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Atmosphaerische Chemie

Untersuchungen ueber die Verteilung von Spurenstoffen in der Atmosphaere werden im Institut fuer Chemie (ICH3) durchgefuehrt. Es erfolgt die Aufklaerung der Produktions- und Abbauprozesse und Modellrechnung zur Voraussage von Auswirkungen anthropogener Stoerungen. Folgende Themen werden schwerpunktmaessig bearbeitet: a) Entwicklung von Messverfahren fuer Radikale und Messungen in der Troposphaere und Stratosphaere mit folgenden Methoden: Laserresonanzfluoreszenz (fuer OH), vergleichende Absorptionsspektroskopie auf langen optischen Wegen (fuer OH), Matrix-Isolation und Elektronenspinresonanzspektroskopie (fuer HO2, NO2, RO2). b) Messung von langlebigen Spurengasen in der Atmosphaere mit gaschromatischen Methoden (z.B. CO, CH4, H2, N2O, CFCl3, CF2Cl2, CO2). c) Erarbeitung von chemischen und physikalisch-optischen Methoden zur Messung von kurzlebigen Spurengasen wie SO2, HNO3, NH4, CH2O, NO2 und Bestimmung ihrer Depositionsrate auf natuerliche bewachsene Boeden. d) Untersuchungen zum Isotopengehalt verschiedener Spurengase zur Aufklaerung ihres atmosphaerischen Kreislaufs (z.B. D in H2 und CH4, 13C in CO, CH4). Besondere Bedeutung hat die Messung von 14C im atmosphaerischen CO, weil sie Daten zur mitteleren globalen OH-Radikalkonzentration liefert. e) Entwicklung eines ein- und zweidimensionalen Modells zur Interpretation der Radikalmessungen, zur Untersuchung von Abbauprozessen in der Troposphaere und zur Voraussage der anthropogenen Stoerung der Ozonschicht.

Carbon, water and nutrient dynamics in vascular plant- vs. Sphagnum-dominated bog ecosystems in southern Patagonia

In bog ecosystems, vegetation controls key processes such as the retention of carbon, water and nutrients. In northern hemispherical bogs, a shift from Sphagnum- to vascular plant-dominated vegetation is often traced back to Climate Change and increased anthropogenic nitrogen deposition and coincides with substantially reduced capacities in carbon, water and nutrient retention. In southern Patagonia, bogs dominated by Sphagnum and vascular plants coexist since millennia under similar environmental settings. Thus, South Patagonian bogs may serve as ideal examples for the long-term effect of vascular plant invasion on carbon, water and nutrient balances of bog ecosystems. The contemporary balances of carbon and water of both a bog dominated by Sphagnum and vascular plants are determined by CO2- H2O and CH4 flux measurements and an estimation of lateral water losses as well as losses via dissolved organic and inorganic carbon compounds. The high time resolution of simultaneous eddy covariance measurements of CO2 and H2O in both bog types and the strong interaction between climatic variables and the physiology of bog plants allow for direct comparisons of carbon and water fluxes during cold, warm, dry, wet, cloudy or sunny periods. By the combination with leaf-scale measurements of gas exchange and fluorescence, plant-physiological controls of photosynthesis and transpiration can be identified. Long-term peat accumulation rates will be determined by carbon density and age-depth profiles including a characterization of peat humification characteristics. A reciprocal transplantation experiment with incorporated shading, liming and labeled N addition treatments is conducted to explore driving factors affecting competition between Sphagnum and vascular plants as well as the interactions between CO2-, CH4-, and water fluxes and decisive plant functional traits affecting key processes for carbon sequestration and nutrient cycling. Decomposition rates and driving below ground processes are analyzed with a litter bag field experiment and an incubation experiment in the laboratory.

Historical water chemistry monitoring records from multiple stations between 1959 and 2017

Long-term water-chemistry measurements from multiple Elbe River monitoring stations establish a baseline for carbonate-system variability and were used to assess the alkalinity transport potential. The dataset from 1959 to 1977 was digitized from handwritten notes provided by Dr. Mewius (Kempe 1982). The water chemistry data from 1984 to 2017 (e.g., pH, water temperature, and major ions) was obtained from the Fachinformationssystem (FIS) der FGG Elbe (data source: www.fgg-elbe.de, accessed on 2021-02-26).To generate a single river chemistry time series, data from (Zollenspieker (Strom-km 598,7), Geesthacht (Strom-km 585,9), Schnackenburg (Strom-km 474,5), Boizenburg (Strom-km 559,0), Doemitz (Strom-km 505,0), and Hamburg Waterworks (Strom-km ~623,1) were used. Saturation state of calcite and aragonite were calculated using phreeqpython, a Python wrapper of the PhreeqC engine (Vitens 2021) with pH, water temperature, total alkalinity, and major ions as major input, and phreeqc.dat as database for the thermodynamic data (Parkhurst and Appelo 2013).

Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Charakterisierung der PIER-ICDP Bohrungen Mytina and Neualbenreuth Maar durch die Abbildung der elektrischen Leitfähigkeit auf lokaler und regionaler Skala (ConeEM)

Das böhmische Massiv als östlichster Teil des Variszischen Gebirgsgürtels ist eines der größten stabilen intrakontinentalen Einheiten in Zentraleuropa. Trotzdem finden sich im westlichen Teil geodynamische Aktivitäten, wie z.B. Schwarmbeben und erhöhter CO2 Fluss und Entgasungen, was auf tiefe magmatische Prozesse, Fluide aus dem Erdmantel und deren Aufstieg durch die Kruste hindeutet. Es scheint eine Verbindung zwischen dem Auftreten krustaler Erdbebenschwärme, und Änderungen des Gasflusses sowie der Isotopenzusammensetzung in den Mofetten und Quellen zu geben. Darüber hinaus, wurden in der Gegend quartäre Vulkane entdeckt; ihre magmatischen Aufstiegspfade und das Zusammenwirken mit tiefen magmatischen Prozessen und den tektonischen Rahmenbedingungen sind allerdings noch nicht vollständig verstanden. Diese offenen geowissenschaftlichen Fragen anzugehen, ist Teil des geförderten PIER-ICDP Eger Rift Projekts. In diesem Rahmen wurden in 2015/2016 magnetotellurische (MT) Experimente im Eger Rift durchgeführt, welche Auskunft über die elektrische Leitfähigkeit des Untergrundes geben. Dieser physikalische Parameter ist sensitive gegenüber gut leitenden Phasen wie Wässer und Fluide, partielle Schmelzen oder metallische Verbindungen. Mit diesen Messungen konnte zum ersten Mal ein regionales Modell der elektrischen Leitfähigkeit erstellt werden. Die auffälligsten Leitfähigkeitsanomalien waren tief reichende Kanäle, die als Wegsamkeiten für Fluide aus dem Mantel interpretiert wurden. Diese befanden sich unterhalb der Bublak und Hartousov Mofetten und unterhalb der Maare im südlichen Bereich des MT Profils. Da diese Messungen auf das Gebiet der Mofetten und Erdbebenschwärme fokussiert waren, ist die Stationsüberdeckung über den Maaren nicht ausreichend, um die beobachtete Leitfähigkeitsanomalie eindeutig zu interpretieren. Mögliche Interpretationen sind magmatische Zufuhrkanäle oder aber die Abbildung der nahegelegenen Tachov Störungszone oder der Suturzone zwischen Saxothuringikum und Tepla-Barrandium.Deshalb beantrage ich ein MT Experiment in der Region der quartären Vulkane, zumal zwei davon Kandidaten für geplante ICDP Bohrungen sind. Die Hauptziele sind (i) eine Untergrundcharakterisierung der PIER-ICDP Bohrungen durchzuführen, (ii) die Abbildung der regionalen und lokalen Leitfähigkeitsverteilung der Erdkruste und der erbohrbaren Tiefe, um besonders die flachen Maarstrukruren aber auch tektonische Strukturen, wie Scher- und Suturzonen aufzulösen, (iii) die Abbildung von Fluidwegsamkeiten und ihre Verbindung zu angenommenen tiefen magmatischen Reservoiren, (iv) die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen quartärem Vulkanismus, der Tachov Störungszone und der nahegelegenen Suturzone zwischen Saxothuringikum und Tepla-Barrandium und (v) die Entwicklung eines konsistenten Untergrundmodells auf Basis von unterschiedlichen geophysikalischen, petrophysikalischen, geologischen und mikrobiologischen Beobachtungen.

Sonderforschungsbereich Transregio 129 (SFB TRR): Oxyflame - Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre, Teilprojekt B05: Robuste absorptionsspektroskopische Diagnosemethoden für Kohlestaubverbrennungs-prozesse: Verfahren zur Bestimmung von Gasspezies, Gastemperaturen und der Partikelbeladung

Auf Basis verschiedener absorptionsspektroskopischer Methoden werden neue, robuste, probennahmefreie in-situ-Messtechniken entwickelt, die unter den Bedingungen turbulenter Kohlestaubfeuerungen eine Bestimmung prozessrelevanter Gasspezies (H2O, CO, CO2, C2H2 oder HCl) sowie der Gastemperatur ermöglichen, um diese dann für die experimentelle Validierung von Verbrennungsmodellen sowie für die Regelung von Oxyfuel-Prozessen nutzbar zu machen. Hierzu werden an unterschiedlichen hierarchisch aufgebauten Brennerkonfigurationen unter zunehmend komplexeren, thermochemischen Randbedingungen (ein-/zweiphasig, nicht-reaktiv/chem.-reaktiv) Oxyfuel-Bedingungen untersucht und die Erkenntnisse sukzessive auf technische Feuerungsanlagen übertragen sowie für deren Prozessoptimierung nutzbar gemacht.

Submarine Kohlendioxyd (CO2) Austritte als natürliche Laboratorien zur Erforschung von Korallenriffen in Bezug auf die Ozeanversauerung

Durch die Aufnahme von anthropogenem CO2 ist eine Verringerung des ph Wertes im Ozean zu erwarten Dies könnte weitrechende Auswirkungen auf Korallenriffe haben und ist daher von großem wissenschaftlichen Interesse. Die Mehrzahl der bisher durchgeführten Studien zur Ozeanversauerung wurde anhand vereinfachter Systeme im Labor vorgenommen. Obwohl diese Studien wichtig und aufschlussreich waren, wiesen sie jedoch Einschränkungen auf, im Besonderen hinsichtlich natürlicher Veränderungen, Beobachtungsdauer, Altersverteilung, genetischer Vielfalt und Wechselbeziehungen zwischen einzelnen Korallenarten. Eine Möglichkeit diese Einschränkungen zu umgehen, ist die Untersuchung von Korallenriffen in der Umgebung von submarinen CO2-Austritten. Der erhöhte CO2 im Meerwasser dort sorgt für pH und Temperaturbedingungen wie sie als Folge der Ozeanversauerung bis zum Jahr 2100 vorausgesagt werden. Drei solche Korallenriffe in Papua Neu Guinea, Japan und den Nördlichen Marianen-Inseln wurden untersucht und interessanter Weise fiel die Auswirkung der Ozeanversauerung an jedem der Standorte unterschiedlich aus. Eine mögliche Erklärung für die beobachteten Unterschiede könnte sein, dass die Studien nicht alle Parameter berücksichtigten, die sich nachteilig auf die Gesundheit von Korallen auswirken. Im Allgemeinen werden submarine CO2-Austritte von submarinen Hydrothermalquellen mit Temperaturen bis zu 100 °C begleitet. Der hydrothermale Eintrag induziert steile Temperaturgradienten und erhöht die Konzentrationen von Schwermetallen in dem zu untersuchenden Gebiet. Diese zwei Effekte gilt es bei einer solchen Untersuchung zur Ozeanversauerung in Betracht zu ziehen. In diesem Sinne dient die geplante internationale Zusammenarbeit dem Ziel, ein Expertenteam aus der Aquatischen Chemie und der Korallenphysiologie zusammenzubringen, um detaillierte chemische und biologische Untersuchungen an Korallenriffen mit CO2-Austritten vorzunehmen, um die Auswirkungen der Ozeanversauerung besser zu verstehen.

Grundwassermessstelle APP_GWMN_74

Dieser Datensatz beschreibt die Grundwassermessstelle APP_GWMN_74 in Schleswig-Holstein. Die Messstelle liegt im Grundwasserkörper EL03 : NOK - östl. Hügelland West. Es liegen insgesamt 27923 Messwerte vor. Es liegen außerdem 14 Probenentnahmen vor (siehe Resourcen).

Grundwassermessstelle APP_GWMN_533

Dieser Datensatz beschreibt die Grundwassermessstelle APP_GWMN_533 in Schleswig-Holstein. Die Messstelle liegt im Grundwasserkörper ST16 : Trave - Mitte. Es liegen insgesamt 33891 Messwerte vor. Es liegen außerdem 3 Probenentnahmen vor (siehe Resourcen).

Membranverfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid und Wasserstoff aus Industriegasen, Teilvorhaben: Keramische Membranen für die Gastrennung

In MemKoWI ist geplant, Membranverfahren für die Abtrennung von CO2 und H2 in Industrien zu untersuchen, in denen sie bisher nicht etabliert sind. Das Potenzial, dass sie sich hier als skalierbare und durch die Möglichkeiten verschiedene keramische und polymere Membranmaterialien zu innovativen Kombinationen Lösungen zu verschalten, flexible und anpassbare Technologie, erweist ist sehr groß. Allerdings ist ebenfalls mit erheblichen Risiken zu rechnen. Im Vergleich zu den bisher untersuchten Einsätzen von Membranverfahren zur CO2-Abtrennung aus Kohlekraftwerksrauchgasen, zeichnen sich die in MemKoWI adressierten Gase durch andere Zusammensetzungen aus. Somit kann die Einsetzbarkeit der Verfahren zwar durch Berechnungen abgeschätzt, deren stabiler Einsatz aber nur im Versuch im Betriebsumfeld nachgewiesen werden. Potenzielle Anwender können so von den Vorteilen der Membranverfahren überzeugt werden. In MemKoWI ist der Einsatz von drei Testanlagen geplant. Eine der Anlagen ist bereits vorhanden und soll modifiziert werden, während die beiden anderen Anlagen neu zu bauen sind. Die hiermit verbundenen Kosten sind weder aus der Grundfinanzierung der beteiligten Forschungsinstitutionen noch aus den F&E-Budgets der beteiligten Unternehmen zu finanzieren. Weiterhin stellt die Einbindung der Anlagen in Industriestandorte einen erheblichen, anderweitig nicht finanzierbaren Aufwand dar. Die für die Membranherstellung verwendeten Rohmaterialien müssen in hinreichender Menge beschafft, verarbeitet und in Membranmodule verbaut werden. Auch die Ausgaben hierfür übersteigen die F&E-Budgets. Das für die Durchführung der geplanten Arbeiten notwendige Personal kann nur zum Teil aus der Grundfinanzierung gestellt werden. Projektpersonal muss, gerade auch im Hinblick auf die Erstellung wissenschaftlicher Arbeiten, eingestellt werden und der Personalaufwand für die Betreuung der Testanlagen abgedeckt werden.

Pflanzengeographie und Pflanzenoekologie der Nebeloasen Namibias

In tropischen und subtropischen Kuestenwuesten treten wiederholt Nebeloasen auf. Die Nebeloasen Namibias werden vor allem von verschiedenen Flechtenarten besiedelt, zu denen sich nur wenige Spezialisten unter den Hoeheren Pflanzen gesellen. Die Arbeiten zeigen, dass die namibischen Nebeloasen zum Teil durch die feuchte Luft des benachbarten Meeres und zum Teil durch Kaltluftstroeme aus dem Inland verursacht werden. Je nach Intensitaet und Dauer der Nebel-Wetterlagen ergeben sich unterschiedliche Flechten-Gesellschaften, deren mittlere Bio- Produktion ebenso bestimmt wird wie die CO2-Assimilation in Abhaengigkeit von Anfeuchtung und Salzeintrag. Ausserdem werden der Transport und die Erosion der Flechten durch den Wind untersucht. Hieraus ergeben sich Empfehlungen fuer Nutzung und Naturschutz. Die hier lebenden Hoeheren Pflanzen sind auch Gegenstand der Untersuchungen. Von Interesse ist ihre Anatomie, Cuticula-Struktur, Wasseraufnahme und -leitung sowie ihre Bioproduktion in Abhaengigkeit vom zeitlichen Verlauf der Wasseraufnahme.

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