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Three-dimensional hydrochemical data of Lake Runstedt (Germany) for three campaigns in 2023

Lake Runstedt, around 30 km west of Leipzig, is a post-mining lake created by the flooding of the former Großkayna open-cast mine. After the end of the lignite mining, the pit was partially filled with industrial waste and fly ash for several decades. With high concentrations of ammonium in the sediment, oxygen consumption due to nitrification of ammonium released into the lake is a major challenge to the lake’s water quality. To ensure the oxygen supply in the hypolimnion (i.e. the bottom lake layer that is not affected by wind mixing) in summer, three aerators are operated in the lake by the Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft (LMBV). In 2023, the Freiberg University of Mining and Technology was commissioned by the BGR to carry out three measurement campaigns (end of July/beginning of August, mid-September, mid-October) on the lake using an autonomous surface vehicle (here: a catamaran-shaped robotic device) to assess the spatial effects of the aeration on lake water quality. The data set provided contains the collected three-dimensional data of water temperature, oxygen content, pH, electrical conductivity, turbidity and chlorophyll. In addition, laboratory analyses of water samples obtained with a Ruttner sampler are included. The data reflect the conditions before and after operation of the aerators. Detailed explanations can be found in the publication “Spatial heterogeneity of dissolved oxygen and sediment fluxes revealed by autonomous robotic lakewater profiling” (2025) by Röder et al. in the journal Limnology and Oceanography (http://doi.org/10.1002/lno.70174).

Fließgewässermessstelle Messstation Pfelling, Donau

Die Messstelle Messstation Pfelling (Messstellen-Nr: 196431) befindet sich im Gewässer Donau in Bayern. Die Messstelle dient der Überwachung des chemischen Zustands.

Fließgewässermessstelle Strbr. oh Mdg., Aurach

Die Messstelle Strbr. oh Mdg. (Messstellen-Nr: 16702) befindet sich im Gewässer Aurach in Bayern. Die Messstelle dient der Überwachung des biologischen Zustands, des chemischen Zustands, des Grundwasserstands im oberen Grundwasserstockwerk.

Fließgewässergütedaten der Online-Messstelle Worms (Rhein)

Die Online-Messstation Worms befindet sich am Fluss Rhein und wird betrieben von der LUBW. Es werden kontinuierlich Güteparameter gemessen. Die aktuellen Daten der vergangenen sechs Wochen der Messstationen finden Sie als Stundenmittelwerte unter 'Messwerte' über die Stationsauswahl auf der Website. Bitte beachten Sie, dass es sich bei den dargestellten Messwerten um ungeprüfte Rohdaten handelt. Die mehrjährigen Tagesmittelwerte der an den Online-Messstationen gemessenen Parameter können im Daten- und Kartendienst der LUBW , ehemals Jahresdatenkatalog genannt, interaktiv abgerufen werden.

Nutzung von Wasserstoff als klimaneutrales Prozessgas für den Tunnelofenbetrieb in der keramischen Industrie

Das Ziel des Projektes besteht in der Nutzung von Wasserstoff als klimaneutrales Prozessgas für den Tunnelofenbetrieb in der keramischen Industrie. Der Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie e. V. hat im März 2021 eine Roadmap für eine treibhausgasneutrale Ziegelindustrie in Deutschland - Ein Weg zur Klimaneutralität der Branche bis 2050- herausgegeben. Die Treibhausgasemissionen der deutschen Ziegelindustrie betragen rund 1,74 Mio. t CO2 im Jahr. Bis zum Jahr 2050 soll das Ziel der Treibhausgasneutralität, mit dann nur noch Emissionen von rund 0,5 Mio. t CO2/a, erreicht sein. Ein großes Problem bei der Herstellung keramischer Erzeugnisse wie Ziegel, Dachziegel, Klinker etc. ist der hohe Energieverbrauch. Der Sekundärenergieträger Wasserstoff kann durch seine CO2-freie Verbrennung sehr gut als Brennstoff eingesetzt werden. Wasserstoff ist ein brennbares Gas das exotherm mit Sauerstoff zu Wasser reagiert. Durch die Veränderung der Gasatmosphäre im Ofen gibt es jedoch Auswirkungen auf die Eigenschaften des Brennproduktes, die keramischen Eigenschaften, die Brennfarbe, die Puzzolanität und schädliche Emissionen im Ofenraum. Schwerpunkt ist es, derzeit noch offene Fragestellungen zum Wasserstoff-verfahren zu lösen, d.h. Kenntnisse über die Reaktionsmechanismen in den Rohstoffen bei wasserdampfhaltiger Atmosphäre zu erlangen und ein Konzept für die Verfahrenstechnik zu entwickeln, mit der es nach dem heutigen Stand der Technik möglich wird, ein solches Brennverfahren sicher und wirtschaftlich in einem kontinuierlichen Prozess einzusetzen. Die Projektergebnisse sollen im Werk Rietberg der Wienerberger GmbH in einem Pilotofen umgesetzt und erprobt werden.

Nutzung von Wasserstoff als klimaneutrales Prozessgas für den Tunnelofenbetrieb in der keramischen Industrie, Teilvorhaben: Entwicklung des klimaneutralen Brennverfahrens

Das Ziel des Projektes besteht in der Nutzung von Wasserstoff als klimaneutrales Prozessgas für den Tunnelofenbetrieb in der keramischen Industrie. Der Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie e. V. hat im März 2021 eine Roadmap für eine treibhausgasneutrale Ziegelindustrie in Deutschland - Ein Weg zur Klimaneutralität der Branche bis 2050- herausgegeben. Die Treibhausgasemissionen der deutschen Ziegelindustrie betragen rund 1,74 Mio. t CO2 im Jahr. Bis zum Jahr 2050 soll das Ziel der Treibhausgasneutralität, mit dann nur noch Emissionen von rund 0,5 Mio. t CO2/a, erreicht sein. Ein großes Problem bei der Herstellung keramischer Erzeugnisse wie Ziegel, Dachziegel, Klinker etc. ist der hohe Energieverbrauch. Der Sekundärenergieträger Wasserstoff kann durch seine CO2-freie Verbrennung sehr gut als Brennstoff eingesetzt werden. Wasserstoff ist ein brennbares Gas das exotherm mit Sauerstoff zu Wasser reagiert. Durch die Veränderung der Gasatmosphäre im Ofen gibt es jedoch Auswirkungen auf die Eigenschaften des Brennproduktes, die keramischen Eigenschaften, die Brennfarbe, die Puzzolanität und schädliche Emissionen im Ofenraum. Schwerpunkt ist es, derzeit noch offene Fragestellungen zum Wasserstoff-verfahren zu lösen, d.h. Kenntnisse über die Reaktionsmechanismen in den Rohstoffen bei wasserdampfhaltiger Atmosphäre zu erlangen und ein Konzept für die Verfahrenstechnik zu entwickeln, mit der es nach dem heutigen Stand der Technik möglich wird, ein solches Brennverfahren sicher und wirtschaftlich in einem kontinuierlichen Prozess einzusetzen. Die Projektergebnisse sollen im Werk Rietberg der Wienerberger GmbH in einem Pilotofen umgesetzt und erprobt werden.

Umweltfreundliche Bleiche von Sulfit- und Sulfatzellstoffen sowie von Altpapieren

a) Entwicklung eines Bleichverfahrens fuer Sulfitzellstoffe ohne Einsatz von Chlor. b) Ersatz der Chlorierungsstufe durch eine Alkali/Sauerstoff- oder Peroxidstufe mit Magnesium oder Natrium als Base. Einsatz von Chlordioxid an Stelle von Chlor. c) Die Sulfitzellstoffe werden in vier Stufen mit den erwaehnten Bleichmitteln behandelt und auf einen Weissgrad von 90 und hoeher gebracht. Bei Verwendung der gleichen Base in der Bleiche wie beim Aufschluss koennen die Bleichereiabwaesser zusammen mit der Kochereiablauge eingedampft und verbrannt werden und ein Grossteil der Chemikalien zurueckgewonnen werden. Die Abwasserbelastung durch Zellstoffabriken kann so erheblich reduziert werden.

Sind permeable Sedimente in Küstengebieten Hotspots für die Bildung von nicht-flüchtigem gelöstem organischem Schwefel (DOS) im Meer?

Organische Schwefelkomponenten sind abundant in marinen Sedimenten. Diese Verbindungen werden v.a. durch die abiotische Reaktion anorganischer Schwefelverbindungen mit Biomolekülen gebildet. Wegen seiner Bedeutung für globale Stoffkreisläufe, für die Nutzung von Erdöllagerstätten und für die Erhaltung des Paleorecords, gibt es eine Vielzahl von Studien zum Thema. Sehr wenig Aufmerksamkeit wurde allerdings wasserlöslichen Komponenten geschenkt, die beim Prozess der Sulfurisierung entstehen und als gelöster organischer Schwefel (DOS) in die Meere gelangen können. Anhand der wenigen verfügbaren Informationen ist Schwefel vermutlich das dritthäufigste Heteroelement im gelösten organischen Material (DOM) der Meere, nach Sauerstoff und Stickstoff. Einige Schwefelverbindungen, insbesondere Thiole, sind für die Verbreitung von Schadstoffen aber auch essenzieller Spurenstoffe verantwortlich. Wichtige klimarelevante Schwefelverbindungen entstehen aus DOS. Daher spielt der marine DOS-Kreislauf eine Rolle für die Meere und Atmosphäre. Trotz seiner Bedeutung sind die Quellen marinen DOS, seine Umsetzung im Meer und Funktion für Meeresbewohner unbestimmt. Auch ist die molekulare Zusammensetzung von DOS unbekannt. In diesem Projekt werden wir Pionierarbeit in einem neuen Forschungsfeld der marinen Biogeochemie leisten. Wir wollen grundlegende Fragen bzgl. der Bildung und Verteilung von nicht-flüchtigem DOS im Meer beantworten. Unsere wichtigsten Hypothesen:* Bildung von DOS:(1) Sulfatreduzierende Sedimente sind wesentlich für die Bildung von DOS.(2) Reduzierte Schwefelverbindungen (v.a. Thiole) dominieren in Zonen der DOS-Entstehung.(3) DOS wird v.a. über abiotische Sulfurisierung in der Frühdiagenese gebildet.* Transport und Schicksal von DOS im Ozean:(4) DOS wird von sulfat-reduzierenden intertidalen Grundwässern an das Meer abgeben.(5) In der Wassersäule oxidiert DOS schnell (z.B. zu Sulfonsäuren).(6) DOS aus intertidalen Sedimenten ist in oxidierter Form auf den Kontintentalschelfen stabil.Neben dem wissenschaftlichen Ziel der Beantwortung dieser Hypothesen, wird das Projekt drei Promovierenden (eine in Deutschland und zwei in Brasilien) die außergewöhnliche Gelegenheit bieten, ihre Doktorarbeiten im Rahmen eines internationalen Projektes durchzuführen. Wir werden die Stärken beider Partner in Feld- und Laborstudien und Elementar-, Isotopen- und molekularen Analysen kombinieren. Wir werden unterschiedliche Regionen im deutschen Wattenmeer und in brasilianischen Mangroven (Rio de Janeiro and Amazonien) beproben, sowie die benachbarten Schelfmeere. Sulfurisierungsexperimente werden die Feldstudien ergänzen. Zur quantitativen Bestimmung und molekularen Charakterisierung von DOS werden wir neue Ansätze anwenden, die von den beiden Arbeitsgruppen entwickelt wurden. Dabei kommen u.a. ultrahochauflösende Massenspektrometrie (FT-ICR-MS), und andere massenspektrometrischen und chromatographischen Methoden zu Anwendung.

Die Auswirkung der mittelalterlichen Klimaanomalie auf die Hypoxie in der Ostsee: Ein gekoppelter benthisch-pelagischer Modellierungsansatz

Der Klimawandel während der mittelalterlichen Klimaanomalie (MCA) und der kleinen Eiszeit (LIA) führte zur Ausdehnung bzw. Verringerung der hypoxischen Bodenbedeckung in der Ostsee. Hier schlagen wir eine Modellierungsstudie vor, um Mechanismen, durch die der Klimawandel zu den beobachteten Trends geführt hat, systematisch zu analysieren und Modellergebnisse anhand von geochemischen Sedimentkerndaten zu validieren. Das Zusammenspiel zwischen physikalischen und biogeochemischen Prozessen führt zu einer komplexen Dynamik, die den Sauerstoffgehalt in der Ostsee steuert. Die Sedimente spielen eine wichtige Rolle, indem sie sowohl als Quelle als auch als Senke für Phosphat fungieren, das den wichtigsten biolimitierenden Nährstoff bildet. Es ist jedoch kaum bekannt, wie der Klimawandel während der MCA zur Ausbreitung von Hypoxie führte. Es wurden bereits verschiedene Auslöser vorgeschlagen, um die Ausbreitung der Hypoxie während der MCA zu erklären, wie z.B. eine erhöhte Produktion von Cyanobakterien unter wärmeren Bedingungen, eine erhöhte / verringerte Stratifikation aufgrund sich ändernder Niederschlagsmuster und eine sedimentäre Freisetzung von Phosphaten. Im ersten Teil des Projekts (Arbeitspaket AP1) werden wir ein modernes Ökosystemmodell verwenden, um Szenarien zu identifizieren, die den Zusammenhang zwischen Klimawandel und Hypoxie im Mittelalter erklären können. Das Modell wird durch die Implementierung eines frühen diagenetischen Moduls verbessert, das chemische Profile im Sediment vertikal auflösen kann (AP2). Für biogeochemische Reaktionen werden temperaturabhängige Ratenausdrücke implementiert. Das Sedimentmodul wird zunächst auf den aktuellen Zustand der Sedimente kalibriert (AP3). Szenarien aus AP1, die die Sauerstofftrends erfolgreich erklären können, werden anschließend in Modellläufen vom Mittelalter bis zur Gegenwart getestet (AP4). Die Simulation des Mittelalters kann durch verschiedene Sedimentproxies validiert werden, die Trends in den Redoxbedingungen des Tiefenwassers, in der Zufuhr von Metallen aus Schelfe in tiefere Becken, welche die Sequestrierung von Phosphat beeinflusst, und in der Menge an in Sedimenten erhaltenem Phosphor und organischer Substanz rekonstruieren können. Die erwarteten Ergebnisse des Projekts sind die Zuordnung der Ausbreitung von Hypoxie während der MCA zu einem Mechanismus und ein verbessertes Verständnis der Rolle der benthischen Dynamik, die die Eutrophierung als Reaktion auf den Klimawandel beeinflusst.

Atomarer Sauerstoff in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre der Erde

Atomarer Sauerstoff (O) ist ein wichtiger Bestandteil der Erdatmosphäre. Er erstreckt sich von der Mesosphäre bis zur unteren Thermosphäre (Engl.: Mesosphere and Lower Thermosphere: MLT), d. h. von etwa 80 km bis über 500 km Höhe. O wird durch Photolyse von molekularem Sauerstoff durch UV-Strahlung erzeugt. Er ist die am häufigsten vorkommende Spezies in der MLT und eine wichtige Komponente in Bezug auf dessen Photochemie. Außerdem ist O wichtig für den Energiehaushalt der MLT, da CO2-Moleküle durch Stöße mit O angeregt werden und die angeregten CO2-Moleküle im Infraroten strahlen und die MLT kühlen. Dies bedeutet, dass sich der globale Klimawandel auch auf die MLT auswirkt, denn die Erhöhung der CO2-Konzentration in der MLT führt zu einer effizienteren Kühlung und damit zu deren Schrumpfen. Die O Konzentration wird außerdem durch dynamische Bewegungen, vertikalen Transport, Gezeiten und Winde beeinflusst. Daher ist eine genaue Kenntnis der globalen Verteilung von O und seines Konzentrationsprofils sowie der täglichen und jährlichen Schwankungen unerlässlich, um die Photochemie, den Energiehaushalt und die Dynamik der MLT zu verstehen. Das Ziel dieses Projekts ist es, Säulendichten und Konzentrationsprofile von O in der MLT durch Analyse der Feinstrukturübergänge bei 4,74 THz und 2,06 THz zu bestimmen. Die zu analysierenden Daten wurden mit dem Heterodynspektrometer GREAT/upGREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz frequencies) an Bord von SOFIA, dem Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, gemessen. Dies ist eine direkte Beobachtungsmethode, die genauere Ergebnisse liefern kann als existierende indirekte satellitengestützte Methoden, die photochemische Modelle benötigen, um O Konzentrationsprofile abzuleiten. Mit GREAT/upGREAT wurden seit Mai 2014 ca. 500.000 Spektren gemessen, die vier verschiedene Weltregionen abdecken, nämlich Nordamerika, Neuseeland, Europa und Tahiti/Pazifik. Zeitliche Variationen sowie der Einfluss von Sonnenzyklen, Winden und Schwerewellen werden ebenfalls im Rahmen des Projekts untersucht. Die Ergebnisse werden mit Satellitendaten, die für Höhen von 80 bis 100 km verfügbar sind, und mit Vorhersagen eines semi-empirischen Modells verglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Daten die ersten spektral aufgelösten direkte Messungen von O in der MLT sind. Dies ist eine vielversprechende Alternative zur Bestimmung der Konzentration von O im Vergleich mit indirekten satellitengestützten Methoden, die auf photochemischen Modellen beruhen.

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