Dissolved organic matter (DOM) is one major source of subsoil organic matter (OM). P5 aims at quantifying the impact of DOM input, transport, and transformation to the OC storage in the subsoil environment. The central hypotheses of this proposal are that in matric soil the increasing 14C age of organic carbon (OC) with soil depth is due to a cascade effect, thus, leading to old OC in young subsoil, whereas within preferential flowpaths sorptive stabilization is weak, and young and bioa-vailable DOM is translocated to the subsoil at high quantities. These hypotheses will be tested by a combination of DOC flux measurements with the comparative analysis of the composition and the turnover of DOM and mineral-associated OM. The work programme utilizes a DOM monitoring at the Grinderwald subsoil observatory, supplemented by defined experiments under field and labora-tory conditions, and laboratory DOM leaching experiments on soils of regional variability. A central aspect of the experiments is the link of a 13C-leaf litter labelling experiment to the 14C age of DOM and OM. With that P5 contributes to the grand goal of the research unit and addresses the general hypotheses that subsoil OM largely consists of displaced and old OM from overlying horizons, the sorption capacity of DOM and the pool size of mineral-associated OM are controlled by interaction with minerals, and that preferential flowpaths represent 'hot spots' of high substrate availability.
For surface soils, the mechanisms controlling soil organic C turnover have been thoroughly investigated. The database on subsoil C dynamics, however, is scarce, although greater than 50 percent of SOC stocks are stored in deeper soil horizons. The transfer of results obtained from surface soil studies to deeper soil horizons is limited, because soil organic matter (SOM) in deeper soil layers is exposed to contrasting environmental conditions (e.g. more constant temperature and moisture regime, higher CO2 and lower O2 concentrations, increasing N and P limitation to C mineralization with soil depth) and differs in composition compared to SOM of the surface layer, which in turn entails differences in its decomposition. For a quantitative analysis of subsoil SOC dynamics, it is necessary to trace the origins of the soil organic compounds and the pathways of their transformations. Since SOM is composed of various C pools which turn over on different time scales, from hours to millennia, bulk measurements do not reflect the response of specific pools to both transient and long-term change and may significantly underestimate CO2 fluxes. More detailed information can be gained from the fractionation of subsoil SOM into different functional pools in combination with the use of stable and radioactive isotopes. Additionally, soil-respired CO2 isotopic signatures can be used to understand the role of environmental factors on the rate of SOM decomposition and the magnitude and source of CO2 fluxes. The aims of this study are to (i) determine CO2 production and subsoil C mineralization in situ, (ii) investigate the vertical distribution and origin of CO2 in the soil profile using 14CO2 and 13CO2 analyses in the Grinderwald, and to (iii) determine the effect of environmental controls (temperature, oxygen) on subsoil C turnover. We hypothesize that in-situ CO2 production in subsoils is mainly controlled by root distribution and activity and that CO2 produced in deeper soil depth derives to a large part from the mineralization of fresh root derived C inputs. Further, we hypothesize that a large part of the subsoil C is potentially degradable, but is mineralized slower compared with the surface soil due to possible temperature or oxygen limitation.
Eine Brennstoffzelle als Primärenergiequelle mit einem Doppelschichtkondensator (Supercap) als Zwischenspeicher zu kombinieren ist ein vielversprechender Ansatz für zukünftige Elektrofahrzeuge. In Kooperation mit einem Fahrzeughersteller wurden verschiedene Strategien für ein Energiemanagement für die Kombination einer Brennstoffzelle mit einem Doppelschichtkondensatormodul entworfen und verglichen. Basierend auf der aktuellen Geschwindigkeit und Beschleunigung werden verschiedene Fahrzeugzustände bezüglich kinetischer Energie und Leistungsbedarf unterschieden. In Abhängigkeit von der verfügbaren Leistung von Supercaps und Brennstoffzelle wird eine optimale Leistungsaufteilung zwischen den beiden Energiequellen ermittelt. In Bremsphasen wird durch Rekuperation Energie zurückgewonnen und in den Supercaps gespeichert. Wenn die Supercaps vollgeladen sind oder ihre maximale Ladeleistung erreicht haben, übernehmen mechanische Bremsen die übrige Ladeleistung. Da diese Situation zu einem Energieverlust führt, sollte sie möglichst vermieden werden. Um immer die notwendige Beschleunigungsleistung und gleichzeitig auch ein Maximum an Rekuperation zu garantieren, wird der Ladezustand der Supercaps kontinuierlich und dynamisch an die kinetische Energie des Fahrzeugs angepasst. Verschiedene Strategien wurden in Matlab/Simulink mit einem Stateflow-Chart zur Abbildung der Zustände implementiert. Die verfügbare Supercapleistung wird mit Hilfe eines impedanzbasierten Modells für Supercaps berechnet. Mit diesen Strategiemodellen können die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Strategien verglichen und die Einflüsse von Parametern untersucht werden. Ziel eines Energiemanagements ist es, den Wasserstoffverbrauch zu minimieren und die notwendige Leistung zu jeder Zeit sicherzustellen. Bei der Bewertung der Strategien wird der Wasserstoffverbrauch, die verlorene Bremsenergie und eine mögliche Geschwindigkeitsreduzierung verglichen. Mit einer optimalen Strategie können bis zu 23 Prozent Wasserstoff während eines definierten Fahrprofils gespart werden.
Das Jena Experiment hat es sich zum Ziel gesetzt Zusammenhänge zwischen Pflanzendiversität und Ökosystemprozessen zu untersuchen. Unsere Arbeiten beschäftigen sich mit einer der Schlüsselgruppen in unterirdischen Ökosystemprozessen - den Pilzen. Das Wirtsspektrum arbuskulärer Mykorrhizapilze (AMF) wird innerhalb der Monokultur-Plots untersucht. In Polykulturen unterschiedlicher Diversität soll der Zusammenhang zwischen Artenreichtum von Pflanzen und AMF vertiefend studiert werden. Durch ein Experiment mit stabilen Isotopen soll der Beitrag der AMF für die Nährstoffverteilung zwischen einzelnen Pflanzenarten, aber auch zwischen funktionellen Gruppen näher beleuchtet werden. Weiterhin wird untersucht, ob Zusammenhänge zwischen Stickstoffmineralisierung, Anreicherung organischer Substanzen sowie der Diversität und dem Expressionsprofil pilzlicher Laccasegene bestehen.
Die Beobachtungen der Radio Science Experimente Mars Express Radio Science, Mars Global Surveyor Radio Science und Venus Express Radio Science liefern eine sehr große Datenbasis für die Elektronendichteverteilung der Tagionosphäre von Mars und Venus. In der Laufzeit des Original-Antrags erfolgte die Ableitung von Profileigenschaften/Umgebungsparametern und die Entwicklung eines schnellen, flexiblen zeitunabhängigen photochemischen Modells der ionosphärischen Elektronendichte (IonA-1) für Mars (Neutralatmosphäre: Mars Climate Database) und Venus (Neutralatmosphäre: VenusGRAM). Der Vergleich der beobachteten und modellierten MaRS und VeRa Parameter des ionosphärischen Hauptmaximums (M2/V2) ergaben für Mars global eine exzellente Übereinstimmung, aber nicht für Venus (unrealistische VenusGRAM Neutralatmosphäre, Peter et al., 2014). Für die Modellierung kleinskaliger Ionosphärenmerkmale wird jedoch die individuelle Übereinstimmung der jeweiligen M2/V2 Höhen und Breiten benötigt, da dies auf Ähnlichkeiten zwischen realer und Modellatmosphäre zur Zeit der Beobachtung hinweist. Für die Modellierung von Meteorschichten unterhalb der Sekundärschicht M1/V1 wurden Fallstudien mit entsprechenden MaRS Profilen in Kombination mit einem Modell für Meteorschichten (IonA/MSDM) durchgeführt. MSDM berücksichtigt die Deponierung von Mg und Fe in eine Atmosphäre und simuliert die Bildung von Metallionen durch Photoionisation/Ladungsaustausch. Ein zusätzlich entwickeltes hydrostatisches 1D Modell der Neutralatmosphäre für ionosphärischen Höhen (NIA) bildet als flexiblere Neutralatmosphäre mit kleinskaligem Höhengitter die Basis für die Anwendung von IonA auf einen größeren Beobachtungsdatensatz. Die Weiterentwicklung von IonA-1 zu einem zeitabhängigen photochemischen Modell mit komplexem Reaktionsschema (Iona-2) ermöglicht die Modellierung von ionosphärischen Ionen. Der Fortsetzungsantrag soll NIA und IonA-2 koppeln, um ein detaillierteres Verständnis der Wechselwirkung zwischen den Ionosphären und Neutralatmosphären in ionosphärischen Höhen zu erreichen. Die Radio Science Beobachtungen der unteren Neutralatmosphäre erfolgen fast zeitgleich mit den Ionosphärenbeobachtungen und bietet so eine erste Abschätzung der Neutraldichte für NIA. Das gekoppelte Modell der Neutralatmosphäre/Ionosphäre mit konsistenter Berechnung der Neutral, Ionen- und Elektronentemperaturen (a) deckt den transportdominierten Bereich der Ionosphäre oberhalb von M2/V2 ab, (b) liefert eine realistischere Modellierung der Anomalien unterhalb von M1/V1, (c) schätzt den Beitrag der sekundären Ionisation in M1/V1/M2/V2 ab, (d) liefert Erklärungen für den sog. Bulge, eine anomale Anhäufung von Elektronen in der Topside und (e) stellt mögliche Zustände der Neutralatmosphäre in ionosphärischen Höhen während der Beobachtungen zur Verfügung. Der letzte Punkt dient der Weiterentwicklung von globalen Zirkulationsmodellen, besonders für Venus, da die Datenlage im entsprechenden Höhenbereich sehr schlecht ist.
Das Hauptziel des ComparCE Projekts ist eine umfassende Einschätzung verschiedener Climate Engineering (CE) Maßnahmen gegeneinander und gegenüber Mitigationsbemühungen. Dabei sollen insbesondere Modelunsicherheiten berücksichtigt werden, da eine solche Einschätzung im CE Fall ausschließlich auf Modellsimulationen beruht. In diesem Projekt wollen wir darüber hinaus Fragen beantworten, die unserer Meinung bislang im CE Zusammenhang nicht bearbeitet wurden. Als ersten und zentralen Schritt wollen wir untersuchen welche Metriken und Indikatoren für die Beurteilung von CE Methoden, und somit für das gesamte Schwerpunkt Programm, wichtig sind und wie diese sich von den Metriken im Kontext von Klimawandel unterscheiden. Diese Art der Forschung gab es im Kontext Klimawandel bereits, sie fehlt bislang aber für CE. Durch Austausch mit internationalen Forschergruppen wurde klar, dass eine die wahrscheinlichste Implementierung von CE Maßnahmen aus einer Kombination der verschiedenen Technologien besteht. Daher wollen wir in diesem Projekt untersuchen wie das Erdsystem auf eine Kombination verschiedener CE Maßnahmen reagiert, und ob es möglich ist die Signale der einzelnen Methoden jeweils zuzuordnen. In diesem Zusammenhang werden wir ebenfalls untersuchen ob und wie die Effektivität der CE Maßnahmen vom Hintergrund-Klimazustand abhängt und ob z.B. der Zeitpunkt der Umsetzung von CE eine Rolle spielt. Darüber hinaus wollen wir robuste, regionale CE Muster untersuchen um ebenfalls auf die regionalen Auswirkungen von CE eingehen zu können. Das ist besonders wichtig, weil für die lokale Öffentlichkeit regionale Klimaextreme mehr Bedeutung haben als globale Mittelwerte. Diese Analysen werden ebenfalls den Findungsprozess der Metriken informieren. Zusätzlich wird die plötzliche Terminierung von CE Maßnahmen im Kontext der Geschwindigkeit des Terminations-Schocks untersucht. Schlussendlich basiert die gesamte Beurteilung von CE Maßnahmen auf Modellergebnissen, daher finden wir, dass ein wichtiger Beitrag für die CE Debatte eine Beurteilung der model-internen Unsicherheiten ist. Diese werden mit Anhang von Änderungen der Wahrscheinlichkeitsverteilung von Metriken quantifiziert, so können zum Beispiel aussagen über die Wahrscheinlichkeit einer Richtwert-Überschreitung der gegebenen Zukunftsszenarien getroffen werden. Die Ergebnisse diese Projekts erlauben eine umfassende Einschätzung der untersuchten CE Maßnahmen gegenüber Migration, unter Berücksichtigung von Unsicherheiten in Modellen, den Zukunftsszenarien und Metriken, welche im Laufe des Projekts iterative mit anderen Teilprojekten diskutiert werden.
Forschungsschwerpunkt: - Entwicklung differenzierter Materialien und E-Learning-Konzeptionen zur Qualifizierung von Zielgruppen, die in energiebezogenen Bereichen tätig sind bzw. entsprechende Qualifikationen anstreben - systematische mediendidaktische Fortentwicklung bestehender Blended-Learning-Konzeptionen. Ziele: - Vermittlung grundlegende energiewirtschaftliche Zusammenhänge für Nicht-Ökonomen, die in der Energiebranche tätig sind bzw. entsprechende Qualifikationen anstreben - Ziel ist das Erlangen vertiefter Einsichten in die verschiedenen Facetten der Energieversorgung und -nutzung, um ein breiteres Verständnis für die vielschichtigen Aufgaben und Anforderungen an Unternehmen in der Branche. Beschreibung: - Im Rahmen der ersten Projektphase wurde ein internetgestützter Qualifizierungsbaustein 'Energy Economics' entwickelt und eine internetgestützte Lehreinheit konzipiert. Diese wurde im Wintersemester 2013/2014 im Studiengang 'Engineering Physics' erprobt und evaluiert. Das Feedback der Teilnehmer fiel sehr positiv aus. - In der zweiten Projektphase (2014) ein weiterer internetgestützter Qualifizierungsbaustein entwickelt, auf dessen Basis ebenfalls eine Veranstaltung konzipiert, durchgeführt und evaluiert wird. Im Mittelpunkt steht darin die Auseinandersetzung mit den erneuerbaren Energien, insbesondere im Hinblick auf ihren Einsatz in Entwicklungs- und Schwellenländern. Die Lehrveranstaltung wird ausschließlich onlinebasiert durchgeführt werden. Ergebnisse/Materialien: Qualifizierungsbaustein 'Energy Economics', der sich thematisch mit den Schwerpunkten - grundlegende Strukturen internationaler Energiemärkte (insb. Erdöl, Erdgas, Kohle), - Besonderheiten der Märkte für leitungsgebundene Energieversorgung, - Bedeutung energiepolitischer Rahmensetzung auf den Märkten sowie - Förderung erneuerbarer Energien und ihrer Wirkung auf Märkten auseinandersetzt.
To predict ecosystem reactions to elevated atmospheric CO2 (eCO2) it is essential to understandthe interactions between plant carbon input, microbial community composition and activity and associated nutrient dynamics. Long-term observations (greater than 13 years) within the Giessen Free Air Carbon dioxide Enrichment (Giessen FACE) study on permanent grassland showed next to an enhanced biomass production an unexpected strong positive feedback effect on ecosystem respiration and nitrous oxide (N2O) production. The overall goal of this study is to understand the long-term effects of eCO2 and carbon input on microbial community composition and activity as well as the associated nitrogen dynamics, N2O production and plant N uptake in the Giessen FACE study on permanent grassland. A combination of 13CO2 pulse labelling with 15N tracing of 15NH4+ and 15NO3- will be carried out in situ. Different fractions of soil organic matter (recalcitrant, labile SOM) and the various mineral N pools in the soil (NH4+, NO3-, NO2-), gross N transformation rates, pool size dependent N2O and N2 emissions as well as N species dependent plant N uptake rates and the origin of the CO2 respiration will be quantified. Microbial analyses will include exploring changes in the composition of microbial communities involved in the turnover of NH4+, NO3-, N2O and N2, i.e. ammonia oxidizing, denitrifying, and microbial communities involved in dissimilatory nitrate reduction to ammonia (DNRA). Stable Isotope Probing (SIP) and mRNA based analyses will be employed to comparably evaluate the long-term effects of eCO2 on the structure and abundance of these communities, while transcripts of these genes will be used to target the fractions of the communities which actively contribute to N transformations.
| Origin | Count |
|---|---|
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