Störungen wie Trockenheit oder Sturm, welche zum Verlust des Kronendachs führen, verändern mikroklimatische Bedingungen und damit die Streuumsetzung und den Kohlenstoffkreislauf in Waldökosystemen. Ein Nadelöhr der Streuumsetzung ist der Abbau von Lignin, der nicht nur durch Mikroorganismen, sondern auch abiotisch unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung und Wärme erfolgt. Gerade in gestörten Waldökosystemen Mitteleuropas können Quantität und Qualität der organischen Bodensubstanz durch abiotischen Ligninabbau und seiner synergistischen Wirkungen maßgeblich beeinflusst werden. Hierzu ist bislang jedoch wenig bekannt. Um den Einfluss des fehlenden Kronendachs auf die Streuumsetzung auf Störungsflächen im Wald zu erkennen und zu quantifizieren, werden wir folgende Hypothesen testen: (H1) Der abiotische Abbau des Lignins nimmt mehr mit der Lichtintensität als mit der Temperatur und abnehmender Feuchte zu. (H2) Beim abiotischen Abbau des Lignins entstehen Abbauprodukte, die stärker depolymerisiert sind als Abbauprodukte der Rotfäule und weniger funktionelle Sauerstoffgruppen enthalten als Abbauprodukte der Weißfäule. (H3) Abiotischer Ligninabbau in der Humusauflage begünstigt Bakterien gegenüber Pilzen, und fördert die Produktion von gelöster organischer Substanz reich an depolymerisierten und desoxygenierten Ligninverbindungen. (H4) Geht also das Kronendach verloren, führt verstärkter Lichtintensität und die damit einhergehende abiotische Depolymerisierung und Desoxygenierung dazu, dass organische Substanz, die aus der Humusauflage in den Mineralboden gelangt, für Mikroorganismen schlechter abbaubar ist und eine geringere Affinität zu Bodenmineralen aufweist. Wir werden diese Hypothesen testen, indem wir zunächst in Laborinkubationsexperimenten mit Modellsubstanzen sowie Fichten- und Buchenstreu unter kontrollierten Licht-, Feuchte- und Temperaturbedingungen und unter Nutzung standardisierter mikrobieller Inokula die abiotischen Abbauraten sowie die entstehenden Ligninabbauprodukte mittels wässrige Extrakte, Kupferoxid-Oxidation sowie Röntgen-Photoelektronenspektroskopie und bestimmen. Außerdem wir in diesen Inkubationsexperimenten die Reaktion von Pilzen und Bakterien auf den abiotischen Abbau mittels Analyse von Zersetzungsart, Phospholipidfettsäuren sowie mikrobiellem Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor bestimmt. Weiter werden wir in Fichtenmischbeständen entlang eines Störungsgradienten im Nationalpark Schwarzwald die in-situ-Transformation von 13C-markierter Buchenstreu untersuchen. Während einer gleichzeitigen zweijährigen Inventur in diesen Fichtenmischbeständen werden außerdem Indikatoren abiotischen Abbaus sowie die Reaktivität und Stabilität der organischen Bodensubstanz erfasst. In der Gesamtschau werden die Ergebnisse unseres Projekts es ermöglichen den abiotischen Ligninabbau zu quantifizieren und somit seine Bedeutung für die Entstehung und Stabilität der organischen Bodensubstanz auf Störungsflächen im Wald zu ermitteln.
Das Hauptziel dieses Vorschlags ist die Entwicklung biotechnologisch-modifizierte bakterieller Koazervate (EBCs) als neuartiges Hybridmaterial mit adaptiven Eigenschaften. In dieser Arbeit schlagen wir die Etablierung von EBCs als innovative Plattformen für die mikrobielle Biotechnologie vor, bei denen die Funktionalität von Bakterien durch ihre Interaktion mit Koazervaten verbessert wird. Einerseits fungieren die Koazervate als membranlose Käfige für die Lokalisierung von Bakterien in einem begrenzten Raum und ermöglichen eine kontrollierte Aufnahme und Freisetzung von Metaboliten. Andererseits werden die eingekapselten lebenden Bakterien den Protozellen einzigartige Eigenschaften verleihen, die sich durch gentechnische Eingriffe fein abstimmen lassen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist der Forschungsvorschlag in drei Hauptziele unterteilt. Zunächst wollen wir eine Toolbox von EBCs mit verschiedenen Bakterien aufbauen. Insbesondere werden wir die Verkapselung biotechnologisch relevanter Bakterien in Koazervaten, die Lebensfähigkeit und die Stoffwechselaktivität der eingebetteten Bakterien sowie die Stabilisierung und Resistenz von EBCs über die Zeit und unter verschiedenen Bedingungen untersuchen. Zweitens wollen wir die Interaktion von EBCs mit ihrer Umgebung und ihr adaptives Verhalten untersuchen. Genauer gesagt werden metabolisch aktive EBCs auf die spezifische Induktion ausgewählter bakterieller Aktivitäten innerhalb der Koazervate getestet, was zu einer Manipulation der EBC-Funktionalität durch externe Stimuli führt. Außerdem soll die Interaktion zwischen verschiedenen stoffwechselaktiven EBCs untersucht werden. In diesem Zusammenhang werden wir untersuchen, ob Bakterien in einzelnen Koazervaten Metaboliten oder Signalmoleküle mit Bakterien in anderen Koazervaten austauschen können. Schließlich wollen wir die gegenseitige Interaktion von Bakterien und Koazervaten innerhalb der EBCs untersuchen. Insbesondere werden wir untersuchen, ob die künstliche Ansammlung von Bakterien in einem definierten Raum die gleichen Schutzeigenschaften gegen widrige Bedingungen bietet, wie es die Bildung eines Biofilms tun würde. Gleichzeitig werden wir die Rolle der Biofilmbildung in den Koazervaten und die Auswirkungen auf die Stabilität der Koazervate untersuchen. Insgesamt werden wir ein adaptives und selbstregulierendes Verhalten von EBCs erreichen, bei dem Koazervate und Bakterien ihre Eigenschaften auf der Grundlage externer Stimuli gegenseitig beeinflussen können. Wir wollen die Anwendbarkeit von EBCs in verschiedenen Prozessen wie der Fermentation oder der Behandlung von toxischen Abwässern testen.
Das Hauptziel von Teilprojekt (TP) 7 ist es, die Tiernutzung und -haltung im Mongolischen Reich besser zu erfassen. Die umfangreichen archäologischen Ausgrabungen der Universität Bonn in Karakorum, sowie Reiseberichte stellen die Hauptquellen dar. Frühere Analysen belegen zwar eine vielfältige Faunendiversität mit Schafen und Rindern als Hauptquelle für Fleisch und Fett, trotz allem bleiben noch viele Fragen offen. Durch den Vergleich der Siedlung Karakorum mit zwei weiteren gleichaltrigen Fundstellen (Khar Khul Khaany Balgas und Bayan Gol) soll das Herdenmanagement nomadischer Hirten und deren Anpassungsstrategien, sowie die Herkunft der Nutztierarten und deren Erbgut während des Mongolischen Reiches beleuchtet werden. So wird der Beitrag der Tierhaltung zur Entwicklung städteartiger Siedlungen in der mongolischen Hochebene im bisher umfassendsten Ansatz für diese Region evaluiert. Die Archäofauna von Karakorum ist dank ihres Umfangs und des kürzlich verfeinerten Chronologieschemas der Ausgangspunkt unserer Untersuchungen. Die im Rahmen dieses Projektes eingesetzten neuen Forschungsansätze werden unser Verständnis über die Tierhaltung v.a. von Schaf und Ziege maßgeblich verbessern. So können über den Zahnabrieb Rückschlüsse auf die Fütterung geschlossen und über die Lämmersterblichkeit und die Auswirkungen des Einpferchens der Tiere in Gehegen die Qualität der Tierhaltung analysiert werden. Die Ergebnisse aller drei Fundstellen werden miteinander verglichen, um die mögliche Vielfalt der Tierhaltungsstrategien zur Zeit des Mongolischen Reiches zu beleuchten. So war z.B. die Stadt Karakorum ein „Schmelztiegel“ von verschiedenen ethnischen Gruppen. Daher können Importe bestimmter Tiere (z.B. Schweine) helfen, solche Gruppen zu identifizieren und gleichzeitig das Ausmaß der Handelsnetzwerke aufzuzeigen. Darüber hinaus ist es möglich, dass städtische Fleischmärkte Schafe von lokalen und weiter entfernt weidenden Herden bezogen haben. Mittels Geometric Morphometrics (GMM) werden wir untersuchen, ob die Fleischversorgung in Karakorum und den anderen Fundstellen durch phänotypisch unterschiedliche Schafpopulationen gewährleistet wurde. Dazu ergänzende stabile Isotopenanalysen (C, O, Sr), sowie aDNA-Analysen werden erst in Phase II durchgeführt. Ein wichtiges Anliegen ist die Unterscheidung zwischen Rindern, Yaks und deren Hybriden, die Khainag (??????) genannt werden. Für letzteres -welches besonders gut an kalte, gebirgige Umgebungen angepasst ist- wurde bis heute noch nicht geklärt, wann und warum Menschen solche Hybriden gezüchtet und/oder eingeführt haben. Anhand moderner Referenzindividuen wird die Osteologie dieser Hybriden und seiner Eltern genauer untersucht. Des Weiteren wird über molekulargenetische Analysen der Hybridstatus ausgewählter Knochen untersucht und ggf. bestätigt. Da das Mongolische Reich mit dem Schwarzen Tod in Europa zusammenfällt, werden schließlich mögliche Reservoir-Taxa auf Yersinia und andere Krankheitserreger untersucht.
Wiederverwendung von Abwasser (AW) in landwirtschaftlicher Bewässerung ist eine effiziente Möglichkeit, Wasser zu sparen und die Nahrungsmittelproduktion für eine wachsende Bevölkerung unter den Bedingungen des Klimawandels zu steigern. Infrastrukturinvestitionen führen in vielen Ländern zu einer Verlagerung von Bewässerung mit unbehandeltem AW hin zu behandeltem AW. SP 5 wird dazu beitragen, die Hypothesen zu prüfen, dass i) die Umweltkonzentrationen von Schadstoffen, die aus dem Boden freigesetzt und von Pflanzen aufgenommen werden, hoch genug sind, um Antibiotikaresistenzen zu selektieren und horizontalen Gentransfer (HGT) in Böden und Pflanzen auszulösen, und ii) der Bodentyp die Freisetzung von Schadstoffen und die damit verbundene Selektion von Antibiotikaresistenzen moduliert. Die Wirkung der Zugabe von behandeltem oder unbehandeltem AW zu Leptosolen, Phäozemen und Vertisolen, die seit >80 Jahren mit unbehandeltem AW bewässert werden, auf Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft und Häufigkeit von Antibiotikaresistenzgenen (ARG) sowie mobilen genetischen Elementen (MGE), die mit gramnegativen Bakterien (GNB) assoziiert sind, wird in einem gemeinsamen Inkubations- und Batch-Experiment in Gesamt-DNA getestet. HGT-Raten zwischen GNB werden für eine Teilmenge von Bodenproben bestimmt. Isolierte Enterobakterien (SP 6) werden auf das Vorhandensein übertragbarer Plasmide gescreent. Die Mobilisierung von ARG zu IncP-1-Plasmiden aufgrund der Selektion durch Antibiotika und Desinfektionsmittel, die dem AW zugesetzt und aus Boden freigesetzt werden, wird in einem Satellitenexperiment getestet. Dabei wird das Bodenbakterium Acinetobacter baylyi BD413, das IncP-1-Plasmide ohne ARG trägt, auf die unterschiedlich behandelten Böden aufgebracht, nach 28 Tagen isoliert und die Plasmide auf erworbene ARG gescreent. Die Relevanz der Pflanzen für Selektion und Ausbreitung von ARG und Transfer in die Nahrungskette wird im gemeinsamen Bodensäulexperiment mit monolithischen, "ungestörten", mit Koriander (Coriandrum sativum) bepflanzten Bodensäulen untersucht. SP 5 wird die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft in Phyllosphäre und Wurzeln/Rhizosphäre, die relative Häufigkeit von ARG und MGE von GNB und die HGT-Raten zwischen GNB bewerten. SP 5 bringt gleiches Fachwissen und gleiche Techniken in das gemeinsame Feldexperiment mit Koriander bepflanztem Phäozem-Boden ein, um kontrollierte Labor- und Gewächshausversuche mit realen Bedingungen zu verbinden, insbesondere im Hinblick auf Auswirkungen von Bewässerungswasserqualität auf Phyllosphärenbakterien, die unter Gewächshausbedingungen schwer zu untersuchen sind. Durch Verknüpfung der Ergebnisse und Fachkenntnisse mit Daten und Kenntnissen der anderen SP, ebenfalls mit Hilfe des integrierten mathematischen Modells (SP 7), trägt SP 5 zu einem mechanistischen Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen, Antibiotikaresistenzen und Pathogenen in sich verändernden AW-Bewässerungssystemen bei.
Die Effizienz des Kohlenstoffumsatzes im Boden hängt vom Ausgangssubstrat und den Bodenbedingungen ab, die zusammen die Stoffwechselwege steuern und zu einer charakteristischen Kohlenstoff- und Energienutzungseffizienz führen. In der ersten Projektphase lag der Fokus auf der Nutzung einfacher Substrate (Glukose, Cellobiose, Cellulose) in homogenisiertem Boden, um eine umfassende Charakterisierung des Substratabbaus mit Aktivitätsmessungen spezifischer Enzyme und kalorespirometrischen Messungen zu ermöglichen. Dabei zeigten sich interessante zeitliche Muster, wie die Entkopplung der Wärme- und CO2-Flussspitzen, und räumliche Effekte, wie die Veränderung der Abbaukinetik bei unterschiedlichem Substrateinbaugrad. In der zweiten Phase wollen wir diese Erkenntnisse in zwei Hauptrichtungen vertiefen. Zunächst streben wir eine breitere Auswahl von Substraten mit gleichem Kohlenstoffgehalt (6 Kohlenstoffatome; Glucose, Cellobiose, Lysin, Phenol), aber unterschiedlichen Verbrennungsenthalpien und Gibbs-Energien an, um den Einfluss dieser Substrateigenschaften auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz sowie auf Enzymaktivitäten und mikrobielle Gemeinschaften in vergleichenden Inkubationen zu untersuchen. Diese Aufgabe ist im Kernexperiment „E-ComPLEX“ gebündelt, an dem mehrere Projekte beteiligt sind und das unter der Leitung dieses Projekts durchgeführt wird. Das Hauptziel von E-ComPLEX ist es zu verstehen, wie effizient das Mikrobiom das Primärsubstrat nutzt, indem es Kohlenstoff und Energie in seiner eigenen Biomasse fixiert und Bausteine aus diesem Sekundärsubstrat recycelt. Ergänzend zu E-ComPLEX führen wir Experimente mit Mischsubstraten durch, um den Einfluss der Stöchiometrie der verfügbaren Nährstoffe im Boden, insbesondere der Stickstoffverfügbarkeit, auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz bei der Nutzung von C6-Substraten zu untersuchen. Der weitere Schwerpunkt des Projekts in der zweiten Phase liegt auf Experimenten mit intakten Bodenkernen anstelle von homogenisiertem Boden. Es ist bekannt, dass die Position des Substrats im Porenraum die Zugänglichkeit für das Mikrobiom sowie die Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen und damit die Umsatzkinetik des Substrats steuert. Ziel des Projekts ist es, den Einfluss der natürlichen Substratverteilung auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz bei der Wiedervernässung trockener Böden zu untersuchen. Obwohl die Ausgangssubstrate in intakten Böden unbekannt sind, sind Vergleiche mit neu verdichteten Referenzproben gleicher Lagerung, Feuchtigkeit und labiler C-Menge möglich. Mittels Röntgen-CT kann die räumliche Heterogenität erkannt und mit Unterschieden in der Umsatzkinetik in Verbindung gebracht werden. Das Projekt Microheat-2 leistet zudem in vielfältiger Weise wichtige Beiträge zum Schwerpunktprogramm 2322: Es führt Kalorimetermessungen für andere Projekte durch, steuert Röntgen-CT-Messungen bei und stellt Messdaten für Modellierungsprojekte bereit.
Der episodische Charakter der Urbanisierung auf der mongolischen Hochebene bietet uns die ideale Gelegenheit, die Auswirkungen der Städte auf die lokale Umwelt zu untersuchen und diachrone Veränderungen zu erforschen. In den weiten östlichen Steppen gibt es nur zwei mongolenzeitliche Städte: Karakorum - die Hauptstadt des vereinigten Mongolenreichs - und Khar Khul Khaany Balgas. Beide wurden von Grund auf neu errichtet und verkörpern den dramatischen Wandel von einer Pastoralwirtschaft zu einer Stadtlandschaft. Beide Stätten und ihr Siedlungsnetz sind von der modernen Urbanisierung und den landwirtschaftlichen Aktivitäten nahezu unberührt geblieben. Mit unserem Fokus auf Energie/Brennstoff, Nahrung, Baumaterialien - zusammen mit den für ihre Herstellung notwendigen Öfen - und Eisenproduktion einschließlich Schmelzöfen untersuchen wir die energieintensiven Materialflüsse mit den stärksten Auswirkungen auf die Umwelt. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Vorgehensweise ist unser zweifach vergleichender Ansatz: Wir vergleichen nicht nur zwei Städte in zwei verschiedenen Tälern, sondern wir werden auch in einer diachronen Perspektive arbeiten (in Phase II). Um unsere Ziele zu erreichen und diese Hypothesen zu überprüfen, werden wir einen Multi-Proxy-Ansatz verwenden, der innovative Methoden aus einer Vielzahl von Disziplinen kombiniert: Archäologie, Archäozoologie, physische Anthropologie, Bioarchäologie, Bodenkunde, Paläoökologie, Paläoklimatologie, Fernerkundung und Geophysik. Eine große methodische Stärke unseres Netzwerks besteht darin, dass einzelne Aspekte von verschiedenen Disziplinen untersucht werden, die jeweils über eigenes Quellenmaterial verfügen. Dieselbe Frage wird aus verschiedenen Perspektiven betrachtet, was komplementäre Einsichten, aber auch die gegenseitige Kontrolle der erzielten Ergebnisse und ihrer Interpretationen ermöglicht. Gemeinsam werden wir den Verflechtungen zwischen Urbanismus, Wirtschaftspraktiken und Umwelt auf den Grund gehen. Um unsere interdisziplinäre Forschungsagenda zu systematisieren, werden wir den urbanen Metabolismus als konzeptionellen Rahmen verwenden und die Lebenszyklusanalyse in dieses Konzept integrieren, um den Weg der Güter von der physischen Gewinnung bis zum Endverbrauch und ihrer Entsorgung zu verfolgen. Dieses Forschungsdesign, bei dem eine Vielzahl von Proxies verwendet wird, um die oft gleichzeitig stattfindenden und sich überschneidenden, also miteinander verflochtenen Prozesse zu bewerten, ist in dieser Weltregion noch nicht durchgeführt worden und wird innerhalb und außerhalb unserer Disziplinen neue Maßstäbe setzen. Für eine effektive, thematisch fokussierte Zusammenarbeit richten wir vier Schwerpunktbereiche ein: A) Siedlungswesen, B) Nutzung von Non-Food-Ressourcen, C) Versorgung der Stadt, D) Umweltbedingungen. Diese Bereiche systematisieren die identifizierten Kernthemen, um die Verflechtungen von Wirtschaft, Stadt und Umwelt zu verdeutlichen.
Kontaminanten mit antimikrobiellen Eigenschaften wie Schwermetalle und Antibiotika stellen eine erhebliche Bedrohung für die Bodengesundheit dar. Während Schwermetalle oft als Altlasten betrachtet werden, handelt es sich bei Antibiotika um aufkommende Kontaminanten. Flussaueflächen, die sich zwischen schadstofftransportierenden Flüssen und landwirtschaftlichen Flächen befinden, sind potenzielle Hotspots für das gleichzeitige Auftreten und die Vermehrung von Schwermetall-Resistenzgenen (HRGs) und Antibiotika-Resistenzgenen (ARGs). Diese Studie zielt darauf ab, die Rolle von Flussaueflächen als Kontaktzonen für das gleichzeitige Auftreten und die Bewegung von Antibiotika und Schwermetallen sowie der damit verbundenen Resistenzen zu untersuchen. Wir nehmen an, dass Resistenzgene gegen einen Kontaminanten in Anwesenheit des anderen Kontaminanten in Flussaueflächen verbreitet werden, da beide Resistenzen aus unterschiedlichen Quellen in die Flussaueflächen gelangen und auf denselben mobilen genetischen Elementen auftreten. Drei Forschungsziele werden verfolgt: Bestimmung der Häufigkeit und Verteilung von HRGs und ARGs in Flussaueflächen und deren Verteilung entlang entgegengesetzter Antibiotika- und Schwermetallgradienten. Erforschung der Anpassung von Flussaue-Graslandschaften an die Co-Kontamination mit Schwermetallen und Antibiotika sowie Untersuchung der Bewegung von Resistenzgenen. Bewertung des Einflusses der Rhizosphäre auf die Vermehrung von ARGs und HRGs unter Einwirkung eines der Kontaminanten. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt umfasst Felduntersuchungen zur Messung von Schwermetall- und Antibiotikakonzentrationen sowie zur Quantifizierung der entsprechenden Resistenzgene. Es werden zusätzliche Faktoren untersucht, die die Ausbreitung von Resistenzgenen beeinflussen, einschließlich Bodengeochemie, Biotopart, Klima und Dynamik der mikrobiellen Gemeinschaft. Ein Modellversuch mit einem Flussauenstreifen wird durchgeführt, um die Bewegung und den Abbau von Resistenzgenen zu beurteilen. Die Anpassung der mikrobiellen Gemeinschaften wird mittels Amplicon-Sequenzierung analysiert und die Rolle der Rhizosphäre-Prozesse bei der Vermehrung von Resistenzgenen wird bewertet. Die Ergebnisse dieser Studie tragen zu einem besseren Verständnis der Faktoren bei, die das gleichzeitige Auftreten und die Vermehrung von ARGs und HRGs in Flussaueflächen beeinflussen.
Süßwasserökosysteme gelten als Hotspots der Biodiversität, da sie nur einen kleinen Teil der Erdoberfläche bedecken aber eine Vielzahl von Arten beherbergen. Gleichzeitig sind die Populationen von Süßwasserarten in den letzten Jahrzehnten rapide zurückgegangen. Um den negativen Trend zu verlangsamen oder gar umzukehren, ist eine solide Ausgangsbasis für den aktuellen Zustand der Süßwasser-Biodiversität dringend erforderlich, mit der die Veränderungen verglichen werden können. In dieser Hinsicht ist die räumliche Süßwasser-Biodiversitätsforschung von großer Bedeutung, um neue Informationen über die Verbreitung der Arten und für die Naturschutzplanung zu liefern. Das einzigartigste Merkmal von Süßwasserökosystemen ist die longitudinale Vernetzung der Binnengewässer, die jedoch gleichzeitig das am meisten vernachlässigte Merkmal in Biodiversitätsanalysen in Süßwasserökosystemen ist. In dem vorgeschlagenen Forschungsprojekt beleuchten wir insbesondere diesen Aspekt, indem wir die neuesten Ansätze der Graphentheorie und der Art-Arealmodellierung anwenden, um die Muster der Arten- sowie funktionellen Diversität der südamerikanischen Süßwasserfischfauna besser zu verstehen. Diese Fischfauna umfasst etwa ein Drittel der weltweiten Fischarten, womit sie als ein ideales und repräsentatives Beispiel herangezogen werden kann. Konkret werden wir (i) die räumlichen Muster der hydrographischen Netzwerkstruktur auf dem gesamten Kontinent untersuchen, um abzuschätzen, wie die Binnengewässer räumlich verbreitet und miteinander verbunden sind. Diese Informationen werden in (ii) sog. Graph-Learning-Art-Arealmodellen verwendet, die sich die räumliche Netzwerkstruktur zunutze machen und zusammen mit einer umfangreichen Datenbank mit geografischen Fischdaten Schätzungen der Artenvielfalt von Fischen in ganz Südamerika liefern werden. Schließlich werden wir (iii) Informationen über funktionelle Merkmale mit den Schätzungen der Artenverbreitung verknüpfen, um Einblicke in räumliche Muster der funktionellen Vielfalt der Fische in ganz Südamerika zu erhalten. Das Projekt hat das Potenzial, neue Erkenntnisse über die räumlichen Muster der Süßwasser-Biodiversität einer kontinentalen Fischfauna zu liefern, indem es die Rolle der zugrunde liegenden Netzwerkstruktur für die Schätzungen der Fischvielfalt nutzt. In Anbetracht des großen räumlichen Gradienten erwarten wir, dass die Ergebnisse in hohem Maße verallgemeinerbare Einblicke in die Diversitätsmuster einer kontinentalen Süßwasserfischfauna bieten und einen Eckpfeiler für die Naturschutzplanung darstellen.
In Folge des globalen Klimawandels hat sich die Meereisdecke in der Arktis dramatisch verändert. Im derzeitigen Zustand spielt die arktische Eisdecke eine wichtige Rolle; so schirmt sie das Oberflächenwasser, die sogenannte arktische Halokline (Salzgehaltsschichtung), von der Erwärmung durch die sommerliche Sonneneinstrahlung ab. Zudem wird die Halokline durch die Salze, welches beim Gefrierprozess des Meerwassers aus der Kristallstruktur austritt, gebildet und stabilisiert. Gleichzeitig wirkt die Halokline als Barriere zwischen der Eisdecke und dem darunter liegenden warmen atlantischen Wasser und trägt so zum Erhalt der arktischen Meereisdecke bei. Dieses Gleichgewicht ist nun durch die insgesamt wesentlich dünnere arktische Meereisdecke und ihre verringerte sommerliche Ausdehnung gestört. Im Meerwasser sind zudem Gase und biogeochemisch wichtige Spurenstoffen enthalten. Diese werden durch die Gefrierprozesse eingeschlossen, beeinflusst und wieder ausgestoßen. So beeinflusst die Meereisdecke die Gas- und Stoffflüsse zwischen Atmosphäre, Eis und oberer Wasserschicht. Durch die Eisbewegung findet außerdem ein Transport statt z.B. in der sogenannten Transpolarendrift von den sibirischen Schelfgebieten, über den Nordpol, südwärts bis ins europäische Nordmeer. Nun wird mit den weitreichenden Veränderungen des globalen und arktischen Klimawandels bereits von der „neuen Arktis“ gesprochen, da angenommen wird, dass sich die Arktis bereits in einem neuen Funktionsmodus befindet. Dabei ist jedoch weitgehend unbekannt wie dieses neue System funktioniert, sich weiterentwickelt und wie sich dies auf die Eisbildungsprozesse und damit die Stabilität der Halokline und die damit verbundenen Gas- und Stoffflüsse auswirkt. Für solche Untersuchungen werden über den Jahresverlauf Proben der oberen Wassersäule und der Eisdecke benötigt. Ermöglicht wird dies durch die wissenschaftliche Initiative MOSAiC. Mithilfe der stabilen Isotope des Wassers (?18O und ?D) aus dem Eis und der Wassersäule kann Rückschlüsse auf die Herkunftswässer und den Gefrierprozess gezogen werden und diese Ergebnisse sollen in direkten Zusammenhang mit Gas- und biogeochemischen Stoffuntersuchungen (aus Partnerprojekten) gesetzt werden. Dabei können z.B. Stürme, Schmelzprozesse, Schneebedeckung, Teichbildung und Alterungseffekte des Eises eine Rolle spielen. Untersucht wird parallel die Veränderung der Wassersäule welche z.B. durch Wärmetransport, wiederum die Eisdecke beeinflussen kann.Diese prozessorientierten Untersuchungen der saisonalen Eisbildungsprozesse in Eis und Wassersäule der zentralen Arktis, werden einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Stabilität der arktischen Halokline und der arktischen Gas- und Stoffflüsse liefern. Da sich die Gase und Stoffe nicht-konservativ verhalten, während die Isotope im Gefrierprozess konservativ sind, erwarten wir aus der Diskrepanz wiederum wichtige Informationen z. B. über wiederholtes Einfrieren von Süßwasserbeimengungen ableiten zu können.
Nichtlineare, stochastische und dissipative geophysikalische Strömungen in Atmosphäre und Ozean sind Teil der Turbulenztheorie. Diese beeinflussen die Dynamik im Bereich von Zentimetern bis zu mehreren hundert Metern sowie die meso- und synoptischen Skalen. Ein Beispiel hierfür ist das Powerspektrum von mesoskaligen horizontalen Winden, das sich statistisch ähnlich wie Meterskalen verhält und mit den Vorhersagen der klassischen isotropen 3D Turbulenz übereinstimmt, wie sie in der Arbeit von Nastrom und Gage von 1984 gefunden wurde. Diese Erkenntnis machte neue Turbulenztheorien nötig, die eine Alternative zur klassischen Erklärung der Schwerewellen bieten könnten, um die Physik hinter der mesoskaligen Dynamik in geophysikalischen Strömungen zu verstehen, wie etwa die Theorie der stratifizierten (geschichteten) Turbulenz (ST). Ein leistungsfähiges Untersuchungsinstrument der ST-Theorie ist die Analyse von Statistikdaten höherer Ordnung von Zustandsvariablen, die das mittlere Strömungsverhalten beschreiben. Dies gilt insbesondere für die Strukturfunktion (SF), die Messungen der gleichen Parameter zu verschiedenen Zeitpunkten und an verschiedenen Orten auf einen einzigen Wert, durch die Schätzung von Ensemble-Mittelwerten, synthetisiert. Eine wesentliche Einschränkung bei der Untersuchung der mesoskaligen Dynamik der Winde durch die Abschätzung von SFs hoher Ordnung für verschiedene atmosphärische Höhen ist jedoch der Mangel an geeigneten Messmöglichkeiten, die die horizontalen Mesoskalen mit ausreichend hoher Auflösung und zeitkontinuierlich erfassen können. Im Bereich der Mesosphäre und der unteren Thermosphäre (MLT) haben multistatische Meteorradarsysteme (SMRs) kürzlich bewiesen, dass sie diese Anforderungen erfüllen. Im Rahmen dieses Projekts werden zwei Hauptthemen verfolgt. Das erste ist die umfassende Analyse und Charakterisierung von SFs zweiter Ordnung der horizontalen mesoskaligen Winde aus multistatischen SMRs Beobachtungen in der MLT-Region. Wir wollen die Gültigkeit der Eigenschaft der horizontalen Isotropie beurteilen und ihre Auswirkungen auf die Dynamik von Rotations- und Divergenzmoden bewerten. Für diese Aufgaben stehen Messungen in mittleren und hohen Breitengraden zur Verfügung. Das zweite Hauptthema ist die Anwendung von Wind-SFs höherer Ordnung, die über die zweite Ordnung hinausgehen, unter Verwendung von MST-Radarwinddaten an einem einzelnen Standort. Die Anwendung der Taylor-Approximation Methode wird die Untersuchung der räumlichen Verschiebungen erleichtern, die aus zeitlichen Verzögerungen bestimmt werden. Die Methode wird anhand von Winden in der oberen Troposphäre und der unteren Stratosphäre implementiert und dann auf die mesosphärischen Winde ausgedehnt. Die Ergebnisse dieses Projekts werden Erkenntnisse über die Unterschiede und Gemeinsamkeiten im statistischen Verhalten der mesoskaligen Winde in verschiedenen atmosphärischen Höhen liefern.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 124 |
| Land | 3 |
| Wissenschaft | 47 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 123 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 124 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 121 |
| Englisch | 91 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 1 |
| Keine | 54 |
| Webseite | 70 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 90 |
| Lebewesen und Lebensräume | 117 |
| Luft | 72 |
| Mensch und Umwelt | 124 |
| Wasser | 62 |
| Weitere | 124 |