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Warming and ocean acidification effects on phytoplankton?from species shifts to size shifts within species in a mesocosm experiment

Substanzspezifische Isotopenanalytik zur Untersuchung des Abbaus von Spurenschadstoffen aus diffusen Einträgen in Grundwasservorkommen

Die Messung von Substanz-spezifischer Stabilisotopenfraktionierung in Grundwasserschadstoffen (Compound-Specific Isotope Analysis, CSIA) ist ein etablierter Indikator für Abbau stromabwärts von Kontaminationsquellen in Altlasten. Laufende Forschungsarbeiten konzentrieren sich darauf, diesen Ansatz nun auch für diffuse (d.h. nicht Punktquellen) Kontaminanten wie das Pestizid Atrazin im niedrigen µg/L bis sub-µg/L Konzentrationsbereich vorzuspuren. Hier bietet CSIA einen machtvollen Ansatz, Abbau sogar über Zeitskalen sichtbar zu machen, die sonst Untersuchungen gar nicht zugänglich wären, oder wenn fluktuierende Konzentrationen eine Abschätzung erschweren. Der Ansatz beruht auf der Beobachtung, dass sich Isotopenwerte von Atrazin während Biotransformation ändern und somit ein Konzentrations-unabhängiges Indiz für Abbau liefern. Für einen Durchbruch von Spurenschadstoff CSIA im Feld sind jedoch kritische methodologische Fortschritte nötig. (1) Niedrige Schadstoffkonzentrationen (sub-µg/L) in Grundwasser treten in Gegenwart viel höherer Konzentrationen (mg/L) von gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) auf, was selektive und sensitive Spurenschadstoff CSIA stark limitiert. Mit Bakkours Expertise in selektiven Anreicherungs- und Aufreinigungstechniken zielen wir auf entscheidende Verbesserungen für empfindliche CSIA von Spurenschadstoffen in Grundwasserproben. (2) Isotopenfraktionierung in Laborexperimenten wird typischerweise bei viel höheren Konzentrationen (mg/L) als im Grundwasser (sub-µg/L) bestimmt. Mit Elsners Expertise in Chemostat und Fed-Batch Experimenten werden wir Isotopenfraktionierung von Atrazin im niedrigen Konzentrationsregime hinterfragen, als belastbare Basis für Feldinterpretationen. (3) Um als Indikator für Spurenschadstoffabbau zu dienen, müssen die Abbau-induzierten Änderungen in Isotopenwerten größer sein als die Bandbreite in kommerziellen Produkten. In Israel, wo Atrazin noch routinemäßig eingesetzt wird, werden wir daher in einer gemeinsamen Anstrengung Atrazinisotopenwerte (d13C, d15N) im Küstenaquifer analysieren und mit kommerziellen Atrazinprodukten vergleichen. (4) Um solche Isotopen-basierten Feldergebnisse kritisch zu hinterfragen, nutzen wir Bernsteins Expertise in mikrobiologischen Methoden der Hydrologie. Die vereinten Fortschritte werden es uns ermöglichen, die Anwendbarkeit von Spurenschadstoff CSIA für niedrige Konzentrationen im Grundwasser grundlegend zu erforschen.

Modellierung anaerober Umsetzungsprozesse mit dem Anaerobic Digestion Modell No. 1 (ADM1)

Für die mathematische Beschreibung anaerober Prozesse wurde von der IWA das Anaerobic Digestion Modell No. 1 (ADM1) entwickelt. Das ADM1 berücksichtigt einen allgemein gültigen Satz von Substraten und biochemischen Prozessen und wurde zunächst für die anaerobe Schlammstabilisierung entwickelt. Für die kinetischen Parameter werden Größenordnungen vorgegeben, die jedoch hohe Schwankungen aufweisen. Kalibrierte Stoffdaten und Angaben für die Zulaufcharakterisierung und -fraktionierung unterschiedlicher Abwässer fehlen. Eine Abbildung von reaktorspezifischen Bedingungen zur Behandlung industrieller Abwässer (z.B. für UASB-Reaktoren oder EGSB-Systeme) erfordert den Aufbau von mehrstufigen angepassten Modellen, die neben dem vierstufigen Prozess auch die entsprechenden verfahrenstechnischen Stufen abbilden. Die Ziele des Vorhabens sind:1.Modellentwicklung für verfahrenstechnische Varianten der anaeroben Industrieabwasserbehandlung zur verbesserten Abbildung aller Umsetzungsprozesse (z.B. UASB-Reaktor, zweistufiger Prozess; Verlängerungsphase des Antrages: EGSB-Reaktors, Modellkalibrierung, Übertragbarkeit auf großtechnische Anlagen),2. Bestimmung der wesentlichen Modellparameter und ihren Schwankungsbreiten durch Sensitivitätsanalysen, Kalibrierung und Validierung der Modelle mit Daten aus anaeroben Batchuntersuchungen und kontinuierlich betriebenen anaeroben Laborversuchen,3. Ermittlung von abwasser- und biomassenspezifischen Stoffdaten für eine Fraktionierung der Inhaltsstoffe industrieller Abwässer und von kinetischen Parametern der Biomasse im Rahmen von Laboruntersuchungen zur Anpassung des ADM1.

Transregio (TRR) 280: Konstruktionsstrategien für materialminimierte Carbonbetonstrukturen - Grundlagen für eine neue Art zu bauen; Transregio (TRR 280): Design Strategies for Material-Minimised Carbon Reinforced Concrete Structures - Principles of a New Approach to Construction, Teilprojekt C01: Auflösung kompakter Bauteile mittels sich durchdringender, lastabtragender schalenförmiger Strukturen

In Schalenbauweise können komplexe Tragstrukturen bei sparsamstem Materialeinsatz verwirklicht werden. Ziel von TP C01 (Curbach/Scheerer) ist es, eine Methode zu entwickeln, um massive Betonbauteile auf Basis einer inneren Schalentragstruktur aufzulösen und auf diese Weise die Schalentragwirkung im Kleinen zu nutzen. Ergänzend werden innere Faltwerkstrukuren betrachtet. Die Forschung wird den Entwurf derartiger Bauelemente, die Analyse von globalen und lokalen Trag- und Versagensmechanismen, ihre Bemessung und Konstruktion sowie später ihre Herstellung umfassen. Die in den verschiedenen Detailierungstufen erarbeiteten Lösungen werden in Laborexperimenten verschiedenen Maßstabs validiert.

Observational dataset of behavioral response of three-spined sticklebacks to TNT exposure in a closed laboratory setup

Dumped munition in the German North Sea and Baltic Sea pose environmental risks as corrosion of the munition shells results in the leakage of the explosive 2,4,6-trinitroluene (TNT) into the marine environment. Uptake of TNT by marine biota and the associated negative effects on organisms are of major concern. This dataset reports behavioral responses of three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus) to environmentally relevant concentrations of TNT. Experimental sticklebacks were laboratory-bred and held in groups of 30 individuals in 60 L tanks in the fish facilities at the Thünen Institute of Fisheries Ecology in Bremerhaven. Parental sticklebacks originated from the Weser estuary (Luneplate, Bremerhaven, Germany, 53°28'36.9" N; 8°31'08.9" E) and were collected in April 2023. A total of 60 sticklebacks were tested in a controlled laboratory setup at the fish facilities at the Thünen Institute in Bremerhaven, containing two hideout zones formed by artificial plants. Each hideout was connected to an infusion system delivering either a TNT solution (100 µg/L) or control water into the zone currently occupied by the fish. Experimental trials were video-recorded to enable post hoc behavioral analysis. Behavioral metrics included the total time spent in the exposed hideout zone (s), latency to first leave the exposed hideout zone (s), and the number of crossings between hideout zones.

Durchlässigkeits- und Fluxmessungen in porösen Aquifern

Die Kenntnis von hydraulischen Durchlässigkeiten wie auch von Wasser- und Verunreinigungsfluxen in porösen Grundwasserleitern ist von großer Bedeutung in vielen hydrogeologischen Belangen wie z.B. Beregnung, Versickerung, quantitative und qualitative Wasserwirtschaft, Risikoabschätzung bei Verunreinigungen, usw. Derzeit ist keine theoretisch gut fundierte Methode zur Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in der gesättigten Zone verfügbar und Methoden zur Messung von gesättigten Durchlässigkeiten in der ungesättigten Zone sind beschränkt, zeitaufwendig und fallweise unzuverlässig. Außerdem ist gegenwärtig keine Methode zur direkten Messung vertikaler Wasser- und Verunreinigunsfluxe in porösen Grundwasserleitern oder am Übergang zwischen Grund- und Oberflächengewässern bekannt. Das dargelegte Projekt basiert auf der Entwicklung einer exakten Lösung des Strömungsfeldes für das Ein- oder Auspumpen von Wasser durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Filterabschnitten entlang eines ansonsten undurchlässigen Filterrohres bei verschiedenen Randbedingungen. Diese Lösung erlaubt die Ermittlung von Formfaktoren der Strömungsfelder, die zur Berechnung hydraulischer Durchlässigkeiten aus Einpressversuchen nötig sind. Die derzeit angewendeten Formeln können mit der genauen Lösung verglichen und der Einfluss anisotroper Durchlässigkeiten kann miteinbezogen werden. Eine doppelfiltrige Rammsonde wird zur bohrlochfreien Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in verschiedenen Tiefen unter dem Grundwasserspiegel vogeschlagen. Der Test besteht aus zwei Teilen: (1) Einpressen durch beide Filterabschnitte und (2) Zirkulation zwischen den Filtern. Die gleiche Sondenkonfiguration wird für die direkte und gleichzeitige Messung lokaler, kumulativer, vertikaler Wasser- und Verunreinigungsfluxe nach dem passiven Fluxmeter-Prinzip vorgeschlagen. Ohne zu pumpen werden die beiden Filterabschnitte hiebei durch eine mit Tracern geladene Filtersäule hydraulisch verbunden. Der vertikale Gradient im Testbereich treibt einen Fluss durch den Filter, der kontinuierlich Tracer auswäscht und Verunreinigungen im Filter hinterlässt. Aus der Analyse des Filtermaterials zur Bestimmung der Tracer- und Verunreinigungsmengen nach dem Test werden mit Kenntnis des Strömungsfeldes um die Sonde die Wasser- und Verunreinigungsfluxe bestimmt. Eine kegelförmige, doppelfiltrige Rammsonde wird weiters vorgeschlagen, um gesättigte Durchlässigkeiten sowohl über als auch unter dem Grundwasserspiegel direkt messen zu können. Die Methode basiert auf stationärer, gesättigt/ungesättigt gekoppelter Strömung aus kugelförmigen Hohlräumen. Die Möglichkeit einer transienten einfiltrigen Methode und einer Methode zur Messung anisotroper Durchlässigkeiten wird beurteilt. Die vorgeschlagenen theoretischen Konzepte werden ausgearbeitet und anhand von Laborversuchen überprüft.

Sorption und abiotische Transformation von organischen Verbindungen im Boden und Grundwasser

In Laborexperimenten (Batch, Durchflussreaktoren, Laborkolonnen) wird das Transport- und Transformationsverhalten von anthropogenen organischen Verbindungen im Untergrund (Boden, Grundwasser) untersucht. Ziel des Projektes ist es, die fuer einen gegebenen Prozess relevanten substanz- und umweltspezifischen Faktoren zu bestimmen und quantitative Struktur-Sorptions- bzw. Struktur-Reaktivitaets-Beziehungen herzuleiten. Als Modellverbindungen dienen substituierte Phenole, Aniline und nitroaromatische Verbindungen sowie polyhalogenierte Kohlenwasserstoffe.

Naturally occurring protoplasts in two Ulva spp. - Disc sizes from discs grown from protoplasts, after 35 days of germination, under culture conditions

Degradation in Ulva lacinulata and reproduction in Ulva compressa were observed and described for four weeks. The natural occurrence of protoplasts in both species was found. Protoplast yields were calculated each week for several weeks. At the beginning of the experiment, heterogeneity of the thallus was visible under the microscope. The diameter of the cells in the thalli that later became protoplasts were measured. A germination experiment was performed after protoplasts were collected. Germination rates were calculated based on the number of individuals visible by the naked eye at the end of the experiment. 2 % (U. lacinulata) and 4 % (U. compressa) of protoplasts germinated into two morphologies: unattached germlings and unattached discs. Because discs released gametes early in their development, their diameter was measured to estimate the gametes yields produced at the end of the experiment. During degradation of U. lacinulata, we found an increase in biomass after the first two weeks of the experiment. Fresh weight measurements were taken each week and relative growth rates were calculated. Our results provide the first evidence of the natural production of protoplasts in Ulva spp. and estimate that higher seeding yields can be obtained by natural protoplast production than direct gametogenesis.

Total bacteria and archaea number with different nematodes and substrates conditions

Data contain the quantitative polymerase chain reaction (qPCR) numbers of total bacterial and archaeal 16S ribosomal RNA (16S rRNA) genes from 3 different nematode treatments and two different substrates conditions in the natural soil. In first treatment condition there was no addition of nematode, in second treatment bacterivorous nematode (Acrobeloides buetschlii) was added and in third treatment there was the addition of fungivorous nematode (Aphelenchoides saprophilus). Meanwhile, two different substrate conditions were: with and without maize litter. The natural soil for these experiments were collected from Dikopshof agricultural site (50°48′21″ N, 6°59′9″ E), Bonn, Germany. These qPCR numbers were collected in June and July, 2023 to look at the effect of nematode grazing in the bacterial and archaeal populations. The qPCR was performed using primer set of 1389F (5′-TGYACACACCGCCCGT-3′) and 1492R (5′-GGYTACCTTGTTACGACTT-3′) with 20 µl reactions on a qTOWER3G (Analytik-Jena, Jena, Germany).

Fresh weight of Ulva lacinulata's biomass during the degradation experiment

This dataset presents the fresh weight of U. lacinulata's biomass during the degradation experiment. This allowed the calculation of relative growth rates (RGR).

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