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Comparative phylogeography of the Sahara-Sahel: integrating spatial and temporal approaches to understand biodiversity dynamics in deserts and arid regions

This work aims to understand the biogeographic and biodiversity dynamics driven by Plio-Pleistocene dry/humid climatic cycles in the Sahara-Sahel desert. The main objectives are to test: i) climate-induced allopatric speciation as the main diversification agent; ii) biodiversity refugia and dispersal corridors; iii) relationships between genetic diversity and environmental-dependent taxa persistence in refugia. I examine whether genetic/spatial isolation is strong in low dispersal ability taxa, and whether taxa-specific habitat requirements are related to distinct spatial/temporal locations of refugia and of dispersal corridor dynamics. I integrate distribution, climate, and genetic data from greater than 30 co-distributed taxa with different dispersal abilities and habitat traits. I compare predicted refugia by genetic variability and species distribution modelling, while controlling for taxa-specific dispersal and habitat traits.

LURCH - PFClean: Innovatives modulares System zur nachhaltigen Reduzierung von PFAS-Kontaminanten aus Boden und Grundwasser

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.

Das Verhalten ausgewaehlter Desinfektionsmittel in Oberflaechenwasser sowie bei Infiltration und Untergrundpassage

Aufbauend auf bisherigen Erkenntnissen sollten die Wechselwirkungen zwischen persistenten, phenolischen Desinfektionsmittelkomponenten und biologisch-chemisch-physikalischen Prozessen im Oberflaechenwasser sowie bei ausgewaehlten Verfahren der Trinkwasseraufbereitung ermittelt werden. Dazu muessen die in Frage kommenden Anreicherungs - und Nachweisverfahren dieser besonderen Problematik angepasst werden. Mit Hilfe relativ unkomplizierter Analysenmethoden sollten detaillierte Untersuchungen zum Transport- und Abbauverhalten in waessrigem Milieu durchgefuehrt werden. Neben Laborversuchen bietet sich dazu eine halbtechnische Anlage zur Infiltration und Untergrundpassage an. Darueber hinaus sollen Stichproben aus dem Einzugsgebiet der Dortmunder Stadtwerke AG Aufklaerung ueber die Belastung der Ruhr und des Trinkwassers durch diese Stoffe geben. Eine moeglichst umfassende Literaturzusammenstellung zu diesem Thema erfolgt mit Hilfe der EDV-Literaturspeicherung.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1357: MIKROPLASTIK - Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze; MICROPLASTICS - Understanding the mechanisms and processes of biological effects, transport and formation: From model to complex systems as a basis for new solut, Teilprojekt C 02: Abbau von biologisch abbaubaren Polymeren und deren Tonmineral-Nanokompositen unter umweltrelevanten Bedingungen

Bioabbaubare Polymere können eine elegante Lösung für das Mikroplastik-Problem darstellen. Für den Verpackungsbereich sind diese Polymere aber oftmals zu spröde und zu permeabel für Gase. Außerdem ist deren Abbau in relevanten Habitaten und unter realen natürlichen Bedingungen häufig zu langsam. Das langfristige Ziel dieses Forschungsprojektes ist es daher, zunächst ein umfassendes Verständnis des Abbauverhaltens konventioneller und maßgeschneiderter bioabbaubarer Polymere und Tonmineral-Nanokomposite in limnischen und terrestrischen Systemen zu erarbeiten. Dies wird uns dann in die Lage versetzen, Materialien zu entwickeln, die kein persistentes Mikroplastik generieren und gleichzeitig die technischen Anforderungen für Lebensmittelverpackungen erfüllen.

Polychlorierte Terphenyle und Quarterphenyle (PCT/PCQ) - Synthese, Analytik und Verhalten bei thermischer Belastung

Weltweit wurden ca. 60000 t polychlorierte Terphenyle (PCT) produziert. Die PCT sind persistent, bioakkumulierend, toxikologisch relevant, wahrscheinlich ubiquitär vorhanden und in akzidentielle und Abfallverbrennungen involviert, wo sie auch neu gebildet werden können. Trotz dieser Fakten wurde die Stoffgruppe in der umweltchemischen Forschung bisher unzureichend untersucht. Die Ziele dieses Projektes sind: - die Synthese von definierten PCT-Kongeneren für weitergehende Untersuchungen (thermische Belastung, Hochtemperaturchemie) und als Standards für die Analytik, - die Strukturaufklärung und Synthese von PCT-Folgeprodukten nach thermischer Belastung, wie z.B. der bisher in der Literatur nicht beschriebenen vielkernigen Benzofuranstrukturen(Strukturanalytik), - die Synthese von komplexeren Molekülstrukturen wie ringförmigen vielkernigen Benzofuranen nach der Betrachtung von zunächst einfacheren Marker-Molekülen als direkte PCT-Derivate, - Computersimulationen zu diesen Verbindungen, - Entwicklung der Analytik für thermisch erzeugte PCT-Folgeprodukte, und - Weiterentwicklung von clean-up und Quantifizierung in der PCT-Analytik (Konzentrationsanalytik).

Populationsmodell des Auerhuhns in den Schweizer Alpen: Grundlagen für den Artenschutz

Das Auerhuhn ist eine stark gefährdete Brutvogelart der Schweiz. Veränderungen in der Zusammensetzung und Nutzung des Waldes haben dazu geführt, dass sich die Bestände dieses Raufusshuhns in den letzten drei Jahrzehnten halbiert haben. Deshalb sollen die Lebensraumansprüche des attraktiven Waldvogels vermehrt in der Planung und Umsetzung von Waldreservaten und der Bewirtschaftung von Wäldern der höheren Lagen berücksichtigt werden. Auf der kleinen räumlichen Ebene sind die Habitatsansprüche der Art durch Untersuchungen in West- und Mitteleuropa (Storch 1993, 2002, Schroth 1994) und Skandinavien relativ gut bekannt. Dagegen werden die Populationsprozesse auf der Ebene der Landschaft erst in Ansätzen verstanden (Sjöberg 1996, Kurki 2000). Entsprechend konnte man die Bestandsrückgänge in den meisten Gebieten Europas noch nicht stoppen, da einerseits genauere Kenntnisse über das Zusammenspiel und die relative Bedeutung der einzelnen Faktoren fehlen (Habitatqualität, Störungen, Prädatoren, Witterung-Klima, Huftierkonkurrenz), und andererseits noch nicht versucht wurde, die Bestandsentwicklung im grossen landschaftlichen Massstab als Metapopulationsdynamik zu verstehen. Es ist das primäre Ziel dieses Projekts, ein räumlich explizites Metapopulationsmodell des Auerhuhns für einen grossen Landschaftsausschnitt der Schweizer Alpen zu erarbeiten. Dabei sollen die erwähnten Einflussfaktoren möglichst umfassend berücksichtigt werden. Die Arbeit soll modellhaft zeigen, dass für das Verständnis von Populationsvorgängen von raumbeanspruchenden Wildtierarten eine Analyse und Bewertung von lokal bis überregional wirksamen Einflussfaktoren notwendig sind. Die Ergebnisse sollen zudem als konzeptionelle Grundlage für den Nationalen Aktionsplan Auerhuhn und für regionale Artenförderungsprojekte dienen. Folgende Fragen und Themen sind für das Projekt von zentraler Bedeutung: Wie gross ist das landschaftsökologische Lebensraumpotenzial für das Auerhuhn in den Alpen, wie ist es räumlich verteilt? Wie verteilen sich die lokalen Auerhuhnpopulationen in diesen Potenzialgebieten? Wie gross sind die Bestände? Welche Faktoren beeinflussen den Status von Lokal- und Regionalpopulationen? Welche Populationen haben abgenommen oder sind verschwunden, welche sind stabil (Source-Sink-Mechanismen)? Zwischen welchen räumlich getrennten Populationen besteht ein Austausch? Welche Landschaftselemente wirken als Barrieren? Entwickeln einer nicht-invasiven Methode für die genetische Differenzierung von Populationen, sowie für Bestandsschätzungen und Monitoring.

LURCH - PFClean: Innovatives modulares System zur nachhaltigen Reduzierung von PFAS-Kontaminanten aus Boden und Grundwasser, Teilprojekt 3

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.

Persistente, mobile organische Chemikalien (PMOCs) im Grundwasser - Untersuchung der Persistenz als Grundlage für die Analyse und die Verminderung der Exposition von PMOCs im Grundwasser

Persistente, mobile organische Chemikalien (PMOCs), wie p-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonamid, Sulfanilsäure und Dimethylbenzolsulfonsäure, gelangen nachweislich ins Grundwasser. Grund dafür ist vor allem ihre Mobilität: Die Substanzen können besonders leicht im Wasser durch Boden und Untergrund transportiert werden. Ihre Mobilität ist dabei ein Alleinstellungsmerkmal unter den organischen Substanzen und Schadstoffen. Die chemische Analytik von PMOCs ist wegen dieser schlechten Retentionseigentschaften außergewöhnlich herausfordernd, was eine ausgeprägte Wissenslücke über den Verbleib von PMOCs verursacht. Nur einzelne Forschergruppen weltweit können PMOCs mit Multimethoden quantifizieren. Erstmalig konnte 2019 mithilfe neuer analytischer Methoden in einer umfangreicheren Studie, geleitet durch das Department Analytik des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung GmbH - UFZ, die weite Verbreitung von PMOCs u.a. im Grundwasser im ng/L- mikro g/L Bereich nachgewiesen werden. Bisher wird die Persistenz regulatorisch, z.B. von REACH-Chemikalien (Verordnung (EG) Nr. 1907/2006: EU-Chemikalienverordnung), nicht im Grundwasser untersucht. Einzelne Studien zeigen jedoch, dass die Persistenz im Grundwasser besonders stark ausgeprägt sein kann. Dies trifft auch auf die vier erwähnten Substanzen zu, welche Halbwertszeiten von mehr als einem Jahr in Aquiferen aufweisen - jedoch mit den derzeitigen Persistenzkriterien unter REACH als nicht persistent gelten. Es bedarf Grundlagenforschung, um den Verbleib und die Persistenz im Grundwasser, und somit die Expositionssituation gegenüber Mensch und Natur, von PMOCs zu untersuchen. In diesem Projekt sollen experimentelle Instrumentarien zur Untersuchung des Verbleibs und der Persistenz von PMOCs im Grundwasser entwickelt und angewendet werden. Dies beinhaltet die Weiterentwicklung von analytischen Methoden, die Durchführung eines Monitorings und die Entwicklung eines Testsystems zur Persistenzuntersuchung in Aquiferen und zugehörigem Sediment unter verschiedenen Redox-Bedingungen. So kann die Exposition durch PMOCs untersucht und abgeschätzt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Exposition und das entwickelte Testsystem zur Persistenzuntersuchung im Grundwasser könnten zu einer Weiterentwicklung der Regulation unter der REACH-Verordnung für grundwassergängige, mobile organische Substanzen beitragen.

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