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Jungquartäre Klima- und Landschaftsentwicklung im Werchojansker Gebirge und in der Zentraljakutischen Tiefebene

Ziel des Vorhabens ist die Rekonstruktion der jungquartären Klima- und Landschaftsentwicklung des Werchojansker Gebirges und seines westlichen Vorlandes (NO-Sibirien). Im Vordergrund stehen folgende Fragen: (a) Wann war das Maximum der spätpleistozänen Vergletscherung? (b) Herrschte im Interstadial der letzten Kaltzeit (40-30 ka) ein warm-feuchtes Klima, welches möglicherweise die Zhiganskvergletscherung begünstigte? (c) War die mittelpleistozäne Samarov-Vergletscherung tatsächlich schwächer als das Maximum während des Spätpleistozäns? (d) Was war die Ursache für den Süßwasserzustrom aus Lena und Jana in die Laptevsee am Ende des Pleistozäns (Bölling/Alleröd)? Das Projekt wird von einem deutsch-russischen Team interdisziplinär (Paläoklimaforschung, Quartärgeologie, Geomorphologie, Geokryologie, Bodengeographie und Paläopedologie) durchgeführt. Ausgehend von der rezenten Vergletscherung im westlichen Werchojansker Gebirge werden die geomorphologischen, geokryologischen und bodengeographisch-paläopedologischen Befunde entlang ausgewählter Transsekte bis zu den Terrassen der Flüsse Lena und Aldan hin erfasst. Mit Hilfe absoluter und relativer Methoden wird die Chronologie der Gletschervorstöße und Klimaschwankungen erfasst. In der Synthese werden diese Befunde mit denen benachbarter Regionen verglichen.

Limnologische Untersuchungen der Baggerseen Haltern Ost und Haltern West

Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung der Baggerseen Haltern Ost und West statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probenahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen mit Nährstoffen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.

Großräumige Analyse von Verbuschungsflächen mit NOAA-AVHRR-Daten in Namibia

Seit 1979 erfassen Satelliten der NOAA-Serie die Erde und liefern damit eine der längsten kontinuierlichen Bild-Datenreihen von Satelliten überhaupt. Durch ihre großflächige Abdeckung, ihre hohe zeitliche Auflösung und ihren kostengünstigen Empfang eignen sich diese Daten hervorragend zum Monitoring. Bislang werden diese langen Zeitreihen noch kaum herangezogen, um langfristige Veränderungen von Oberflächenphänomenen zu beschreiben, denn der Großteil der Fernerkundungsarbeiten beschäftigt sich mit neueren Sensoren und deren Anwendungen. Gerade vor dem Hintergrund der Landdegradierung durch unangepaßte Landnutzung in den Trockenräumen der Erde sollten die vorhandenen archivierten Datenreihen zur Langzeitanalyse aber genutzt werden und die Ergebnisse in Konzepte des Landmanagements einfließen. In Namibia vollzieht sich in den Nationalparks und dem Weideland die Landdegradierung durch eine massive Verbuschung, v.a. mit Acacia mellifera. Die Verbuschungsdynamik der letzten 20 Jahre soll in Etosha mit NOA-AVHRR-Daten erfasst werden. Die Ergebnisse aus dem Etosha-Nationalpark können dann zum Monitoring der Verbuschung in Namibia von örtlichen Institutionen eingesetzt werden. So ist die Inwertsetzung der Daten gewährleistet und durch die Weiterentwicklung der NOAA-Serie durch das MODIS-System auch für die Zukunft gewährleistet.

Untersuchungen zur Landschaftsentwicklung des Murnauer Mooses - geomorphologischer Werdegang, Vegetations- und Siedlungsgeschichte im jüngeren Quartär

Im Murnauer Moos, einem der größten Moore Süddeutschlands, wurden im Rahmen der geologischen Landesaufnahme durch das Bayerische Geologische Landesamt drei große Forschungsbohrungen zur Erkundung des Festgesteinsuntergrundes im Herbst 2000 durchgeführt. An die Antragsteller erging das Angebot, das Bohrgut der verrohrt durchteuften quartären Schichten kostenneutral für eigene Forschungen zur Verfügung gestellt zu bekommen. Dies bietet die Chance, mit Hilfe von bohrtechnisch einwandfreiem Untersuchungsmaterial wesentliche Aspekte der landschaftlichen Genese des Raumes, mit der sich bereits Arbeiten der Antragsteller beschäftigt haben, genauer zu erforschen und Kenntnislücken für diese wichtige Typusregion am nördlichen Alpenrand zu schließen. Angestrebt ist eine weitaus feinere Auflösung der einzelnen Phasen des landschaftlichen Werdegangs durch genaue sedimentologisch-geologische Auswertungen der klastischen Ablagerungen sowie eine kleinschrittige palynologische Bearbeitung der Torfe und pollenführender Schichten, welche neben exakten Aussagen zur Vegetationsgeschichte auch die menschliche Inbesitznahme des für die Siedlungsgeschichte Süddeutschlands wichtigen Werdenfelser Landes sowie insbesondere den siedlungsgeschichtlichen Kontext eines jüngst im Murnauer Moos ergrabenen Bohlenwegs aus römischer Zeit anstrebt. Wegen der noch sehr lückenhaften Pollenstratigraphie für diesen Raum bedarf es dabei der Grundlagenarbeit mit Erstellung eines Pollen-Standardprofils.

Geomorphologische, sedimentologische und bodenkundliche Untersuchungen zur jungquartären Landschaftsentwicklung im Becken von Persepolis/Südiran

Nach aus der Literatur zu entwickelnden Vorstellungen wurde die jungquartäre Landschaftsentwicklung des Beckens von Persepolis bestimmt von semiariden Klimaverhältnissen, von der tektonisch bedingten Bildung des als Sedimentfalle wirkenden Neyriz-Salzsees und seit etwa 5500 Jahren auch in zunehmenden Maße von der menschlichen Nutzung, die u.a. starke Bodenversalzung und Bodenerosion verursacht. Erste Geländebefunde zu primären periglazialen Lössen mit fossilen und reliktischen Böden sowie zur Reliefentwicklung führen zu neuen Hypothesen über die Genese des Beckens und könnten Anlass zu neuen Einschätzungen der aktuellen Nutzungsprobleme geben. Anhand morphologischer Aufnahmen zur Reliefgenese, stratigraphischer Untersuchungen von Lössen und Seesedimenten sowie pedogenetischer Befunde sollen landschaftsgeschichtliche Entwicklungsphasen des Beckens differenziert und analysiert werden. Um den menschlichen Einfluss zu belegen und quantitativ abzuschätzen, werden das Ausmaß anthropogener Bodenversalzung und Bodenerosion ermittelt. Auf Grundlage der landschaftsgeschichtlichen Erkenntnisse sollen die zukünftige Entwicklung des Beckens prognostiziert und Empfehlungen für eine nachhaltige Landnutzung abgeleitet werden.

Zur jungpleistozänen Vergletscherung im Hochgebirge von Taiwan

Taiwan besteht im östlichen Teil aus einem Gebirge mit mehr als 20 über 3000 m hohen Gebirgsstöcken, gipfelnd am Wendekreis im Yu Shan (3952 m). TANAKO und KANO (1934) und PANZER (1935) beschrieben glazigene Formen: u.a. Kare am Nanhuta Shan, Kritzungen, Rundhöcker und einen glazialen Talschluß am Hsueh Shan, eine Seitenmoräne am Yu Shan. Interpretationen von Luftbildern, luftbildgestützten Karten und topographischen Karten dienten der Auswahl dreier Untersuchungsgebiete, in denen die aktuelle hydrologische Situation den Erhalt glazialer Formen und Sedimente ermöglicht. Glazigene Ablagerungen und deren maximale Ausdehnung sind bisher nicht durch Feldarbeiten untersucht. Die geplanten Geländearbeiten dienen Erkundung und Kartierung von glazialen und glaziafluvialen Sedimenten, fossilen Böden sowie von gletschergeformten Gesteinsoberflächen. Die Feldbefunde und dabei gewonnene Proben sollen Aufschluß über die Ergiebigkeit der Untersuchungsgebiete im Hinblick auf Datierungsmöglichkeiten geben. Das Projekt ist ein Pilotprojekt für mögliche weitere, gezielte Arbeiten, die der Rekonstruktion der jungpleistozänen Schneegrenze und der Zeitstellung der Talgletscherbildung dienen. Der Beitrag bildet einen Mosaikstein in der Forschung über die Klimaentwicklung im monsunalen System Ostasiens.

Pan-Arctic Visualization of Landscape Change (2003-2022), Arctic PASSION Permafrost Service

This raster dataset, in Cloud Optimized GeoTIFF format (COG), provides information on land surface changes at the pan-arctic scale. Multispectral Landsat-5 TM, Landsat-7 ETM+, and Landsat-8 OLI imagery (cloud-cover less than 80%, months July and August) was used for detecting disturbance trends (associated with abrupt permafrost degradation) between 2003 and 2022. For each satellite image we calculated the Tasseled Cap multi-spectral index to translate the spectral reflectance signal to the semantic information Brightness, Greenness, and Wetness. In order to characterize change information, we calculated the linear trend of the Brightness, Greenness and Wetness over two decades on the individual pixel level. The final map product therefore contains information on the direction and magnitude of change for all three Tasseled Cap parameters in 30m spatial resolution across the pan-arctic permafrost domain. Features detected include coastal erosion, lake drainage, infrastructure expansion, and fires. The general processing methodology was developed by Fraser et al. 2014 and adapted and expanded by Nitze et al. 2016 and Nitze et al. 2018. Here we upscaled the processing to the circum-arctic permafrost region and the recent 20-year period from 2003 through 2022. The service covers the permafrost region up to 81° North: Alaska (USA), Canada, Greenland, Iceland, Norway, Sweden, Finland, Russia, Mongolia, and China. For Russia and China, regions not containing permafrost were excluded. The data has been processed in Google EarthEngine within the research projects ERC PETA-CARB, ESA CCI+ Permafrost, NSF Permafrost Discovery Gateway, and EU Arctic PASSION. The dataset is a contribution to the 'Panarctic requirements-driven Permafrost Service' of the Arctic PASSION project (see references). Changes in the Tasseled Cap indices Brightness, Greenness, and Wetness are displayed in the image bands red, green, and blue, respectively. Here, coastal erosion (a trend of a land surface transitioning to a water surface) is depicted in dark blue colors, while coastal accretion (a trend of a water surface transitioning to a land surface) is depicted in bright orange colors. Drained lakes appear in bright yellow or orange colors, depending on the soil conditions and vegetation regrowth. Fire scars are a further common feature, which can appear in different colors, depending on the time of the fire and pre-fire land cover. The data can be explored via the Arctic Landscape EXplorer (ALEX, see references) and is available as a public web map service (WMS, see references), both hosted by Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research.

Pan-Arctic Visualization of Landscape Change (2005-2024), Arctic PASSION Permafrost Service

This raster dataset, in Cloud Optimized GeoTIFF format (COG), provides information on land surface changes at the pan-arctic scale. Multispectral Landsat-5 TM, Landsat-7 ETM+, Landsat-8 OLI, and Landsat-9 OLI-2 imagery (cloud-cover less than 70%, months July and August) was used for detecting disturbance trends (associated with abrupt permafrost degradation) between 2005 and 2024. For each satellite image, we calculated the Tasseled Cap multi-spectral index to translate the spectral reflectance signal to the semantic information Brightness, Greenness, and Wetness. In order to characterize change information, we calculated the linear trend of Brightness, Greenness, and Wetness over two decades at the individual pixel level, based on annually aggregated data. The final map product therefore contains information on the direction and magnitude of change for all three Tasseled Cap parameters at 30 m spatial resolution across the pan-arctic permafrost domain. Features detected include coastal erosion, lake drainage, infrastructure expansion, and fires. The general processing methodology was developed by Fraser et al. (2014) and adapted and expanded by Nitze et al. (2016, 2018). Here, we upscaled the processing to the circum-arctic permafrost region and applied it to the recent 20-year period from 2005 through 2024. The service covers the permafrost region up to 81° North: Alaska (USA), Canada, Greenland, Iceland, Norway, Sweden, Finland, Russia, Mongolia, and China. For Russia and China, regions not containing permafrost were excluded. The data have been processed in Google Earth Engine as part of the research projects ERC PETA-CARB, ESA CCI+ Permafrost, NSF Permafrost Discovery Gateway, and EU Arctic PASSION. The dataset is a contribution to the 'Pan-Arctic Requirements-Driven Permafrost Service' of the Arctic PASSION project (see References). Changes in the Tasseled Cap indices – Brightness, Greenness, and Wetness – are displayed in the image bands red, green, and blue, respectively. Here, coastal erosion (a trend of a land surface transitioning to a water surface) is depicted in dark blue tones, while coastal accretion (a trend of a water surface transitioning to a land surface) is depicted in bright orange colors. Drained lakes are shown in bright yellow or orange colors, depending on the soil conditions and vegetation regrowth. Fire scars are a further common feature, appearing in different colors depending on the time of the fire and the pre-fire land cover. The data can be explored via the Arctic Landscape EXplorer (ALEX; see References) and are available as a public web map service (WMS; see References), both hosted by Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research.

Modelling vegetation dynamics and biomass in semiarid ecosystems (Eastern Africa) using remote sensing multisensor approaches

This pre-study pilot project will be carried out in Kenya and Tanzania and is part of a more extensive remote sensing project (initiated by the European Space Agency, ESA) aiming to develop a monitoring system for the assessment of land cover change of farmlands, rangelands and forest standings (logging, fires, uncontrolled deforestation, new settlements, etc.) at a national regional level. An integrated approach of remote sensing techniques (both through the use of satellite and ground data), physical vegetation models and ground measurements will be adopted. Operatively, the execution will consist of a 6-month period (pre-study) consisting in a ground campaign along a north-south transect, which is almost unknown to the current vegetation cartography. Based on the field results of the pre-study and within an on-going 30 month period (extended study, see Annexed 3), new classification methods and algorithms will be developed for assessment of land use and cover change using ENVISAT-data. An outcoming of this research will be a system capable to monitor and plan the available agricultural food resources for those developing regions.

Szenarien für den Landwirtschafts- und Landschaftswandel in Grünlandregionen der Mittelgebirge am Beispiel des Oberbergischen Kreises

Zielsetzung: Welche nachhaltig motivierten Perspektiven ergeben sich für landwirtschaftliche Betriebe in Mittegebirgsregionen wie dem Bergischen Land insbesondere unter den Voraussetzungen des Klimawandels und welche landschaftlichen Szenarien leiten sich daraus ab? Da die landwirtschaftlichen Betriebe in der Region des Bergischen Landes für fast 40% der Flächen im Kreisgebiet verantwortlich sind, spielt die Landwirtschaft in der Diskussion über einen anderen Umgang mit den natürlichen Ressourcen Wasser, Boden und Biodiversität eine zentrale Rolle. Das Forschungsteam der RPTU Kaiserslautern-Landau sucht gemeinsam mit Akteuren vor Ort aus der Landwirtschaft, Verwaltung, dem Naturschutz und der Wasserwirtschaft nach neuen Lösungsansätzen, die wirtschaftliche Perspektiven für die Landwirtschaft mit Zielen des Natur- und Ressourcenschutzes in Einklang bringen. Ein Fokus liegt auf der Frage, wie unter den veränderten Bedingungen insbesondere des Wasserdargebots eine nachhaltige und landschaftsangepasste Bewirtschaftung mit Blick auf die Landschaftsfunktionen erfolgen kann. Mögliche neue Handlungs- und Wirtschaftsfelder liegen z.B. im (Regen-) Wassermanagement, in der Nährstoffgewinnung aus Abwasser, Gülle oder Rückständen der Landwirtschaft, im Aufbau regionaler Kreisläufe, in der erneuerbaren Energieproduktion, u.a. mehr. Die landwirtschaftliche Perspektive auf Betriebsebene wird konsequent in Zusammenhang mit der landschaftlichen Perspektive als regionaler Landschaftsraum gedacht. Mit Blick auf die vielschichtigen und systemischen Wechselwirkungen von Landwirtschaft auf der Maßstabsebene des einzelnen Betriebs und Landschaftsfunktionen auf regionaler Ebene soll ein Diskurs über den Landschaftswandel, seine Steuerung, den Wert der Landschaft sowie der Rolle der Landwirtschaft in diesem Prozess geführt werden.

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