Es ist dringend erforderlich, die relevanten hydrologischen Prozesse in montanen mediterranen Einzugsgebieten zu verstehen, um deren potentielle Änderungen in ihren Funktionen für die Wasserversorgung durch den Klimawandel und Landnutzungsänderungen zu kennen. Daher möchte ich zusammen mit meiner Gastinstitution, dem IDAEA-CSIC in Barcelona, untersuchen, wie die Vegetation, die Böden und das Grundwasser das Speichern, die Mischung, die Abflussbildung, sowie die Evapotranspiration in dem Einzugsgebiet Vallcebre im Nordosten Spaniens beeinflussen. Die Forscher des IDAEA -CSIC haben hydrometrische Daten und stabile Isotope (d2H, d18O) der verschiedenen hydrologischen Kompartimente des Einzugsgebiets gesammelt. Somit liegen Informationen über den Freiland- und Bestandniederschlag, Stammabfluss, Bach- und Grundwasser, sowie Wasser im Boden und der Vegetation vor. Ich plane, diesen umfangreichen Datensatz zur Bestimmung der Verweilzeiten mit neue Methoden anzuwenden, damit sich unser Verständnis von Wasserfluss und Stofftransport in Einzugsgebieten verbessert. Ich werde zunächst testen, wie mittels 'StorAge Selection functions' (Rinaldo et al. 2015) die Dynamik der Verweilzeiten des Abflusses und der Evapotranspiration beschrieben werden können. Des Weiteren habe ich als Ziel die neuen Konzepte der 'young water fraction' (Kirchner 2016) and 'new water fraction' (Kirchner 2017) anzuwenden, um besser die kurzfristige Komponente der Verweilzeiten beschreiben zu können. Diese Methoden sind noch nicht für Mediterrane Einzugsgebiete getestet worden, aber der umfangreiche Datensatz für die Vallcebre Einzugsgebiete ermöglicht die Untersuchung aktueller Fragen der Einzugshydrologie: Können Studien zur Verweilzeit verbessert werden mit höherer Rate der Probennahme von Niederschlag und Abfluss? Wie wirken sich neu erschlossene Daten über Bestandsniederschlag, Stammabfluss, Wurzelwasseraufnahme oder Bodenwasserfluss auf die Analysen aus? Zuletzt werde ich die Information von Tiefenprofilen der Isotopenzusammensetzung von Porenwasser einbeziehen, um hydrologische Modelle zu testen und die Verweilzeiten im Boden mit der Verweilzeit des Einzugsgebietsabflusses in Bezug zu setzen. Letzteres baut auf meine Dissertation und derzeitiger Postdoc-Studien auf.
Vom größten Riffkomplex des Atlantischen Ozeans vor der Küste von Belize (Zentralamerika) liegen bislang keine historischen Klimadaten aus Korallen vor. In dem hier beantragten Projekt sollen 18 bereits vorliegende Bohrkerne aus massiven Korallen von Belize sklerochronologisch und geochemisch untersucht werden. Variationen der Wachstumsraten und Schwankungen in der isotopischen Zusammensetzung von Kohlenstoff und Sauerstoff in den Korallenskeletten sollen ermittelt werden, um eine Klimageschichte der letzten 150-200 Jahre für die Region aufzustellen. Da die Kerne in unterschiedlichen Rahmenbedingungen (offenmarine, lagunäre und landnahe Position; unterschiedliche Wassertiefen) genommen wurden, sollte es weiterhin möglich sein, Einflüsse lokaler Variationen von Umweltparametern wie Temperatur, Salinität, Nährstoffgehalten und Licht zu entziffern. Die Ergebnisse dieser Studie sollen mit publizierten historischen Klimadaten des COADS (comprehensive ocean-atmosphere data set) Datensatzes verglichen werden. Weiterhin ist geplant, die Daten mit anderen im Atlantik im Bereich der Sklerochronologie tätigen Arbeitsgruppen auszutauschen, um einen Beitrag zur Rekonstruktion der Veränderlichkeiten von Meeresströmungen und Klima im karibisch-atlantischen Raum zu leisten.
Südchina, insbes. die Provinz Guandong, ist eines der am dichtesten besiedelten Gebiete der Erde. Positive Konsequenz dieser Ballung ist eine äußerst dynamische Wirtschaftsentwicklung, aber gerade diese von subtropischem Monsunklima geprägte Region ist auch immer wieder Ausgangspunkt für sich schnell und zunehmend global ausbreitende epidemische Krankheiten wie zuletzt SARS. Mit der globalen Erwärmung einhergehende Klimaveränderungen könnten sich für diese Region insbesondere durch Veränderungen der Häufigkeit und Intensität tropischer Wirbelstürme, aber auch Änderungen der Niederschlagsmenge- und Intensität bemerkbar machen. Im Gegensatz zu den schon recht umfangreichen Datensätzen aus der Südchinesischen See (SCS) gibt es bisher jedoch nur sehr wenige terrestrische Paläoklimaarchive aus der Region, die Klimaveränderungen während des Holozäns, des Spätglazials oder Glazials hochauflösend dokumentieren. Wir haben deshalb einen an der nördlichen Küste der SCS gelegenen Maarsee ausgewählt, um über die Analyse von Proxydaten aus Seesedimenten solche Paläo-Klimavariationen zu untersuchen. Aus dem Sediment des Huguang-Maarsees wurden mittels Usinger-Präzisionsstechtechnik von einem Floss aus insgesamt 7 Sedimentsequenzen gewonnen, von denen die tiefste bis 57 m unter den Seeboden reicht. Die zeitliche Einstufung der Profile wurde mit Hilfe von 17 Radiokohlenstoff-Datierungen vorgenommen und ergab ein extrapoliertes Maximalalter von ca. 78.000 Jahren. Ein breites Spektrum aus sedimentologischen, geochemischen, paläo- und gesteinsmagnetischen sowie palynologischen Methoden kam sodann zum Einsatz, um die Paläo-Umweltbedingungen, die natürlich immer das entsprechende Klima widerspiegeln, während dieses Zeitraumes zu rekonstruieren. Überraschenderweise ergab sich ein von vielen bekannten Klimaprofilen der Nordhemisphäre (insbes. des Atlantikraumes, aber auch mariner Kerne aus dem Indik und Südostasien) abweichendes Muster. Im Gegensatz zu dem bekannten Grundmuster eines vergleichsweise stabilen Klimas während des Holozäns und stärkerer Schwankungen während des letzten Glazials weisen die Daten aus dem Huguang-Maarsee für das letzte Glazial im Zeitraum zwischen 15.000 und 40.000 Jahren auf relativ stabile Umweltbedingungen hin. Die älteren Bereiche zwischen 40.000 und ca. 78.000 Jahren haben durch Eintrag von umgelagertem Torf eine eher lokale Komponente und sind somit für den regionalen und globalen Vergleich ungeeignet. Das Holozän hingegen zeichnet sich durch hohe Schwankungsamplituden vieler Proxydaten (Karbonatgehalt, magnetische Suszeptibilität, organischer Kohlenstoff, Trockendichte, gesteinsmagnetische Parameter, Redox-Verhältnisse) aus, die auf ein recht variables Klima hinweisen. Besonders interessant ist die Übergangsphase vom Glazial zum Holozän, die bei etwa 15.000 Jahren vor heute in etwa zeitgleich mit dem beobachteten stärksten Meeresspiegelanstieg der Südchinesischen See einsetzt und eine abrupte Intensitätszunahme des Sommermonsuns anzeigt
Der Beginn der nordhemisphärischen Vereisung und die Entwicklung kontinuierlichen Permafrostes in Eurasien zwischen dem Ende des Miozäns und dem frühen Pleistozän zählt zu den bedeutendsten klimatischen Ereignissen des Känozoikums. Der Zeitpunkt extensiver Vereisung auf den Kontinenten und des Arktischen Ozeans und damit verbundene Veränderungen der klimatischen Bedingungen bleibt bislang ungenau bestimmt.Speläotheme (sekundäre Höhlenkarbonate) stellen ein wichtiges Archiv kontinentaler Umweltbedingungen dar, welches durch besonders genaue radiometrische Altersmodelle für eine grosse Bandbreite an Paläoklimaproxies charakterisiert ist.Wir konnten erfolgreich diagenetisch unveränderte und datierbare Proben aus Zentral- und Nordsibirien identifizieren und schlagen eine Multi-proxy-Studie an U/Pb-datierten Stalagmiten vor. Diese Studie wird Einblicke in die thermalen und hydrologischen Bedingungen zwischen 10.3 Ma und 8 Ma liefern. Wasser aus in den Speläothemen eingeschlossenen Fluidinklusionen wird auf seine Isotopenzusammensetzung hin untersucht. Zudem wird die in den Speläothemen beobachtete Lamination genutzt, um die Saisonalität während des Torton und Messiniums zu rekonstruieren. Wir suchen finanzielle Unterstützung für die parallele Analyse der Isotopie des Fluidinklusionswassers, der Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopie des Karbonates, und der Elementkonzentration in den Speläothemen. Diese Kombination geochemischer Methoden wird Einblicke in regionale Umweltbedingungen, die Niederschlagshistorie und Temperaturen während des Miozäns und vor der Entwicklung kontinuierlichen Permafrostes geben. Zusätzliche Proben werden genutzt, um den Wechsel vom eisfreien zu einem durch Permafrost charakterisierten Sibirien zeitlich genauer einzugrenzen.Das vorgeschlagene Projekt wird unser Wissen zur atmosphärischen Zirkulation, und daran geknüpfter Veränderungen des Feuchte- und Temperaturregimes während eines saisonal eisfreien Arktischen Ozeans erweitern.
In Amazonien dominieren nährstoffarme Oxisole und Ultisole, die nur schwer nachhaltig nutzbar sind. Innerhalb dieser Bodenlandschaft kommen allerdings aufgrund langandauernder anthropogener Nutzung durch präkolumbische Indianer tiefhumose, nachhaltig bewirtschaftbare Böden vor. Unsere bisherigen Untersuchungen belegen, dass die hohen und stabilen Humusvorräte dieser Böden maßgeblich auf pyrogenen Kohlenstoff zurückzuführen sind. Ungeklärt ist bisher die Herkunft ihrer hohen Nährstoffgehalte (bes. N, P, Ca, Mg). Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es deshalb, durch die kleinräumige Analyse von Biomarkern und ihrer Stabilisotopenverhältnisse sowie von P-Bindungsformen Hinweise auf die Terra Preta-Genese zu bekommen. Insbesondere soll zwischen dem Eintrag menschlicher und tierischer Exkremente sowie zwischen aquatischer und terrestrischer Biomasse unterschieden werden. Von den Ergebnissen der Untersuchungen erwarte ich gezielte Aussagen über die Anreicherung der Terra Preta-Böden mit Nährstoffen sowie die Heterogenität der Eintragspfade.
Kohlenstoff aus Erdoel und Erdoelderivaten unterscheidet sich in seiner Isotopenzusammensetzung von natuerlichen Kohlenstoffverbindungen im Meer und muesste, auch wenn er biologisch aufgearbeitet worden ist, bei hinreichender Konzentration nachweisbar sein. Messungen an jetzt geborgenen Proben sollen Bezugswerte liefern fuer Vergleiche in einigen Jahren, wenn die Erdoelfoerderung moeglicherweise zu staerkeren Verschmutzungen gefuehrt hat. An Proben, die vor den Raffinerien von Southampton entnommen wurden, deutet sich eine derartige Verschmutzung evtl. bereits an.
Die mineralhaltigen Waesser in Hessen besitzen neben hohen Ionenkonzentrationen oft auch hohe Kohlensaeuregehalte. Sie sind durch Bohrungen erschlossen und treten in Form von Quellen oder Brunnen auf. Viele dieser Waesser werden als Trink-, Mineral-, Heil- und Badewasser genutzt. Die Herkunft der zum Teil grossen CO2-Mengen wurde bereits frueher von den in dieser Region vorkommenden Basalten abgeleitet. Da jedoch keine rezente vulkanische Aktivitaet existiert, konnte letztlich nicht geklaert werden, wie das CO2-Gas, das bis heute stetig in den Kohlensaeuerlingen gefoerdert wird, ueber den langen Zeitraum fixiert werden konnte. Anhand der durchgefuehrten chemischen und 13C/12C-isotopenchemischen Untersuchungen liess sich bereits zeigen, dass vulkanogenes CO2 mit hoher Wahrscheinlichkeit in den Evaporit-Gesteinen des Zechsteins gebunden sein kann. In fortgesetzten Arbeiten wird das Untersuchungsgebiet erweitert. Hierbei sind andere moegliche Lagerungsformen von vulkanogenem CO2-Gas zu beachten. Die Zusammensetzung der Waesser wird im wesentlichen durch die Zusammensetzung der im Gesteinsverband vorkommenden Minerale bestimmt. Die im Vergleich zum Input-Wasser des Aquifers angereicherten Spurenelemente spiegeln die Aufloesungsprozesse sowie die Verweilzeit der Waesser im Gesteinsuntergrund wider. Die 18O/16O-Signatur des geloesten Gesamtkarbonats zeigt eindeutig die Anwesenheit von meteorischem Wasser.
Erfassung von Uran-235 und Thorium mittels beta-verzoegerter und instrumenteller Neutronenaktivierungsanalyse und y-Spektroskopie. Isotopenverhaeltnis Uran 235/Uran 238 dient als Indikator, ob die Quelle natuerlichen oder industriellen Ursprungs ist. Durchfuehrung solcher Untersuchungen im Urin strahlenexponierter Personen.
In der Mongolei herrscht ein extrem kontinentales Klima, das durch eine große zeitliche und räumliche Variabilität gekennzeichnet ist. Diese Variabilität ergibt sich daraus, dass die Mongolei im Rand bzw. Überschneidungsbereich verschiedener Zirkulationssysteme liegt. Mit dem spärlichen meteorologischen Stationsnetz und Messreihen von maximal 40-60 Jahren kann die raum-zeitliche Klimavariabilität kaum erfasst werden. Ausgehend von dendrochronologischen Untersuchungen im Nordwesten der Mongolei sollen im Verbreitungsgebiet der Lärchenwälder in der Gebirgswaldsteppe der Mongolei mit einem weitgespannten Netzwerk von Probenstandorten an der oberen und unteren Waldgrenze in sechs Teilgebieten die regionalen Disparitäten des Klimaeinflusses erfasst und charakterisiert werden. Dafür sollen Chronologien der Jahrringbreite, maximalen Spätholzdichte, Isotopenverhältnisse und der Häufigkeit von Extremwerten berücksichtigt werden. Lange Chronologien der Jahrringbreite, der maximalen Spätholzdichte und der Isotopenverhältnisse dienen der Ermittlung der zeitlichen Variabilität der allgemeinen Wachstumsbedingungen und der Rekonstruktion der Sommertemperaturen und Niederschlagsverhältnisse. Diese Chronologien sollen auch für den überregionalen Vergleich mit angrenzenden Gebieten zur Verfügung stehen. Die räumlichen Disparitäten des Baumwachstums als Ausdruck der lokalen und regionalen Klimaeinflüsse sollen vor allem anhand von Altersklassen-Chronologien sowie mit Hilfe von Einzeljahranalysen charakterisiert werden. Mit diesem synoptischen Untersuchungsansatz wird es erstmals möglich, die raum-zeitliche Klimavariabilität im Bereich der Gebirgswaldsteppe der Mongolei zu beschreiben. Damit werden gleichzeitig bessere Voraussetzungen für die Interpretation der Chronologien von Einzelstandorten geschaffen.
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