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ermes-ii – Entwicklung der Grundwasser-Ressource und Monitoring des Eintrags von Spurenstoffen in das Grundwasser des Oberrheingrabens mit innovativen Instrumenten

Zusammenfassung [Redaktioneller Hinweis: Die folgende Beschreibung ist eine unstrukturierte Extraktion aus dem originalem PDF] 5 Zusammenfassung Entwicklung der Grundwasser-Ressource und Monitoring des Eintrags von Spurenstoffen in das Grundwasser des Oberrheingrabens mit innovativen Instrumenten 2022-2025 Cofinancé par l’Union Européenne Kofinanziert von der Europäischen Union Rhin Supérieur | Oberrhein ERMES-ii-Rhein ist das bislang umfassendste und innovativste grenzüberschreitende Projekt zur Überwachung und Untersuchung der Belastungen des Grundwassers im Oberrheingraben. — 2022-2026 — 6 assoziierte Regionen — 13 Partnerinstitutionen — 4,2 Mio. € Fördermittel, davon 2,2 Mio. € aus dem Programm INTERREG VI Oberrhein — 181 untersuchte Parameter — 1 497 Messstellen — Rund 450 000 Analyseergebnisse Projektträger: APRONA – Observatoire de la nappe d’Alsace, Colmar / Bearbeitung und Redaktion: APRONA, BRGM, LUBW, HLNUG, LfU, SGD-Süd, AUE-BS, AUE-BL / Quelle: Technischer Bericht des Projekts ERMES-ii-Rhein / Bildnachweis: LHG - stock.adobe.com / Abbildungen: Pierre Wisson - wisson.fr Grafikverarbeitung: Céline Emonet / Druck: Ott Imprimeurs Der redaktionelle Inhalt dieses Berichts wird unter den Bedingungen der Lizenz Creative Commons CC BY-NC-ND 4.0 zur Verfügung gestellt. Namensnennung erforderlich; kommerzielle Nutzung untersagt; Bearbeitung, Anpassung oder sonstige Veränderung nicht gestattet. Ausnahme: Das Layout, das Corporate Design, die Seitengestaltung, die Designelemente und die visuelle Aufmachung des Dokuments sind nichtvon dieser Lizenz erfasst und bleiben alle Rechte vorbehalten. Vorwort Im Einzugsgebiet des Grundwassersystems am Oberrhein leben über fünf Millionen Menschen. Der Schutz der Qualität dieser von Natur aus grenzüberschreitenden Ressource erfordert gemeinsame Aufmerksamkeit; daher werden seit 1991 Bestandsaufnahmen durchgeführt. Das Projekt ERMES-ii-Rhein markiert einen weiteren Meilenstein dieser gemeinsamen Überwachung: Die Liste der Spurenstoffe wurde aktualisiert, innovative Analysemethoden kamen zum Einsatz und das Verständnis der Eintragsprozesse von Spurenstoffen ins Grundwasser wurde vertieft, insbesondere im Zusammenhang mit Kläranlageneinleitungen in Oberflächengewässer. Ziel dieser erneuten grenzüberschreitenden Bestandsaufnahme war es, wissenschaftliche Erkenntnisse als Grundlage für fundierte Entscheidungen und Maßnahmen zur Sicherung einer guten Wasserqualität für künftige Generationen zu liefern. Diese Zusammenfassung präsentiert die wesentlichsten Ergebnisse zu den Spurenstoffen, die sich im Rahmen des Projektes für die Grundwasserqualität als besonders relevant herausgestellt haben: Pflanzenschutzmittel und ihre Metaboliten, die das größte Belastungsrisiko für die Grundwasserqualität darstellen, PFAS (per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen), deren Persistenz und Ubiquität im Grundwasser hier dokumentiert wird, weitere anthropogene Spurenstoffe, die in den meisten heutigen Kläranlagen noch nicht wirksam entfernt werden können. Alle Ergebnisse sind auf der Website www.ermes-rhin.eu verfügbar. ! Hinweis Die in dieser Broschüre dargestellten Ergebnisse der Qualitätsanalysen beziehen sich auf das Rohwasser. Sie geben die Qualität des Grundwassers vor jeglicher Aufbereitung wieder. Zur Bewertung der gemessenen Konzentrationen wurden gemeinsame Schwellenwerte festgelegt, die auf europäischen und nationalen Normen und Referenzwerten für Trinkwasser oder Grundwasser basieren. Diese Werte weichen möglicherweise von den in den einzelnen Partnerländern geltenden Normen oder Grenzwerten ab, was die Lesbarkeit und Interpretation der Ergebnisse auf nationaler Ebene beeinflussen kann. Leitungswasser wird vor der Verteilung von den Gesundheitsbehörden nach strengen Normen kontrolliert und kann einer speziellen Aufbereitung unterzogen werden. 3 Das Grundwasser des Oberrheingrabens: ein gemeinsames Erbe, das es zu schützen gilt Kennzahlen zum Grundwasserleiter 3 Länder Fläche: 9 237 km² Durchschnittliche Mächtigkeit: 70 – 80 m Volumen: ca. 150 Mrd. m³ zwischen Basel und Worms 5 Mio. Abnehmer von Trinkwasser Der Oberrheingraben ist einer der bedeutendsten Grundwasserspeicher Westeuropas. Diese ebenso außergewöhnliche wie empfindliche Ressource erstreckt sich von Basel bis Mainz über eine Länge von 300 Kilometern auf dem Gebiet von drei Ländern und versorgt rund fünf Millionen Menschen mit Trinkwasser. Ihre Verfügbarkeit ist zugleich ihre Schwäche. Da der Grundwasserleiter im Oberrheingraben größtenteils oberflächennah und gut durchlässig ist, ist er durch äußere Einflüsse gefährdet: Oberflächenwasser aus Niederschlag oder von Fließgewässern kann schnell versickern, wodurch auch Schadstoffe leicht in den Untergrund eindringen können. Durch anthropogene Aktivitäten freigesetzte Stoffe gelangen so in Böden und Gewässer und können innerhalb weniger Tage oder Wochen in das Grundwasser eingetragen werden. Die Oberrheinische Tiefebene ist eines der am intensivsten genutzten Gebiete Westeuropas. Die anthropogenen Belastungen in diesem Gebiet sind vielfältig; sie können diffus sein, wie beispielsweise die Landwirtschaft, aber auch punktueller auftreten und mit städtischen Gebieten, Industriebetrieben oder den zahlreichen Kläranlagen zusammenhängen. Was wir in die Umwelt entsorgen, verschwindet nicht einfach. Ein Großteil davon gelangt schließlich ins Grundwasser und möglicherweise in unser Trinkwasser. Die Ursachen für die Verschmutzung des Grundwassers 4 Spurenstoffe: unsichtbar, aber weit verbreitet Ein Spurenstoff ist ein Stoff, der bereits in geringsten Konzentrationen – in der Größenordnung von einem Millionstel oder Milliardstel Gramm pro Liter, was der Menge eines Zuckerwürfels in einem olympischen Schwimmbecken entspricht, – toxische Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Ökosysteme haben kann. Viele dieser Spurenstoffe sind erst seit kurzem im Labor durch neue Methoden nachweisbar. Es gibt unzählige Spurenstoffe: Pflanzenschutzmittel, Arzneimittel, Industrieprodukte, Lebensmittelzusatzstoffe, Reinigungsmittel u. a. Sie sind das chemische Spiegelbild unserer Lebensweise und stammen aus vielen Anwendungsbereichen, z. B. aus Landwirtschaft und Industrie sowie aus Privathaushalten und Gesundheitswesen. In das Grundwasser gelangen Spurenstoffe z. B. durch diffuse Versickerung in den Boden oder durch direkte Einleitungen bzw. Kläranlageneinleitungen in Gewässer, die in Interaktion mit dem Grundwasser stehen. Zahlreiche Spurenstoffe (Pflanzenschutzmittel, aber auch pharmazeutische Substanzen, PFAS u. a.) werden im Boden und in Gewässern zu anderen Substanzen abgebaut. Diese sogenannten Metaboliten sind oft ebenso toxisch wie ihre Ausgangsstoffe, aber ggfs. mobiler und persistenter. Da sie weniger bekannt sind, verfügen sie nicht immer über einen gesetzlichen Grenzwert. Sogenannte neuartige Spurenstoffe sind Stoffe, deren Vorhandensein und/oder Toxizität noch nicht lange bekannt sind und die bisher nur wenig oder gar nicht reguliert sind. Ihre langfristigen Auswirkungen und Wechselwirkungen sind noch unzureichend dokumentiert. Sie stellen die Wasserwirtschaft jedoch schon jetzt vor neue und erhebliche Herausforderungen. Derzeit werden mehr als 100 000 Substanzen zur Gruppe der Spurenstoffe gezählt. Quelle: Wasserbehörde Adour-Garonne, 2022 Pharmazeutische Substanzen Das Projekt ERMES-ii-Rhein28 Das Projekt verfolgt drei übergeordnete Ziele: — Bestandsaufnahme der Gesamtqualität der Grundwasserressource: an 1497 Messstellen wurden grenzüberschreitend 181 Parameter, darunter 144 organische Spurenstoffe, untersucht — Verbesserung der Kenntnisse zur Interaktion zwischen Fließgewässern und Grundwasser sowie zu Spurenstoffe­ inträgen aus geklärtem Abwasser — Identifizierung bisher unbekannter Schadstoffe im Grundwasser des Oberrheingrabens mithilfe innovativer Analysemethoden.Pflanzenschutzmittel (PSM) Mono-und polyzyclische 5 aromatische Kohlenwasser­ stoffe (MAK-PAK) Süßstoffe Vers­chie-­ denes 4 4 Spurenmetalle und Halbmetalle 16 70 Leicht- flüchtige Halogen- kohlen- wasserstoffe (LHKW) 10 Physikalisch-chemische Parameter 20 Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (mit TFA) (PFAS) 24 — Aufschlüsselung der untersuchten Parameter nach Stoffgruppen 5

Degradation relativ-persistenter organischer Verbindungen (Refractory Substances) sowie aromatischer Reste in Abwaessern durch denitrifizierende Bakterien in Abhaengigkeit von verschiedenen oekologischen Bedingungen

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.

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.

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.

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.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1788: Study of Earth system dynamics with a constellation of potential field missions, Die Bedeutung der Dynamik der MLT in mittleren und hohen Breiten auf das ionosphärische/thermosphärische Wetter (DYNAMITE)

Das ionosphärische/thermosphärische (I/T) System unterliegt zum einen solaren und magnetosphärischen Einflüssen und wird ebenfalls von zwar kleinskaligen, aber persistenten und darum bedeutenden Prozessen aus der mittleren Atmosphäre angetrieben. Gerade der zuletzt genannte Einfluss wird seit Jahren vermutet, es konnte jedoch bis jetzt kein klarer Beleg für die Kopplung gefunden werden. Alle Anregungen aus der mittleren Atmosphäre müssen sich durch die Mesosphäre und untere Thermosphäre (MLT) ausbreiten. Dabei wechselwirken die Wellen untereinander und koppeln an die I/T. Diese Kopplung kann (a) durch die direkte Ausbreitung von primären (oder sekundären) Wellen, und /oder (b) indirekt durch den E-Region-Dynamo erfolgen. Deshalb ist die MLT generell von Bedeutung für die dynamische Anregung der I/T, in mittleren und hohen Breiten tritt sie aber besonders hervor: (1) auf diesen Breiten wurden bislang wenige Untersuchungen des I/T Systems (z.B. der Gezeiten) durchgeführt, was auf die unzureichende Auflösung der meisten Satelliten zurückzuführen ist, und (2) aktuelle Studien mit globalen gekoppelten Atmosphären/Ionosphären Simulationen zeigen, dass gerade bei diesen Breiten die solaren und lunaren Gezeiten, die für viele elektrodynamische Effekte in niedrigen Breiten verantwortlich sind, besonders große Amplituden während stratosphärischer Erwärmungen (SSW) erreichen. Wir beantragen, die einzigartigen Radars und Lidars des IAP in mittleren und hohen Breiten zu nutzen, um den Grundstrom, die Wellen und deren Wechselwirkungen in der MLT zu charakterisieren. Die lokalen Radarwindbeobachtungen erfolgen kontinuierlich in einem Höhenbereich von 70 -100 km und können durch Lidarmessungen zu niedrigeren Höhen erweitert werden. Dies ermöglicht die Untersuchung der vertikalen Ausbreitung von Wellen im Wind und der Temperatur. Diese Studien werden zusätzlich durch Satellitendaten und Re-Analyse komplementiert, um sowohl regional als auch global den Antrieb durch die mittlere Atmosphäre zu erfassen. Die direkte Kopplung wird durch Vergleiche der saisonalen und jährlichen Gezeiten über den Radaren mit den thermosphärischen Daten der Satelliten aus den Überflügen mit polaren Orbits untersucht. Der Einfluss des E-Region-Dynamos wird mit Hilfe von Simulationen gekoppelter Atmosphären/Ionosphären-Modellen analysiert und beinhaltet die Anregung der lunaren Gezeit in Zeiträumen mit und ohne SSW. Die Modelle werden mit bodengebunden Beobachtungen und satellitengestützten ionosphärischen Daten verglichen und validiert. Neben vielen offenen Fragen zur Kopplung der MLT mit dem I/T-System, erwarten wir insbesondere Ergebnisse zu folgenden Fragen: (a) Wie wirkt sich die beobachtete Kurzzeitvariabilität der MLT auf Wellen und dem Grundstrom in Bezug zum I/T Wetter aus?, (b) Was sind die Charakteristiken der solaren und lunaren Gezeiten für verschiedene Strukturen des polaren Wirbels während SSW und welche Auswirkungen entsprechen diesen im I/T-System?

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.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Terrestrische Ökosystem- und Klimadynamik in SE-Afrika für den Zeitraum der Entwicklung, des Vorkommens und des Aussterbens archaischer Hominiden (4-2 Ma) basierend auf Kernmaterial von IODP-Expedition 361

Das beantragte Projekt hat zum Ziel, die terrestrische Ökosystem- und Klimadynamik - und damit die naturräumlichen Rahmenbedingungen für die Evolution früher Hominiden - in SE-Afrika während des 'mittleren' Pliozäns und frühen Pleistozäns zu rekonstruieren. Um dieses Ziel zu erreichen, soll an Hand von Kernmaterial von IODP Expedition 361 ('Southern African Climates') eine Land/Meer-Korrelation vor SE-Afrika erarbeitet werden; diese wird die erste kontinuierliche Rekonstruktion der terrestrischen Ökosystem- und Klimaänderungen in SE-Afrika während des 'mittleren' Pliozäns bis frühen Pleistozäns liefern. Methodisch basiert das Projekt auf einem integrierten Ansatz, der palynologische (Pollen und Sporen) und elementgeochemische (XRF-Scanning) Analysen vereint und auf den Splice von IODP-Site U1478 (Straße von Mosambik) angewendet werden soll. Eine präzise Alterskontrolle wird durch die hochauflösende Benthos-Sauerstoffisotopenstratigraphie ermöglicht, die aktuell für Site U1478 erarbeitet wird. Site U1478 ist für die hier vorgeschlagenen Untersuchungen aus einer Reihe von Gründen ideal geeignet: (i) er stellt ein stratigraphisch außergewöhnlich vollständiges Archiv dar und verfügt dabei über hohe Sedimentationsraten; (ii) seine proximale Lage in Bezug auf das Limpopo-Delta gewährleistet einen hohen Anteil terrigenen Inputs im Kernmaterial; (iii) die Ursprungsregion dieser terrigenen Komponenten lässt sich hervorragend eingrenzen; (iv) er ist gegenüber terrestrischen Klimaänderungen hoch empfindlich, wie frühere Studien an nahe gelegenen Kurzkernen belegen; (v) die für das vorgeschlagene Projekt durchgeführten Pilotstudien an Kernfänger-Material belegen, dass seine Sedimente in Bezug auf Pollen und Sporen extrem produktiv sind; er liegt in einer proximal Position hinsichtlich der paläoanthropologischen 'Cradle of Humankind'-Fundstätten in Südafrika. Unter Berücksichtigung des gegenwärtigen Forschungsstandes zur Evolution archaischer Hominiden (insbesondere Australopithecus africanus) fokussiert das Projekt auf den Zeitraum zwischen 4 und 2 Ma; kritische Intervalle der Evolution archaischer Hominiden sollen in besonders hoher zeitlicher Auflösung analysiert werden. Die Integration der palynologischen und elementgeochemischen Proxy-Daten wird detaillierte Aussagen zum Charakter und Zeitpunkt wie auch zur Stärke und Geschwindigkeit der Ökosystem- und Klimavariabilität im Einzugsgebiet des Limpopo River und damit in der 'Cradle of Humankind'-Region erlauben. Dadurch wird nicht nur die Klärung der Frage möglich, inwiefern Intervalle mit besonders ausgeprägtem Umweltwandel tatsächlich mit Schritten in der Hominiden-Evolution einhergehen, sondern es lassen sich auch die einzelnen Komponenten dieses Umweltwandels identifizieren. Diese Informationen können neues Licht auf die aktuelle Diskussion um potenzielle kausale Zusammenhänge zwischen Umwelt-'Forcing' und menschlicher Evolution werfen.

LURCH - PFClean: Innovatives modulares System zur nachhaltigen Reduzierung von PFAS-Kontaminanten aus Boden und Grundwasser, Teilprojekt 2

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