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Resilienzen stärken: Flexibilisierung und Innovationen als Treiber für eine zukunftsfähige Wasserversorgung in Kassel, Teilprojekt 1

Forstliches Umweltmonitoring

Waldökosysteme sind vielfältigen Belastungen ausgesetzt. Um rechtzeitig ungünstigen Entwicklungen entgegensteuern zu können, ist eine fortlaufende Überwachung des Waldzustandes notwendig. Dieses forstliche Umweltmonitoring erfolgt in Rheinland-Pfalz mit Hilfe von landesweiten Übersichtserhebungen (Level-I: Kronenzustandserhebung, Bodenzustandserhebung oder Waldernährungserhebung auf einem systematischen Raster) und anhand von Intensivuntersuchungen an Waldökosystem-Dauerbeobachtungsflächen (Level-II kontinuierliche Messungen der Luftschadstoffbelastung und der Witterungsverläufe sowie eine fortlaufende Beobachtung der Reaktionen der Waldökosysteme auf natürliche und anthropogene Stresseinflüsse an ausgewählten für die wichtigsten Waldstandorte in Rheinland-Pfalz charakteristischen Flächen). Erfasst werden u.a.: Kronenzustand (terrestrisch und aus IRC-Luftbildern); Waldwachstum; Nährstoffversorgung; Bodenvegetation; Bodenzustand; Baumflechten; Feinwurzeln; Mykorrhiza; Streufall; Ozonschadsymptome; Phänologie; Klima; Witterung; Luftschadstoffimmission; Luftschadstoffdeposition; Bodenwasser; Quellwasser. Anhand dieser Ergebnisse erfolgen Bewertungen zu den Themen: Wasserhaushalt, Bioelementhaushalt, Bodenversauerung, Stickstoffsättigung, Überschreitungen der ökologischen Belastungsgrenzen durch Luftschadstoffe (critical loads, AOT 40 etc.). Alle wesentlichen Befunde und umfangreiche Bewertungen können auch unter www.fawf.wald-rlp.de und hier unter: Forschungsschwerpunkte/Forstliches Umweltmonitoring eingesehen werden.

Wasser als Ressource

<p>Wasser als Ressource</p><p>Wasser ist ein existentieller Grundstoff des Lebens für Mensch, Tier und Pflanze. Von den weltweiten Wasserreserven sind nur knapp 3 % Süßwasser. Ein Großteil des Süßwassers ist in Eis, Schnee und Permafrostböden gebunden. Nur ein geringer Teil des verbleibenden Süßwassers ist tatsächlich nutzbar, ein Großteil ist nicht zugänglich. Zudem sind die Süßwasservorräte global ungleich verteilt.</p><p>Der Wasserkreislauf wird vor allem durch klimatische Faktoren wie Temperatur, Wind und Sonneneinstrahlung gesteuert. Weitere natürliche Faktoren wie die Pflanzenarten und -dichte beeinflussen die ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=Verdunstung#alphabar">Verdunstung</a>⁠; Bodenart und Struktur des Geländes, z.B. Hangneigung, wirken auf die Versickerungsfähigkeit und das Abflussgeschehen.</p><p>Zusätzlich beeinflussen menschliche Eingriffe den natürlichen Wasserkreislauf:</p><p>Deutschland hat im langjährigen Mittel ein ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/w?tag=Wasserdargebot#alphabar">Wasserdargebot</a>⁠ von 176 Milliarden Kubikmeter (Mrd. m³). Davon entnahmen im Jahr 2022 öffentliche Wasserversorger, , Industrieunternehmen, Bergbau und Energieversorger sowie die Landwirtschaft insgesamt 17,9 Mrd. m³.</p><p>Energieversorger beziehen ihr Kühl- und Prozesswasser fast vollständig aus Flüssen, Seen und Talsperren. Auch Industrieunternehmen und das verarbeitende Gewerbe entnehmen das notwendige Wasser überwiegend aus Flüssen, Seen und Talsperren. Die Trinkwasserversorger decken ihren Bedarf zu gut 70 % aus Grund- und Quellwasser. Die Landwirtschaft nutzt vornehmlich Grundwasser (69,1 %).</p><p>Neben diesen direkten Wasserentnahmen nutzen wir auch indirekt Wasser durch den Konsum von Lebensmitteln sowie die Nutzung von Dienstleistungen und Produkten (z.B. Kleidung, elektronische Geräte), die im Ausland hergestellt und nach Deutschland eingeführt werden. Aus der Summe der direkten und indirekten Wassernutzung ergibt sich der sogenannte Wasserfußabdruck für Deutschland. Nach Berechnungen von<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/konzeptionelle-weiterentwicklung-des">Bunsen et al.</a>(2022) beträgt er insgesamt rund 219 Mrd. m³ pro Jahr. Damit erzeugt jede Person in Deutschland durchschnittlich einen Wasserfußabdruck von 7.200 Liter täglich.</p><p></p>

Wasseraufkommen: Bundesländer, Jahre (bis 2019),Eigengewinnung und Fremdbezug

Untersuchung des physikalischen und chemischen Zustandes von Quellgewässern und Böden in den Vogesen und im Schwarzwald

Zwischen Herbst 2008 und Sommer 2010 wurden in den Vogesen und im Schwarzwald insgesamt 152 Quellen zu den verschiedenen Jahreszeiten beprobt. Neben den Quellgewässern sind auch die Böden der Quellgebiete Gegenstand der Untersuchung. Anhand verschiedener physikalischer und chemischer Parameter soll eine Aussage über den Versauerungsgrad der Quellen und der Böden in beiden Gebirgen getroffen werden. Zudem wird angestrebt, Korrelationen zwischen den Boden- und Quellwerten nachzuweisen. Diese Auswertungen dienen als Basis für die Analyse des Zustandes der Tonminerale in den Böden.

GRK 2000: Die deutsche Ostseeküste als terrestrisch-marine Schnittstelle für Wasser- und Stoffflüsse - Baltic Transcoast

Baltic TRANSCOAST erforscht die physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse am Übergang zwischen Land und Meer. Der landseitige Küstenzonenbereich ist global der am stärksten von Menschen gestaltete und genutzte Raum. Ein fundamentales Verständnis tief gelegener Küstenbereiche, welche vielfältigen Einflüssen des angrenzenden Meeres unterliegen, ist essentiell für zukünftige Nutzungs- und Management-Strategien. Im terrestrisch-marinen Übergangsbereich werden neben der Strömungsdynamik insbesondere Stoffflüsse und Organismen wechselseitig beeinflusst und gesteuert. Von besonderem Forschungsinteresse sind Küstenmoore, deren Oberfläche auf Höhe des Meeresspiegels liegt. Diese stellen in degradiertem Zustand eine Quelle für gelöste und gasförmige Stoffe dar. Baltic TRANSCOAST untersucht in interdisziplinären Forschungsthemen die Wasser- und Stoffflüsse im strandnahen Küstenmoor und im angrenzenden Flachwasser der Ostsee sowie deren Auswirkungen auf die Biota. Rostock ist für das Graduiertenkolleg prädestiniert denn hier können Biologen und Biologinnen, Chemiker und Chemikerinnen, Physiker und Physikerinnen und Umweltforscher und Umweltforscherinnen aus drei Fakultäten der Universität Rostock (UR) und dem Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) ihre Stärken bündeln und interdisziplinär die Küstenregion bearbeiten. Das Department Maritime' Systeme' (MTS) der Interdisziplinären Fakultät (INF) der UR, unter dessen Dach alle beteiligten Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen seit sechs Jahren zusammenarbeiten, trägt das Graduiertenkolleg. Die Konzentration auf ein gemeinsames Untersuchungsgebiet, das Hütelmoor bei Rostock, ermöglicht eine echte interdisziplinäre Zusammenarbeit. Der am Standort Rostock neu etablierte Leibniz-Wissenschaftscampus Phosphor ist ebenfalls ein Garant für interdisziplinäre Forschungsarbeiten. Baltic TRANSCOAST bildet mit einem umfassenden innovativen Qualifizierungskonzept Nachwuchswissenschaftler und Nachwuchswissenschaftlerinnen mit breiter und interdisziplinärer Expertise in der Küstenforschung aus. Die Gewinnung von hochqualifizierten Kandidaten und Kandidatinnen, erfolgt im Rahmen von Workshops. Das Studienprogramm ist in sechs Blöcke gegliedert, mit einem sukzessiv steigenden Engagement der Promovierenden. Zwei der Studienblöcke finden bei baltischen Partnern in Stockholm und Oulu statt. Zusätzlich ist eine Session auf einer internationalen Tagung als Ausbildungselement vorgesehen.

Führen elektrochemische Prozesse in der Eisphase in hochreichender Konvektion zur Bildung von Partikeln in der oberen Troposphäre?

Der Klimawandel stellt eines der größten Probleme unserer Gesellschaft der nächsten Jahrzehnte dar. Verlässliche Klimaprognosen sind in diesem Zusammenhang von enormer politischer und sozioökonomischer Relevanz. Genaue Vorhersagen sind jedoch derzeit durch ein noch begrenztes Verständnis wichtiger atmosphärischer Parameter, wie zum Beispiel der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre, der Aerosolbelastung, den Zirruswolken und Zirkulationsrückkopplungen in der oberen Troposphäre/unteren Stratosphäre (OTUS) nur sehr eingeschränkt möglich. Insbesondere unser Wissen über die wichtigsten klimarelevanten atmosphärischen Bestandteile wie z.B. der Wasserdampf, Eis- und Aerosolpartikel ist unvollständig.Kürzlich wurden in der OTUS starke Partikelneubildungsereignisse beobachtet, in einer Region, in der Eisbildung und tiefe Konvektion vorherrschen. Es scheint, dass die Region überhalb troposphärischen Wolken ein günstiger Ort für die Bildung neuer Teilchen ist. Der zugrunde liegende Bildungsmechanismus ist jedoch nur sehr qualitativ verstanden. Diese Partikelneubildungsereignisse sind möglicherweise mit der Bildung von kondensierbaren Dämpfen in großer Höhe verbunden und nicht nur mit dem Aufsteigen verschmutzter Luftmassen, die diese enthalten. Partikelneubildung erfordert somit eine Quelle von atmosphärischen Oxidationsmitteln, die die Flüchtigkeit von Vorläufergasen reduzieren, um Partikel im unteren Nanometerbereich durch Gas-zu-Partikel-Umwandlung zu bilden. Diese Oxidationsmittelquelle muss stark genug sein, um mit den durch die bereits vorhandenen Partikel induzierten Kondensationssenken zu konkurrieren.Wir vermuten, dass die Bildung von Eispartikeln durch das Gefrieren von unterkühltem flüssigem Wasser, gefolgt von Wasserkondensation, Quellen von H2O2 oder HOx-Radikalen in der OTUS sind, die zur Partikelneubildung führen Es ist bekannt, dass das Gefrieren wässriger Lösungen elektrische Felder erzeugt (sogenannter Workman-Reynolds-Effekt). In ähnlicher Weise wurde kürzlich gezeigt, dass die bevorzugte Orientierung der Wassermoleküle an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser ein elektrisches Grenzflächenpotential induziert. Solche lokalisierten elektrischen Felder können elektrochemische Prozesse in oder auf den Eispartikeln induzieren, die H2O2 oder HOx produzieren und erheblich zur Oxidationskapazität der Atmosphäre beitragen, wodurch die Bildung neuer Partikel und Wolken und schließlich der Strahlungshaushalt und das Klima der Erde beeinflusst werden. Diese Hypothese wird durch einige sehr aktuelle aktuelle Messungen gestützt.Dieses Projekt hat zum Ziel, diese Oxidationsprozesse zu charakterisieren und quantifizieren.

Vertikaler turbulenter Aerosolpartikeltransport über offenem Wasser und Eis in der zentralen Arktis während des Sommers - Aerosolpartikelquellen und -umwandlung in der arktischen marinen Grenzschicht

In der Arktis ist aktuell die stärkste Temperaturerhöhung im Zuge des Klimawandels zu beobachten. Diese Tatsache beruht auf einer komplexen Kette von Prozessen und Rückkopplungen, in denen Aerosolpartikel durch ihren Einfluss auf Strahlungsbilanz und Wolkenbildung eine wesentliche Rolle spielen. Um die Auswirkungen der sich ändernden Eisbedeckung abschätzen zu können, müssen die Wechselwirkungen zwischen Ozean sowie Eis und der Atmosphäre besser verstanden werden. Grundsätzlich mangelt es besonders im Bereich des arktischen Ozeans an atmosphärischen Messungen, die zum Verständnis der Prozesse aber auch zur Vorhersage der zu erwartenden Änderungen dringend benötigt werden. Austauschprozesse zwischen Ozean/Eis und Atmosphäre sind in diesen Regionen ebenfalls wenig untersucht. Im Rahmen dieses Projektes sollen mithilfe der RV Polarstern vertikale Austauschprozesse oberhalb von Wasser und Eis im Detail betrachtet werden und damit verbundene Quellen für Aerosolpartikel lokalisiert werden. Dazu ist eine Reihe von kontinuierlichen Aerosolmessungen an Bord des Schiffes geplant, die die Anzahlgrößenverteilungen, optische Parameter (Streuung, Absorption), das Mischungsverhältnis von Partikeln, die schwarzen Kohlenstoff (BC) enthalten, die Konzentration von eisbildenden Partikeln (INP) sowie die chemische Zusammensetzung der Aerosolpartikel umfassen. Weiterhin werden in den im Sommer häufig auftretenden Nebelphasen Nebelwasserproben gesammelt, sowie während der gesamten Kampagne täglich Wasserproben aus dem Ozean entnommen. Diese Proben werden nach der Kampagne auf die Konzentration von INP und BC untersucht. Weiterhin sollen erstmals mit Laser-Inkandeszenz Methoden die BC-Konzentrationen sowohl im luftgetragenen Aerosol als auch in Wasserproben gemessen werden. Zur Vorbereitung der Wasserproben mit hoher Salinität werden neuartige Methoden angewandt. Durch diese Kombination der parallelen Untersuchung von Bestandteilen in Luft und Wasser sollen Transport- und Austauschprozesse dieser Aerosolpartikel quantifiziert werden. Während langsamer Fahrt des Schiffes oder Drift mit dem Eis wird Messtechnik zur Bestimmung von vertikalen Partikelflüssen am vorderen Ausleger des Schiffes eingesetzt. Damit werden Zeitreihen des Windvektors und der Partikelkonzentration erfasst, mit deren Hilfe im Anschluss der vertikale, turbulente Partikelfluss über unterschiedlichen Oberflächen durch die Eddy Kovarianz Methode bestimmt werden soll. Kombiniert mit diesen Messungen wird die Konzentration der INP erfasst, um deren Ursprung und Quellen lokalisieren zu können. Ein weiteres Messsystem, das aus einer eindimensionalen Windmessung und einem Partikelzähler besteht, wird am Kranhaken des vorderen Auslegers befestigt und bestimmt Vertikalprofile der Partikelkonzentration, aus denen ebenfalls eine Abschätzung des Vertikalflusses von Partikeln möglich ist. Diese Methoden sind erprobt und etabliert, wurden nur bisher noch nie in dieser Form über dem arktischen Ozean angewendet.

Untersuchungen zur Ausbreitung von Haldenlösungen der Kalirückstandshalden am Beispiel der Halde Sollstedt, Thüringen

Durch die Verarbeitung und Förderung von Kalisalzen sind in Thüringen große Abraum- und Rückstandshalden entstanden. Die aufgehaldeten Salze werden niederschlagsinduziert aufgelöst und gelangen in Grund- und Oberflächengewässer. Das hoch mineralisierte Infiltrationswasser breitet sich im Grundwasser als Salzfahne aus und kann in Quellen wieder zutage treten. Am Beispiel der Kalirückstandshalde Sollstedt wird die Ausbreitung der in den Untergrund eingebrachten Salzlösung untersucht. Ziel des Vorhabens ist der Erwerb von Kenntnissen über die regionalen geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse einerseits. Andererseits im Sinne der Wasserwirtschaft, Untersuchungen der Wasserverhältnisse im Hinblick auf ihre Salinität und Wasserwegsamkeit. Im Abstromgebiet der Halde Sollstedt liegen mehrere Quellen, die stark mineralisiert sind. Die Halde Sollstedt sowie der von ihr ausgehende Salzeintrag in Oberflächen- und Grundwässer ist aufgrund der topographischen Situation und der geologischen Verhältnisse als möglicher Teilverursacher der hohen Mineralisation der Quellen einzustufen. Als weiterer möglicher Teilverursacher der Quellwasserbelastung wird eine ehemalige Hausmülldeponie, die sich im vermuteten Einzugsbereich der Quellen befindet untersucht. Geogene Ursachen, wie bisher nicht bekannte, natürliche Salzvorkommen im Untergrund sind als Weitere Ursachen der hohen Quellwassermineralisation nicht auszuschließen.

Statistik der öffentlichen Wasserversorgung und der öffentlichen Abwasserbeseitigung

1.Wasserversorgung: Gewinnung und Bezug von Grundwasser, Quellwasser und Oberflächenwasser, getrennt nach Gewinnungsanlagen. Abgabe von Wasser nach Menge und Zahl der versorgten Einwohner. 2.Abwasserbeseitigung: Menge und Herkunft des Abwassers; Art und Wirkungsgrad der Abwasserbehandlung; an Kanalisation und Kläranlagen angeschlossene/nicht angeschl. Einwohner; Schädlichkeit des Abwassers; Sammlung und Ableitung des Abwassers über die öffentliche Kanalisation; Menge, Behandlung, Verwendung und Beseitigung des Klärschlamms.

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