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Auswirkungen der historischen Köhlerei auf Bodenlandschaften in West Connecticut, USA

Holzkohlemeilerrelikte (HKMs) sind anthropogene Kleinformen, die in historischen Montanregionen der Mittelgebirge in Europa weit verbreitet sind. Neue Funde von mehreren tausend HKMs im Norddeutschen Tiefland und die Auswertung hochauflösender digitaler Geländemodelle (DGMs) haben gezeigt, dass die historische Holzkohleproduktion eine bedeutende Rolle bei der spätholozänen Landschaftsentwicklung spielen kann. Neben den historischen und archäologischen Aspekten von HKMs sind die möglichen ökosystemaren Auswirkungen der Köhlerei von Bedeutung, u.a. Veränderungen der physikalischen und chemischen Bodeneigenschaften, erhöhte Gehalte an Bodenkohlenstoff und Effekte auf das Pflanzenwachstum. Es besteht ein beachtliches Forschungsdefizit hinsichtlich der allgemeinen ökologischen Relevanz von HKMs, da die gesamte Dimension der großen HKM-Landschaften bisher nur in Ansätzen verstanden ist. Köhlerei war auch im Nordosten der USA von Bedeutung, obwohl dort deren Auswirkungen auf die Landschaft weitgehend unbekannt sind. Jüngst konnten mittels Analyse von schattenplastischen Reliefkarten über 3.000 HKMs in einem 40 km2 großen Gebiet in Pennsylvania und über 20.000 HKMs in einem 1.170 km2 großen Areal in Litchfield County (NW Connecticut) nachgewiesen werden. Aufgrund dieser Befunde ergibt sich ein komplett neues Bild hinsichtlich der anthropogenen Komponente bei der Entwicklung der Bodenlandschaft im Nordosten der USA. Relativ dicht gedrängt finden sich HKMs in den Litchfield Hills in der Umgebung von West Cornwall, Litchfield County, Connecticut. Die HKMs sind an den Hängen des Housatonic River besonders gut erhalten und bilden kreisförmige Plattformen mit Durchmessern von i.d.R. weniger als zehn Metern. Es ist bemerkenswert, dass heute unter dichter Bewaldung diese Hinterlassenschaften der frühen Holzkohleindustrie weitgehend in Vergessenheit geraten sind, obwohl viele Meiler noch Ende des 19. Jahrhunderts in Betrieb waren. Weitere Forschungen sind erforderlich, um unser Verständnis zu den Umweltauswirkungen der historischen Köhlerei zu verbessern und die Quantität sowie Qualität dieses Nutzungserbes auf unsere modernen Ökosysteme zu erfassen. Die Litchfield Hills bieten beste Voraussetzungen, um Eigenschaften, Entwicklung und Verbreitung der HKM-beeinflußten Böden zu untersuchen und generell neue Erkenntnisse zu anthropogenen Bodenlandschaften zu erhalten.

GcBÜK400 - Arsen im Oberboden

Arsen ist ein zu den Halbmetallen zählendes, ubiquitäres und toxisch wirkendes Element. Es kommt in der Natur weit verbreitet in verschiedenen Mineralisationen als Arsensulfid bzw. -oxid und als Kupfer-, Nickel- und Eisenarsenat vor. Der durchschnittliche As-Gehalt der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 2 mg/kg. In der Fachliteratur werden As-Gehalte 20 mg/kg als Normalgehalte beschrieben, wobei die mittleren Gehalte etwa 5 mg/kg betragen. Unter den toxisch wirkenden Elementen kommt dem Arsen auf Grund seiner großflächigen Verbreitung erhöhter Gehalte in sächsischen Böden eine besondere Bedeutung zu. Die Ursachen sind zweifellos in der geochemisch-metallogenetischen Spezialisierung der Fichtelgebirgisch Erzgebirgischen Antiklinalzone zu suchen. Der flächenbezogene mittlere As-Gehalt der Hauptgesteinstypen (petrogeochemische Komponente) beträgt ca. 13 mg/kg. Eine besondere Bedeutung erlangt im Erzgebirge die chalkogene Komponente. Neben der Elementanreicherung in der Vererzung selbst, die Gegenstand des Bergbaus war, kam es darüber hinaus zu einer großflächigen Beeinflussung der Nebengesteine bzw. deren Verwitterungsprodukte (primäre und sekundäre geochemische Aureole). Bei der anthropogenen Beeinflussung der natürlichen Böden sind vor allem die Erzaufbereitungsanlagen und die Emissionen der Buntmetallhütten zu nennen. Während in den Oberböden Nord- und in Teilen Mittelsachsens niedrige Gehalte dominieren (As-arme periglaziäre sandige bis lehmige Substrate; Löss), kommt es in den Verwitterungsböden über Festgesteinen infolge der höheren petrogenen As-Komponente zu einer relativen Anreicherung. Bedeutende regionale Anomalien befinden sich vor allem im Freiberger Raum (Osterzgebirge), dem bedeutendsten Standort des Bergbaus und der Verhüttung polymetallischer Erze, sowie im Westerzgebirge (Raum Aue - Ehrenfriedersdorf). Die große Extensität und Intensität der Verbreitung von As-Mineralen in den polymetallischen-, Zinn-Wolfram- und Bi-Co-Ni-Ag-U-Erzformationen sowie ihre Verhüttung führten zu großflächigen geogenen und anthropogenen Anreicherungen. Getrennt werden beide Bereiche durch die Nordwest-Südost streichende Flöha-Zone, einem Bereich, in dem kaum Erzmineralisationen auftreten und somit die chalkogene Komponente nur selten entwickelt ist. Großflächig erhöhte As-Gehalte in Böden der Vorerzgebirgssenke (Zwickau - Chemnitz) sind auf die geochemisch spezialisierten Rotliegendsedimente (u. a. Abtragungsprodukte des Erzgebirges) zurückzuführen. Besonders hohe As-Gehalte sind in den Auenböden der Freiberger Mulde, Zschopau, Zwickauer Mulde und der Vereinigten Mulde verbreitet. Durch den geologischen Prozess der Abtragung von Böden aus den erzgebirgischen Lagerstättengebieten sowie anthropogenen Einträgen durch die Erzaufbereitung und Hüttenindustrie, kommt es bei Ablagerung der Flusssedimente und Schwebanteile in den Überflutungsbereichen zu einer ständigen As-Anreicherung in den Auenböden. Infolge der beschrieben geogenen und anthropogenen Prozesse werden im Erzgebirge und in den Auenböden des Muldensystems die Prüf- und Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Arsen z. T. flächenhaft überschritten.

Filter- und Pufferfunktion des Bodens

Als Filter- und Pufferfunktion von Böden wird deren Vermögen bezeichnet, Schadstoffe zu binden, abzubauen oder zurückzuhalten. Es handelt sich um eine grundlegende Funktion des Bodens als Ausgleichsmedium für stoffliche Einwirkungen. Das Bodenbewertungsinstrument Sachsen (2022) dient als methodische Grundlage für die Bewertung der Bodenkarte Dresden (2024). Haupteingangsparameter sind die Kationenaustauschkapazität und Luftkapazität.

BFD5L_M187

Ertragsmesszahl der Bodenschätzung - Acker- bzw. Grünlandzahl gemäß Bodenflächendaten Hessen 1:5000 für landwirtschaftliche Nutzflächen (BFD5L) - Die natürlichen Ertragsbedingungen werden in der Bodenschätzung durch die Höhe der Bodenzahl im Klassenzeichen in einer Spanne von 7 bis 100 eingestuft.Auf der Basis der Bodenzahl wird die Ertragsfähigkeit eines Bodens unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Klima und Relief (Bewirtschaftungserschwernisse etc.) durch Zu- und Abschläge bei den Bodenzahlen ermittelt und als Acker-, Gründlandzahl bzw. Ertragsmesszahl ausgewiesen.

Bodeneinheiten_Bodenuebersicht_500000

Bodenflächenkataster kleinmaßstäbig für Hessen (BÜK500, 1:500.000) - Die Bodendaten 1:500 000 (Bodenübersichtskarte, BÜK500) beschreiben flächenhaft die Böden, ihre Eigenschaften und Bodenfunktionen im überregionalen Maßstab.

Methodologies for dealing with uncertainties in landscape planning and related modeling; Uncertainty of predicted hydro-biogeochemical fluxes and trace gas emissions on the landscape scale under climate and land use change

Water, carbon and nitrogen are key elements in all ecosystem turnover processes and they are related to a variety of environmental problems, including eutrophication, greenhouse gas emissions or carbon sequestration. An in-depth knowledge of the interaction of water, carbon and nitrogen on the landscape scale is required to improve land use and management while at the same time mitigating environmental impact. This is even more important under the light of future climate and land use changes.In the frame of the proposal 'Uncertainty of predicted hydro-biogeochemical fluxes and trace gas emissions on the landscape scale under climate and land use change' we advocate the development of fully coupled, process-oriented models that explicitly simulate the dynamic interaction of water, carbon and nitrogen turnover processes on the landscape scale. We will use the Catchment Modelling Framework CMF, a modular toolbox to implement and test hypothesis of hydrologic behaviour and couple this to the biogeochemical LandscapeDNDC model, a process-based dynamic model for the simulation of greenhouse gas emissions from soils and their associated turnover processes.Due to the intrinsic complexity of the models in use, the predictive uncertainty of the coupled models is unknown. This predictive (global) uncertainty is composed of stochastic and structural components. Stochastic uncertainty results from errors in parameter estimation, poorly known initial states of the model, mismatching boundary conditions or inaccuracies in model input and validation data. Structural uncertainty is related to the flawed or simplified description of natural processes in a model.The objective of this proposal is therefore to quantify the global uncertainty of the coupled hydro-biogeochemical models and investigate the uncertainty chain from parameter uncertainty over forcing data uncertainty up the structural model uncertainty be setting up different combinations of CMF and LandscapeDNDC. A comprehensive work program has been developed structured in 4 work packages, that consist of (1) model set up, calibration and uncertainty assessment on site scale followed by (2) an application and uncertainty assessment of the coupled model structures on regional scale, (3) global change scenario analyses and finally (4) evaluating model results in an ensemble fashion.Last but not least, a further motivation of this proposal is to provide project results in a manner that they support planning and decision taking under uncertainty, as this proposal is part of the package proposal on 'Methodologies for dealing with uncertainties in landscape planning and related modelling'.

GcBÜK400 - Arsen im Oberboden

Arsen ist ein zu den Halbmetallen zählendes, ubiquitäres und toxisch wirkendes Element. Es kommt in der Natur weit verbreitet in verschiedenen Mineralisationen als Arsensulfid bzw. -oxid und als Kupfer-, Nickel- und Eisenarsenat vor. Der durchschnittliche As-Gehalt der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 2 mg/kg. In der Fachliteratur werden As-Gehalte 20 mg/kg als Normalgehalte beschrieben, wobei die mittleren Gehalte etwa 5 mg/kg betragen. Unter den toxisch wirkenden Elementen kommt dem Arsen auf Grund seiner großflächigen Verbreitung erhöhter Gehalte in sächsischen Böden eine besondere Bedeutung zu. Die Ursachen sind zweifellos in der geochemisch-metallogenetischen Spezialisierung der Fichtelgebirgisch Erzgebirgischen Antiklinalzone zu suchen. Der flächenbezogene mittlere As-Gehalt der Hauptgesteinstypen (petrogeochemische Komponente) beträgt ca. 13 mg/kg. Eine besondere Bedeutung erlangt im Erzgebirge die chalkogene Komponente. Neben der Elementanreicherung in der Vererzung selbst, die Gegenstand des Bergbaus war, kam es darüber hinaus zu einer großflächigen Beeinflussung der Nebengesteine bzw. deren Verwitterungsprodukte (primäre und sekundäre geochemische Aureole). Bei der anthropogenen Beeinflussung der natürlichen Böden sind vor allem die Erzaufbereitungsanlagen und die Emissionen der Buntmetallhütten zu nennen. Während in den Oberböden Nord- und in Teilen Mittelsachsens niedrige Gehalte dominieren (As-arme periglaziäre sandige bis lehmige Substrate; Löss), kommt es in den Verwitterungsböden über Festgesteinen infolge der höheren petrogenen As-Komponente zu einer relativen Anreicherung. Bedeutende regionale Anomalien befinden sich vor allem im Freiberger Raum (Osterzgebirge), dem bedeutendsten Standort des Bergbaus und der Verhüttung polymetallischer Erze, sowie im Westerzgebirge (Raum Aue - Ehrenfriedersdorf). Die große Extensität und Intensität der Verbreitung von As-Mineralen in den polymetallischen-, Zinn-Wolfram- und Bi-Co-Ni-Ag-U-Erzformationen sowie ihre Verhüttung führten zu großflächigen geogenen und anthropogenen Anreicherungen. Getrennt werden beide Bereiche durch die Nordwest-Südost streichende Flöha-Zone, einem Bereich, in dem kaum Erzmineralisationen auftreten und somit die chalkogene Komponente nur selten entwickelt ist. Großflächig erhöhte As-Gehalte in Böden der Vorerzgebirgssenke (Zwickau - Chemnitz) sind auf die geochemisch spezialisierten Rotliegendsedimente (u. a. Abtragungsprodukte des Erzgebirges) zurückzuführen. Besonders hohe As-Gehalte sind in den Auenböden der Freiberger Mulde, Zschopau, Zwickauer Mulde und der Vereinigten Mulde verbreitet. Durch den geologischen Prozess der Abtragung von Böden aus den erzgebirgischen Lagerstättengebieten sowie anthropogenen Einträgen durch die Erzaufbereitung und Hüttenindustrie, kommt es bei Ablagerung der Flusssedimente und Schwebanteile in den Überflutungsbereichen zu einer ständigen As-Anreicherung in den Auenböden. Infolge der beschrieben geogenen und anthropogenen Prozesse werden im Erzgebirge und in den Auenböden des Muldensystems die Prüf- und Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Arsen z. T. flächenhaft überschritten.

GcBÜK400 - Kupfer im Oberboden

Kupfer ist ein für die Ernährung aller Lebewesen essentielles Element, das jedoch bei einem extremen Überangebot zu toxischen Wirkungen führen kann. Der mittlere Cu-Gehalt der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 14 mg/kg. Analog zu Chrom und Nickel ist es vor allem in basischen Gesteinen angereichert (Diabase, Basalte, Metabasite). Die mittleren Cu-Gehalte (Mediane) der sächsischen Haupt-gesteinstypen reichen von 2 bis 67 mg/kg, der regionale Clarke des Erzgebirges/Vogtlandes beträgt 23 mg/kg. Geogene Cu-Anreicherungen sind vor allem im Erzgebirge über den hier weit verbreiteten Mineralisationen zu finden. Chalkopyrit (Kupferkies) ist nahezu in allen Mineralassoziationen als sog. Durchläufermineral verbreitet. Starke anthropogene Cu-Einträge werden vor allem durch die Buntmetallurgie verursacht. Durch die vielfältige Verwendung von Cu, u. a. in der Elektrotechnik, als Legierungsmetall, Rohrleitungsmaterial und Regenrinnen, wird das Element auch verstärkt in das Abwasser eingetragen. Für unbelastete Böden gelten Cu-Gehalte von 2 bis 40 mg/kg als normal. Die regionale Verteilung der Cu-Gehalte im Oberboden wird vor allem durch den geogenen Anteil der Substrate bestimmt. Auf Grund der erhöhten Cu-Gehalte der im Vogtland weit verbreiteten Diabase (58 mg/kg), der punktförmig auftretenden tertiären Basaltoide (60 mg/kg) und der lokal eingelagerten Amphibolite (46 mg/kg) des metamorphen Grundgebirges, kommt es zu anomal hohen Cu-Gehalten in den Verwitterungsböden über den genannten Festgesteinen. Durch eine verstärkte Lössbeeinflussung (mit relativ niedrigen Cu-Gehalten von ca. 12 mg/kg), kann es über Cu-reichen Substraten, je nach Lössanteil, zu einem "Verdünnungseffekt" kommen (z. B. über den Monzonitoiden bei Meißen). Extrem niedrige Cu-Konzentrationen sind in den Verwitterungsböden über sauren Magmatiten (Granit von Ei-benstock, Teplice-Rhyolith), Metagranitoiden (Erzgebirgs-Zentralzone), Sandsteinen (Elbsandstein- und Zittauer Gebirge) und bei Bodengesellschaften aus periglaziären sandigen Decksedimenten in Nordsachsen zu beobachten. Bedeutende regionale Anomalien befinden sich vor allem im Freiberger Raum, dem wichtigsten früheren Standort des Bergbaus und der Verhüttung polymetallischer Erze. Die anthropogenen Einträge sind aber i. W. auf die unmittelbare Umgebung der Hüttenstandorte beschränkt. Dabei kommt es zu Überlagerung mit geogenen Anteilen im Boden, die in ursächlichem Zusammenhang mit der Verbreitung von Kupferkies führenden Mineralassoziationen stehen. Analoge Verhältnisse finden sich, wenn auch in abgeschwächter Form, im Raum Schneeberg - Schwarzenberg - Annaberg-Buchholz - Marienberg. Besonders hohe Cu-Gehalte weisen die Auenböden der Freiberger Mulde auf. Nach Eintritt der Freiberger Mulde in das Freiberger Bergbau- und Hüttenrevier kommt es zu einer nachhaltigen stofflichen Belastung der Auenböden, die über die Aue der Vereinigten Mulde bis an die nördliche Landesgrenze reicht. Erhöhte Cu-Gehalte, jedoch auf deutlich niedrigerem Niveau, treten auch in den Auenböden der Zwickauer Mulde auf, wo sich im Einzugsgebiet die polymetallischen Vererzungen des Westerzgebirges befinden. Infolge der beschriebenen geogenen und anthropogenen Prozesse werden in den Auenböden der Freiberger und der Vereinigten Mulde die Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Grünlandnutzung (Schafhaltung) teilweise überschritten.

GcBÜK400 - Zink im Oberboden

Zink ist ein für Pflanze, Tier und Mensch essentielles Spurenelement, welches jedoch bei extrem hohen Gehalten auf Pflanzen und Mikroorganismen toxisch wirken kann. Die Zn-Konzentration in der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 52 mg/kg, sie kann aber in Abhängigkeit vom Gesteinstyp stark schwanken. Die mittleren Zn-Gehalte (Median) der sächsischen Hauptgesteinstypen liegen zwischen 11 bis 140 mg/kg, der regionale Clarke des Erzgebirges beträgt ca. 79 mg/kg. Sphalerit (Zinkblende) führende polymetallische La-gerstätten können lokal zu zusätzlichen geogenen Zn-Anreicherungen in den Böden führen. Anthropogene Zn-Einträge erfolgen vor allem durch die Eisen- und Buntmetallurgie bzw. durch die Zn-verarbeitenden Industrien (Farben, Legierungen, Galvanik) und durch Großfeuerungsanlagen. Im Bereich von Ballungsgebieten sind Zn-Anreicherungen relativ häufig zu beobachten. Anthropogene Zn-Einträge sind in der Landwirtschaft durch die Verwendung von organischen und mineralischen Düngemitteln möglich. Für unbelastete Böden gelten Zn-Gehalte von 10 bis 80 mg/kg als normal. Die regionale Verbreitung der Zn-Gehalte in den sächsischen Böden wird vor allem durch die geogene Prägung der Substrate bestimmt; niedrige bis mittlere Gehalte sind über den periglaziären Sanden und Lehmen im Norden und den Lössböden in Mittelsachsen (10 bis 50 mg/kg) sowie den Verwitterungsböden über den Festgesteinen des Erzgebirges/Vogtlandes (50 bis 150 mg/kg) zu erwarten. Innerhalb der Grundgebirgseinheiten treten über den polymetallischen Lagerstätten des Erzgebirges, in Abhängigkeit von der Intensität der Vererzung, deutliche positive Zn-Anomalien auf (Freiberg, Annaberg-Buchholz - Marienberg, Aue - Schwarzenberg). Böden über Substraten mit extrem niedrigen Zn-Gehalten (Granit von Eibenstock, Orthogneise der Erzgebirgs-Zentralzone, Osterzgebirgischer Eruptivkomplex, kretazische Sandsteine) treten als negative Zn-Anomalien im Kartenbild in Erscheinung. Verstärkte Zn-Akkumulationen sind in den Auenböden des Muldensystems festzustellen. Auf Grund der höheren geogenen Grundgehalte im Wassereinzugsgebiet, dem Auftreten Zn-führender polymetallischer Vererzungen und insbesondere der Bergbau- und Hüttentätigkeit im Freiberger Raum, kommt es vor allem in den Auenböden der Freiberger und Vereinigten Mulde zu hohen Zn-Konzentrationen (Mediangehalte 370 bzw. 240 mg/kg). Für die Wirkungspfade Boden-Mensch sowie Boden-Pflanze wurden keine Prüf- und Maßnahmenwerte für Gesamtgehalte in der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) festgeschrieben, da Zn bei der Gefahrenbeurteilung nur von geringer Bedeutung ist.

GTS Bulletin: ISND40 UMRR - Observational data (Binary coded) - BUFR (details are described in the abstract)

The ISND40 TTAAii Data Designators decode as: T1 (I): Observational data (Binary coded) - BUFR T1T2 (IS): Surface/sea level T1T2A1 (ISN): Synoptic observations from fixed land stations at non-standard time (i.e. 0100, 0200, 0400, 0500, ... UTC) A2 (D): 90°E - 0° northern hemisphere (Remarks from Volume-C: NilReason)

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