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Bäume als Indikatoren für die urbane Wärmeinsel (BIWi)

Das Projekt 'Bäume als Indikatoren für die urbane Wärmeinsel (BIWi)' ist eine Vorstudie, in der an 12 stadtökologisch unterschiedlichen Standorten Berlins, der Stadt Deutschlands mit dem größten innerstädtischen Wärmeinseleffekt (urban heat island, UHI), mittels dendroklimatologischer Methoden Chronologien zu verschiedenen Jahrringparametern (Jahrringbreite JRB, Weiserjahrkataloge, holzanatomische Merkmale) erzeugt und analysiert werden. Das Ziel ist es zu untersuchen, mit welcher Güte und Sicherheit welche Wuchsmerkmale auf Einflüsse des UHI-Effektes zurückzuführen sind. Ausgehend von in Dendroklimatologie und Zeitreihenanalytik anerkannten und häufig erfolgreich angewandten Methoden zur Messtechnik, Datenaufbereitung und Datenanalyse soll ein Methodenverbund aus Korrelations-, Regressions-, Hauptkomponenten- und Extremjahranalysen für urbane Räume entwickelt werden, um an verschiedenen Standorten die Wachstumsfaktoren für die im Mittel herrschenden Klimabedingungen, wie auch für extreme Wetterlagen (Trocken- oder Hitzeperioden, Smoglagen) zu bestimmen und zu hierarchisieren. Dazu werden an 12 stadtökologisch unterschiedlichen Standorten an insgesamt ca. 150 Bäumen Chronologien zur Jahrringbreite wie auch Kataloge zu extremen Wuchsreaktionen und holzanatomischen Merkmalen (Frostringe, Dichteschwankungen, u.a.) generiert. Im Vergleich mit Standorten aus dem Berliner Umland werden die Effekte der UHI abschließend von den allgemeinen klimatischen Wachstumsfaktoren getrennt. Insbesondere für diesen Teilschritt ist neben der Analyse spezifischer Stadtbaumarten (Platane, Ahorn, Winterlinde oder ähnlichen) auch die von sogenannten waldbildenden Baumarten wie etwa Eiche, Buche oder Kiefer in der Stadt von Bedeutung, um die gefundenen Stadt-Umland-Diversitäten nicht durch artspezifische Unterschiede zu verwischen. Die in der Vorstudie gewonnenen Ergebnisse werden im Rahmen zweier Masterarbeiten ausgewertet und interpretiert und überdies in einem international anerkannten Fachjournal veröffentlicht. Bisher vorliegende Studien setzen die Dendroklimatologie erfolgreich ein, um das Wachstum urbaner Bäume zu analysieren. Die Innovation des Projektes BIWi beruht auf der erstmaligen Nutzung der Bäume und der dendroklimatologischen Techniken für die Analyse stadtklimatologischer Fragestellungen, insbesondere der räumlichen und zeitlichen Entwicklung der UHI. Im Erfolgsfalle dient diese Vorstudie dazu, in einem größer angelegten Folgeprojekt das übergeordnete Ziel zu verfolgen, ein Verfahren zur Untersuchung der räumlichen Verbreitung und raumzeitlichen Entwicklung von UHIs mit Hilfe dendroökologischer Datensätze zu entwickeln. Perspektivisch kann so dazu beizutragen werden retrospektiv und projektiv Aussagen zur Entwicklung von UHIs vor dem Hintergrund sich ändernder klimatischer, demographischer und städteplanerischer Entwicklungen zu treffen.

Wachstumsschwankungen europäischer Baumarten während der letzten 1000 Jahre

Als Grundlage für hochaufgelöste Klimarekonstruktionen der letzten Jahrtausende dienen jahrgenau datierbare natürliche Klimaproxies wie Jahresringe von Bäumen. Bisher konzentrierten sich dendroklimatologische Untersuchungen in Europa auf Temperaturrekonstruktionen borealer und alpiner Waldgrenzstandorte. In weitaus geringerem Umfang liegen dagegen hydroklimatische Rekonstruktionen basierend auf niederschlagssensitiven Baumarten der Tieflagen (kleiner als 1000 m NN) vor, obgleich hydroklimatische Schwankungen in der Abschätzung zukünftiger und historischer Klimaveränderungen eine wichtige Rolle spielen. Die Steuerungsfaktoren, das Ausmaß und die zeitliche Abfolge dekadischer bis mehrhundertjähriger Schwankungen im Baumwachstum, welche für die Rekonstruktion des gesamten Spektrums hydroklimatischer Variabilität von entscheidender Bedeutung sind, wurden bisher kaum untersucht und verstanden. In dem geplanten Projekt sollen nun zum ersten Mal langfristige Wachstumstrends auf verschiedenen raum-zeitlichen Skalen von acht europäischen Baumarten über die letzten 1.000 Jahre gegenübergestellt werden. Die hauptsächlich aus archäologischen und historischen Holzfunden generierten Jahrringdaten von Eiche, Buche, Erle, Esche, Ulme, Tanne, Kiefer und Fichte, in Verbindung mit Daten lebender Bäume, decken die letzten 1.000 Jahre lückenlos mit hoher Belegung ab. Dieser einmalige Datenbestand mit rund 60.000 Jahrringserien ökologisch und ökonomisch wichtiger heimischer Baumarten wird von europäischen Jahrringforschern bereitgestellt. Das Ziel des geplanten Projektes ist ein besseres Verständnis der raum-zeitlichen Variabilität von niederfrequenten Wachstumstrends und die Identifizierung gemeinsamer Faktoren, die das längerfristige Baumwachstum in Europa maßgeblich steuern (z.B. Klima und/oder Vulkanemissionen, Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre oder Veränderungen der Sonnenaktivität). Die angewandten Methoden umfassen neue Standardisierungsverfahren, Trend- und Spektralanalysen sowie Filterungsverfahren, um niederfrequente Schwankungen der Jahrringchronologien zu detektieren und extrahieren. Faktoren, die das langfristige Baumwachstum maßgeblich steuern, werden unter Einbeziehung verschiedener Klimaparameter (Temperatur, Niederschlag, Abflussmengen von Flüssen, Grundwasserstände) sowie Zeitreihen externer und interner Einflüsse auf das Klimasystem identifiziert. Darüber hinaus werden die langfristigen Wachstumstrends mit Zeitreihen anderer Paläoarchive verglichen. Die in dem geplanten Projekt gewonnenen neuen Erkenntnisse über klimabedingter, langfristiger Wachstumsschwankungen und deren Ursachen werden eine deutlich bessere Grundlage für zukünftige valide Klimarekonstruktionen, globale Klimamodelle und für die Quantifizierung von Langzeitveränderungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs schaffen.

Renaturierung von Mooren der nemoralen Zone unter Bedingungen variabler Wasserverfügbarkeit und -qualität

Die Funktionen von Mooren in Wasser- und Elementkreisläufen, als Kohlenstoffspeicher und in der Bewahrung der Biodiversität sind zunehmend im Fokus wissenschaftlicher und öffentlicher Debatte. Insbesondere im Verlauf des Klimawandels sind renaturierte Hochmoore Klimaextremen ausgesetzt, zum Beispiel Dürren, mit Langzeiteffekten für Boden und Pflanzengemeinschaften, und somit auch für den Kohlenstoffkreislauf. Der Klimawandel erschwert damit zusätzlich die Hochmoorrenaturierung zu bereits vorhandenen Grenzen. Damit verbunden ist ein unzureichender Wissensstand bezüglich potentieller Indikatoren für Degradation und Renaturierungserfolge, z.B. die Dynamiken und Bilanzen von Gasflüssen, Biodiversitätsniveaus oder Wasserbilanzen. Moordegradierung verändert die Wasserspeicherfähigkeit und reduziert die Fähigkeit Wasserschwankungen abzupuffern, was die Renaturierung weiter beeinflusst. Paläoökologische Daten erlauben Schlussfolgerungen über Feuchtebedingungen für Torfwachstum und potentielle Resilienz gegenüber in der Vergangenheit aufgetretenen Schwankungen der Umweltbedingungen. Somit können aus ihnen Grundlageninformationen abgeleitet werden, die helfen Renaturierungsziele zu formulieren, aber auch mögliche Einschränkungen aufzeigen. Der voranschreitenden Klimawandel mit häufigen auftretenden Hitzewellen und Dürren bedeutet insbesondere für die Re-Etablierung von Hochmoorvegetation eine ernste Bedrohung, die auf nährstoffarmes Niederschlagswasser angewiesen ist. Das Projekt verbindet Schlüsselmethoden von verwandten Disziplinen in bisher nicht gekannter Weise: In Unterprojekten behandeln wir i) die paläoökologische Rekonstruktion von Referenzbedingungen und Indikatoren für Degradation, ii) aktuelle Hydrologie, Niveaus von Biodiversität, Mikrobielle Gemeinschaften, iii) CO2 und CH4 Bilanzen mit Hauben- und Eddy-Covariance Technik und vorhandenen Langzeitdaten, iv) neuste Fernerkundungsmethoden inklusive dem Upscaling von Plotniveau bis auf das Landschaftsniveau, unterstützt von künstlicher Intelligenz, v) Negative Auswirkungen und Wechselbeziehungen zwischen Biodiversität, Kohlenstoffbilanzen, Treibhausgasemissionen und Resilienz wenn Zielniveaus nicht erreicht werden können, vi) Wissenstransfer in enger Zusammenarbeit mit Torfindustrie, Naturschutzakteuren, Akteuren der Land- und Wasserwirtschaft und der Administration.Wir untersuchen erstmalig Hochmoorrenaturierungsverläufe basierend auf neusten Bewertungsmethoden der Paläoökologie und Biogeochemie von Torfproben und ordnet diese Daten in einen landschaftsökologischen Kontext ein, um mit leistungsstarken Fernerkundungswerkzeugen das zukünftige Monitoring von degradierten und renaturierten Hochmoorflächen zu ermöglichen. Die enge Verbindung der Arbeitspakete und die Anwendung von in der Renaturierungsökologie wenig betrachteter Daten machen dieses Projekt innovativ und lassen wichtige Ergebnisse erwarten für die Hochmoorrenaturierung unter sich verändernden hydro-klimatischen Bedingungen.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt D03: Stabile Isotope: Entwicklung eines Paleo-Feuchtigkeit Proxys über die Sauerstoffisotopen-zusammensetzung von Kristallwasser in Calciumsulfaten

Dieses Projekt untersucht die 16O-17O-18O and the H-D Isotopensysteme im Kristallwasser von Gips (CaS04-2H20) und Bassanit (CaS04-2H20). Ziel ist der prinzipielle Nachweis, ob es möglich ist aus der Isotopie des Kristallwassers atmosphärische Parameter, wie z.B. die Luftfeuchtigkeit zum Zeitpunkt der Mineral(um)bildung, zu rekonstruieren.

Forschergruppe (FOR) 2332: Temperature-related stresses as a unifying principle in ancient extinctions (TERSANE), Teilprojekt: Die Relevanz von pH-Werten im Meerwasser und der Ozeanversauerung für das Massensterben im Unteren Jura und an der Perm-Trias-Grenze

Extreme Änderungen im System der Erde zeigen sich durch das Zusammentreffen von Massensterben mit tiefgreifenden Störungen im globalen Kohlenstoffzyklus. Solche Ereignisse werden häufig durch drastische Veränderungen im Klima oder in der Chemie der Meere verursacht, d.h. durch eine schnelle Erderwärmung, die Ausbreitung anoxischer Bedingungen auf die Schelfmeere und die Versauerung der Ozeane. Diese Prozesse haben eine katastrophale Auswirkung auf die Ökosysteme aller trophischen Ebenen und bilden wichtige Rückkopplungsmechanismen für die Funktionsweise des globalen Kohlenstoffkreislaufes ab. Um die Rolle der Ozeanversauerung für das Massensterben zu dokumentieren, sollen hochauflösende Bor-Isotopenprofile von umfassend charakterisierten marinen Karbonatgesteinen erstellt werden, welche exemplarisch die Biogeochemie zum Zeitpunkt bedeutender Ereignisse dokumentieren. Gegenstand der angestrebten Untersuchungen sind das größte Massensterben im Phanerozoikum, das Permisch-Triassische Ereignis und das Massensterben 2. Ordnung zum Zeitpunkt des bedeutenden ozeanisch anoxischen Ereignisses im Mesozoikum, im Unteren Jura (Pliensbachium/Toarcium). Dieses ermöglicht uns den pH-Wert des Meerwassers zu Beginn und während eines Massensterbens zu rekonstruieren, dessen Ursache vermutlich auch Ozeanversauerung war. Parallel dazu werden diese Proben von unseren Kollegen hinsichtlich ergänzender Proxydaten und biologischer Auswirkungen untersucht, um biogeochemische Schlüsselinformationen zu generieren, die es uns ermöglichen Hypothesen zu testen, die Massensterben mit drastischen Änderungen im pH-Wert des Meerwassers und einer Versauerung der Ozeane verbinden.

Pollen and environmental reconstruction, Pollen und Umweltrekonstruktion - Studien zur Vegetations-, Feuer- und Klimadynamik im Spätquartär als Beitrag zum Schutz und Management des Biodiversitätszentrums 'Mata Atlantica in Südbrasilien'

Mehrere Umweltarchive aus der Serra do Tabuleiro und Serra Geral, gelegen im Biodiversitätzentrum Mata Atlantica im südlichen Brasilien, sollen anhand der Pollen-, Sporen-, Holzkohle- und Sedimentanalyse untersucht, zeitlich datiert, und die ermittelten Daten mit Hilfe multivariater Datenanalysemethoden ausgewertet werden. Diese Studien bilden eine Grundlage zur Entwicklung, zum Verständnis der Stabilität bzw. Dynamik heutiger Ökosysteme einschließlich ihrer Biodiversität und damit auch zum nachhaltigen Schutz und Management der artenreichen Vegetation Südbrasiliens. Für die Serra do Tabuleiro soll u.a. geklärt werden, ob die vorhandenen Grassländer natürlich sind oder vom Menschen verursacht wurden und ob die isolierten Vorkommen von Araukarienwäldern aus einem eiszeitlichen Refugium in diesem Küstengebirge stammen. Für die Serra Geral soll zusätzlich die Entstehung und Dynamik der scharfen Grenze zwischen Wald und Grasland untersucht werden. Die Rolle von Bränden und Klimaveränderungen und deren Einfluss auf die Vegetation soll in beiden Gebieten bearbeitet werden. Eingebunden sind die paläoökologischen Untersuchungen in zwei internationale Forschungsprojekte.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt D01: Kosmogene Nuklide: Datierung alter kontinentaler Sedimente in Trockengebieten

Ziel ist es, Methoden zu entwickeln, die geeignet sind alte Sedimente in Trockengebieten verlässlich zu datieren: (i) Entwicklung einer Methode um mittels kosmogenen 10Be and 53Mn terrestrische Alter von Mikrometeoriten (aus Trockenseesedimenten und der Gipsstaubbedeckung der Landschaft) zu bestimmen, (ii) Entwicklung und Anwendung der 10Be/21Ne-Bedeckungalterdatierung an Grobsedimenten, (iii) Entwicklung einer kosmogenen 21,22Ne Methode um Halit (Steinsalz) in Oberflächensedimenten (z.B. fossile Salzseen) zu datieren. Erwartete erschließbare Altersbereiche: ca. 1 bis 22 Ma bzw. ca. 0.5 bis 10 Ma, für 53Mn und 10Be/21Ne Bedeckungsaltersdatierung, es gibt keine theoretische Obergrenze für 21,22Ne.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt A02: Paleoklima Proxydaten: Die miozäne bis rezente Niederschlagsgeschichte der Atacama Wüste

Das Hauptziel diese Projektes ist es, lange (Quatär bis Miozän), zusammenhängende Klima-Archive im hyperariden Kern der Atacama zu erschließen und hinsichtlich des Klimas der Vergangenheit auszuwerten. Zu diesem Zweck sollen, entlang des gegenwärtigen Nord-Süd Klimagradienten, Trockenseesedimente in der Küstenkordilliere durch Kernbohrungen erschlossen werden. Es wird erwartet, dass grundlegende Erkenntnisse über die Dauer der vorwiegenden extremen Trockenheit in der Atacama Wüste gewonnen werden, sowie über Alter und Häufigkeit zwischengeschalteter Feuchtphasen. Diese Ergebnisse würden im Bezug zu bereits vorhandenen regionalen und globalen Klima-Archiven interpretiert werden.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt D02: Datierung von Evaporiten

Ziel dieses Projekts ist es, die 176Lu-176Hf und 238U-230Th Methodik für die Anwendung an Evaporitmineralen (Karbonat, Anhydrit, Gips, Bassanit) zu entwickeln. In Kombination würden diese Methoden das gesamte zu erwartendene Alterspektrum in der Atacama Wüste abdecken (einige Zehntausend bis Zehnermillionen Jahre).

Grundlagenforschung der Vegetationsgeschichte und Palaeooekologie mit Hilfe der Palynologie und botanischen Grossrestforschung

Allgemeine pollenanalytische Untersuchungen zur postglazialen Waldentwicklung. Neben der palynologischen Erfassung von Grundzuegen der nacheiszeitlichen Vegetationsentwicklung in verschiedenen Naturraeumen Nordwestdeutschlands soll vor allem mit Hilfe pollenanalytischer Methoden der Nachweis anthropogener Eingriffe und Vegetationsveraenderungen untersucht werden.

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