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

Desinfektion von Ausläufen zur Infektions- und Parasitenkontrolle in der Ökologischen Schweinehaltung

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Verständnis von Wolken und Niederschlag auf der Meter-Skala mit HALO und ICON – Luftmassentransformation in der Arktik

Die Entwicklung arktischer Luftmassen ist wichtig für die Entstehung und Beständigkeit von Wolken und Niederschlag. Zwei Phänomene – warme und feuchte Einflüsse aus dem Süden sowie kalte und trockene Strömungen aus dem Norden – verursachen besonders starke und schnelle Änderungen in den Luftmassen. Während dieser Ereignisse ändern sich die Zustände z.B. der Wolken, der Stabilität und des Feuchtebudgets sowohl räumlich als auch zeitlich. Aufgrund dieser schnellen Änderungen sowie den generellen arktischen Bedingungen mit niedrigen und oft starken Inversionen, ist es schwierig die Prozesse mit globalen Modellen mit einer groben Auflösung sinnvoll wiederzugeben. Um die entscheidenden Prozesse sowohl besser zu erfassen als auch zu parameterisieren, wird in diesem Projekt eine Kombination aus detaillierten Beobachtungen mit dem HALO Flugzeug und hoch-aufgelösten Simulationen mit dem ICON-LEM verwendet. Durch die lange Reichweite des HALO Flugzeuges wird es möglich sein dasselbe Ereignis mehrmals zu messen und dadurch einen breiten Einblick in die Struktur der Luftmasse zu bekommen. Darüber hinaus wird es durch die Lagrangsche, d.h. mit der Strömung mitbewegte, Flugstrategie möglich sein, die zeitliche Entwicklung der Luftmassen während der Ereignisse zu erfassen. Durch lokale Verfeinerungen um den tatsächlichen Flug herum wird die Auflösung des ICON-LEM Setups zwischen 1 km und 100 m variieren. Mit dieser einzigartige Kombination von Flugzeugbeobachtungen und hochauflösender Modellierung wird es möglich sein, das Feuchtebudget während der beobachteten warmen und kalten Einströmungen abzuschätzen. Anhang dieser Abschätzung können anschließend offene Fragen wie die Effizienz des Niederschlages sowie deren Einfluss auf die Beständigkeit der arktischen Mischphasenwolken untersucht werden. Während die Lagrangsche Flugstrategie es ermöglicht neue und einzigartige Forschungsfragen zu untersuchen, stellt sie die Flugplanung vor eine große Herausforderung, da eine gute Abschätzung der Luftströmungen unerlässlich sein wird. Teil dieses Projekts ist es deshalb auch die Flugplanung durch hochaufgelöste Vorhersagen und die Verfolgung bestimmter Luftmassen zu unterstützen. Insbesondere die Berechnung mehrerer Trajektorien wird es ermöglichen die verbleibenden Unsicherheiten abzuschätzen und sinnvolle Flugmuster vorzuschlagen. Die vorgeschlagene Kombination von Flugzeugbeobachtungen und hochauflösender Modellierung wird zu einem besseren Verständnis der Änderungen im Feuchtebudget und der Erhaltung von Mischphasenwolken während der feuchten sowie kalten Luftströmungen in der Arktis führen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Merkmale von Samen und Keimlingen und ihre Beziehung zur Diversität und Artenzusammensetzung von Grasländern mit unterschiedlicher Landnutzungsintensität

Die Etablierung aus Samen ist ein wichtiger demographischer Prozess für die Lebensgeschichte von Pflanzen, der die Persistenz und Stabilität von Populationen und die Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften beeinflusst. In den letzten Jahren werden zunehmend Methoden basierend auf funktionellen Merkmalen verwendet, um zu einem mechanistischen Verständnis von Prozessen des 'community assembly' und ihrer Beziehung zu Ökosystemfunktionen zu gelangen. In den meisten Fällen basieren diese Analysen auf Merkmalen, die an adulten Pflanzen gemessen wurden, während funktionelle Merkmale von Samen und Keimlingen wenig Beachtung finden. Dieses Projekt hat daher das Vorhaben, die Merkmale von Samen und Keimlingen für eine Vielzahl von Pflanzenarten der Grasländer der Exploratorien charakterisieren. Die folgenden Ziele werden verfolgt: (1) Für die Pflanzenarten, die in den 150 experimentellen Grasland-Plots der Exploratorien vorkommen, werden morphologische und chemische Merkmale der Samen analysiert, und Merkmale der Keimung und Keimlinge werden in einem 'common garden experiment' unter standardisierten Bedingungen gemessen. (2) Die Auswirkungen von Umweltfaktoren, welche mit der Nutzungsintensität variieren, d.h. Vorkommen einer Streuauflage und Düngung, auf die Keimung und Keimlingsmerkmale werden in einem weiteren 'common garden experiment' mit einer Manipulation dieser Faktoren gemessen. Hier werden die Arten verwendet, die auch im Einsaatexperiment des neuen Grasland-Landnutzungs-Experiment ausgesät werden. (3) Die kurzfristigen Effekte der experimentellen Reduktion der Landnutzungsintensität auf die Diversität und Dichte der Diasporenbank im Oberboden werden für die Standorte des neuen Grasland-Landnutzungs-Experiment quantifiziert, um damit eine Variable des 'demographischen Speichers' beizutragen, welche ein wichtiger Aspekt ist, um Veränderungen in der Diversität und Artenzusammensetzung der Grasländer bei Landnutzungsänderung zu verstehen. (4) Schließlich werden die funktionellen Merkmale der Samen und Keimlinge in Kombination mit anderen Daten aus den Exploratorien genutzt, um zu überprüfen, in welchem Bezug das Vorkommen und die Abundanz von Pflanzenarten in Grasländer unterschiedlicher Landnutzungsintensität zu den Merkmalen der Samen und Keimlinge steht, um zu testen, welche Rolle die funktionellen Merkmale der Samen und Keimlinge bei einer Reduktion der Landnutzungsintensität und zusätzlicher Einsaat spielen, und welche Zusammenhänge zwischen der Diversität der funktionellen Merkmale der Samen und Keimlinge und der Merkmals-Diversität adulter Pflanzen besteht. Damit wird das Projekt dazu beitragen, merkmalsbasierte ökologische Untersuchungen um eine demographische Perspektive zu erweitern, indem funktionelle Merkmale von Lebensstadien berücksichtigt werden, die besonders empfindlich sind und daher wichtig sein können, um Prozesse in der Veränderung von Pflanzengemeinschaften und den Erhalt der Diversität von Grasländern zu verstehen.

Wie prägen kohärente Luftströmungen den Einfluss des Golfstroms auf die großskalige atmosphärische Zirkulation der mittleren Breiten?

Über dem Nordatlantik und Europa wird die Variabilität der großräumigen Wetterbedingungen von quasistationären, langandauernden und immer wiederkehrenden Strömungsmustern â€Ì sogenannten Wetterregimen â€Ì geprägt. Diese zeichnen sich durch das Auftreten von Hoch- und Tiefdruckgebieten in bestimmten Regionen aus. Verlässliche Wettervorhersagen auf Zeitskalen von einigen Tagen bis zu einigen Monaten im Voraus hängen von einer korrekten Darstellung der Lebenszyklen dieser Strömungsregime in Computermodellen ab. Um das zu erreichen müssen insbesondere Prozesse, die günstige Bedingungen zur Intensivierung von Tiefdruckgebieten aufrecht erhalten, und Prozesse, die den Aufbau von stationären Hochdruckgebieten (blockierende Hochs) begünstigen, richtig wiedergegeben werden. Aktuelle Forschung deutet stark darauf hin, dass Atmosphäre-Ozean Wechselwirkungen, insbesondere entlang des Golfstroms, latente Wärmefreisetzung in Tiefs, und Kaltluftausbrüche aus der Arktis dabei eine entscheidende Rolle spielen. Dennoch mangelt es an grundlegendem Verständnis wie solche Luftmassentransformationen über dem Ozean die großskalige Höhenströmung beeinflussen. Darüber hinaus ist die Relevanz solcher Prozesse für Lebenszyklen von Wetterregimen unerforscht. In dieser anspruchsvollen drei-jährigen Kollaboration zwischen KIT und ETH Zürich streben wir an ein ganzheitliches Verständnis zu entwickeln, wie Wärmeaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre und diabatische Prozesse in der Golfstromregion die Variabilität der großräumigen Strömung über dem Nordatlantik und Europa prägen. Zu diesem Zweck werden wir ausgefeilte Diagnostiken zur Charakterisierung von Luftmassen mit neuartigen Diagnostiken zur Bestimmung des atmosphärischen Energiehaushaltes verbinden und damit den Ablauf von Wetterregimen und Regimewechseln in aktuellen hochaufgelösten numerischen Modelldatensätzen und mit Hilfe von eigenen Sensitivitätsstudien untersuchen. Dazu werden wir unsere Expertise in größräumiger Dynamik und Wettersystemen, sowie Atmosphäre-Ozean Wechselwirkungen â€Ì insbesondere während arktischen Kaltluftausbrüchen â€Ì und der Lagrangeâ€Ìschen Untersuchung atmosphärischer Prozesse nutzen. Im Detail werden wir (i) ein dynamisches Verständnis entwickeln, wie Luftmassentransformationen entlang des Golfstroms die Höhenströmung über Europa beeinflussen, mit Fokus auf blockierenden Hochdruckgebieten, (ii) die Bedeutung von Luftmassentransformationen und diabatischer Prozesse für den Erhalt von Bedingungen, die die Intensivierung von Tiefdruckgebieten während bestimmter Wetterregimelebenszyklen bestimmen, untersuchen, (iii) diese Erkenntnisse in ein einheitliches und quantitatives Bild vereinen, welches die Prozesse, die den Einfluss des Golfstroms auf die großräumige Wettervariabilität prägen, zusammenfasst und (iv) die Güte dieser Prozesse in aktuellen numerischen Vorhersagesystemen bewerten. Diese Grundlagenforschung wird wichtige Erkenntnisse zur Verbesserung von Wettervorhersagemodellen liefern.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Funktionelle Adaption an polare Licht-Bedingungen in marine Mikro-Eukaryoten

Die Tages- und Jahreszeit abhängigen Lichtverhältnisse in den verschiedenen Breitengraden sind eines der stabilsten Umweltsignale und bestimmen zusammen mit den lokalen klimatischen Bedingungen und den biochemischen Wassereigenschaften die spektrale Lichtzusammensetzung und die Lichtintensität im Ozean. Meeresorganismen haben sich an diese lokalen Lichtbedingungen angepasst, was wiederum ihre Fitness erhöht und zum Fortbestand der jeweiligen Art beiträgt. Bei marinen Mikro-Eukaryoten ist eine Vielzahl von Photorezeptoren bekannt, die an diesem Prozess der Anpassung an das vorherrschende Lichtregime beteiligt sind. Es gibt jedoch keine Studien über spezifische Anpassungen von Photorezeptoren in polaren marinen Mikro-Eukaryoten, obwohl das polare Lichtfeld aufgrund seiner extremen Saisonalität, einschließlich langer Perioden der Dunkelheit und langer Perioden mit niedrigem Sonnenstand, eine Besonderheit darstellt. Unser Ziel ist es daher zu verstehen, wie die Photorezeptoren insbesondere von Primärproduzenten im Südlichen Ozean, die die Grundlage für wichtige Ökosystemprozesse bilden, an ihren Anpassungen an die lokalen Lichtverhältnisse beteiligt sind. Das Ziel dieses Projekts trägt zu 3 übergreifenden Themen bei: 1) Reaktionen auf den Klimawandel, 2) Verbindungswege zu den niederen Breiten und 3) Verbessertes Verständnis von polaren Prozessen und Mechanismen. Um das Projektziel zu erreichen, werden wir verschiedene Arten von Untersuchungen durchführen, deren Ergebnisse wissenschaftlich kohärente Informationen liefern werden. Dazu gehört die eine vergleichende Analyse von Blaulicht-Photorezeptoren, die auf neu generierten Sequenzdaten sowie öffentlich verfügbaren Genom-, Transkriptom- und Metatranskriptomdaten basiert. Dieser Ansatz wird es uns ermöglichen, biogeographische Grenzen spezifischer Blaulicht-Photorezeptor-Sequenzen zu identifizieren. Darüber hinaus werden wir die Sequenzinformationen für eine biophysikalische Charakterisierung der Blaulicht-Photorezeptoren auf Proteinebene nutzen. Anhand der intrazellulären Signale, die von Blaulicht-Photorezeptoren ausgelöst werden, und der biophysikalischen Charakterisierung auf Proteinebene werden wir eine Beschreibung ihrer Empfindlichkeit gegenüber der spektralen Zusammensetzung des Blaulichtfeldes erstellen können. Insgesamt werden die Ergebnisse dieses Projekts Aufschluss darüber geben, wie spezifisch die Rezeptoren im Südlichen Ozean in Bezug auf Sequenzevolution, Empfindlichkeit und Absorptionsverhalten sind. Im Hinblick auf die globalen Klimaveränderungen kann uns dies Aufschluss darüber geben, wie spezifische Anpassungen an lokale photische Bedingungen die Verschiebung von Verbreitungsgebieten begrenzen können, da die Temperaturen in den Polarregionen zweifellos steigen, die Sonneneinstrahlung jedoch nicht.

Comparison of sediment and water ecotoxicity data and test methods (II)

Mesocosms of brown algae of Laminariales and Fucales to quantify fucoidan secretion, persistence and aggregation

Six mesocosm experiments with specimens of Fucales or Laminariales were conducted across six georegions (3 mesocosms with brown algae, 3 mesocosms without brown algae). Incubations lasted 24 days, followed by a year-long monitoring of incubation water. During the first 12 days, brown algae were maintained in mesocosms adjacent to control mesocosms, with 1 L of water sampled every second day. Half of the mesocosm water was replaced with fresh seawater after each sampling. Environmental conditions and primary productivity of specimens was recorded during the incubation. After 12 days, specimens were removed and incubation continued for another 12 days, maintaing the same sampling routine. At the end of the 24 day- incubation period, long-term monitoring was set-up with 6-10L of incubation water in two different conditions: one exposed to a controlled light cycle at 20°C, the second set in darkness at 4°C with added nutrients (40 µM NO3- and 3µM PO43-). Additional water samples were collected along transects extending from near-shore brown algae poplulations. Water samples were filtered over pre-combusted GFF filters (450°C, 4.5h), and both the filtrate and filters were analysed for dissolved organic carbon (DOC), particulate organic carbon (POC). Fucoidan was quantified in dissolved (>1kDa) fraction and surface active fraction (SAF) (> 1kDa and negative charged fraction purified with anion exchange chromatography) fractions through monosaccharide quantification after acid-hydrolysis (100°C, 24h) using HPAEC-PAD, according to Engel and Händel, 2011. Intact polysaccharides were detected using structure-sensitive monoclonal antibodies (Torode et al., 2015; Vidal-Melgosa et al., 2021). Microbial cells were quantified using DAPI-cell staining and counting. Semi-quantitative measurements of particulate fucoidan were performed via acid hydrolysis of GFF filter pieces, followed by monosaccharide analysis via HPAEC-PAD. Sedimented particles to bottom of mesocosms were scooped out on day 24 for monosaccharide analysis and BAM1 antibody binding specific to fucoidan.

Seawater carbonate chemistry and hatching success and size of the marine clam Limecola balthica

Anthropogenic CO2 emissions are rapidly changing seawater temperature, pH and carbonate chemistry. This study compares the embryonic development under high pCO2conditions across the south-north distribution range of the marine clam Limecola balthicain NW Europe. The combined effects of elevated temperature and reduced pH on hatching success and size varied strongly between the three studied populations, with the Gulf of Finland population appearing most endangered under the conditions predicted to occur by 2100. These results demonstrate that the assessment of marine faunal population persistence to future climatic conditions needs to consider the interactive effects of co-occurring physico-chemical alterations in seawater within the local context that determines population fitness, adaptation potential and the system resilience to environmental change.

Grundlagenuntersuchungen zum thermochemischen Abbau von PFAS in Labor- und Technikumsanlagen zur Ermittlung optimaler Verbrennungsbedingungen bei der thermischen Behandlung von PFAS-haltigen Abfallstoffen

PFAS (Per- bzw. polyfluorierte Alkylsubstanzen) sind gekennzeichnet durch eine hohe Bindungsaffinität von Kohlenstoff- und Fluoratomen und Persistenz, weshalb sie in der Umwelt zumeist nicht oder nicht vollständig abgebaut werden können. Aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungsbereiche können PFAS auch in verschiedenen Abfallströmen vorkommen. Detaillierte Kenntnisse zu den thermo-chemischen Abläufen wie PFAS in thermischen Abfallbehandlungsanlagen zerstört und sich ggf. zu Fluorwasserstoff umwandeln lassen, liegen mangels verfügbarer Forschungsergebnisse bisher nicht zuverlässig vor. Im Rahmen des Vorhabens sollen daher Grundlagenuntersuchungen zum thermochemischen Abbau von PFAS-haltigen Abfällen bei Verbrennungseinrichtungen im Labor- und Technikumsmaßstab durchgeführt werden, deren Versuchsbedingungen sich an den Vorgaben der 17. BImSchV zur Mindesttemperatur bzw. zur Mindestverweilzeit in konventionellen Abfallverbrennungsanlagen orientieren. In diesem Zusammenhang sind Messkonzepte zu entwickeln, die die Zerstörungseffizienz über PFAS-Summenparameter bzw. Einzelparameter sicher bewerten lassen und sich zudem auf den Einsatz an großtechnischen Anlagen übertragen lassen. Darüber hinaus werden weitere Erkenntnisse zum thermo-chemischen Abbau persistenter organischer Verbindungen ermittelt, die auch insgesamt Einfluss auf die Entsorgung von POP-haltigen Abfällen haben werden.

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