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Forschungsprogramm Experimenteller Wohnungs- und Städtebau (ExWoSt), Modellprojekt Stadt Regensburg

Ausgangslage/Betroffenheit: Die Stadt Regensburg hat etwa 134.000 Einwohner (Erstwohnsitze) und ist damit die viertgrößte Stadt Bayerns. Unter den Modellvorhaben weist Regensburg das stärkste Bevölkerungswachstum auf - sowohl in der zurückliegenden Einwohnerentwicklung als auch in den Prognosen bis 2025, nach denen ein Anstieg der Bevölkerung um 5,4Prozent erwartet wird. Regensburg liegt am nördlichsten Punkt der Donau und den Mündungen der linken Nebenflüsse Naab und Regen. Es wird von den Winzerer Höhen, den Ausläufern des Bayrischen Waldes und dem Ziegetsberg umrandet, wodurch die Entstehung von Inversionswetterlagen begünstigt wird. Durch die topographische Pfortenlage weist die Stadt zudem eine hohe Nebelhäufigkeit auf und ist insbesondere in den Wintermonaten anfällig für Feinstaubbelastungen. Im Gegensatz zu vielen anderen Städten hat Regensburg einen relativ kompakt gegliederten Stadtkörper und eine insgesamt homogene Siedlungsstruktur. Prägend ist die historische Altstadt mit ca. 1.000 denkmalgeschützten Gebäuden. Diese gilt als einzige authentisch erhaltene, mittelalterliche Großstadt Deutschlands und ist seit 2006 Welterbe der UNESCO (Organisation der Vereinten Nationen für Erziehung, Wissenschaft und Kultur). Die Regensburger Altstadt wird als 'Steinerne Stadt' charakterisiert. Ihre historisch gewachsene dichte Baustruktur mit steinernen Plätzen und Gassen, wenig Bäumen im öffentlichen Raum und einer hohen Nutzungsdichte (Wohnen, Einkaufen, Arbeiten, Tourismus) erwärmt sich insbesondere im Sommer stärker als das Umland und wirkt als Hitzespeicher. So können die Temperaturunterschiede im Stadtgebiet bis zu 6 GradC betragen. Das Phänomen der Wärmeinsel, das sich im Zuge des fortschreitenden Klimawandels deutlicher ausprägt, impliziert einen sinkenden thermischen Komfort, löst zusätzliche Energiebedarfe aus und stellt u.U. veränderte Ansprüche an die Gestaltung von Freiflächen. Aufgrund der Lage an der Donau muss sich Regensburg ferner auf häufigere Schwüle und Gefährdung durch Hochwasser einstellen. Aus der Notwendigkeit zur Anpassung an den Klimawandel erwächst in Verbindung mit anderen Zielbildern einer nachhaltigen Siedlungsentwicklung ein umfassender planerischer Handlungsbedarf. Im Rahmen des Modellprojekts thematisiert die Stadt Regensburg den Widerspruch zwischen einer Stadtentwicklungs- und Bauleitplanung, die auf Flächensparsamkeit und Innenentwicklung ausgerichtet ist, und erforderlichen Anpassungsstrategien an den Klimawandel, die bei der besonderen städtebaulichen Kompaktheit der Stadt Regensburg tendenziell eine Auflockerung von Baustrukturen und Flächenentsiegelung beinhalten. Im Sinne einer klimaangepassten Stadtentwicklung galt es: - auf strategischer Ebene die Weichen für eine klimaangepasste Flächennutzung für die zukünftige Stadtentwicklung zu stellen - auf operativer Ebene Maßnahmen für restriktive bis persistente Stadt- und Freiraumstrukturen zu entwickeln.

Zeitliche und räumliche Dynamik der Mutationslast des Antarktischen Prädatoren Arctocephalus gazella

Die Resilienz natürlicher Populationen gegen Umweltveränderungen wird von der Menge schädlicher Mutationen in der Population, d.h. ihrer Mutationslast bestimmt. Deren Fitnesseffekt hängt vom Selektionsdruck und der Populationsgröße ab, welche beide in Raum und Zeit veränderlich sind. Auswirkungen dieser Dynamik auf die Mutationslast sind wenig erforscht, was unser Verständnis der Gefährdung von Arten durch Umweltveränderungen behindert. Drastische Reduzierungen der Populationsgröße führen zu Inzucht, was die Mutationslast stärker exponiert und selektiv wirksam macht. Dies verursacht eine Fitness-Reduktion betroffener Individuen, ermöglicht aber auch eine Entfernung schädlicher Mutationen durch Purging, was die Mutationslast langfristig verringern kann. Folglich hat Übernutzung in der Vergangenheit die Mutationslast vieler Arten beeinflusst, vor allem in der Antarktis, wo Robben- und Walfang große ökologische Auswirkungen hatten. In meinem Projekt plane ich durch Genomsequenzierung räumliche und zeitliche Dynamiken der Mutationslast in Antarktischen Pelzrobben zu erforschen. Dabei verfolge ich drei komplementäre Ziele. Erstens werde ich räumliche Dynamiken der Mutationslast durch den Vergleich von sechs Populationen mit unterschiedlicher effektiver Populationsgröße und Geschichte untersuchen. Erkenntnisse zur Mutationslast dieser Populationen liefern Aufschluss über deren Gefährdung durch Umweltveränderungen. Zweitens werde ich Langzeit-Dynamiken der Mutationslast durch eine Quantifizierung von Purging zu verschiedenen Zeitpunkten der Populationsgeschichte analysieren. Ein Vergleich von Regionen innerhalb des Genoms welche vor, während und nach dem durch Robbenjagd verursachten Flaschenhals von Inzucht betroffen waren, wird über das genetische Erbe dieses Eingriffes aufklären. Schließlich werde ich kurzfristige Dynamiken der Mutationslast untersuchen, indem ich den Umwelteinfluss auf die Mutationslast einer rückläufigen Population in Südgeorgien analysieren werde. Dort hat sich der Selektionsdruck auf die Robben durch den von Erwärmung getriebenen Rückgang des Antarktischen Krills erhöht. Eine einzigartige, vier Jahrzehnte umfassende Langzeitstudie erlaubt hier die Erforschung des Zusammenhangs der Mutationslast und dem Fitnessmerkmal „Rekrutierungs-Erfolg“. Dies kann zeigen, ob aktuelle Umweltveränderungen die Mutationslast durch Purging verringern, was für die Beständigkeit der Populationen relevant ist. Mein Projekt kombiniert hochauflösende genomische Verfahren mit einem herausragenden Untersuchungssystem und verspricht neue Erkenntnisse zur Beständigkeit eines antarktischen Prädatoren. Diese sind essentiell für das Verständnis der Resilienz des Ökosystems des Südpolarmeeres. Durch die Einführung moderner genomischer Methoden in ein polares Modellsystem werde ich zum SPP beitragen können, zudem werde ich mich durch Kollaborationen und das Ausrichten eines Workshops zu reproduzierbarem coding in die breitere SPP-Gemeinschaft integrieren.

Entwicklung witterungsbestaendiger Dekorpapiere fuer Holzwerkstoffe

Ziel des Projektes ist die Entwicklung dekorativer Beschichtungsfilme fuer Holzwerkstoffe, die durch eingefuehrte Pressverfahren appliziert werden koennen und zu witterungsbestaendigen, in ihrer Optik frei gestaltbaren Oberflaechen fuehren. Zu diesem Zweck sollen mit duroplastischen Harzen getraenkte Dekorpapiere zusaetzlich mit einem witterungsbestaendigen Klarlacksystem versehen werden, um als Vorprodukt fuer die witterungsbestaendige Pressbeschichtung von Holzwerkstoffen zur Verfuegung stehen.

Modellierung der Freisetzung, Dispersion und des Verbleibs von nanopartikulärem Titandioxid aus Sonnenschutzmitteln in Badeseen

Titandioxid-Nanopartikel (n-TiO2) stellen aufgrund ihrer Persistenz und vermehrten Freisetzung aus Sonnenschutzmitteln ein zunehmendes Risiko für aquatische Ökosysteme dar. Ihre Auswirkungen sind jedoch nach wie vor schwer abzuschätzen, da einerseits erst kürzlich Analysemethoden zur Bestimmung ihrer Konzentration in Umweltmedien entwickelt wurden. Andererseits ist ihr Verbleib in aquatischen Systemen nur unzureichend erforscht. Insbesondere die Verteilung zwischen der Wasseroberfläche (SML), Wassersäule, Sedimenten, Pflanzen und Plankton hängt von Prozessen ab, die einzeln in Laborexperimenten untersucht, aber selten unter Umweltbedingungen bewertet wurden. Darüber hinaus wurde die Rolle des Windes bei der Dispersion von Nanopartikeln in der SML bisher nicht untersucht, obwohl Winddrift wahrscheinlich wesentlich zur räumlichen Dispersion von hydrophobem n-TiO2 beiträgt. In diesem Projekt untersuchen wir die Verteilung von n-TiO2 in einem typischen Badesee mittels Feldmessungen, Laborexperimenten und eines reaktiven Transportmodells. Wir werden den Eintrag von Sonnenschutzmitteln anhand von Umfragen und Proben unter den Badegästen quantifizieren und die Abwaschrate von Sonnenschutzmitteln von der Haut unter Feldbedingungen bestimmen. Die Menge an n-TiO2 in der Wasserphase, an der Wasseroberfläche (hydrophobe Filme) und in aquatischen Organismen wird mit einer neu entwickelten Methode bestimmt, die auf Spurenelementen beruht, um den natürlichen TiO2-Hintergrund zu korrigieren. Es wird eine Probenahmekampagne mit hoher Messfrequenz durchgeführt, um empirische Daten über die Ausbreitungsrate aufgrund von Konvektion und Winddrift zu erhalten. Die Akkumulation von anthropogenen n-TiO2 im Sediment wird ebenfalls durch Messungen der Konzentration vor und nach der Badesaison bestimmt. Die gewonnenen Daten werden für die Entwicklung, Prüfung und Optimierung von Verteilungsmodellen verwendet, die die räumliche Ausbreitung zusammen mit den Eigenschaften der Nanopartikeln und der Wasserchemie berücksichtigen. Zur Bestimmung der für das Modell erforderlichen Parameter werden Laborexperimente durchgeführt. Die Haftungseffizienz wird mit n-TiO2 bestimmt, dass aus Sonnenschutzmitteln extrahiert und auf natürliche Weise in Seewasser aufgebracht wurde. Surrogate für natürliche Kolloide werden auf der Grundlage einer detaillierten Untersuchung im Untersuchungssee ausgewählt und als Heteroaggregationspartner in den Laborexperimenten verwendet. Um den Einfluss des Windes auf die SML zu parametrisieren, werden Mesokosmen-Experimente durchgeführt, um die Stabilität von Sonnencreme-SML unter kontrollierten aero- und hydrodynamischen Bedingungen zu quantifizieren. Die Ergebnisse werden es erstmalig ermöglichen, die wichtigsten Prozesse zu bestimmen, die für den Verbleib von n-TiO2 aus Sonnenschutzmitteln in Badegewässern relevant sind, und die zukünftige ökologische Risikobewertung anorganischer UV-Filter in Sonnenschutzmitteln ermöglichen.

Strategische Wissenschaftskommunikation zu Risiken von Ewigkeitschemikalien - Analyse von Organisationen, Arenen und Rezeption, Teilvorhaben ISOE

Strategische Wissenschaftskommunikation zu Risiken von Ewigkeitschemikalien - Analyse von Organisationen, Arenen und Rezeption, Teilvorhaben Universität Hamburg

Mikroplastik als Indikator zur Beurteilung der Interaktion OW-GW

Beurteilung und Bewertung der Interaktion von Oberflächenwasser (OW) und Grundwasser (GW) an Bundeswasserstraßen Mikroplastik soll als Indikator zur Beurteilung der Interaktion OW-GW untersucht und bewertet werden. Im Rahmen des Kooperationsvorhabens mit der Universität Potsdam und der BfG sind sowohl abklärende Laborversuche als auch Feldversuche vorgesehen. Aufgabenstellung und Ziel Kunststoffe haben heute vielfältige Einsatzbereiche in unserer Lebensumwelt und sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Mikroplastikpartikel (MPP) stellen einen neuartigen Umweltschadstoff dar, der ubiquitär in allen Umweltbereichen vorkommt. Bisher ist nur sehr wenig über das Umweltverhalten von MPP bekannt, das gesellschaftliche, wissenschaftliche und politische Interesse nimmt jedoch stetig zu. Die hohe Persistenz in der Umwelt stellt zwar eine große Herausforderung für die Reduktion dar, bietet aber gleichzeitig die Möglichkeit, MPP als künstlichen ubiquitären Tracer einzusetzen. Die Wechselwirkung zwischen Oberflächenwasser (OW) und Grundwasser (GW) wird neben den räumlich und zeitlich variablen hydrologischen Randbedingungen maßgeblich durch die geomorphologischen, geologischen und hydrogeologischen Eigenschaften der Gewässersohle bestimmt. Insbesondere die Verringerung der Durchlässigkeit in der Gewässersohle durch Kolmationsprozesse (z. B. Infiltration von Feinmaterial) gilt hierbei als Schlüsselgröße. Ein eindeutiger Nachweis einer dauerhaften Sohlenverdichtung an Bundeswasserstraßen konnte bisher jedoch nicht erbracht werden. Die besonderen Randbedingungen an Bundeswasserstraßen (u. a. Umlagerungs- und Durchmischungsvorgänge) können mit den geohydraulischen Standarduntersuchungsmethoden nicht ausreichend erfasst werden. Die an der BAW weiterentwickelte Gefrierkernmethodik ermöglicht eine räumlich hoch aufgelöste geohydraulische Charakterisierung (Strasser et al. 2015). Durch die ergänzende Messung der MPP-Verteilung im Sediment ist es möglich, Rückschlüsse auf die komplexen hydromorphologischen Prozesse im Gewässerbett während der letzten Jahrzehnte zu ziehen und in die geohydraulische Bewertung einzubeziehen. Ziel des FuE-Vorhabens ist es, aus der MPP-Tiefenverteilung Rückschlüsse auf die Austauschprozesse und die Hydrodynamik in der Gewässersohle von Bundeswasserstraßen zu ziehen und zukünftig die vorhabensbedingten Auswirkungen von wasserbaulichen Unterhaltungs-, Ausbau- und Renaturierungsmaßnahmen besser bewerten und prognostizieren zu können. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die OW-GW-Interaktion an Bundeswasserstraßen kann durch Unterhaltungs-, Ausbau- und Renaturierungsmaßnahmen erheblich verändert werden. Die Auswirkungen der wasserbaulichen Maßnahmen auf die Gewässersohle und die Grundwasserverhältnisse können mit den vorhandenen Standardverfahren nicht hinreichend genau erfasst werden. Im Rahmen des FuE-Vorhabens soll ein vergleichsweise einfaches und kostengünstiges Prognose- und Bewertungsinstrument zur Erfassung der geohydraulischen Ausgangsbedingungen an der Gewässersohle entwickelt werden. Damit sollen die Einflüsse von wasserbaulichen Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen auf den Wasser- und Stoffaustausch über die Gewässersohle und das Ufer besser untersucht und bewertet werden können. Dadurch können Konfliktpotenziale und wasserwirtschaftliche Anforderungen besser erkannt und ggf. reduziert werden. Darüber hinaus kann die Planungssicherheit von WSV-Projekten verbessert werden, was mit relevanten Zeit- und Kostenvorteilen verbunden ist.

Ausbreitungsverhalten synthetischer organischer Umweltchemikalien (Xenobiotika)

Die Dispersionstendenz und Persistenz von Umweltchemikalien werden einschliesslich der Umwandlungsprodukte und unter Einbeziehung von Abfallbeseitigungsverfahren bestimmt. Ziel ist es, eine bessere Abschaetzung und Voraussage des ueberregionalen Umweltrisikos zu ermoeglichen.

Mechanismus der biologischen Persistenz von Umweltchemikalien: halogenierte und sulfonierte Kohlenwasserstoffe

Totalabbau von halogenierten Kohlenwasserstoffen (GSF-Programm 77 991)

Pruefung und Anwendung der an Modellverbindungen des Abbauweges der Ortho-Spaltung aufgestellten Struktur-Persistenz-Korrelation chlorierter Kohlenwasserstoffe (GSF-Projekt 3740) bei fluorierten Kohlenwasserstoffen sowie bei halogenierten Kohlenwasserstoffen in Gegenwart zusaetzlicher Nichthalogensubstituenten. Erarbeitung von Grundlagen zur Zuechtung und Konstruktion neuer Bakterienstaemme fuer den Totalabbau von halogenierten aromatischen Kohlenwasserstoffen.

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