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Untersuchung des Feststofftransportes und der Hoehenveraenderung der Flusssohle schiffbarer Gewaesser

Zweck und Ziel: Langfristige und grossraeumige Ermittlung der Hoehenveraenderungen der schiffbaren Gewaesser durch Erosion und Ablagerung im Zusammenhang mit den Ermittlungen des Feststofftransportes (Geschiebe- und Schwebstofftransport), den Baumassnahmen, den Bagger- und Verklappungsmassen usw. Ausfuehrung: Im Berichtszeitraum wurden die Schwebstoffdauermessungen an rund 60 Messstellen in den Bundeswasserstrassen fortgefuehrt. Der wesentliche Schwerpunkt der Arbeiten lag in der Untersuchung der Zusammensetzung der Sedimente aus Baggerbereichen verschiedener Bundeswasserstrassen in Zusammenarbeit mit den Fachgruppen Chemie und Biologie. Die Untersuchungen befassten sich mit der Frage, ob und welchen Einfluss die Umlagerung von Baggergut innerhalb der Bundeswasserstrassen auf die Schwebstoffverhaeltnisse ausuebt und ob der guetemaessige Zustand der Wasserstrasse beeinflusst wird. Ergebnisse: Siehe Teil II (Taetigkeitsbericht) abschnitt 3.2.1.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1266: Integrated Analysis of Interglacial Climate Dynamics (INTERDYNAMIC), Schwerpunktprogramm SPP 1266: Integrierte Analyse zwischeneiszeitlicher Klimadynamik (Interdynamik)

Das Schwerpunktprogramm setzt sich zum Ziel, das Verständnis der Klimadynamik anhand quantitativer Untersuchungen des Paläoklimas im Hinblick auf zukünftige Klimaprognosen zu verbessern. INTERDYNAMIK verfolgt einen integrativen Ansatz der Paläoklimaforschung, in dem alle verfügbaren Paläoklimaarchive (terrestrische und marine sowie Eisbohrkerne) miteinander verknüpft werden sollen, um zu einer möglichst umfassenden, quantitativen Analyse globaler Umweltvariationen zu gelangen. Darüber hinaus wird eine enge Verzahnung von Paläoklimarekonstruktionen mit Ergebnissen aus der Erdsystemmodellierung weitreichende Einblicke in die Dynamik von Klimavariationen liefern, die von großer Relevanz für eine Abschätzung zukünftiger Klimaveränderungen sind. Die Untersuchungen sollen auf spätpleistozäne Warmzeiten (inklusive deren Beginn und Ende) im vorindustriellen Zeitraum bis circa eine Million Jahre vor heute beschränkt sein. Im Hinblick auf die globalen Aspekte des Klimawandels wird der Schwerpunkt der Untersuchungen in INTERDYNAMIK auf globalen und überregionalen (z. B. kontinent- und beckenweiten) Skalen liegen. Die folgenden Schlüsselfragen werden im Zentrum der Untersuchungen stehen: (1) Welche Amplitude haben natürliche Klimavariationen auf Zeitskalen von einigen Jahren bis Jahrtausenden? (2) Wie verändern sich Klimavariabilitätsmuster in Zeit und Raum? (3) Treten abrupte Änderungen der großskaligen Ozeanzirkulation im Atlantik in Interglazialen auf? (4) Welche biogeochemischen Rückkopplungsmechanismen bestimmen die natürlichen Grenzen der atmosphärischen Treibhausgas- und Aerosolkonzentration? (5) Welche Wechselwirkungen existieren zwischen Klima und vorindustriellen Kulturen?. Grundlage für die Bearbeitung dieser Fragestellungen bildet die Kombination zeitlich hochauflösender Klimainformationen aus Eisbohrkernen, marinen und terrestrischen Archiven mit einer modernen Erdsystemmodellierung. INTERDYNAMIK sieht ausschließlich sogenannte Dual+-Verbundprojekte vor, in denen mindestens zwei der Forschungsfelder Eisbohrkerne, marine Archive, terrestrische Archive und Erdsystemmodellierung vertreten sein müssen. Über die Dual+-Projekte wird eine enge disziplinen- und ortsübergreifende Zusammenarbeit von universitären und außeruniversitären Arbeitsgruppen angestrebt.

Aquifer-Sedimentologie

Zur Loesung zunehmender Umweltprobleme, sowie zur Sicherung unserer Trinkwasserreserven kann die Sedimentologie wichtige Beitraege liefern, insbesondere durch die Uebertragung von Methoden und Erfahrungen aus der Erdoelindustrie (Reservoir-Geologie) auf Grundwasserleiter. Im Zuge der staerkeren Orientierung der Grundwasserforschung in Richtung Hydrochemie und Hydraulik zeigt sich immer mehr die Notwendigkeit, auch die Geometrie, Struktur und Genese von Aquiferen besser zu verstehen. Ausgangspunkt fuer eine staerkere Einbeziehung sedimentologischer Daten ist die Erkenntnis, dass weder Oel-Reservoire noch Aquifere, wie vielfach geschehen, als homogene und isotrope Medien betrachtet werden koennen. Vielmehr zeigen Aquifere wie Reservoire ein grosses Spektrum von komplexen Fazies- und diagenetischen Variabilitaeten, welche die hydraulischen Eigenschaften bestimmen. Diese Heterogenitaeten lassen sich systematisch, z.T. prognostizierbar, durch ein hierarchisches System charakterisieren und quantitizieren. Innerhalb einer solchen Hierarchie von Heterogenitaeten sind die einzelnen Untergliederungen sowohl als genetische, sedimentologische und gleichzeitig auch als hydraulische Einheiten anzusehen. In der Reservoir-Sedimentologie werden zur Charakterisierung dieser Heterogenitaeten mit grossem Erfolg Analogstudien an Oberflaechen-Aufschluessen durchgefuehrt, um Subsurface-Flow-Systeme zu verstehen. In aehnlicher Weise werden, innerhalb der Forschungsrichtung Aquifer-Sedimentologie, Analog-Aufschluesse wichtiger Grundwasserleiter mit sedimentologischen, geophysikalischen und hydraulischen insitu Methoden untersucht. Insgesamt bietet die Aquifer-Sedimentologie ein neues Anwendungs- und Arbeitsfeld innerhalb der Umweltgeologie, z.B. bei der Ausweisung von Wasserschutzgebieten, Beurteilung und Sanierung von Altlasten und anderen Kontaminationen, Fragen der Bioremediation, Standortauswahl und Risikoabschaetzung fuer Deponien, sowie als Datenlieferant fuer quantitative Grundwassermodellierungen.

Filtrationsleistung des Makrozoobenthos der Spree

Die Nahrungsgewinnung durch passive oder aktive Filtration bildet den haeufigsten Ernaehrungstyp der benthischen Wirbellosen der Spree (Schoenfelder pers Mitt). Eine Grossmuschel aus der Familie der Unioniden kann nach vorlaeufigen Ergebnissen mit ihrer Filtrationsleistung von 0.6 - 4 mg organischem Material pro Stunde in dieser Zeit groessenordnungsmaessig die Haelfte des Partikelgehalts in einem Liter Wasser entfernen. Abhaengig von der Siedlungsdichte der Muscheln kann somit ein fuer das Oekosystem bedeutsamer Eliminationseffekt entstehen. Eine Sedimentkartierung eines 6.6 km langen Spreeabschnitts oberhalb Freienbrink ergab, dass die Muscheln dort allerdings lediglich in zwei uferparallelen Siedlungsstreifen zu finden sind, die durch Feinsand-, Feinkies- und Totholzvorkommen charakterisiert sind. Der groesste Teil der Sohle dieses begradigten und befestigten Flussabschnitts wird von nahezu unbesiedeltem Treibsand eingenommen. Trotz der relativ geringen Populationsgroesse eliminieren die Muscheln in diesem Spreeabschnitt im Sommer pro Tag etwa 1/40 bis 1/7 der Partikelfracht. In einem anderen Flussabschnitt der Spree, der sogenannten 'Krummen Spree' bei Alt Schadow, besiedeln die Grossmuscheln einen groesseren Bereich des Flussquerschnitts, sodass ihre Individuenzahlen dort mit etwa 30 Ind m hoch Minus 2 um das 15 fache hoeher sind. Bei diesen Siedlungsdichten sind die Grossmuscheln in der Lage, das Flusswasser in etwa 10 - 60 Stunden rechnerisch vollstaendig klarzufiltrieren. Im Verlauf dieses 22 km langen Flussabschnitts wurden dadurch im Sommer 1994, abhaengig von bestimmten Randbedingungen, 50-95 Prozent des Phyto- und Zooplanktons eliminiert (Welker pers Mitt).

Hydrogeochemische Untersuchung von Seesedimenten im Berliner Raum

Gegenstand der Untersuchungen sind die hydrogeochemischen Wechselbeziehungen zwischen organischen Seesedimenten und ihren Porenwaessern. Neben den anorganischen Hauptinhaltsstoffen wird insbesondere das Verhalten der Schwermetalle (Fe, Mn, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni, Cr, Hg) in den anaeroben Ablagerungen betrachtet. Zur Erfassung der Elementverteilung zwischen fester und waessriger Phase im Sediment werden Porenwaesser analysiert, der Stoffbestand der Festsubstanz durch chemischen Gesamtaufschluss bestimmt sowie Eluationsversuche unter oxidierenden Bedingungen angestellt. Ergebnisse dieser Arbeiten (z.B. Schwermetallbelastung, Freisetzung von Schwermetallen, Naehrstoffgehalte, Sauerstoffzehrung) finden ihre Anwendung im Rahmen der Seesanierung (Einfluss der Ablagerungen auf die Seewasserbeschaffenheit, Verwertbarkeit des Schlammes).

Moderne Seespiegelschwankungen des Lake Abaya, Süd-Äthiopien - Die Analyse eines Process-Response-Systems im Wirkungsfeld zwischen Human Impact und natürlichen Wasserhaushaltsschwankungen

Gegenstand des Forschungsvorhabens sind die modernen Seespiegelschwankungen des Lake Abaya, eines Rift-Valleys-Sees im südlichen Äthiopien und die Erfassung des hierfür verantwortlichen Ursachengefüges. Die Seespiegelstände des Lake Abaya unterliegen seit 1989 einem kontinuierlichem Anstieg, während in demselben Zeitraum die jährlichen Abflussmengen der Tributäre abnehmen. Der natürliche Wasserhaushalt wird durch den seit Anfang der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts kontinuierlich zunehmenden Bevölkerungsdruck und der damit einhergehenden Intensivierung der Landnutzung und der hieraus resultierenden drastischen Zunahme der Bodenerosion überprägt. Die raum-zeitliche Bewertung der Abflussbildungs- und Erosionsprozesse im Einzugsgebiet erfordert zunächst die Bilanzierung des Sedimentationsverhaltens, vorgenommen mit Hilfe sedimentologischer Analyse von Delta- und Schwemmfächerablagerungen. Die Datierung dieser sehr jungen Sedimente erfolgt mit Hilfe der Analyse der radioaktiven Isotope 137Cs und 210Pb. Gleichzeitig soll anhand des organischen Pollutants DDT und seiner metabolisierten Abbauprodukte DDE und DDD eine alternative Möglichkeit der Altersdatierung dieser sehr jungen Sedimente überprüft werden. Der sich in Raum und Zeit verändernde Einfluss des Menschen auf den Landschaftshaushalt wird für den Zeitraum ab 1981 über die Veränderungen des Vegetationsbedeckungsgrades (NVDI) auf der Grundlage von NOAA-AVHRR Bilddaten erfasst. Durch Einbeziehung von Zensusdaten dienen die NDVI-Daten dann als Grundlage einer räumlichen Gewichtung des Landnutzungsverhaltens. Die Verknüpfung dieser Datenreihen mit den Analysen des aktuellen Wasser- und Schwebstoffhaushaltes unter Einbeziehung der Klimamessreihen erlaubt schließlich die Modellierung des Wasser- und Schwebstoffhaushaltes für die letzten 20 Jahre des 20. Jahrhunderts. Unter Einbeziehung der Ergebnisse der Sedimentanalyse in diese Modellierungsansätze sollen so schließlich für das 20. Jahrhundert der Wasserhaushalt, der Schwebstoffhaushalt und die Bodenerosionsgefährdung in Raum und Zeit modelliert werden.

Processes of reef diversification during the Ordovician Radiation

During the Ordovician a massive diversification occurred within reef structures and habitats. In this time interval microbial bioherms were generally replaced by more complex metazoan-dominated structures. These changes were accompanied by a dramatic diversification of the entire reef-fauna. Here I will test the hypothesis, that ecosystem-inherent factors prompted the diversification and the expansion of Ordovician reefs. Hypothetically, new types of organisms massively, and largely independent from climatic and physicochemical changes, influenced the susceptibility, and the structural differentiation of Ordovician reefs. In order to test this hypothesis, a detailed characterization of the evolution of fossil communities within Ordovician reef-systems is necessary. A sedimentological microfacies analysis, and a taxon-quantitative analysis of specific Ordovician reef structures is intended, which will identify crucial diversification drivers. A comparison of changes in the fossil communities of Ordovician reefs with known physicochemical changes will identify the role of organisms itself during the course of the diversification.

Entwicklung von Analysenverfahren zur Bestimmung von Elementspezies in Biotopen

Fuer Aussagen ueber die Toxizitaet von Elementen in Biotopen ist nicht allein der Gesamtgehalt sondern auch die Bindungsform, d.h. die Kenntnis ueber die Arten von Elementspezies im Material, von entscheidender Bedeutung. Bisher existieren nur wenige Analysenverfahren, die eine differenzierte Analyse von Elementen nach Elementspezies ermoeglichen. Mit gas- und fluessigkeits-chromatographischen (DC u. HPLC) trenn- sowie photo-, fluor- und atomabsorptionsspektrometrischen Bestimmungsmethoden sollen solche Verfahren fuer einige toxische Elemente wie vorerst Arsen, Chrom, Zinn, Aluminium, Nickel, Kupfer und Mangan erarbeitet werden. Anwendungen der entwickelten Analysenverfahren auf Wasser, Sedimente, Pflanzenmaterial und Lebensmittel dienen dem Ziel, Kenntnisse ueber den Kreislauf dieser Elemente zu erhalten.

Trennung des autochthonen und des allochthonen Sedimentanteils mit Hilfe spezieller Sedimentanalysen

Feststellung von Zeitmarken (z.B. Verlegung der Muendung des Alpenrheins in den Bodensee 1900) mit Hilfe chemischer Sedimentanalysen, Berechnung der Kompaktionsverhaeltnisse (Wassergehalt, Trockensubstanz, spez. Gewicht), Bestimmung der Sedimentationsraten im zentralen Teil des Bodensees und in Flussdeltas, Anlayse bestimmter allochthoner und autochthoner Sedimentkomponenten (Calcit, Dolomit, Silikat) zur Schaetzung des autochthonen Sedimentanteils.

Jungpleistozäne und holozäne Relief- und Klimageschichte im Hochgebirge von Taiwan

Hauptziele des Projektes sind die Rekonstruktion der bisher weitgehend unerforschten Vergletscherungs- und Klimageschichte sowie der Reliefentwicklung in den oberen Höhenstufen des Hochgebirges Taiwans. Im Pilotprojekt wurde anhand geomorphologischer und sedimentologischer Befunde exemplarisch in zwei Gebirgsstöcken jungpleistozäne Vergletscherungen nachgewiesen. Absolute und relative Datierungen deuten auf einen Höchststand im Sauerstoff-Isotopenstadium 4 und eine geringere spätglaziale Gletscherausdehnung hin. Zur Abgrenzung der spätpleistozänen und holozänen Morphodynamik erfolgt eine systematische geologische und geomorphologische Kartierung. Die aktuellen klimatischen Rahmenbedingungen werden durch eigenständige Messungen meteorologischer Parameter erfasst. Durch absolute Datierungen wird der zeitliche Rahmen der geomorphologischen Befunde präzisiert und weitere methodische Erfahrungen gewonnen, so bei Lumineszenz-Datierung (OSL) von glazigenen Sedimenten und Exposure Dating von glazial überformten Felsflächen in randtropischen Hochgebirgen. Das Projekt leistet einen Beitrag zur Paläoklimaforschung im monsunalen Ostasien an der Grenze zwischen terrestrischem und marinem Bereich.

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