglichst zuverlässigen Meeresspiegelrekonstruktion. Der vorgeschlagene Ansatz wird es erlauben, die Diskrepanzen aktuell verfügbarer Paläo-Meeresspiegelrekonstruktionen, die mehr als 500.000 Jahre zurückreichen, zu erklären. Darüber hinaus wird es durch die hohe zeitliche Auflösung erstmals möglich, die interne Struktur eines Glazials aus dem späten Pliozän/frühen Pleistozän mit der vergleichsweise gut verstandenen internen Anatomie spätpleistozäner Glaziale zu vergleichen.

Gekoppeltes LC/GC-ICP-Massenspektrometer

'Mit Hilfe der Kopplung von HPLC bzw. GC an eine ICP-MS können Fluide (Boden-, Grund-, Meer- Prozesswässer, Fluid Inclusions in Mineralen, Gase aus Schmelzen, vulkanische, atmosphärische und Biogase) auf ihre Inhaltsstoffe untersucht werden. Dabei können schwer-, mittel-, und leichtflüchtige organische und anorganische Komponenten analysiert werden. Der besondere Vorteil liegt in der chromatographischen Trennung in die jeweiligen Spezies und Komplexe umweltrelevanter Elemente gekoppelt mit einer hochsensitiven massenspektrometrischen Detektion. Die Verwendung des induktiv gekoppelten Plasmas vor der Massenspektrometrie ist dabei aussagefähiger für flüchtige organische Verbindungen als die Verwendung einer einfachen GC-MS, weil nicht 'zufällige Bruchstücke nach Massenzahlen identifiziert werden, sondern einzelne Elemente. Für die Identifizierung komplexer wässriger Spezies, z.B. As-S, As-U, U-P-Verbindungen etc., besticht die ICP-MS als Mulitelementmethode, da gleichzeitig eine Vielzahl von Elementen gemessen werden kann, deren Massenverhältnisse Aufschluss über ihren Anteil an der jeweiligen Spezies geben. Damit kann in begrenztem Umfang auch Strukturaufklärung unbekannter Spezies betrieben werden. Monitoring verschiedener Isotope eines Elements ermöglicht darüber hinaus die Interpretation von Fraktionierungsprozessen in den Proben.'

Forschergruppe (FOR) 456 degree of celsius: The role of Biodiversity for element cycling and trophic interactions: An experimental approach in a grassland community, FOR 438: Die Bedeutung von Biodiversität für Stoffkreisläufe und trophische Interaktionen: Ein Versuchsansatz in Grasslandgesellschaften - Teilprojekt: Diversität und Funktion von arbuskulären Mykorrhiza- und Bodenpilzen mit oxidativem Potential in Grasländern mit unterschiedlichen Stufen pflanzlicher Diversität

Das Jena Experiment hat es sich zum Ziel gesetzt Zusammenhänge zwischen Pflanzendiversität und Ökosystemprozessen zu untersuchen. Unsere Arbeiten beschäftigen sich mit einer der Schlüsselgruppen in unterirdischen Ökosystemprozessen - den Pilzen. Das Wirtsspektrum arbuskulärer Mykorrhizapilze (AMF) wird innerhalb der Monokultur-Plots untersucht. In Polykulturen unterschiedlicher Diversität soll der Zusammenhang zwischen Artenreichtum von Pflanzen und AMF vertiefend studiert werden. Durch ein Experiment mit stabilen Isotopen soll der Beitrag der AMF für die Nährstoffverteilung zwischen einzelnen Pflanzenarten, aber auch zwischen funktionellen Gruppen näher beleuchtet werden. Weiterhin wird untersucht, ob Zusammenhänge zwischen Stickstoffmineralisierung, Anreicherung organischer Substanzen sowie der Diversität und dem Expressionsprofil pilzlicher Laccasegene bestehen.

Klimawechsel im späten Eifelium: Auswirkungen auf tropische Korallenfaunen

Während des frühen bis mittleren Devon (ca. 418-383 Mio. Jahre) herrschten Treibhausverhältnisse auf der Erde. Die Klimaentwicklung zu jener Zeit führte schließlich zu einem Höhepunkt an Diversität, Größe und Verbreitung von Riffen im mittleren Devon (Eifelium und Givetium). Doch auch während des Klimax im Mittel-Devon kam es vermehrt zu Klimaschwankungen, die in mehr oder weniger schweren biotischen Krisen resultierten. Eine dieser Krisenzeiten entspricht dem Kacak-Event während des späten Eifelium, der als Schwarzschiefer und Hornstein-Horizont in marinen Sedimenten global nachgewiesen ist. Das mehrphasige dysoxische/anoxische Ereignisintervall beschränkt sich auf die kockelianus und ensensis Biozone (Conodontenzonierung) und entspricht in etwa einer Dauer von 200+-10 Tausend Jahren. Der Event ist geprägt von markanten Faunenwechsel, die mit signifikanten Exkursionen im geochemischen und geophysikalischen Signal gekoppelt sind. Bisher durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass vor allem benthische Organismen aus tiefer marinen Ablagerungen auf die veränderten Umweltbedingungen reagiert haben. Neuere Erkenntnisse über diesen Event basieren vor allem auf Conodonten-Stratigraphie, sowie der Studie von stabilen Isotopen und Untersuchungen zur Magneto-Suszeptibilität von Sedimenten. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes sollen Veränderungen in tropischen Korallen-Vergesellschaftungen (im speziellen von rugosen Korallen) während der Kacak-Krise untersucht werden. Die Lokalitäten der ausgewählten Gebiete (Karnische Alpen, Grazer Paläozoikum, Barrandium und Mähren) befanden sich zur damaligen Zeit, als Teile des Kontinentalschelfs von Nord-Gondwana, an unterschiedlichen Positionen in den niederen Breiten. Vor allem aus dem Mittel-Devon der Karnischen Alpen und des Grazer Paläozoikums sind fossile Kollektionen bekannt, die eine reiche und vielfältige rugose Korallenfauna beinhalten. Neben einer Menge an nicht bearbeitetem Material, welches sich in den Sammlungen wieder findet, gibt es unter den beschriebenen Korallen auch Arten, die Unstimmigkeiten hinsichtlich ihrer taxonomischen Stellung sowie der stratigraphischen Reichweite aufzeigen. Dazu kommt noch umfangreiches Material an rugosen Korallen aus Mähren, welches bis heute noch keiner detaillierten Bearbeitung unterzogen werden konnte. Ziel dieses Projektes ist es, einen Überblick über die rugosen Korallen geben zu können, die vom Kacak-Event betroffen waren. Dadurch sollen Fragen zur Resonanz von Klima empfindlichen Organismen auf sich verändernden Umweltbedingungen geklärt werden. Zusätzlich soll die Berechnung von Meerwasser Temperaturen aus unterschiedlich niederen Breiten und die Anwendung von geochemischen und geophysikalischen Methoden dazu beitragen, Ursachen die für den Kacak-Event verantwortlich waren, heraus zu finden. usw.

Bioaccessibility of phosphorus in the subsoil (SubsoilP)

Kosmogenes Al-26 in Atmosphären- und Klimaforschung

Eine der wissenschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit ist ein besseres Verständnis des Klimas auf der Erde. Zum Beispiel sind der Einfluß einer 'variablen' Sonne und die Wechselwirkungen in großen Bereichen unserer Erde (Atmosphäre, Biosphäre, Ozean, Land) noch weitgehend offene Fragestellungen. Zum besseren Verständnis dieser Prozesse, welches für zuverläßliche Klimamodelle unumgänglich ist, bedarf es vor allem einer umfassenden Datenerhebung. Hierbei gewinnen in jüngster Zeit die Messungen von kosmogenen Radionukliden mit Hilfe der ultra-sensitiven Nachweismethode der Beschleunigermassenspektrometrie eine immer größere Bedeutung. Wir beabsichtigen, die Liste der für die Atmosphären- und Klimaforschung bereits verwendeten kosmogenen Radionuklide (Be-10, C-14, Cl-36), um das bisher kaum erforschte Isotop Al-26 (Halbwertszeit = 0.72 Millionen Jahre) zu erweitern. Wir erwarten dadurch einen Beitrag zum besseres Verständnis von Klimaprozessen. Insbesondere bietet sich eine Kombination von Al-26 mit Be-10 (Halbwertszeit = 1.5 Millionen Jahre) zur Datierung alter Klimaarchive (z.B. tiefer Eisbohrkerne) an. Bevor jedoch Al-26 als ein sogenannter 'Proxy' für Klimaprozesse verwendet werden kann, muss Grundlagenarbeit geleistet werden. Im speziellen müssen die Quellen und Transportvorgänge von Al-26 in der Atmosphäre studiert werden. Damit verbunden ist die Entwicklung geeigneter Verfahren für die Messung von Luft- und Eisproben. Ein wichtige Voraussetzung für dieses Projekt ist die Existenz einer modernen Anlage für Beschleunigermassenspektrometrie. Der Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) am Institut für Isotopenforschung und Kernphysik der Universität Wien bietet ideale Bedingungen für Messungen von Al-26. Mit dieser Anlage wurde kürzlich das weltweit niedrigste Isotopenverhältnis von Al-26/Al-27 (ca5e-16) gemessen. Das vorgeschlagene Projekt soll in enger Zusammenarbeit mit der 'Eisgruppe' des Instituts für Umweltphysik (IUP) der Universität Heidelberg durchgeführt werden. Das IUP wird nicht nur Proben von Luftfiltern und Eis aus der Atarktis und anderen Bereichen der Erde zur Verfügung stellen, sondern auch seine langjährige Erfahrung in Atmosphären- und Klimaforschung einbringen. Wir sind der Überzeugung, daß sich die verschiedenen Erfahrungsbereiche der zwei Gruppen für dieses multidisziplinäre Projekt optimal ergänzen.

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