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Hydrochemistry, carbon dynamics, and calculated pCO2 and CO2 fluxes, and soil-derived natural organic matter characteristics from the White Main, a granitic headwater stream in Germany, 2023-2024 – Y1-Y3 ions and metals

This dataset comprises hydrochemical and soil data collected along the first 1.3 km downstream of the White Main spring in northern Bavaria, Germany, from March 2023 to April 2024. Stream water samples were analyzed for in-situ parameters (discharge, water temperature [°C], pH [-], redox potential [mV], electrical conductivity [µS/cm], Table Y1), and laboratory-measured parameters, including major ions and trace metals [mmol/L] (Table Y3), alkalinity [mmol/L], , dissolved inorganic and organic carbon (DIC, DOC [mmol/L]) and their stable isotope ratios (δ13CDIC/DOC ‰-VPDB). In addition, calculated partial pressure of CO2 (pCO2, [µatm]) and carbon dioxide fluxes (FCO2, [mmol/m2 d]), are provided for the stream water samples (Table Y2). The dataset also contains laboratory measurements related to soil-derived natural organic matter from acid and base soil extracts, including zeta potential ([mV], Table X1), particle size distribution ([%], Table X2), ultraviolet-visible absorbance (UV-VIS, Table X3), and fluorescence measurements (Table X4). UV-VIS (Table X5) and fluorescence measurements (Table X6) were additionally done for stream water samples. The datasets were collected to characterize hydrochemistry, carbon concentrations, carbon dioxide dynamics, and soil-derived organic matter properties in a granitic headwater stream and to provide a basis for reuse in studies of headwater biogeochemistry, carbon cycling, and soil-water interactions.

Biogeochemical variables from a Multidisciplinary BASS Mesocosm Study at Wilhelmshaven, 2023

This dataset contains biogeochemical variables measured during the same mesocosm experiment at Sea Surface Facility (SURF) in Wilhelmshaven, Germany (53.5148° N, 8.1461° E) in 2023. Variables include surfactants and nutrient concentrations, chlorophyll a, pigments, particulate and dissolved organic carbon and nitrogen, and several other biogeochemical parameters. These data complement the daily averaged physical parameters (PANGAEA DOI: https://doi.pangaea.de/10.1594/PANGAEA.983975) and together support the assessment of ecosystem and biogeochemical dynamics associated with the experiment, as described in the related publication Bibi et al., 2025.

Forschergruppe (FOR) 1525: INUIT - Ice Nuclei research UnIT, Chemische und mineralogische Charakterisierung von Eisnuklei und Eisresiduen

Vorkommen, Häufigkeit, chemische Zusammensetzung und Mischungszustand jener Aerosolpartikel in der Erdatmosphäre, an denen sich durch heterogene Nukleation in unterkühlten Wolken Eis bilden kann (Ice Nucleating Particles = INP), werden experimentell untersucht. Diese Informationen sind wichtig für das Verständnis der Niederschlagsbildung, und finden in parametrisierter Form Eingang in meteorologische Modelle zur Vorhersage des Niederschlages. Das Projekt verwendet hierbei im Wesentlichen physikalische Methoden zur Identifikation und Isolation der Partikel aus der Atmosphäre, und nachfolgend elektronenmikroskopische Methoden zur mineralogischen Analyse einzelner Partikel. Die Identifikation jener wenigen Aerosolpartikel (ca. 1 von 10.000 bis 1 von 100.000), die Eisbildungsfähigkeit besitzen, erfolgt, indem eine Aerosolprobe einer Unterkühlung unter 0°C und Wasserdampfübersättigung ausgesetzt wird, und die an INP entstehenden Eiskristalle fotografiert und gezählt werden. Es werden sowohl Aerosolpartikel aus luftgetragenem Aerosol untersucht (aus dem Eiskeimzähler FINCH) wie auch Partikel, die aus einer Luftprobe auf einem Silizium-Probenträger niedergeschlagen und danach als INP identifiziert wurden (Eiskeimzähler FRIDGE). Eine dritte und vierte Methode (Ice-CVI und ISI) isolieren eisbildungsfähige Partikel, indem aus einer angesaugten Probe von Wolkenluft die Eiskristalle strömungstechnisch von den übrigen Luftbestandteilen getrennt werden. Alle Eiskeimproben werden im Rasterelektronenmikroskop auf Größe, Morphologie, Mischungszustand und chemische Zusammensetzung untersucht und die Ergebnisse der verschiedenen Ansätze verglichen. In Feldexperimenten werden Atmosphärenproben verschiedener geographischer Provenienz (Mitteleuropa, Forschungsstation Jungfraujoch, Wüstenstaub, Vulkanstaub) erhalten. In Laborexperimenten wird mit vorher gesammelt und charakterisierten Modellsubstanzen gearbeitet. Weiterhin wird durch tägliche Messungen der Anzahl-Konzentration und Zusammensetzung von Eiskeimen am Taunus Observatorium nahe Frankfurt über einen längeren Zeitraum untersucht, ob es Saisonalitäten, bevorzugte Quellgebiete (z.B. Wüsten, Industrie, etc.) und biologische Einflussfaktoren (z.B. Pollen, Pflanzenabrieb, Bakterien) für das Vorkommen von Eisnuklei gibt.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Biogene Opalisotope - neue Proxies zur Untersuchung vergangener Nährstoffkreisläufe und hydrographischer Strukturen im Südpazifik in Beziehung zu der Entwicklung des Klimas und der antarktischen Kryosphäre

Der Verlauf der atmosphärischen CO2-Konzentrationen während der vergangenen Klimazyklen ist durch ein Sägezahnmuster mit Maxima in Warmzeiten und Minima in Kaltzeiten geprägt. Es besteht derzeit Konsens, dass insbesondere der Süd Ozean (SO) eine Schlüsselfunktion bei der Steuerung der CO2-Entwicklung einnimmt. Allerdings sind die dabei wirksamen Mechanismen, die in Zusammenhang mit Änderungen der Windmuster, Ozeanzirkulation, Stratifizierung der Wassersäule, Meereisausdehnung und biologischer Produktion stehen, noch nicht ausreichend bekannt. Daten zur Wirkung dieser Prozesse im Wechsel von Warm- und Kaltzeiten beziehen sich bislang fast ausschließlich auf den atlantischen SO. Um ein umfassendes Bild der Klimasteuerung durch den SO zu erhalten muss geklärt werden, wie weit sich die aus dem atlantischen SO bekannten Prozesswirkungen auf den pazifischen SO übertragen lassen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da der pazifische SO den größten Teil des SO einnimmt. Darüber hinaus stellt er das hauptsächliche Abflussgebiet des Westantarktischen Eisschildes (WAIS) in den SO dar. Im Rahmen des Projektes sollen mit einer neu entwickelten Proxy-Methode Paläoumwelt-Zeitreihen an ausgewählten Sedimentkernen von latitudinalen Schnitten über den pazifischen SO hinweg gewonnen werden. Dabei handelt es sich um kombinierte Sauerstoff- und Siliziumisotopenmessungen an gereinigten Diatomeen und Radiolarien. Es sollen erstmalig die physikalischen Eigenschaften und Nährstoffbedingungen in verschiedenen Stockwerken des Oberflächenwassers aus verschiedenen Ablagerungsräumen und während unterschiedlicher Klimabedingungen beschrieben werden. Dies umfasst Bedingungen von kälter als heute (z.B. Letztes Glaziales Maximum) bis zu wärmer als heute (z.B. Marines Isotopen Stadium, MIS 5.5). Die Untersuchungen geben Hinweise zur (1) Sensitivität des antarktischen Ökosystems auf den Eintrag von Mikronährstoffen (Eisendüngung), (2) Oberflächenwasserstratifizierung und (3) 'Silicic-Acid leakage'-Hypothese, und tragen damit zur Überprüfung verschiedener Hypothesen zur Klimawirksamkeit von SO-Prozessen bei. Die neuen Proxies bilden überdies Oberflächen-Salzgehaltsanomalien ab, die Hinweise zur Stabilität des WAIS unter verschiedenen Klimabedingungen geben. Darüber hinaus kann die Hypothese getestet werden, nach der der WAIS während MIS 5.5 vollständig abgebaut war. Die Projektergebnisse sollen mit Simulationen mit einem kombinierten biogeochemischen (Si-Isotope beinhaltenden) Atmosphäre-Ozean-Zirkulations-Modell aus einem laufenden SPP1158-DFG Projekt an der CAU Kiel (PI B. Schneider) verglichen werden. Damit sollen die jeweiligen Beiträge der Ozeanzirkulation und der biologischen Produktion zum CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre getrennt und statistisch analysiert werden. Informationen zu Staubeintrag, biogenen Flussraten, physikalischen Ozeanparametern und zur Erstellung von Altersmodellen stehen durch Zusammenarbeit mit anderen (inter)nationalen Projekten zur Verfügung.

Charakterisierung, Transport und Deposition von Silica-Polymeren in ausgewählten monocotyledonen und dicotyledonen Holzgewächsen

Si-Einschlüsse in holzbildenden Pflanzen sind vielfach beschrieben und dienen für verschiedene chemische und biologische Fragestellungen als wichtiges Merkmal. Über Aufnahme, Transport und Deposition liegen jedoch nur lückenhafte Kenntnisse vor. Im Vorhaben sollen folgende Themenkomplexe bearbeitet werden: i) Aufnahme und Ferntransport, ii) Primärausscheidung, iii) Struktur und chemische Komposition. Als Objekte sind Bambus (Monocotyledone) sowie tropische Laubbaumarten (Dicotyledone) vorgesehen. Chemische Analysen (IR und Raman, simultane Thermoanalyse/STA, Thermogravimetrie/TG, Differential Thermoanalyse/DTA, Massenspektrometrie/MS, Si K-XANES-Spektroskopie) werden zur Identifizierung der Aufnahme- und Ferntransportform an Wurzelgewebe und Kapillarsaft durchgeführt sowie an Geweben der Deposition. Mit Licht- und Elektronenmikroskopie werden Si-Verbindungen in den Zielzellen lokalisiert, Kompartimenten zugeordnet (intrazellulärer Transport) und mit TEM/EDX und TEM/EELS charakterisiert. Für Bambus wird beispielhaft die extrazelluläre Deposition in der Zellwand untersucht, um Befunde zu Wechselwirkungen zwischen organischer Matrix und Si-Einlagerung zu erhalten. Folgende Ergebnisse werden erwartet: i) Identifizierung der Si-Transportform in Wurzel und Kapillarsaft, ii) Lokalisierung und Identifizierung deponierter Si-Verbindungen, iii) feinstrukturelle Charakterisierung Si-deponierender Zellen und nicht-deponierender Nachbarzellen.

Grundwassermessstelle DEGM_DERP_2547100800: 5094 Hallgarten

Stammdaten und Analysedaten zu den Grundwassermessstellen im EUA-Messnetz: Messtelle DEGM_DERP_2547100800 (5094 Hallgarten)

Grundwassermessstelle DEGM_DESL00890: St. Wendel, Remmesweiler, Förderbohrung 2

Stammdaten und Analysedaten zu den Grundwassermessstellen im EUA-Messnetz: Messtelle DEGM_DESL00890 (St. Wendel, Remmesweiler, Förderbohrung 2)

Grundwassermessstelle DGM_DENW_080303237: SPORTPLATZ 386

Stammdaten und Analysedaten zu den Grundwassermessstellen im EUA-Messnetz: Messtelle DGM_DENW_080303237 (SPORTPLATZ 386)

Nitrate uptake kinetics for Thalassiosira gravida and Thalassiosira rotula

15N nitrate uptake assays were conducted using tracer additions of highly enriched (98%) 15N-labeled nitrate for four Arctic-adapted strains of Thalassiosira gravida and three temperate-adapted strains of Thalassiosira rotula. The experiments were carried out to understand the nitrate uptake kinetics of these strains under controlled laboratory conditions. The conduction of the assays comprised in this dataset took place between 2022-03-09 and 2022-07-15 at the Alfred Wegener Institute, Bremerhaven, Germany. Prior to the experiment, the Arctic strains were maintained at 4°C and the temperate strains at 15°C in climate chambers, with a light intensity of 30 µmol photons m-2s-1 and a photoperiod of 16:8h light:dark. The cultures were kept in exponential growth by semi-continuous dilution with K-medium, enriched with silicon and devoid of ammonium. For precultivation, 2L batch cultures of each strain were grown in ESAW medium at a light intensity of 25 µmol photons m-2 s-1 and a light:dark cycle of 16:8h. Arctic strains were cultivated at 9°C, while temperate strains were grown at 16°C, representing their respective lowest optimum temperatures. The initial nitrate concentration in the medium was set to approximately 100 µM L-1 (equivalent to 1/5 K-medium) to ensure sufficient biomass for subsequent 15N isotope analysis. Upon reaching mid-exponential growth phase, a nitrogen depletion procedure was implemented. This involved decanting 90% of the supernatant from the batch culture flasks and resuspending the sedimented cells in nitrate- and ammonia-free modified ESAW medium. This process was repeated twice more over the course of 48 hours, allowing cells to sediment between each dilution step. This dilution series resulted in a calculated final nitrate concentration of 0.1 µM NaNO3 L-1 at maximum, not accounting for ongoing nitrogen uptake by the diatoms, which likely further depleted the dissolved nitrate concentrations. This approach was deemed the best compromise between maintaining a sufficiently dense culture and achieving nitrogen depletion. 24 hours after the final dilution with nitrogen-free medium, the uptake assay was prepared. Aliquots of 40 ml culture from the batch cultures were transferred into 50 ml culture flasks for the nitrate addition treatments. The experimental design included seven nitrate levels (each with four replicates) and a nitrate-depleted control treatment. The seven nitrate concentrations tested were 0.1, 0.4, 0.8, 2, 10, 50, and 100 µmol NaNO3 L-1. For concentrations of 2 µmol NaNO3 L-1 and below, a 1:1 ratio of 14N:15N was used, while a 9:1 ratio was employed for concentrations above 2 µmol NaNO3 L-1. The experimental units were incubated for 40 minutes under the same conditions as the batch cultures. Following incubation, the samples were filtered onto pre-combusted glass microfiber filters (Whatman GF/F, Maidstone, UK). To reduce dissolved 15N contamination on the filter, an additional 100 ml of nitrate-free medium was filtered through each sample. The filters were then dried at 60°C for 48 hours before being folded into tin capsules and stored in the dark until further analysis. Particulate organic carbon (POC), particulate organic nitrogen (PON), and the particulate 15N:14N ratio were measured using an elemental analyzer (Flash 2000, Thermo Scientific, Karlsruhe, Germany) coupled to an isotope ratio mass spectrometer (IRMS, Thermo Scientific, Karlsruhe, Germany), following the methodology described by Morrien et al. (2017).

XRF logging data from Nussloch loess cores

The Nussloch Drilling Campaign (NUSS) involved drilling three loess sediment cores (85 mm in diameter) on April 21-25, 2019, on top of a loess hill at 49.31°N, 8.73°E, at an altitude of 215 m, close to the most recently described outcrop at the Nussloch reference site in Germany. Downhole logging was performed in the three drilling holes. Core S2, which has the most complete stratigraphy compared to previously published profiles, was analyzed using XRF core scanning. The name of the samples is given as NUSS for Nussloch, S2 for core S2, and C1-C11 for the subcore numbers. Depth is expressed in meters from the topsoil to the lowest level reached during drilling. The XRF data consists of the following elements: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Ni, Br, Rb, Sr, Zr, and Pb, in counts. These raw data counts are followed by the following ratios: Ca/Sr, Rb/Sr, Rb/K, Fe/Al, Fe/Mn, Si/Al, Ti/Al, Ti/Zr, Zr/Rb, and Ca/Al. Measurements were conducted every 1 cm from the top of the sub-cores. The measurements were performed with a resolution of 5mm on the AVAATECH Core Scanner at the EDYTEM laboratory in Chambéry in June 2015. This investigation aimed to conduct a comprehensive coring to acquire a sedimentary archive to ensure the preservation of this distinctive Nussloch record for future research projects.

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