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Methan-Flüsse und Isotopenzusammensetzung über heterogenen Landschaften im arktischen Permafrost und sibirischen Moorgebieten (MICHAEL)

Arktischer Permafrost und sibirische Feuchtgebiete stellen global wichtige Quellen für das Treibhausgas Methan dar. Bei weiterer Klimaerwärmung werden die Emissionen zunehmen. Da nur sehr wenige kontinuierliche Methan-Messstationen in der russischen Arktis und Sibirien vorhanden sind, dienen sie als Ausgangspunkt für Schätzungen der Emissionen auf regionalen Skalen. Gleichzeitig tragen kleinskalige Heterogenitäten der Landschaft wesentlich an Unsicherheit zur Abschätzung von Methan-Flüssen bei. Zeitlich und räumlich hochaufgelöste Methanflüsse und Wärme- und Feuchtebilanzen sind nur mit einer Kombination von mehreren Messmethoden möglich. Dieser Mangel an hochaufgelösten Datensätzen behindert die Weiterentwicklung und Validierung der Simulation des Zusammenhangs von Landbedeckung und Emissionen.Das Projekt MICHAEL hat als Ziele i) die Erhebung eines zeitlich und räumlich hochaufgelösten Datensatzes von Methan-Emissionen, turbulenten Wärmeflüssen und der Methan-Isotopen-Verteilung mit neuen und traditionellen Beobachtungsmethoden und ii) die Weiterentwicklung von Land-Oberflächen-Modellen und Parametrisierungen zur besseren Berücksichtigung von Landschafts-Inhomogenitäten. Dafür werden an zwei Orten Messkampagnen durchgeführt, nämlich an der Samoylov-Station im Lena-Delta und Mukhrino, zentral in Westsibirien gelegen. Der besondere Fokus liegt auf kleinskaliger Variabilität und dem Einfluss von verschiedenen Landschafts-Strukturen auf die Atmosphäre. Bodengestützte Eddy-Kovarianz (EC)- und Kammer-Messungen werden ergänzt mit zusätzlichen boden- und fluggestützten Messungen mit unbemannten Flugsystemen (UAS) von meteorologischen Parametern und Bodeneigenschaften, Wärme- und Methanflüssen, sowie Profilen der Methankonzentration und –isotopie. Drei UAS werden eingesetzt: Ein Flächenflugzeug für meteorologische Messungen und Strahlung, ein Quadrocopter für Vertikalprofile der Methankonzentration und –isotopie durch Analyse von Luftproben, und ein Kipprotor-System für Methan-Flüsse. Die UAS werden abhängig von Windrichtung, Stabilität und Oberfläche in einem Radius von 10 km um die Observatorien eingesetzt. Damit werden die Genauigkeit von traditionellen EC- und Kammer-Messungen und Ansätze zur Skalierung bewertet.Mit numerischen Simulationen wird die 3D-Variabilität von Methan-Emissionen in die Atmosphäre berechnet. Die zusätzlich entwickelte Land-Oberflächen-Modellierung berücksichtigt Austauschprozesse über inhomogenen Oberflächen. Die Ergebnisse der Simulationen werden mit Messdaten bewertet, und der Einfluss von räumlichen Inhomogenitäten auf die Atmosphäre wird bestimmt.

Formation of mega-glendonites in the aftermath of the Paleocene-Eocene thermal maximum

Glendonites are pseudomorphs after the mineral ikaite (CaCO3 x 6H2O) and composed of calcite (CaCO3). In the past, they have been used as a paleo-thermometer because the primary mineral ikaite, according to observations and experiments, seems to be formed at temperatures near freezing, high alkalinity and high phosphate concentrations in marine sediments. An enigmatic occurrence of the largest glendonites known world-wide, in the Early Eocene Fur Formation of northwestern Denmark offers the unique possibility to shed more light on the actual mechanism and controlling parameters of ikaite formation. Right in the aftermath of the Paleocene-Eocene thermal maximum, a time known for its global pertubation in the global carbon cycle, the formation of authigenic calcium carbonate concretions start in the Fur Formation. In a specific stratigraphic interval inbetween these concretions, the glendonites can be found. We will investigate if termperature changes or changes in geochemical parameters of the Danish Basin caused the sudden formation of ikaite during a time interval that was based on known paleoclimatic reconstructions (semi tropic) not favorable for ikaite formation.

Wurzelproduktion ist bestimmt durch die weidebedingte Narbenheterogenität in extensivem Dauergrünland unabhängig von der Beweidungsintensität

Das Projekt soll das Wissen über die flächenspezifische Variabilität der ober- und unterirdischen Nettoprimärproduktion und deren Umsatz verbessern, um genaue Schätzungen der Prozesse zu erhalten, die am Kohlenstoffkreislauf des Oberbodens in extensivem Grünland beteiligt sind. Es erwartet Fortschritte in den methodischen Aspekten der Wurzel- und Umsatzschätzungen und die Bereitstellung von Transferfunktionen zwischen In-situ-Beobachtungen und dem tatsächlichen Kohlenstoffeintrag. Darüber hinaus soll das Wissen über die maschinelle Bildverarbeitung von Wurzelbeobachtungen erweitert werden. Die geplanten Arbeiten zielen darauf ab, eine Basis für ein Verständnis zu schaffen, das in möglichen Folgeprojekten in anderen Langzeit-Experimentalplattformen unter variierenden Umweltbedingungen vertieft werden soll. Insbesondere die von der DFG geförderten Biodiversitätsexploratorien (Socher et al., 2013) sowie das älteste Langzeit-Beweidungsexperiment in Europa 'Oldrichov' in Tschechien (Pavlu et al., 2006) wären Anknüpfungspunkte für Folgephasen.

Begleitforschungsprojekt Wasserstoff in der Stahlerzeugung II, Begleitforschungsprojekt Wasserstoff in der Stahlerzeugung II

Forschergruppe (FOR) 5639: Land-Atmosphäre Feedback Initiative, Teilprojekt: Verwendung von in-situ-Messungen stabiler Wasserisotope in Echtzeit zur Auftrennung der Evapotranspiration in Bodenverdunstung und Pflanzentranspiration von zwei verschiedenen Feldfrüchten

Landwirtschaftliche Nutzpflanzen spielen eine wichtige Rolle im globalen Wasserkreislauf. Der Klimawandel kann jedoch die Physiologie der Pflanzen, die Agrar-Ökosysteme und die Wechselwirkungen innerhalb des Land-Atmosphäre-(L-A) Systems durch veränderte Energie-, Wasser- und Kohlenstoffflüsse verändern. Für die Vorhersage zukünftiger hydroklimatischer Bedingungen und die Bewertung landwirtschaftlicher Landnutzungspraktiken, insbesondere im Hinblick auf die zunehmende Häufigkeit von Extremereignissen, ist es von entscheidender Bedeutung, Kenntnisse über die Transpirations- (T) und Evaporationsraten (E) von Pflanzen auf lokaler Ebene, deren zeitliche Dynamik und ihre Verbindung zum L-A-System zu gewinnen. Im Rahmen von Projekt 3 (P3) werden wir Messungen der Wasserflüsse und ihrer Isotopie entlang des L-A-Systems verwenden, um wasserbezogene Prozesse mit hoher zeitlicher (< täglich) und räumlicher Auflösung (<1 m2) zu untersuchen, z. B. mit Hilfe von Bestands- und Blattkammern für ET und T sowie Membransonden für die Messung der stabilen Bodenwasserisotopie. Diese gekoppelten Messungen bilden eine neuartige Isotopenmessplattform, die es uns ermöglichen wird, den Beitrag verschiedener Bodentiefen zur Wurzelwasseraufnahme (RWU) und Wurzelwasseraufnahmemustern von zwei Feldfrüchten (Mais und Weizen) innerhalb von LAFO systematisch zu bestimmen. Darüber hinaus werden die Wasserdurchgangszeiten bestimmt sowie die Evapotranspiration-Auftrennung (ET) durchgeführt und bewertet. Die Analysen werden artenspezifisch sein und den Einfluss unterschiedlicher Umweltbedingungen (z. B. der Bodenfeuchtigkeit und des Wasserdampfdruckdefizits) auf RWU, Wasserdurchgangszeiten, ET und die Auftrennung von ET in Pflanzen-T und Boden-E untersuchen. Die Ergebnisse von P3 werden mit P4, P7, P 9-P11 (Output) ausgetauscht und diskutiert und dazu verwendet, eine bessere Modelldarstellung für T/ET zu entwickeln, um die mit den T/ET-Schätzungen verbundenen Unsicherheiten zu verringern (P4 und P7). Eine verbesserte T/ET-Darstellung wird zu den LAFI-Hauptzielen (O) O1, O2, O3, OS, OE und den LAFI-Haupthypothesen (H) H1, H2, H3, HS, HE beitragen. Es ist eine wichtige Grundlage für die systemübergreifenden Arbeitsgruppen CCWG-SenSyn, CCWG-DL und CCWG-MME. Unsere Ergebnisse werden dazu beitragen, die Anfälligkeit von Kulturpflanzen für zukünftige, klimatisch bedingte Veränderungen in Niederschlag und der Bodenfeuchtigkeit zu bewerten.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1537: Skalenübergreifende Quantifizierung von Ökosystemprozessen in ihrer räumlich-zeitlichen Dynamik mittels smarter autonomer Sensornetzwerke, Teilprojekt A01: Multifunktionale und energieautarke Bodensonden-Messsysteme zur Quantifizierung von Kohlenstoffflüssen im Wurzelraum

A1.1 Quantifizierung Bodenökologischer Prozesse. Wir analysieren kleinräumig die räumlich-zeitliche Heterogenität der Bodenkohlenstoffflüsse im Wurzelraum sowie mikroklimatische und edaphische Bedingungen. Dadurch lassen sich die wurzelbürtige Rhizosphärenatmung von der reinen mikrobiellen Atmung des Bodens unterscheiden. Hiermit können wir die Entstehung von Hot Spots und Hot Moments aus beiden Quellen und ihre Interaktionen identifizieren.A1.2 Multifunktionale und energieautarke Bodensonden-Messsysteme. Wir entwickeln neuartige Bodensonden zur CO2 und Temperatur Messung, die mit hoher räumlicher Auflösung in einem Messfeld installiert werden können. Durch Nutzung thermoelektrischer und Solarenergie sind sie energieautark und erfüllen damit perfekt eine "Deploy and Forget"-Strategie.

Planktondiversität und -produktivität vor Südaustralien - Training, Vorhaben: Biodiversität und Anpassungsstrategien des Meso- und Makrozooplanktons vor Südaustralien

Anpassungen an den Klimawandel - Erhöhung der Wasserretention, Bodenstabilität und CO2-Bindung in Waldböden durch Moose, Teilvorhaben 2: Ökophysiologie, Ökohydrologie, Mikroklima

Für den Wald wird Trockenstress als eine der gravierendsten Auswirkungen des Klimawandels angesehen. In diesem Zusammenhang sind Waldböden in ihrer hydrologischen Funktion, sowie ihre Rückkopplungen mit der Bodenvegetation von großer Bedeutung. Unter Wald stellen Laub- und Lebermoose einen wichtigen ökologischen Faktor als Wasserreservoir und Bodenstabilisator dar. Dabei spielen sie speziell bei der Naturverjüngung und nach Aufforstungen eine bedeutende Rolle. Moose beeinflussen den Oberflächenabfluss und bilden so einen wirksamen Schutz gegen Erosion, welcher speziell in Jungbeständen und an Störungsstellen z.B. nach Waldarbeiten zum Tragen kommt. Eine großflächige Bedeckung des Waldbodens durch Moose kann große Mengen Wasser speichern und verzögert in Trockenphasen wieder abgeben. Bei zunehmenden Niederschlägen können Moose somit auch eine Infiltrationsbarriere in tiefere Bodenschichten darstellen. Diese ökohydrologischen Prozesse und Wechselwirkungen sowie deren Auswirkungen auf den Bodenwasserhaushalt sind quantitativ wenig untersucht und verstanden. Neben der ökohydrologischen Bedeutung sind Moose zudem ein wichtiger Faktor im globalen Kohlenstoffkreislauf und z.B. in gemäßigten und borealen Wäldern für ein Fünftel der Kohlenstoff-Nettoaufnahme verantwortlich. Auch hier und insbesondere in jungen Wäldern, ist bislang nur wenig über die Rolle von Moosgesellschaften für den Kohlenstoffkreislauf bekannt. Bei der Beschreibung aller oben genannten Effekte lassen sich deutlich artspezifische Wechselwirkungen beobachten, die im Detail bisher kaum beachtet und von der Wissenschaft behandelt wurden. Vor diesem Hintergrund sollen Möglichkeiten der Anpassung an den Klimawandel in Form der Erhöhung der Wasserretention, der Strukturstabilität und der CO2-Bindung in Waldböden durch Waldmoose untersucht werden.

Distribution and concentration of nutrients, carbon compounds and methane during the January flood 2024, from the Elbe Estuary to the German Bight (North Sea), on the MOSES Sternfahrt-11

In winter 2023/24 a high precipitation rate in northern and eastern Germany increased the run-off volume of the Elbe and Weser rivers tremendously. The MOSES Sternfahrt-11 was conducted during and directly after the flood event, between 28th of December 2023 and 29th of January 2024 to identify its influence on the solution of different indication parameters. On January 10th and 11th in total seven samples within the port of Hamburg and the Elbe Estuary were taken from HPS ships and the Glückstadt ferry. The last two ships Mya II and Littorina covered the outflow of the Elbe into the German Bight. Both Ships had a transportable container laboratory (MOSES container) with a sensor system (see additional metadata) on board, measuring continuously different environmental data. Mya II started sampling on the 17th of January in Cuxhaven, cruising along the northern part of the German Bight towards Büsum. The second day the crew headed west towards Helgoland. The following crew on Littorina took over for the last two days, the 28th and 29th of January, covering the western part of the German Bight between Helgoland and Cuxhaven.

Beurteilung der Bioabfallverwertung mit Hilfe der CO2-Äquivalenz unter Einbeziehung weiterer Dünger

Ziel des Projektes war die Ermittlung eines vereinfachten ökobilanziellen Ansatzes zum Emissionsvergleich verschiedener Verwertungs- und Entsorgungsoptionen von Bioabfall. Die Vereinfachung sollte über die CO2-Äquivalente erfolgen, da Kohlendioxid bezüglich der Masse die größten Emissionen darstellt und somit gut als maßgebendes Kriterium herangezogen werden kann. Trotz Reduktion, und der damit zwangsläufig verbundenen ungenaueren Emissionsaussage, sollte es möglich sein, verschiedene biologische Prozesse der Abfallbehandlung miteinander zu vergleichen und zu beurteilen. Ziel war es, ein Handwerkszeug zu schaffen, mit dem schnell, einfach und kostengünstig eine Entscheidungshilfe zum 'günstigsten' Weg des Bioabfalls gegeben werden kann. Bei der Verwertung des Bioabfalls zum Kompost wird, anders als bei der Behandlung zusammen mit Restmüll, die Möglichkeit einer längerfristigen Einbindung des enthaltenen Kohlenstoffs in Boden und Pflanzen gegeben. Dieser wird dem natürlichen Kohlenstoffkreislauf längerfristig entzogen, und trägt somit nicht zum Treibhauseffekt bei. Unter dem Aspekt des Treibhauseffektes ist die Bioabfallverwertung daher eine sinnvolle ökologische Verwertungsoption. So leistet Kompost auf Grund der Gehalte an organischer Substanz einen wichtigen Beitrag zur Bodenverbesserung. Weiterhin kann durch die im Kompost enthaltenen Nährstoffe mineralischer Dünger zum Teil substituiert werden. Das Projekt wird gemeinsam mit Fachgebiet Abfallwirtschaft/Abfalltechnik der Universität GH Essen bearbeitet.

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