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Jungquartäre Klima- und Landschaftsentwicklung im Werchojansker Gebirge und in der Zentraljakutischen Tiefebene

Ziel des Vorhabens ist die Rekonstruktion der jungquartären Klima- und Landschaftsentwicklung des Werchojansker Gebirges und seines westlichen Vorlandes (NO-Sibirien). Im Vordergrund stehen folgende Fragen: (a) Wann war das Maximum der spätpleistozänen Vergletscherung? (b) Herrschte im Interstadial der letzten Kaltzeit (40-30 ka) ein warm-feuchtes Klima, welches möglicherweise die Zhiganskvergletscherung begünstigte? (c) War die mittelpleistozäne Samarov-Vergletscherung tatsächlich schwächer als das Maximum während des Spätpleistozäns? (d) Was war die Ursache für den Süßwasserzustrom aus Lena und Jana in die Laptevsee am Ende des Pleistozäns (Bölling/Alleröd)? Das Projekt wird von einem deutsch-russischen Team interdisziplinär (Paläoklimaforschung, Quartärgeologie, Geomorphologie, Geokryologie, Bodengeographie und Paläopedologie) durchgeführt. Ausgehend von der rezenten Vergletscherung im westlichen Werchojansker Gebirge werden die geomorphologischen, geokryologischen und bodengeographisch-paläopedologischen Befunde entlang ausgewählter Transsekte bis zu den Terrassen der Flüsse Lena und Aldan hin erfasst. Mit Hilfe absoluter und relativer Methoden wird die Chronologie der Gletschervorstöße und Klimaschwankungen erfasst. In der Synthese werden diese Befunde mit denen benachbarter Regionen verglichen.

Sustainable Water Resources Management in the Yanqi Basin, Sinkiang, China

Irrigation in the Yanqi Basin, Sinkiang, China has led to water table rise and soil salination. A model is used to assess management options. These include more irrigation with groundwater, water saving irrigation techniques and others. The model relies on input data from remote sensing.The Yanqi Basin is located in the north-western Chinese province of Xinjiang.This agriculturally highly productive region is heavily irrigated with water drawn from the Kaidu River. The Kaidu River itself is mainly fed by snow and glacier melt from the Tian Mountain surrounding the basin. A very poor drainage system and an overexploitation of surface water have lead to a series of environmental problems: 1. Seepage water under irrigated fields has raised the groundwater table during the last years, causing strongly increased groundwater evaporation. The salt dissolved in the groundwater accumulates at the soil surface as the groundwater evaporates. This soil salinization leads to degradation of vegetation as well as to a loss of arable farmland. 2. The runoff from the Bostan Lake to the downstream Corridor is limited since large amount of water is used for irrigation in the Yanqi Basin. Nowadays, the runoff is maintained by pumping water from the lake to the river. The environmental and ecological system is facing a serious threat.In order to improve the situation in the Yanqi Basin, a jointly funded cooperation has been set up by the Institute of Environmental Engineering, Swiss Federal Institute of Technology (ETH) , China Institute of Geological and Environmental Monitoring (CIGEM) and Xinjiang Agricultural University. The situation could in principle be improved by using groundwater for irrigation, thus lowering the groundwater table and saving unproductive evaporation. However, this is associated with higher cost as groundwater has to be pumped. The major decision variable to steer the system into a desirable state is thus the ratio of irrigation water pumped from the aquifer and irrigation water drawn from the river. The basis to evaluate the ideal ratio between river and groundwater - applied to irrigation - will be a groundwater model combined with models describing the processes of the unsaturated zone. The project will focus on the following aspects of research: (...)

Untersuchungen zum Stoffaustausch mit den Sedimenten im Grossen Mueggelsee

Der Mueggelsee hat 1988 eine Wende zu einer P-Quelle vollzogen. Er speichert nun nicht mehr rund 15 kgP/d, sondern gibt im Mittel 18 kgP/d ab. Aus den saisonalen Betrachtungen folgt, dass nicht nur die Freisetzungsvorgaenge im Sommer an Intensitaet gewonnen haben, sondern auch die Rueckhalteprozesse negativ beeinflusst worden sind. Aktuelle Abschaetzungen zum Rueckhalt von P und Fe ergaben, dass der Verlandungsprozess langsamer als bisher angenommen ablaeuft und dass das Gewaesser noch 1500 Jahre als See existiert. Aus pelagischen Bilanzen erhielten wir mittlere herbstliche P- Entzuege von ueber 20 mgP/Quadratmeter/d. Weil die Primaerproduktion im Herbst nicht die zum Entzug solch grosser P-Mengen notwendige Groesse erreicht, muessen auch Sorptions- und Faellungsprozesse an der P-Rueckfuehrung beteiligt sein. Die Quantifizierung von Sedimentation und Resuspension ist weiterhin durch das Fehlen einer zuverlaessigen Messmethode (Sedimentfallen) verhindert. Bisherige Quantifizierungsversuche zeigten, dass die Resuspension weder durch Messungen am Ufer, noch allein im zentralen Bereich zu erfassen ist, da es sich um recht kurzfristige Ereignisse handelt, die nur Teile des Sees stark beeinflussen.

Hochaufgelöste numerische Untersuchungen des Turbulenzeffektes auf die Struktur von nächtlichen Strahlungsnebeln

Nebel als meteorologisches Phänomen kann große Auswirkungen für die Wirtschaft, aber auch auf die persönliche Sicherheit haben, indem er die Sichtweite in der atmosphärischen Grenzschicht reduziert. Wirtschaftliche Verluste für den Luft-, See-, und Landvekehr als Folge von Nebel sind dabei vergleichbar zu Verlusten durch Winterstürme. Trotz der Fülle an Literatur über Nebel bleibt unser Verständnis der physikalischen Prozesse die zu Nebelbildung und seiner Mikrophysik beitragen unvollständig. Dies ist dadurch begründet, dass mehrere komplexe Prozesse, wie z.B. Strahlungsabkühlung, turbulentes Durchmischen und die mikrophysikalischen Prozesse nichtlinear miteinander interagieren. Zusätzlich verkomplizieren Bodenheterogenitäten bezüglich Vegetation und Bodeneigenschaften die Vorhersagbarkeit von Nebel. Die Fähigkeit von numerischen Wettervorhersagemodellen Nebel vorherzusagen ist in Folge dessen noch dürftig. In diesem Projekt werden hochaufgelöste Grobstruktursimulationen (Large-Eddy Simulationen, LES) verwendet um den Effekt von Turbulenz auf nächtliche Strahlungsnebel zu untersuchen. Das LES Modell PALM wird dazu mit einer sehr hohen Auflösung von etwa 1 m verwendet. Dabei werden in den LES sowohl ein Euler'sches Bulk Wolkenphysikschema, als auch ein Lagrange'sches Partikelmodell, welches die explizite Behandlung von Aerosolen und Nebeltropfen erlaubt, verwendet. Dieser innovative Ansatz erlaubt die Nebeltropfen-Turbulenz-Interaktion zum ersten Mal mit LES zu untersuchen. Das Ziel dieser Studie ist es, einen umfassenden Überblick über die Schlüsselparameter zu erhalten, welche den Lebenszyklus sowie die dreidimensionale Makro- und Mikrostruktur von Strahlungsnebel bestimmen. Weiterhin wird der Effekt von nächtlichem Strahlungsnebel auf die morgendliche Übergangszeit und die Grenzschicht am Tag untersucht. Der Effekt von Bodenheterogenitäten auf nächtlichen Strahlungsnebel wird mit Hilfe von aufgeprägten regelmäßigen idealisierten und unregelmäßigen beobachteten Bodenheterogenitäten in den LES untersucht. Die LES Daten werden anhand von Messdaten der meteorologischen Messstandorte in Cabauw (Niederlande) und Lindenberg (Deutschland) validiert und mit Simulationsdaten des eindimensionalen Grenzschicht- und Nebelvorhersagemodells PAFOG (Universität Bonn) verglichen.

Deutsch-amerikanische Umwelt- und Ressourcengeschichte

Bereits in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts sichern reichlich vorhandene natürliche Ressourcen des nordamerikanischen Kontinents die Existenz der ersten deutschen Emigranten verschiedenster religiöser Minderheiten. Die Gründungen von deutschen Siedlungen in Pennsylvania und North Carolina zeigen schon frühe Maßnahmen des Waldschutzes und einer ersten nachhaltigen Holznutzung, die sowohl auf einer Inventarisierung des Ressourcenpotenzials als auch auf einer entsprechenden Nutzungskontrolle basieren. Im 18. und 19. Jahrhundert wird dagegen die deutsche Auswanderung nicht nur durch landwirtschaftliche Missstände, sondern auch durch eine regional aufkommende 'Holznot' verstärkt, die Bauern, Handwerker und Arbeiter gleichermaßen betrifft. Seit der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts werden erste Eisen- und Glashüttenstandorte in Pennsylvania, New York State und anderen Staaten an den großen Seen gegründet, die zunächst stark an die Ressource Holz und Steinkohle gebunden sind und entsprechend negative Auswirkungen auf Wald und Umwelt zeigen. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts sind aufgrund der großen Entwaldungen erste Anfänge einer nordamerikanischen Naturschutzbewegung zu erkennen. In der Folgezeit werden vermehrt Kahlflächen aufgeforstet und zu Ende des 19. Jahrhunderts erste forstliche Ausbildungsstätten von deutschen Forstwissenschaftlern gegründet. Ein intensiver deutsch-amerikanischer Fachaustausch findet bis Ende der 1930er Jahre statt. Erste Studien zeigen, dass eine retrospektive Forschung wertvolle Rückschlüsse auf die Entwicklung des deutsch-amerikanischen Wald- und Naturverständnisses ermöglicht eine in heutiger Zeit noch weitgehend unbeachtete, dafür aber umso wichtigere Komponente der Umweltwahrnehmung. Gleichzeitig ist die besondere Bedeutung eines nachhaltigen Ressourcenmanagement aufzuzeigen. Folgende wissenschaftliche Fragen lassen sich ableiten: - Sozial- und mentalitätsgeschichtlich: In welcher Form und in welchem Maße wirkten sich Erfahrungen erlebter Ressourcenknappheit der Auswanderer auf Reaktionen auf die sich im 19. Jahrhundert zunehmend verschlechternde Waldressourcenqualität in den USA aus ? - Umweltgeschichtlich: Ist bereits im 18. und 19. Jahrhundert eine dezidierte Umweltwahrnehmung im deutsch-amerikanischen Auswanderungsmilieu festzustellen ? - Forstgeschichtlich: Inwiefern trägt eine von außerhalb der Staatsgrenzen erfolgte kritische Betrachtung sowohl nordamerikanischer als auch deutscher Waldbewirtschaftung dazu bei, auf beiden Seiten forsthistorische Aussagen des 19. und 20. Jahrhunderts zu relativieren ? - Ressourcenpolitisch: Welche Ansatzpunkte liefert eine zeitnähere und räumlich verlagerte Untersuchung der Ressourcenproblematik in den USA, um die heutige Gesellschaft und Politik für einen nachhaltigen Umgang mit ihren Lebensressourcen zu sensibilisieren ?

Der Fischbestand des Großen und Kleinen Möggelinsees - Zusammensetzung und Zustand

Fischbestandserfassung im Zuge der 'Unterschutz-Stellungs-Verfahrens', - Seen lagen im Sperrgebiet und wurde fischereilich nicht genutzt. Daher lagen keine Kenntnisse zum Arteninventar vor, - Ergebnisse sollen der Erarbeitung von Behandlungsrichtlinien dienen und Basis weitere Untersuchungen bilden.

Veraenderungen in der Umwelt und oekologische Probleme in Ost-Quintana Roo/Mexico

Wie neuere Forschungen gezeigt haben, ist der Raum an der Ostkueste des Bundesstaates Quintana Roo/Mexico und das Gebiet westlich des Grenzflusses (Rio Hondo) zu Belize von zwei grundlegenden Problemrahmen bestimmt. 1) Offenbar wird die gegenwaertige Umwelt durch sehr junge geotektonische und geomorphologische Veraenderungen und Prozesse bestimmt, die sich an einer alten geologischen Stoerungslinie orientieren. 2) Der Einfluss des rodenden und siedelnden Menschen ueberpraegt diese natuerliche Grundstruktur wesentlich. Er rodet den tropischen Regenwald und veraendert die Lagunen und kleinen Seen nachhaltig. Das sind sowohl der sich ausweitende Anbau von Zuckerrohr, wie auch die Ejido-Politik der Regierung mit ihren grosszuegigen Ansiedlungen, als auch die ersten Auswirkungen eines (noch) Lokaltourismus in der Naehe der Bundeshauptstadt Chetumal. In diesem Zusammenhang sind Kartierungen der geomorphologischen Verhaeltnisse, der Dokumentation der Konfiguration und Genese der Lagunen und Seen vorgesehen, wie auch die Analyse des juengsten Kulturlandschaftswandels in den Rodungszonen des Rio-Hondo-Gebietes.

Oekologie und Physiologie von Bakterien an extrem salzhaltigen Standorten

Standorte von extremer Salinitaet werden auf ihre oekologischen Parameter und die damit selektionierte Bakterienflora untersucht. Ziel: Loesung der Frage, wodurch Mikroorganismen befaehigt sind, in gesaettigten Salzloesungen (evtl. von hoher Alkalinitaet) zu ueberleben und sich diesen Standorten anzupassen. Das Projekt befindet sich gegenwaertig im Stadium einer Bestandsaufnahme. Bisheriges oekologisches Objekt: Alkaliseen in Aegypten.

Northern Eurasia Earth Science Partnership Initiative (NEESPI)

The Northern Eurasia Earth Science Partnership Initiative, or NEESPI, is a currently active, yet strategically evolving program of internationally-supported Earth systems science research, which has as its foci issues in northern Eurasia that are relevant to regional and Global scientific and decision-making communities (see NEESPI Mission Statement). This part of the globe is undergoing significant changes - particularly those changes associated with a rapidly warming climate in this region and with important changes in governmental structures since the early 1990s and their associated influences on land use and the environment across this broad expanse. How this carbon-rich, cold region component of the Earth system functions as a regional entity and interacts with and feeds back to the greater Global system is to a large extent unknown. Thus, the capability to predict future changes that may be expected to occur within this region and the consequences of those changes with any acceptable accuracy is currently uncertain. One of the reasons for this lack of regional Earth system understanding is the relative paucity of well-coordinated, multidisciplinary and integrating studies of the critical physical and biological systems. By establishing a large-scale, multidisciplinary program of funded research, NEESPI is aimed at developing an enhanced understanding of the interactions between the ecosystem, atmosphere, and human dynamics in northern Eurasia. Specifically, the NEESPI strives to understand how the land ecosystems and continental water dynamics in northern Eurasia interact with and alter the climatic system, biosphere, atmosphere, and hydrosphere of the Earth. The contemporaneous changes in climate and land use are impacting the biological, chemical, and physical functions of the northern Eurasia, but little data and fewer models are available that can be used to understand the current status of this expansive regional system, much less the influence of the northern Eurasia region on the Global climate. NEESPI seeks to secure the necessary financial and related institutional support from an international cadre of sponsors for developing a viable understanding of the functioning of northern Eurasia and the impacts of extant changes on the regional and Earth systems. Many types of ground and integrative (e.g., satellite; GIS) data will be needed and many models must be applied, adapted or developed for properly understanding the functioning of this cold and diverse regional system. Mechanisms for obtaining the requisite data sets and models and sharing them among the participating scientists are essential and require international and active governmental participation. (abridged text)

Variabilität des Ostasiatischen Monsuns während der letzten 65.000 Jahre - laminierte Seesedimente aus dem Sihailongwan-Maarsee, NE-China

Laminierte Seesedimente sind unschätzbare Informationsquellen zur Geschichte der Umwelt und des Klimas direkt aus der Lebenssphäre des Menschen. Ein exzellentes Beispiel dafür ist der Sihailongwan-Maarsee aus NE-China. In einem immer noch dicht bewaldeten Vulkangebiet gelegen, bieten seine Sedimente ein ungestörtes Abbild der Monsunvariationen über zehntausende von Jahren. Nur die letzten ca. 200 Jahre zeigen einen deutlichen lokalen anthropogenen Einfluss. Das Monsunklima der Region mit Hauptniederschlägen während des Sommers und extrem kalten Wintern unter dem Einfluss des Sibirischen Hochdrucksystems bildet die Voraussetzung für die Bildung von saisonal deutlich geschichteten Sedimenten (Warven), die in dem tiefen Maarsee dann auch überwiegend ungestört erhalten bleiben. Insbesondere die Auftauphase im Frühjahr bringt einen regelmässigen Sedimenteintrag in den See, der das Gerüst für eine derzeit bis 65.000 Jahre vor heute zurückreichende Warvenchronologie bildet. Für das letzte Glazial zeigen Pollenspektren aus dem Sihailongwan-Profil Vegetationsvariationen im Gleichklang mit bekannten klimatischen Variationen des zirkum-nordatlantischen Raumes (Dansgaard-Oeschger-Zyklen) zu dieser Zeit. Der Einfluss dieser Warmphasen auf das Ökosystem See war jedoch sehr unterschiedlich. So sind die Warven aus den Dansgaard-Oeschger (D/O) Zyklen 14 bis 17 mit extrem dicken Diatomeenlagen (hauptsächlich Stephanodiscus parvus/minutulus) denen vom Beginn der spätglazialen Erwärmung zum Verwechseln ähnlich, während Warven aus dem D/O-Zyklus 8 kaum Unterschiede zu überwiegend klastischen Warven aus kalten Interstadialen aufweisen. Gradierte Ereignislagen mit umgelagertem Bodenmaterial sind deutliche Hinweise auf ein Permafrost-Regime während der Kaltphasen. Auch während des Spätglazials treten deutliche klimatische Schwankungen auf, die der in europäischen Sedimentarchiven definierten Gerzensee-Oszillation und der Jüngeren Dryas zeitlich exakt entsprechen. Das frühe Holozän ist von einer Vielzahl Chinesischer Paläoklima-Archive als Phase mit intensiverem Sommermonsun bekannt. Überraschenderweise sind die minerogenen Fluxraten im Sihailongwan-See während des frühen Holozäns trotz dichter Bewaldung des Einzugsgebietes sehr hoch. Sowohl Mikrofaziesanalysen der Sedimente als auch geochemische Untersuchungen deuten auf remoten Staub als Ursache dieses verstärkten klastischen Eintrags hin. Der insbesondere in den letzten Jahrzehnten zunehmende Einfluss des Menschen zeigt sich in den Sedimenten des Sihailongwan-Maarsees vor allem in einem wiederum zunehmenden Staubeintrag und einer Versauerung im Einzugsgebiet. Der anthropogene Einflusss auf die lokale Vegetation ist immer noch gering.

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