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Was bestimmt die Konzentration von Aerosolpartikeln in der marinen Grenzschicht über dem atlantischen Ozean?

Aerosolpartikel spielen eine wichtige Rolle für das regionale und globale Klima. Weltweit gibt es deshalb zahlreiche Messstationen, von denen allerdings nur ein kleiner Teil die marine Grenzschicht (MBL) erfasst, obwohl etwa 70% der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind. Dieses Projekt soll dazu beitragen, das Wissen über Quellen und Austauschprozesse von Aerosolpartikeln in der MBL mithilfe einer Messkampagne über den Azoren im Nordostatlantik, welche nahezu unbeeinflusst von lokalen Quellen sind, zu verbessern.Die zentrale Hypothese ist, dass sowohl Ferntransport aus Nordamerika, als auch Partikelneubildung in der freien Troposphäre (FT) und an Wolkenrändern mit anschließendem Vertikaltransport wesentlich zur Anzahlkonzentration der Aerosolpartikel in der MBL beitragen. Das Verständnis der Partikelquellen und Senken zusammen mit dem vertikalen Partikelaustausch zwischen MBL und FT ist daher eine Grundvoraussetzung für die Vorhersagbarkeit der Partikelanzahlkonzentration in den unteren Schichten der MBL wo sie z.B. für die Wolkenbildung von großer Bedeutung ist. Diese Prozesse sind bisher über dem offenen Ozean nur unzureichend quantifiziert. Zur Verifizierung der Hypothese sollen vertikale Austauschprozesse und Partikelquellen über den Azoren mit hoher räumlicher Auflösung untersucht werden. Dazu werden mit einer am TROPOS entwickelten hubschraubergetragenen Messplattform Partikelanzahlkonzentration und Vertikalwind mit einer zeitlichen Auflösung gemessen, die erstmalig eine direkte Bestimmung des vertikalen turbulenten Partikelflusses in verschiedenen Höhen ermöglicht. Die hierfür notwendigen schnellen Partikelmessungen von mind. 10 Hz werden durch den Einsatz eines schnellen Partikelzählers ermöglicht, welcher am TROPOS im Rahmen eines abgeschlossenen DFG-Projektes entwickelt und erfolgreich eingesetzt wurde. Durch dieses Gerät ist es ebenfalls möglich zu prüfen, ob auch in dieser Region regelmäßig die Neubildung von Aerosolpartikeln an Wolkenrändern stattfindet, wie es an Passatwolken auf Skalen von wenigen Dekametern beobachtet wurde. Weiterhin werden Anzahlgrößenverteilungen von Aerosolpartikeln sowie Absorptionskoeffizienten bei drei Wellenlängen bestimmt. Damit sind Rückschlüsse auf die Herkunft der untersuchten Aerosolpartikel möglich.Da die Hubschrauberflüge zeitlich begrenzt sind und damit nur Momentaufnahmen darstellen, werden zusätzlich kontinuierliche Messungen der Partikelanzahlgrößenverteilung an zwei bodengebundenen Stationen installiert. Eine dieser Stationen ist wenige Meter über Meeresniveau gelegen, die andere auf 2200 m und somit in der FT. Damit wird auf der Basis kontinuierlicher Messungen über einen Zeitraum von einem Monat die Untersuchung der Austauschprozesse zwischen MBL und FT ermöglicht. Mit Hilfe der gewonnen Datensätze können Einflüsse globaler Klimaänderungen auf das lokale Klima und mögliche Rückkopplungseffekte über den Einfluss von Aerosol auf Wolken in dieser Region besser eingeordnet werden.

Aerosolmessungen im Bereich kleiner 0.1 Mikrometer: Konzentrationsverteilung und Radioaktivitaetsanlagerung

Im Anschluss an fruehere Arbeiten sollen die Aerosol-Messungen auf den Groessenbereich unterhalb 0.1 Mikrometer ausgeweitet werden (angestrebte Groesse 0.02 Mikrometer). Dabei sind neben der Bestimmung der Konzentrationsverteilung des natuerlichen Aerosols vor allem auch die Mechanismen der Anlagerung von Radioaktivitaet an das Aerosol dieses Groessenbereichs von Interesse.

Ein verbessertes Verständnis der Phasenzusammensetzung von Mischphasenwolken in hohen Breiten durch den Einsatz einer neuartigen, flugzeuggetragenen Messmethode zur Unterscheidung von Eispartikeln und Flüssigtröpfchen

Die unzureichende Darstellung der Eis- und Flüssigphase in polaren Mischphasenwolken stellt eine der größten Unsicherheiten im Verständnis der beobachteten, starken klimatischen Veränderungen in hohen Breiten dar. Abweichungen in den modellierten und beobachteten Eispartikelkonzentrationen führen zu ungenauen Vorhersagen der makroskopischen Eigenschaften der Wolken und können falsche Berechnung der deponierten solaren Energie zur Folge haben. Um diese Situation zu verbessern und zu verlässlicheren Aussagen über die klimatische Entwicklung in hohen Breiten zu kommen, müssen verstärkt in-situ Messdaten insbesondere der Eisphase erhoben werden. Solche Messungen können aufgrund der geographischen Lage allerdings nur unter erheblichem Aufwand durchgeführt werden und scheitern meist daran, dass herkömmliche Messmethoden den Phasenzustand von kleinen (kleiner als 50 Mikrometer) Wolkenpartikeln nicht verlässlich bestimmen können.Die zuverlässige Bestimmung der Phasenzusammensetzung und insbesondere die Frage nach der Rolle kleiner Eispartikeln in polarer Mischphasenwolken, ist die Motivation des vorliegenden Projektantrags. Es sollen die Existenz und Konzentration kleiner Eispartikel in anstehenden Messkampagnen in der Arktis sowie im Südpolarmeer untersucht werden, wodurch gleichzeitig ein vertiefter Einblick in die mikrophysikalischen und optischen Eigenschaften kleiner Eispartikel gewonnen wird. Um dies zu erreichen, soll die neuartige Flugzeugmesssonde PHIPS (Particle Habit and Polar Scattering) zum Einsatz kommen, die stereomikroskopische Aufnahmen mit Streulichtmessungen an einzelnen Wolkenpartikeln kombiniert. Auf Basis dieser Messdaten soll ein neues Datenprodukt entwickelt werden, das zuverlässig Eispartikel von Flüssigtröpfchen unterscheidet.Die Hauptziele, die in diesem Projekt erreicht werden sollen, sind a) die selektive Detektion von Eispartikel mit Größen unterhalb 50 Mikrometer in polaren Mischphasenwolken, b) die mikrophysikalische Charakterisierung dieser Eispartikel hinsichtlich ihrer Form, Struktur und Oberflächenbeschaffenheit und c) die Quantifizierung der solaren Winkelstreufunktion von Eispartikeln in Mischphasenwolken. Die Analyse der Daten, welche in drei Feldmesskampagnen in der Arktis und im Südpolarmeer sowie in Wolkensimulations- experimenten gewonnen werden, wird einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der klimatischen Veränderungen in den hohen Breiten und deren Modellierung liefern.

Forschergruppe (FOR) 1525: INUIT - Ice Nuclei research UnIT, Chemische und mineralogische Charakterisierung von Eisnuklei und Eisresiduen

Vorkommen, Häufigkeit, chemische Zusammensetzung und Mischungszustand jener Aerosolpartikel in der Erdatmosphäre, an denen sich durch heterogene Nukleation in unterkühlten Wolken Eis bilden kann (Ice Nucleating Particles = INP), werden experimentell untersucht. Diese Informationen sind wichtig für das Verständnis der Niederschlagsbildung, und finden in parametrisierter Form Eingang in meteorologische Modelle zur Vorhersage des Niederschlages. Das Projekt verwendet hierbei im Wesentlichen physikalische Methoden zur Identifikation und Isolation der Partikel aus der Atmosphäre, und nachfolgend elektronenmikroskopische Methoden zur mineralogischen Analyse einzelner Partikel. Die Identifikation jener wenigen Aerosolpartikel (ca. 1 von 10.000 bis 1 von 100.000), die Eisbildungsfähigkeit besitzen, erfolgt, indem eine Aerosolprobe einer Unterkühlung unter 0°C und Wasserdampfübersättigung ausgesetzt wird, und die an INP entstehenden Eiskristalle fotografiert und gezählt werden. Es werden sowohl Aerosolpartikel aus luftgetragenem Aerosol untersucht (aus dem Eiskeimzähler FINCH) wie auch Partikel, die aus einer Luftprobe auf einem Silizium-Probenträger niedergeschlagen und danach als INP identifiziert wurden (Eiskeimzähler FRIDGE). Eine dritte und vierte Methode (Ice-CVI und ISI) isolieren eisbildungsfähige Partikel, indem aus einer angesaugten Probe von Wolkenluft die Eiskristalle strömungstechnisch von den übrigen Luftbestandteilen getrennt werden. Alle Eiskeimproben werden im Rasterelektronenmikroskop auf Größe, Morphologie, Mischungszustand und chemische Zusammensetzung untersucht und die Ergebnisse der verschiedenen Ansätze verglichen. In Feldexperimenten werden Atmosphärenproben verschiedener geographischer Provenienz (Mitteleuropa, Forschungsstation Jungfraujoch, Wüstenstaub, Vulkanstaub) erhalten. In Laborexperimenten wird mit vorher gesammelt und charakterisierten Modellsubstanzen gearbeitet. Weiterhin wird durch tägliche Messungen der Anzahl-Konzentration und Zusammensetzung von Eiskeimen am Taunus Observatorium nahe Frankfurt über einen längeren Zeitraum untersucht, ob es Saisonalitäten, bevorzugte Quellgebiete (z.B. Wüsten, Industrie, etc.) und biologische Einflussfaktoren (z.B. Pollen, Pflanzenabrieb, Bakterien) für das Vorkommen von Eisnuklei gibt.

Mineralisierung und Stabilisierung organischer Bodensubstanz

Projektziel ist die Ermittlung der Umsetzungsdynamik sowie der Mineralisierung- und Stabilisierungsprozesse organischer Bodensubstanz unterschiedlicher Stabilität unter unterschiedlichen landwirtschaftlichen Bearbeitungsmaßnahmen. Trotz unseres bereits umfangreichen Wissensstandes über die Kohlenstoffdynamik im Boden, treten in aktuellen Kohlenstoff-Bilanzierungen immer wieder Unsicherheiten bezüglich der Größe und des Umsatzes von unterschiedlich stabilen Kohlenstoff-Pools im Boden auf. Zur Erstellung und Validierung von Kohlenstoff-Modellen liegen allgemein nur wenige sichere Daten vor. Relativ wenig bekannt sind im Besonderen die Mechanismen und Transferraten von Kohlenstoff-Fraktionen zwischen labilen Pools mit raschem Umsatz und stabileren Pools mit bis zu mehreren Jahrzehnten andauernden Umsätzen. Für die Evaluierung bzw. Verbesserung von bestehenden Kohlenstoffmodellen sind diese Pool-Größen und deren Umsetzungsraten allerdings von entscheidender Bedeutung. Der 14C-Freiland-Langzeitversuch, der bereits 1967 in Fuchsenbigl in Niederöstereich nahe Wien errichtet und seitdem konsequent geführt wurde, bietet die in Österreich einmalige Chance, den Umsatz und die Bilanz des 1967 ausgebrachtem, markiertem Dünger-Kohlenstoff unter unterschiedlichen Fruchtfolgesystemen (Schwarzbrache, Sommerweizen, Fruchtfolge) über eine Periode von 35 Jahren zu untersuchen. Aufgrund dieser ausgesprochen langen Versuchsdauer sollte es möglich sein, tiefergehende Erkenntnisse über die Kohlenstoffdynamik, im Besonderen über Kohlenstoff-Pools mit langsameren Umsetzungsraten, zu gewinnen. Ziel dieses Projektes ist daher, die Größe, Struktur und Umsetzungsdynamik von unterschiedlichen Kohlenstoffpools mittels Partikelgrößen-Fraktionierung an ausgewählten Bodenproben zweier Langzeitversuche mit unterschiedlicher Bewirtschaftung zu ermitteln. Diese Ergebnisse sollen mit chemischen, isotopischen und spektroskopischen Analysen des Gesamtbodens (ohne Fraktionierung) in Einklang gebracht werden. Im besonderen erscheint es wichtig, die Rolle des Bodenhumus im Kohlenstoff-Stabilisierungsprozess besser abschätzen zu können. Abschließend werden die über die ganze Versuchsdauer erhobenen Daten verwendet, um die Kohlenstoff-Bilanzierung der untersuchten Freilandversuche unter unterschiedlichen Bewirtschaftungsmaßnahmen zu erstellen. Schlussendlich sollen diese Daten in die Validierung und Verbesserung bestehender Kohlenstoffmodelle einfließen.

Soil physical data of agricultural soils in Saxony

The continuous agricultural soil monitoring program (BDF) by the Saxon State Office for Environment, Agriculture, and Geology (LfULG) is operational since 1995, collecting and analysing samples periodically from 60 monitoring sites across Saxony, Germany. This dataset contains additional soil physical data for 441 samples collected during a sampling campaign in September 2023. Samples were collected from four sites across Saxony using different sampling devices (split spoon push core, steel syringe, sampling spade, soil rings) to evaluate their suitability for true-to-volume sampling. Total bulk density, fine soil bulk density and the fine soil stock were calculated using both air-dry and oven-dry weights. Particle size distribution was determined by wet sieving and the integral suspension pressure method (ISP+) using the Meter Pario+ system. This dataset is part of a mid-infrared soil spectral library for agricultural soils in Saxony, Germany.

Physicochemical soil property data for archive samples of the Saxon agricultural soil monitoring program

The continuous agricultural soil monitoring program (BDF) by the Saxon State Office for Environment, Agriculture, and Geology (LfULG) is operational since 1995, collecting and analysing samples periodically from 60 monitoring sites across Saxony, Germany. This dataset provides physicochemical soil property data for 920 archive samples available from the Saxon soil information system FIS Boden, including soil organic carbon, total nitrogen, various total and extractable elemental contents, soil pH, cation exchange capacity, and particle size distribution. Additional soil physical data (bulk density, soil water retention) have been merged from undisturbed sample data, resulting in a total of 123 variables, though with varying availability. This dataset provides the majority of reference data for the mid-infrared soil spectral library for agricultural soils in Saxony, Germany.

Hydrochemistry, carbon dynamics, and calculated pCO2 and CO2 fluxes, and soil-derived natural organic matter characteristics from the White Main, a granitic headwater stream in Germany, 2023-2024

This dataset contains hydrochemical and soil data collected along the first 1.3 km downstream of the White Main spring in northern Bavaria, Germany, from March 2023 to November 2024. Stream water samples were analyzed for in situ parameters, including discharge, water temperature [°C], pH [-], redox potential [mV], and electrical conductivity [µS/cm], as well as laboratory-measured parameters, including major ions and trace metals [mmol/l], alkalinity [mmol/l], dissolved inorganic and organic carbon concentrations (DIC, DOC [mmol/l]), and their stable isotope ratios (δ13CDIC/DOC [‰ VPDB]). In addition, calculated partial pressure of CO2 (pCO2 [µatm]) and carbon dioxide fluxes (FCO2 [mmol m⁻² d⁻¹]) are provided for the stream water samples. The dataset also contains laboratory measurements related to soil-derived natural organic matter from acid and base extracts of soil samples, including zeta potential [mV], particle size distribution [%], ultraviolet-visible absorbance (UV-VIS), and fluorescence measurements. UV-VIS absorbance and fluorescence measurements were additionally performed on stream water samples. The datasets were collected to characterize hydrochemistry, carbon concentrations, carbon dioxide dynamics, and soil-derived organic matter properties in a granitic headwater stream and to provide a basis for reuse in studies of headwater biogeochemistry, carbon cycling, and soil-water interactions.

Sediment characteristics in the muddy region in southeast of the island of Helgoland (North Sea)

Sediment were sampled on expedition HE625 of the R/V Heincke in July 2023 at 50 stations spread evenly over the muddy sediment region in southeast of the island of Helgoland (southeastern North Sea). At each station, two replicate samples were taken with a van Veen grab with a sampling area of 0.1 m² and a penetration depth of 10 cm. A subsample of the upper 6 cm of sediment was taken using a coring tube from the second grab with a diameter of 4.5 cm. The grain-size distribution was determined based on laser-diffraction granulometry using a CILAS 1180L particle size analyzer. Another sub-sample of 40 g of sediment were dried, weighed, and incinerated at 500 °C for five hours to estimate the organic content (%) as weight loss on combustion. Sediment variables included organic carbon content (OC), sediment composition (percentages of sand, silt, and clay), grain size (d10, d50, d90), and statistical measures of sediment grain size distribution (skewness, sorting, kurtosis).

Untersuchungen zur Abscheidung teilchenfoermiger luftfremder Stoffe an Pflanzen. Ein Beitrag zur Abscheidung von Teilchen an Nadeln und Blaettern (Waldschaeden)

Ziele: Bestimmung der die Abscheidung von Teilchen an Nadeln und Blaettern bestimmenden Groessen. Angaben eines Abscheidungsgrades Motive: Umweltschutz

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