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Führt eine gesteigerte Siliziumverfügbarkeit zu eine Erhöhung der Mineralisierung von organischem Material in Niedermooren?

Silizium (Si) spielt eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Die Si-Verfügbarkeit in Ökosystemen ist dabei sehr unterschiedlich, abhängig von Ökosystemtyp, Ausgangsgestein, Vegetation und weiteren Faktoren. Aktuelle Forschung hat gezeigt, dass die Si-Verfügbarkeit entscheidend für Nährstoffgehalt und Nährstoffstöchiometrie von pflanzlicher Streu ist; besonders deutlich ist dieser Zusammenhang in Gräser-dominierten Systemen. Bedeutend in dem Zusammenhang ist eine gesteigerte Abbaurate von organischem Material bei gesteigerter Si-Verfügbarkeit. Pflanzenstreu mit geringen Nährstoffgehalten wird bekanntermaßen langsamer abgebaut als nährstoffreiche Streu. Allerdings konnte kürzlich gezeigt werden, dass nährstoffarme Streu mit hohen Si-Gehalten schneller abgebaut wird als nährstoffreiche Streu mit wenig Si. Dabei wurde gleichzeitig durch die Erhöhung des Si-Gehaltes der Streu die Biomasse der abbauenden Pilze stark reduziert. Dies beweist die Bedeutung von Si für den Kohlenstoffkreislauf und die mikrobielle Abbaugemeinschaft in von Gräsern dominierten Ökosystemen. Niedermore, als wichtige Kohlenstoffspeicher und bedeutende Treibhausgas-emittenden, sind solche von Gräsern dominierten Ökosysteme mit einem potentiell hohen Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf. Eine Vorabstudie, welche den Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf in einem Niedermoor untersuchte, zeigte eine verstärkte Respiration mit einer Vordopplung der Methangehalte im Torfkörper auf Si gedüngten Flächen. Allerdings wurde gleichzeitig zu den erhöhten Respirationsraten auch ein Anstieg der Phosphorgehalte (P) in der Bodenlösung gemessen. Eine Erhöhung des verfügbaren P führt bekanntermaßen ebenfalls zu einer Erhöhung der Respiration. Das Ziel des beantragten Projektes ist die direkten Effekte von Si auf den Kohlenstoffkreislauf von den indirekten Effekten (durch die Si bedingte P-Mobilisierung) zu trennen und eine Quantifizierung beider Prozesse vorzunehmen. Unsere Hypothesen sind (i) eine höhere Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung der Respiration organischer Substanz (Torf), durch (ii) direkte Si-Effekte und indirekte Si-Effekte durch eine Steigerung der P-Verfügbarkeit, (iii) die Steigerung der Respiration durch Si wird vorrangig durch Bakterien als durch Pilze erzielt und (iv) eine Steigerung der Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung von P und N Verfügbarkeit, Umsatz und Aufnahme durch Pflanzen und damit zu labilerer Streu. Die Mechanismen zu verstehen auf welche Weise Si den Kohlenstoffkreislauf in Niedermooren beeinflusst ist ein wichtiger Teil eines verbesserten Verständnisses des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs.

Die Bedeutung von Pflanzenstreu für die Keimlingsetablierung von krautigen Arten aus Grünland- und Waldgesellschaften

Abgestorbene Pflanzenteile (Streu) stellen eine wichtige Komponente biogeochemischer Nährstoffzyklen dar. Die Abbaurate von Streu durch Mineralisationsprozesse ist eine Steuergröße für die Produktivität von Ökosystemen und die Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften. Abgesehen von diesen langfristigen Effekten auf Ökosystemprozesse übt die Akkumulation von Pflanzenstreu jedoch auch bedeutende kurzfristige Auswirkungen auf Pflanzengemeinschaften aus. Diese können direkter Natur sein, z.B. wenn Streu als physische Barriere für die Entfaltung und Etablierung von Keimlingen wirkt, oder sie können indirekt über Veränderung abiotischer Bedingungen wirken. Die Zusammensetzung lokaler Pflanzengemeinschaften wird durch eine Reihe von Filtern kontrolliert, die aus dem globalen Artenpool jene Arten durchlassen, die (i) einen spezifischen Wuchsort überhaupt erreichen, (ii) die lokalen Standortbedingungen tolerieren und (iii) erfolgreich Interaktionen mit anderen Organismen derselben oder anderer trophischer Ebenen eingehen. Verschiedene Studien haben die wichtige Bedeutung von Interaktionen nach dem Tode , die durch die Effekte von Streu auf Artenzusammensetzung und Diversität vermittelt werden, hingewiesen. Pflanzenstreu besitzt das Potential, Etablierung und Fitness von Pflanzen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien zu beeinträchtigen. Dies geschieht durch Veränderung der chemischen (Nährstoffverfügbarkeit, Allelopathische Effekte) oder physikalischen Umwelt (Quantität und Qualität des Lichts, Temperaturamplitude, Bodenfeuchte unter einer Streudecke), durch mechanische Effekte (Streu als Barriere für das Wachstum von Keimlingen) oder durch die Beeinflussung biotischer Interaktionen, d.h. durch Auswirkungen von Streu auf Konkurrenz zwischen Pflanzenarten oder auf Herbivorie. In einer Reihe von Experimenten haben wir verschiedene Aspekte des potentiellen Effekts einer Streudecke auf die Etablierung von Keimlingen unterschiedlicher Arten von Grünland-, Wald und Steppenhabitaten untersucht (siehe Veröffentlichung).

ELPOS - Kriterien für die Persistenz und das Potential für Langstreckentransport von Pestiziden und Industriechemikalien

ELPOS - Kriterien für die Persistenz und das Potential für Langstreckentransport von Pestiziden und Industriechemikalien ELPOS läuft seit Oktober 1999 und wird durch das Umweltbundesamt (UBA) finanziert. Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Untersuchung von quantitativen Kriterien für das Potential für Langstreckentransport und die Persistenz von organischen Verbindungen. Das Multimediamodell ELPOS-1.0 beschreibt chemische Abbau- und Transformationsprozesse. Es wurde zur Berechnung der allgemeinen Persistenz und der charakteristischen Transportzeit in der Luft verwendet. Diese beiden beschreibenden Größen berücksichtigen den Austausch zwischen und den Abbau in Transportmedien und sind unabhängig von den Emissionen. Physikalisch-chemische Labordaten und Abbauraten in der Umwelt von 65 zurzeit benutzten Pestiziden, 21 persistenten organischen Schadstoffen (POP) und 23 Industriechemikalien wurden zusammengestellt. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Sensitivität hauptsächlich von den Eigenschaften der Chemikalien und einigen Umweltparametern abhängt. Die Reihenfolge der Chemikalien kann beeinflusst werden, wenn die Unsicherheit der Parameter berücksichtigt wird. Das gilt besonders, wenn bei der Sensitivitätsanalyse anstatt des Median das 90%-Perzentil verwendet wird. Das Modell wurde modifiziert, um die Temperaturabhängigkeit in einem Bereich zwischen 5°C und 30°C darzustellen. Die allgemeine Aufenthaltszeit und die charakteristische Transportdistanz wiesen eine starke Abhängigkeit von der Temperatur auf. Die charakteristische Transportdistanz kann in Abhängigkeit von den chemischen Eigenschaften sowohl mit der Temperatur ansteigen als auch abnehmen, während die Aufenthaltszeit in jedem Fall invers mit der Temperatur korreliert. Die charakteristische Transportdistanz wurde mit gemessenen räumlichen Konzentrationsgradienten in der Umwelt verglichen. Monitoring-Daten von verschiedenen PCB-Kongeneren wurden entlang eines Nord-Süd-Transektes erhoben und zeigten die gleiche Reihenfolge von Chemikalien, wie sie anhand der charakteristischen Transportdistanz vorhergesagt wurde. Unter Berücksichtigung der Unsicherheit und den begrenzten Möglichkeiten von ELPOS kann die allgemeine Aufenthaltszeit und die charakteristische Transportdistanz der Analyse, Reihung und Begutachtung von Substanzen hinsichtlich Persistenz und Potential für Langstreckentransport dienlich sein. So wurden durch Begutachtung der derzeit benutzten Pestizide einige Kandidaten für weitere Untersuchungen und Maßnahmen identifiziert.

Katalytische Reduktion des Stickoxids bei Gegenwart von Sauerstoff

Ziel der Untersuchung ist es, die Besonderheiten der Kinetik der NO/CO Reaktion als Zusammenwirken von Vorgaengen an der Phasengrenze, Transportvorgaengen in der Gasphase und Vorgaengen im Metall zu verstehen, um die in der Praxis bei der katalytischen Umsetzung von NO in Abgasen auftretenden Schwierigkeiten zu beheben. Zunaechst Untersuchung der Vorgaenge an Platin, dem in der Praxis der katalytischen NO-Beseitigung wichtigsten Katalysatormetall.

Bildung partikulärer organischer Masse in Wolken: Kammer- und Laborstudien, Mechanismen, Modellierung und Integration

Labor- und Feldstudien zeigen, dass chemische Prozesse in Wolken zur organischen Aerosolpartikelmasse beitragen. Aus der HCCT-2010-Feldstudie und der CUMULUS-Kammerstudie geht hervor, dass die organische Massenproduktion beträchtlich sein kann und diese von der Konzentration der organischen Vorläuferverbindungen in der Gasphase abhängt. Es bestehen jedoch große Unsicherheiten, bei der Art der resultierenden Aerosolpartikel, welche metastabil sein können und einen Teil ihrer organischen Masse während der Evaporation der Wolkentropfen wieder verlieren. Ziel des Projekts PARAMOUNT ist die Untersuchung der Chemie in Wolkentropfen, welche organische Wolkeninhaltsstoffe prozessiert und zur Bildung organischer Aerosolpartikelmasse beiträgt. PARAMOUNT ist auf die Untersuchung der Multiphasenchemie relevanter Vorläuferverbindungen wie polyfunktioneller Carbonyle und Säuren fokussiert. Mit diesen Verbindungen sollen kombinierte Labor- und CESAM-Kammerstudien zur Multiphasenchemie durchgeführt werden. Dabei sollen die Untersuchung der Reaktionskinetik und der Produktverteilung in der wässrigen Phase zur Reaktionsmechanismusformulierung als Grundlage dienen. Die CESAM-Experimente stehen im Mittelpunkt des PARAMOUNT-Projektes und konzentrieren sich hauptsächlich auf die Untersuchung der organischen Masseproduktion durch chemische Wolkenprozesse. Zur Untersuchung der organischen Massenproduktion unter variierenden Umweltbedingungen werden die CESAM Kammerstudien mit verschiedenen Anfangsbedingungen durchgeführt. Die organische Massenzunahme soll während der künstlichen Wolkenepisoden in der CESAM-Kammer mit neusten analytischen Methoden untersucht werden. Ferner sollen mögliche Anreicherungen von organischen Carbonylverbindungen, welche in Feldproben während der Wolkenfeldmesskampagne HCCT-2010 beobachtet wurden, eruiert werden. Zwei Aerosol-Massenspektrometer dienen der Online-Bestimmung der organischen Aerosolfraktion. Des Weiteren erfolgt die Analyse prozessierter interstitieller Gasphasenverbindungen und deren Partitionierungverhalten zwischen Gas- und Flüssigphase unter Verwendung eines PTR-MS und eines mini CVI (counter virtual impactor) in Kombination mit Offline-Analytik.Abschließend werden die CESAM-Experimente mit dem komplexen MCM / CAPRAM Multiphasenchemiemechanismus modelliert. Die verknüpfte Modellierung soll den auf den experimentellen Ergebnissen basierenden Mechanismus validieren und die Interpretation der Kammermessungen unterstützen. Insgesamt stellt das hier vorgeschlagene Projekt PARAMOUNT einen wissenschaftlichen Durchbruch für das Verständnis von chemischen Wolkenprozessen dar, sowie deren Bedeutung für die Produktion von sekundärem organischem Aerosol.

Multi-site-experiment II: Variation des Streuabbaues entlang eines europäischen Gradienten

Die Geschwindigkeit der Streuzersetzung ist abhängig vom Nährstoffgehalt des Bodens und den klimatischen Bedingungen am Standort. Bei einem Temperaturanstieg infolge des weltweiten Klimawandels wird vermutlich auch die Streuzersetzung in terrestrischen Ökosystemen zunehmen. Dies hätte weitreichende Konsequenzen für den Humusgehalt der Böden und den Nährstoffkreislauf im Ökosystem. Bei einem Anstieg der Abbauraten können Kohlenstoff-Senken in Kohlenstoff-Quellen umgewandelt werden. Außerdem sind eine Erhöhung der pflanzenverfügbaren Nährstoffgehalte im Boden und in der Folge eine gesteigerte Primärproduktion im Ökosystem möglich. Auf Grund des hohen Forschungsbedarfs zur dargestellten Thematik hat das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig im Rahmen des EU-Projektes ALTERNET II (Network of excellence) ein Forschungsprojekt mit dem Titel 'Multi-site-experiment II: Variation of litter decomposition across an European gradient' beantragt, welches auch genehmigt wurde. An diesem internationalen Forschungsprojekt nehmen 21 Wissenschaftler aus 13 europäischen Staaten teil. Untersucht werden Wald- und Graslandökosysteme. Das Umweltbundesamt in Wien und der Antragsteller dieser wissenschaftlichen Tätigkeit wurden als österreichische Vertreter eingeladen, an diesem europaweiten Forschungsprojekt teilzunehmen. Das Umweltbundesamt in Wien wird ein Waldökosystem und die HBLFA Raumberg-Gumpenstein ein Graslandökosystem in Bezug auf den Streuabbau untersuchen. Mit diesem internationalen Forschungsprojekt sollen an 21 verschiedenen Standorten in Europa folgende umweltrelevante Fragen beantwortet werden: - Wie verändert sich die Geschwindigkeit der Streuzersetzung in Wald- und Grünlandökosystemen entlang eines Klimagradienten? - Wie verändert sich die Geschwindigkeit der Streuzersetzung in Wald- und Grünlandökosystemen bei erhöhter Temperatur und besserem Ressourcenangebot (Kohlenstoff, Stickstoff) für die Bodenorganismen? usw.

Emissionsvermeidung durch Laser-Ablation beim Einsatz im nuklearen Rückbau, TP: Entwicklung eine Laserablationsprozesses zur effektiven Zerstörung von Oberflächenschichten

Skalierbare europäische Plattform für technische digitale Zwillinge (ECOTWIN), Teilvorhaben: Entwicklung einer hybriden Cloud+Edge Simulationsplattform für technische digitale Zwillinge und KI-Assistenzsysteme in Industrie und Gebäudetechnik

Biobasierte CO2-schaltbare Polymere aus neuartigen Bausteinen auf Itaconsäurebasis, Teilprojekt: Untersuchungen zur Reaktivität von neuen biobasierten Monomeren in radikalischen Polymerisationen

Nachhaltiges, biogenes Heizöl aus municipaler Restbiomasse, Operando-Untersuchungen zur Wasserstoffspeicherung in nano-partikulären Hybridmaterialien und deren Zweitverwendung

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