Water is an intrinsic component of ecosystems acting as a key agent of lateral transport for particulate and dissolved nutrients, forcing energy transfers, triggering erosion, and driving biodiversity patterns. Given the drastic impact of land use and climate change on any of these components and the vulnerability of Ecuadorian ecosystems with regard to this global change, indicators are required that not merely describe the structural condition of ecosystems, but rather capture the functional relations and processes. This project aims at investigating a set of such functional indicators from the fields of hydrology and biogeochemistry. In particular we will investigate (1) flow regime and timing, (2) nutrient cycling and flux rates, and (3) sediment fluxes as likely indicators. For assessing flow regime and timing we will concentrate on studying stable water isotopes to estimate mean transit time distributions that are likely to be impacted by changes in rainfall patterns and land use. Hysteresis loops of nitrate concentrations and calculated flux rates will be used as functional indicators for nutrient fluxes, most likely to be altered by changes in temperature as well as by land use and management. Finally, sediment fluxes will be measured to indicate surface runoff contribution to total discharge, mainly influenced by intensity of rainfall as well as land use. Monitoring of (1) will be based on intensive sampling campaigns of stable water isotopes in stream water and precipitation, while for (2) and (3) we plan to install automatic, high temporal-resolution field analytical instruments. Based on the data obtained by this intensive, bust cost effective monitoring, we will develop the functional indicators. This also provides a solid database for process-based model development. Models that are able to simulate these indicators are needed to enable projections into the future and to investigate the resilience of Ecuadorian landscape to global change. For the intended model set up we will couple the Catchment Modeling Framework, the biogeochemical LandscapeDNDC model and semi-empirical models for aquatic diversity. Global change scenarios will then be analyzed to capture the likely reaction of functional indicators. Finally, we will contribute to the written guidelines for developing a comprehensive monitoring program for biodiversity and ecosystem functions. Right from the beginning we will cooperate with four SENESCYT companion projects and three local non-university partners to ensure that the developed monitoring program will be appreciated by locals and stakeholders. Monitoring and modelling will focus on all three research areas in the Páramo (Cajas National Park), the dry forest (Reserva Laipuna) and the tropical montane cloud forest (Reserva Biologica San Francisco).
Die Snake River Plain-Yellowstone Provinz (SRP) weist ein einzigartiges Vorkommen von bimodalem Magmatismus auf (Basalte-Rhyolithe). Die Intrusion von Basalten in der tiefen Kruste ist mit einem Recycling der kontinentalen Kruste verbunden, der zur Bildung von Rhyolithen geführt hat. Mehrere Modelle werden zurzeit für die Bildungsprozesse der Rhyolithe erwähnt (u.a., Fraktionierung von Basalten, Assimilation, Teilschmelzprozesse von Krustenmaterial). Die Modelle sind jedoch nicht experimentell getestet worden und bleiben qualitativ. In diesem Projekt soll untersucht werden, in wie fern Rhyolithe aus Teilschmelzprozessen von Krustenmaterial entstehen können. Hochdruckexperimente werden durchgeführt, um Teilschmelzprozesse in typischen Ausgangsgesteinen zu simulieren. Zwei Zusammensetzungs-Typen, die öfters als Quelle vorgeschlagen wurden, werden untersucht: hydrothermal alterierte Rhyolithe und basaltische Gesteine. Die geochemische Zusammensetzung (Hauptelemente und Spurenelemente) der experimentellen Schmelzen werden mit natürlichen Gläsern von ICDP Proben und von weiteren eruptiven Einheiten verglichen. Die Zusammensetzung der natürlichen Gläser wird weiterhin benutzt werden, um die Tiefe der Magma-Reservoire mit Hilfe eines neu kalibrierten Barometers zu bestimmen. Proben von einigen eruptiven Einheiten (u.a., aus Kimberley and Sugar City Bohrungen) werden ausgewählt um zu testen, ob einzelne Eruptionen aus mehreren Magma-Reservoiren gespeist werden. Die experimentelle Arbeit und die Untersuchung der natürlichen Proben (ICDP Bohrungen und SRP) werden hilfreich sein um die Entstehungsprozesse der Rhyolithe zu klären (Quelle, Bedingungen). Weiterhin wird die Arbeit einen wichtigen Beitrag leisten, um die Entwicklung der Tiefe und der Temperatur der rhyolitischen Magmakammer seit dem Beginn der vulkanischen Aktivität vor 16 Millionen Jahren nachzuvollziehen.
Im Hinblick auf zukünftig deutlich verlängerte Zwischenlagerdauern bestrahlter Brennelemente sind zusätzliche Nachweise zur Intaktheit der Brennstäbe und Brennstabhüllrohre erforderlich. Wie zahlreiche internationale Untersuchungen an Brennstabhüllrohrmaterialien zeigen, kommt es unter den thermomechanischen Randbedingungen der Behälterbeladung und -zwischenlagerung zu Veränderungen im Gefüge der Hüllrohrwerkstoffe mit einer nach langer Lagerdauer potenziellen signifikanten Erhöhung der Sprödbruchanfälligkeit. Dieses kann bei zusätzlichen mechanischen Belastungen z.B. bei Handhabungsvorgängen, Transporten und in Störfallszenarien sowie bei einer späteren Entladung der Behälter zu einem spontanen Integritätsverlust der Hüllrohre und damit einer Freisetzung radioaktiver Nuklide führen. Um dieses Risiko angemessen bewerten bzw. ausschließen zu können, besteht die vorrangige Zielstellung dieses Projektes darin, geeignete numerische Methoden zur bruchmechanischen Versagensanalyse sowie Prognosemodelle zum Versagensverhalten der Brennstabhüllrohre unter den Bedingungen der langfristigen trockenen Zwischenlagerung zu entwickeln.