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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 – Y1-Y3 carbon chemistry

This dataset comprises 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 April 2024. Stream water samples were analyzed for in-situ parameters (discharge, water temperature [°C], pH [-], redox potential [mV], electrical conductivity [µS/cm], Table Y1), and laboratory-measured parameters, including major ions and trace metals [mmol/L] (Table Y3), alkalinity [mmol/L], , dissolved inorganic and organic carbon (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/m2 d]), are provided for the stream water samples (Table Y2). The dataset also contains laboratory measurements related to soil-derived natural organic matter from acid and base soil extracts, including zeta potential ([mV], Table X1), particle size distribution ([%], Table X2), ultraviolet-visible absorbance (UV-VIS, Table X3), and fluorescence measurements (Table X4). UV-VIS (Table X5) and fluorescence measurements (Table X6) were additionally done for 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.

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 – Y1-Y3 ions and metals

This dataset comprises 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 April 2024. Stream water samples were analyzed for in-situ parameters (discharge, water temperature [°C], pH [-], redox potential [mV], electrical conductivity [µS/cm], Table Y1), and laboratory-measured parameters, including major ions and trace metals [mmol/L] (Table Y3), alkalinity [mmol/L], , dissolved inorganic and organic carbon (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/m2 d]), are provided for the stream water samples (Table Y2). The dataset also contains laboratory measurements related to soil-derived natural organic matter from acid and base soil extracts, including zeta potential ([mV], Table X1), particle size distribution ([%], Table X2), ultraviolet-visible absorbance (UV-VIS, Table X3), and fluorescence measurements (Table X4). UV-VIS (Table X5) and fluorescence measurements (Table X6) were additionally done for 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.

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 – X1-X6 Fluo water samples

This dataset comprises 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 April 2024. Stream water samples were analyzed for in-situ parameters (discharge, water temperature [°C], pH [-], redox potential [mV], electrical conductivity [µS/cm], Table Y1), and laboratory-measured parameters, including major ions and trace metals [mmol/L] (Table Y3), alkalinity [mmol/L], , dissolved inorganic and organic carbon (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/m2 d]), are provided for the stream water samples (Table Y2). The dataset also contains laboratory measurements related to soil-derived natural organic matter from acid and base soil extracts, including zeta potential ([mV], Table X1), particle size distribution ([%], Table X2), ultraviolet-visible absorbance (UV-VIS, Table X3), and fluorescence measurements (Table X4). UV-VIS (Table X5) and fluorescence measurements (Table X6) were additionally done for 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.

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 – X1-X6 UV-VIS water samples

This dataset comprises 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 April 2024. Stream water samples were analyzed for in-situ parameters (discharge, water temperature [°C], pH [-], redox potential [mV], electrical conductivity [µS/cm], Table Y1), and laboratory-measured parameters, including major ions and trace metals [mmol/L] (Table Y3), alkalinity [mmol/L], , dissolved inorganic and organic carbon (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/m2 d]), are provided for the stream water samples (Table Y2). The dataset also contains laboratory measurements related to soil-derived natural organic matter from acid and base soil extracts, including zeta potential ([mV], Table X1), particle size distribution ([%], Table X2), ultraviolet-visible absorbance (UV-VIS, Table X3), and fluorescence measurements (Table X4). UV-VIS (Table X5) and fluorescence measurements (Table X6) were additionally done for 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.

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 – Y1-Y3 field parameters

This dataset comprises 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 April 2024. Stream water samples were analyzed for in-situ parameters (discharge, water temperature [°C], pH [-], redox potential [mV], electrical conductivity [µS/cm], Table Y1), and laboratory-measured parameters, including major ions and trace metals [mmol/L] (Table Y3), alkalinity [mmol/L], , dissolved inorganic and organic carbon (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/m2 d]), are provided for the stream water samples (Table Y2). The dataset also contains laboratory measurements related to soil-derived natural organic matter from acid and base soil extracts, including zeta potential ([mV], Table X1), particle size distribution ([%], Table X2), ultraviolet-visible absorbance (UV-VIS, Table X3), and fluorescence measurements (Table X4). UV-VIS (Table X5) and fluorescence measurements (Table X6) were additionally done for 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.

Entwicklung von tropischer hochreichender Konvektion abgeleitet aus bodengebundenen abbildenden Spektroradiometermessungen

Im Rahmen des Projekts soll aus bodengebundenen Wolkenseitenmessungen der reflektierten Strahlung mittels eines abbildenden Spektrometersystems von tropischer hochreichender Konvektion auf das Vertikalprofil der mikrophysikalischen Eigenschaften der Wolke geschlossen werden. Damit soll die vertikale Entwicklung von hochreichender Konvektion, die eine wesentliche klimarelevante Rolle spielt, unter Berücksichtigung des Einflusses von Aerosolpartikeln und von thermodynamischen Bedingungen auf das Tropfenwachstum charakterisiert werden. Die geplanten Messungen sollen auf einem 320 m hohen Messturm (ATTO: Amazonian Tall Tower Observatory), der kürzlich im brasilianischen Regenwald errichtet wurde, stattfinden. ATTO ist mit Messgeräten ausgestattet, die meteorologische, chemische und Aerosolparameter liefern. Die Messregion bietet ideale Beobachtungsbedingungen mit klar definierten Jahreszeiten (Regen- und Trockenzeit), täglicher Konvektion und variablen Aerosolbedingungen. Aus den Messungen eines neuen abbildenden Spektrometersystems, SPIRAS (SPectral Imaging Radiation System) sollen Vertikalprofile der thermodynamischen Phase und der Partikelgröße mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung und mit Hilfe von adaptierten Verfahren unter Verwendung von dreidimensionalen Strahlungstransportsimulationen abgeleitet werden. Damit sollen vertikale Bereiche, die das Tropfenwachstum beschreiben (Diffusion, Koaleszenz, Mischphasenbereich und Vereisung), identifiziert werden. Zusätzliche Messungen einer Infrarotkamera und eines scannenden Depolarisations-Lidars werden für die Höhen- und Temperaturbestimmung der beobachteten Wolkenelemente herangezogen. Zusätzlich werden die Polarisationsmessungen des Lidars zur Bestimmung der thermodynamischen Phase verwendet, um den wichtigen Phasenübergang zu identifizieren. Mit Hilfe der gewonnenen Daten werden außerdem Annahmen (Effektivradius als konservative Wolkeneigenschaft) wie sie von Ableitungsverfahren zur Bestimmung von mikrophysikalischen Wolkenprofilen aus Satellitenmessungen gemacht werden, überprüft.

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.

Teilchenbasierte Simulation der Staubemission

Ziel dieses Projektes ist es, ein teilchenbasiertes numerisches Modell für die Simulation der Staubemission im Rahmen des äolischen Sandtransports zu entwickeln. Die Quantifizierung dieser Emission ist für die zuverlässige Repräsentation des Staubzykluses in Klimamodellen wesentlich, da die Aufnahme von Staubpartikeln in die Atmosphäre hauptsächlich durch den Beschuss des Sedimentbettes mit Sandpartikeln verursacht wird. Um den vertikalen Fluss emittierter Staubteilchen als Funktion der Boden- und Windbedingungen vorherzusagen, wurden verschiedene empirische Staubparametrisierungsschemata erarbeitet. Die Physik interpartikulärer Wechselwirkungen ist jedoch durch weitgehend unverstandene stochastische Kräfte gekennzeichnet, was die Entwicklung eines zuverlässigen theoretischen Staubemissionsmodells erschwert. Deshalb soll im vorliegenden Projekt ein numerisches Simulationswerkzeug, welches numerische Strömungsmechanik mit einem auf der Diskrete-Elemente-Methode basierenden Modell für granulare Dynamik koppelt, entwickelt werden, um die Trajektorien äolischer Sand- sowie emittierter Staubpartikel zu berechnen. Dabei werden die Trajektorien aller Teilchen in Luft und im Sedimentbett aus der Wirkung der Schwerkraft sowie interpartikulärer bzw. Teilchen-Wind-Wechselwirkungen berechnet, sodass auf die Annahme einer Splash-Funktion verzichtet wird. Zunächst soll ein physikalisches Modell für die interpartikulären Wechselwirkungen --- welche sowohl Kontakt- als auch van-der-Waals-Kräfte einbeziehen --- unter Berücksichtigung deren stochastischer Natur entwickelt werden. Um die Parameter dieses Modells zu bestimmen, werden Windkanalmessungen von Staubemissionsraten aus einem Sedimentbett unter gegebenen Partikelgrößenverteilungen und Windgeschwindigkeiten mit Vorhersagen der Simulationen verglichen. Daraufhin soll die Staubemission unter verschiedenen Verfügbarkeitsbedingungen mobilisierbarer Sedimente untersucht werden. Dies ist wichtig, um ein Parametrisierungsschema für die Staubemission aus schwer erodierbaren Böden (z.B. Böden mit biogener Kruste) aufstellen zu können.

Aerosolpartikel in der Outflow-Region des Asiatischen Monsuns: Zusammensetzung und Bildungsprozesse

Der asiatische Monsun spielt eine wichtige Rolle beim Verständnis der chemischen und klimarelevanten Prozesse in der globalen Atmosphäre, nicht zuletzt wegen seines Einflusses auf die Aerosol- und Wolkeneigenschaften in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre. Bereits seit einigen Jahren wird die sogenannte Asian Tropopause Aerosol Layer (ATAL) mit Fernerkundungsmethoden und Ballon-basierten Messungen untersucht. Es existieren allerdings nur wenige in-situ Beobachtungen innerhalb der ATAL, beziehungsweise in der Ausströmregion (Outflow) des asiatischen Monsuns in Richtung mittlere Breiten, die Informationen über die chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel geben. Es wird davon ausgegangen, dass die Luftmassen im Outflow des asiatischen Monsuns Aerosolpartikel enthalten, die aufgrund von photochemischer Prozessierung und sekundärer Bildung während des Transports veränderte Eigenschaften aufweisen. Diese Prozesse haben einen Einfluss auf die Fähigkeit der Partikel zur Eisnukleation und damit wiederum auf den indirekten Klimaeffekt dieser Partikel. Dieser Antrag zielt daher auf die in-situ Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel im submikrometer Bereich ab. Wir schlagen vor, das Hybrid-Aerosolmassenspektrometer ERICA (ERC instrument for the chemical composition of aerosols) im Rahmen der PHILEAS Kampagne auf dem Forschungsflugzeug HALO einzusetzen. Das ERICA kombiniert zwei Typen von Aerosolmassenspektrometrie-Methoden und ermöglicht es somit, zeitgleich Einzelpartikel- und Ensemblemessungen zur chemischen Zusammensetzung durchzuführen. Zusätzlich wird die Messkapazität zum einen durch den Einbau eines Impaktors erweitert, welcher eine spätere offline-Analyse der Partikel mittels Röntgenstrahlung und Elektronenmikroskopie ermöglicht. Zum anderen wird ein neuer Messmodus zur quantitativen chemischen Analyse von Einzelpartikeln in das ERICA integriert. Dieser Datensatz, zusammen mit Spurengasmessungen und der lagrangeschen Modellierung der Luftmassenherkunft, wird somit die Untersuchung von Quellen, Bildungsprozessen sowie der photochemische Entwicklung der Aerosolpartikel während des Transports ermöglichen.

Isolierung stabiler Fraktionen der organischen Bodensubstanzen und Charakterisierung ihrer Bindung an Mineraloberflächen

Mit den Verfahren der analytischen Pyrolyse (Pyrolyse-Gaschromatographie / Massenspektrometrie und Pyrolyse-Feldionisation Massenspektrometrie) sind bisher qualitative Aussagen über molekulare Bausteine der gebundenen organischen Bodensubstanzen (OBS) und relative quantitative Vergleiche ihrer Anteile und thermischen Stabilität in Proben mit ähnlicher Herkunft möglich. Ein Ziel des Projektes ist es, die Verfahren im Hinblick auf ihre quantitative Aussagefähigkeit weiterzuentwickeln. Dazu wird für einzelne wichtige Verbindungsklassen wie Lipide, N-Verbindungen, Kohlenhydrate und Ligninbausteine geprüft, inwiefern durch interne Eichung und Korrelation mit den Ergebnissen komplementärer naßchemische und spektroskopische Untersuchungen verbesserte quantitative Aussagen über die molekulare Zusammensetzung gewonnen werden können. Die Untersuchungen werden an GesamtBodenproben und den mineralisch gebundenen Anteilen der OBS (Partikelgrößenfraktionen) aus den Extremvarianten der Feldversuche in Halle und Bad Lauchstädt durchgeführt, um neue Erkenntnisse über die Ursachen für die Stabilisierung von Fraktionen der OBS zu erarbeiten. Die verbesserten Verfahren werden den anderen AGs im Schwerpunkt kooperativ verfügbar gemacht.

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