Vegetationsökologische und klimatologische Grundlagen sowie Landnutzungsänderungen in Afrikas größtem alpinen Ökosystem ermöglichen der interdisziplinären Paläoforschung die Interpretation von Analysedaten, insbesondere durch die ökologischen Zeigerwerte in den dominanten Vegetationseinheiten der Hochflächen in den Bale Mountains. Plotbasierte floristisch vollständige Vegetationsaufnahmen dienen der Feststellung klimatischer Gradienten und Schwellenwerte von Zeigerpflanzen sowie von Störungszeigerpflanzen der Weidewirtschaft und natürlicher Störungen durch bodenwühlende Kleinsäuger. Fernerkundung und Vergleichsphotographie helfen die Dynamik afroalpiner Ökosysteme und des Erica-Strauchgürtels an der oberen Waldgrenze zu quantifizieren. 10 Klimastationen werden die Niederschlags- und Temperaturgradienten der Bale Mountains erfassen. Die vorherrschenden Luftströmungen dieses Berglandes am Horn von Afrika werden durch ihre Isotope charakterisiert und sind damit die aktualistische Grundlage der Paläo-Klimatologie.
Der Klimawandel hat tiefgreifende Auswirkungen auf einen Vielzahl von ökologischen Prozessen und beeinflusst zunehmend die Artenzusammensetzung, Struktur, und Funktion von Ökosystemen. Die hohe Geschwindigkeit des fortschreitenden Wandels stellt vor allem für langlebige Ökosysteme wie Wälder ein Problem dar und limitiert deren Anpassung durch genetische und evolutionäre Prozesse. Durch die zunehmend schlechtere Umweltanpassung steigt das Risiko von abrupten und zerstörerischen Änderungen. Störungen durch Wind, Borkenkäfer und Waldbrand haben in den vergangenen Jahrzehnten bereits deutlich zugenommen. Die langfristigen Änderungen in derartigen Störungsregimes im Wald sowie deren Auswirkungen werden jedoch erst bruchstückhaft verstanden, was eine entsprechende Anpassung im Management von Ökosystemen stark einschränkt. Ziel des vorliegenden Projektes ist es daher, (i) ein tieferes systemisches Verständnis über die Einflussfaktoren auf Störungsregimes zu erlangen, (ii) deren Auswirkungen auf biologische Diversität und Ökosystemleistungen umfassend zu quantifizieren, und basierend auf diesen Erkenntnissen (iii) Strategien zu entwickeln wie Ökosystemmanagement und Gesellschaft mit derartigen Änderungen umgehen können. Zur Beantwortung dieser Fragen werden Waldlandschaften unter gleichen biogeographischen Bedingungen aber unterschiedlicher Bewirtschaftung (Nationalpark vs. bewirtschaftete Landschaft) in Mitteleuropa untersucht. In einem interdisziplinären Ansatz wird für dieses Netzwerk von Studienlandschaften mittels Jahrringanalysen das Störungsregime der letzten Jahrhunderte rekonstruiert, die Ausdehnung aktueller Störungen auf Basis von Fernerkundungsdaten ermittelt, sowie mögliche zukünftige Entwicklungen unter einem Ensemble von Klimaszenarien mittels Computersimulation abgeschätzt. Darauf aufbauend kann zum ersten Mal für eine Region in Europa festgemacht werden ob sich heutige und mögliche zukünftige Störungsregimes signifikant von vergangenen Perioden unterscheiden. Weiters werden die Auswirkungen von sich ändernden Störungsregimes auf Biodiversität abgeschätzt sowie deren Wirkungen auf bereitstellende (Holzproduktion), regulierende (Kohlenstoffspeicherung, Wasserrückhalt), kulturelle (Erholungswert) und unterstützende (Primärproduktion) Ökosystemleistungen quantifiziert. In Zusammenarbeit mit Stakeholdern werden basierend auf Simulationsergebnissen Strategien zum Umgang mit Störungen bei unterschiedlichen Bewirtschaftungszielen (Schutz von Artenvielfalt, Bereitstellung von verschiedenen Ökosystemleistungen) erarbeitet. Darüber hinaus werden als Entscheidungsunterstützung für Politik und Katastrophenschutz risikorelevante Ergebnisse auf regionale Ebene skaliert. Das Projekt wird so nicht nur das Verständnis von Störungsprozessen sowie deren Berücksichtigung im Ökosystemmanagement revolutionieren sondern auch konzeptionelle und methodische Fortschritte in Hinblick auf den Umgang mit Risiko und Resilienz bei abrupten Umweltänderungen liefern.
Ziel dieses Projekts ist die Sammlung und Aufbereitung von geologischen, geophysikalischen und hydraulischen Daten, welche bei der Planung von Projekten zur direkten Nutzung geothermischer Wärme relevant sind, um sie im Geothermischen Informationssystem GeotIS darzustellen. Dafür werden nicht nur die bisher im GeotIS vorgestellten Reservoire genauer charakterisiert, sondern auch Formationen untersucht, die bei mittleren bis niedrigen Temperaturen zur Wärmegewinnung nutzbar sind, wie z.B. der Bentheimer Sandstein im Emsland. Zu den ebenfalls nur lokal geothermisch nutzbaren Horizonten gehört auch der Untere Buntsandstein, der am Rand des Norddeutschen Beckens bessere hydraulische Eigenschaften aufweist als im Beckenzentrum. Für diese und weitere Horizonte sollen in ausgewählten Gebieten 3D-Modelle zum strukturellen Aufbau, sowie eine Abschätzung der zu erwartenden Gebirgsdurchlässigkeit erstellt werden. Grenz- und Trennflächen können ebenfalls von Bedeutung für die Entstehung günstiger Reservoireigenschaften sein. Daher sollen Klüfte, Störungen und Erosionsdiskordanzen bei der Untersuchung geothermischer Ressourcen besonders berücksichtigt werden. Da nicht jede Grenz- oder Trennfläche eine Erhöhung der Permeabilität bedingt, stellen entsprechende Modelluntersuchungen ein wichtiges Werkzeug zur Beurteilung geothermischer Potentiale dar. Alle neuen Daten zur Struktur und zum Nutzungspotential des tiefen Untergrunds werden in geeigneter Weise in GeotIS dargestellt. Außerdem soll ein interaktives E-Learning-Portal aufgebaut werden, das über wissenschaftlich-technische Zusammenhänge und Nutzungsoptionen der Geothermie in Deutschland informiert. Die Fortsetzung der Arbeiten im Rahmen des Geothermal Implementing Agreement (GIA) der IEA ist ebenfalls geplant. 3D-Modellierung geologischer Strukturen Zusammenstellung hydraulischer Daten Modellierung von hydraulisch-geochemischen Prozessen im Porenraum Aktualisierung und Ausbau von GeotIS Interaktives E-Learning-Portal IEA-GIA.
Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer tribologisch höchstbeanspruchter Komponenten in Windkraftanlagen zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und -sicherheit. Erreicht werden soll dies mit neuartigen, elektrisch leitfähigen Schmierstoffen, mit denen elektrische und chemische Einflüsse, die nach neuesten Erkenntnissen zu frühzeitigen Schädigungen führen, verringert bzw. gesteuert werden können. Neueste Ergebnisse zur Ermüdungsschädigung von Wälzlagern und Getriebekomponenten haben gezeigt, dass bestimmte Störeinflüsse ein Frühversagen verursachen. Hierfür wurden Gegenmaßnahmen identifiziert, die im Rahmen dieses Projekts entwickelt und überprüft werden sollen. Das Teilprojekt des Fraunhofer IWM befasst sich insbesondere mit der Entwicklung von Konzepten zur Vermeidung versagenskritischer elektrischer und elektrochemischer Störeinflüsse. In Untersuchungen sollen die tribologischen Mechanismen und Einflüsse, die zur Wälzkontaktschädigung führen dargestellt und eingeordnet werden. Es soll dann auf einer Modellebene gezeigt werden, wie die versch. Störeinflüsse so beeinflusst werden können, dass die Neigung des Systems zu frühzeitigem Versagen erheblich vermindert wird.
Ziel ist die Erarbeitung eines integrierenden Konzepts zur Anpassung des Hamburger Bestandes der Straßenbäume an den Klimawandel. Das Konzept beinhaltet ein Klimafolgen-Monitoring für Straßenbäume sowie die Entwicklung von Strategien und Maßnahmen zur Anpassung der Straßenbäume an den Klimawandel und soll in das 'Klimafolgen-Monitoring' und den 'Aktionsplan Anpassung' der Stadt Hamburg einfließen. Die Vulnerabilität von Baumarten gegenüber Trockenstress wird auf Basis einer Datenerhebung beurteilt. Gemeinsam mit den für Pflege und Entwicklung des Hamburger Baumbestands zuständigen Behörden werden Instrumente und Maßnahmen entwickelt, die kurz-, mittel- und langfristig geeignet sind, den Baumbestand in Zeiten des Klimawandels zu erhalten und weiterzuentwickeln. Daran angelehnt werden Instrumente identifiziert und systematisiert, um die Planungen und Maßnahmen zu implementieren. Im Rahmen des Vorhabens wird ein interdisziplinärer regionaler Verbund 'Stadtbäume im Klimawandel' etabliert, in dem für die Anpassung der Hamburger Stadtbäume an den Klimawandel bedeutsame Akteure zusammenkommen und der über die Projektlaufzeit hinaus die Aufgabe übernimmt, ein integriertes Konzept für Stadtbäume im Klimawandel weiterzuentwickeln und zu implementieren. Das Konzept wird mit modellhaftem Charakter für den Straßenbaumbestand Hamburgs erarbeitet, so dass eine Übertragbarkeit auf andere Räume in Hamburg aber auch andere Städte in Deutschland grundsätzlich möglich wird. Regionaler Verbund 'Stadtbäume im Klimawandel' einrichten Qualifizierte Wuchs- und Vitalitätsbewertung ausgewählter Arten/Sorten von Stadtbäumen Ableitung' Stressindikator Stadtbäume' durch Beprobung und Analyse von Jahresringen und deren Isotopensignatur Substratbewertung ausgewählter Stadtbaum-Standorte, Modellierung des Bodenwasserhaushaltes Entwicklungskonzept 'Stadtbäume im Klimawandel' erstellt und auf Projekt-Abschlusstreffen dem regionalen Verbund vorgestellt.
Das Verbundvorhaben RiMa-Wald befasst sich mit aktuellen Fragestellungen für einen integrierten Pflanzenschutz im Wald. Die Ausgestaltung des Verbunds beinhaltet die Erstellung und Umsetzung sektorspezifischer Leitlinien für den integrierten Pflanzenschutz im Forst, die Verbesserung der Verfügbarkeit von Pflanzenschutzmitteln und -wirkstoffen im nationalen Zulassungs- und Genehmigungsverfahren für den Anwendungsbereich Forst, einschließlich der Überprüfung von Umweltaspekten bei der luftgestützten Ausbringung von Insektiziden. Partner: Julius Kühn-Institut, Landesbetrieb Forst Brandenburg, Technische Universität München, Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt, Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft Im Teilvorhaben 1 werden gezielt Kiefernwälder untersucht, die aktuell häufig durch Massenvermehrungen forstschädlicher Insekten gefährdet sind. Hierbei werden die Auswirkungen von aviochemischen Bekämpfungsmaßnahmen mit Insektiziden und die von Kahlfraßereignissen in Waldbeständen auf die Nützlingsfauna mit freilandökologischen Methoden untersucht. In weiteren Arbeitspaketen werden mittels Rückstandsanalysen die Wirkstoffkonzentrationen in Ziel- und Nichtzielorganismen bzw. in Pflanzenmaterial bestimmt. Zusätzlich geben Abdrift- und Expositionsmessungen Aufschluss über die Belastung von angrenzenden Arealen und über die verbleibende Menge an Spritzflüssigkeit am Waldboden. Die Ergebnisse dienen der Erarbeitung einer realistischen Nutzen-Risiko-Analyse im Pflanzenschutz und zur Formulierung praktikabler Risikominderungsmaßnahmen für ein nachhaltiges Schädlingsmanagement, die mit den Bewertungsbehörden im Zulassungsverfahren von Pflanzenschutzmitteln abgestimmt werden. Abschließend erfolgen der Ergebnistransfer und die Umsetzung in die Praxis.
Das Ziel des Vorhabens ist es die geochemischen und biogeochemischen Bedingungen und Prozesse in Sedimenten der CCZ zu ermitteln und die kurz- und langfristigen Auswirkungen von Tiefseebergbauaktivitäten auf die Redoxzonierung und biogeochemischen Prozesse in diesen Sedimenten sowie die Stoffflüsse über die Sediment/Wasser Grenzfläche zu ermitteln. Die Daten und Ergebnisse werden in Transport/Reaktionsmodelle einfließen, die es ermöglichen die Wiedereinstellung des Gleichgewichts des Sediment/Porenwasser-Systems nach einem Störeingriff zu simulieren. Die Ergebnisse der Untersuchungen und Modellierungen werden für einen Vergleich mit den Bedingungen im höherproduktiven DISCOL Gebiet sowie als Grundlage für die Entwicklung umweltverträglicher Tiefseebergbau-Methoden genutzt werden. Der Arbeitsplan umfasst die Vorbereitung der 3 FS SONNE Fahrtabschnitte sowie die Gewinnung von Sediment- und Porenwasserproben, Analytik gelöster Porenwasserinhaltstoffe, ex situ Sauerstoff-Messungen und Probenkonservierung an Bord. Daran schließen sich weitere Analysen des Porenwassers und der sedimentären Festphase in den AWI-Labors an. Die Daten bilden die Grundlage der Transport/Reaktionsmodellierung, die in enger Kooperation mit den Gruppen von M. Haeckel (GEOMAR) und A. Koschinsky (JUB) einen Vergleich der Bedingungen im DISCOL Gebiet ermöglichen werden. Die Erkenntnisse unserer Arbeiten werden auf internationalen Konferenzen vorgestellt und internationalen Fachzeitschriften publiziert werden.
Polymetallische Knollen gehören aufgrund ihres Gehalts an industriell relevanten Metallen zu den marinen mineralischen Rohstoffen, die bei Verknappung an Land aus der Tiefsee abgebaut werden könnten. Für Manganknollen als potentielle Ressource erkundet die BGR seit Juli 2006 ein Lizenzgebiet in der Clarion-Clipperton-Zone (CCZ) des Zentral-Pazifiks. Tiefseebergbau würde zu einer Veränderung der vom Eingriff direkt und indirekt betroffenen Ökosysteme am Meeresboden und der darüber liegenden Wassersäule führen. Je nach Skala und Methode des Abbaus könnten davon einzigartige Habitate von bodenlebenden und pelagischen Gemeinschaften betroffen und Tierarten gefährdet werden. Um das Risiko von Eingriffen durch die Abbau-bedingten Sedimentwolke zu beurteilen und die Prozesse der vertikalen und horizontalen Transport von Sedimenten in der Wassersäule besser einzuschätzen, möchte die BGR in Zusammenarbeit mit der Universität Bremen und mit internationalen Partnern im Rahmen des schon eingereichten und für Umsetzung empfohlenen JPIO Projekts 'Ecological Aspects of Deep-Sea Mining' die räumliche und zeitliche ozeanographische Variationen des heutiges hydrodynamischen Systems der CCZ analysieren und eine Modellierung der potenziellen Ausbreitung der Abbau-bedingten Sedimentwolke vornehmen. Die BGR erhebt seit 2013 hochauflösende ozeanographische Datenreihen aus dem deutschen Lizenzgebiet der CCZ. Diese Daten, zusammen mit neu erhobenen Daten bis und während der Sonne Fahrt in 2015, sollen einen guten Datenbasis für das Vorhabenziel gewährleisten (siehe E01).
Das Vorhaben innerhalb des JPIO Verbundprojekts untersucht Ökosystemfunktionen mikrobieller Gemeinschaften in der DISCOL Experimental Area (DEA). In diesem Gebiet im tropischen SO-Pazifik, wurde 1989 im Rahmen des Projektes DISturbance and re-COLonization experiment (DISCOL) mit experimentellen Störungen des Meeresbodens ein Manganknollen-Abbau simuliert. Nachfolgende Untersuchungen der benthischen Fauna stellten auch nach 7 Jahren noch Störungen des Ökosystems fest. 26 Jahre nach dem DISCOL Experiment werden die Untersuchungen mit diesem Vorhaben erstmals auf die Mikroorganismen und ihren Beitrag zu Ökosystem-Funktionen ausgedehnt - mit modernen Untersuchungsmethoden und Messungen direkt am Meeresboden. Ziel ist, die natürliche räumliche Variabilität mikrobieller Diversität und benthischer Stoffflüsse in Manganknollen-Ökosystemen mit den Effekten kurz- und langfristiger Störungen zu vergleichen. Messungen und Probennahmen werden auf der SONNE-Expedition SO242/2 durchgeführt. Mit molekularbiologischen Methoden soll die mikrobielle Diversität gestörter und ungestörter Flächen unterschiedlicher Manganknollenbedeckung verglichen werden. Mit Mikro-Profilern und benthischen Kammern werden auf den gleichen Flächen Porenwasserchemie und benthische Flüsse bestimmt und damit Schlüsselfunktionen von Tiefseeböden quantifiziert (Abbau organischen Materials, Nährstoff-Freisetzung). Zusätzlich werden in Laborinkubationen mit markierten Substraten spezifische mikrobielle Prozesse untersucht (hydrolytische Aktivität, Sekundärproduktion). Ein weiterer Fokus liegt auf der Untersuchung von Habitat-Charakteristika einschließlich der Verteilung von Megafauna-Gemeinschaften mit bildgebenden Verfahren.
Die JPIO Pilotaktion wird zwei Expeditionen mit FS SONNE in mehrere Manganknollen-Lizenzgebiete in die Clarion-Clipperton Zone und in das DISCOL Experiment Gebiet im Südost-Pazifik unternehmen. Ziel des Projektes ist es, die Langzeitfolgen von Tiefseebergbau auf die Umwelt zu untersuchen. GEOMAR übernimmt dabei die Koordination des europäischen Verbundprojektes und trägt u.a. in großem Umfang mit wissenschaftlicher Expertise und Tiefsee-Geräten zum Projekt bei. Im DISCOL-Gebiet wird 26 Jahre nach dem Störexperiment der Zustand des Ökosystems erhoben, um so die natürliche Dynamik in der Tiefsee nach anthropogenen Eingriffen zu bewerten. Dies geschieht durch moderne Kartierungsverfahren und Monitoring-Technologien, wie AUV-basierte Multibeam-, Seitensonar- und Videosysteme, sowie gezielte ROV- und TV-gestützte Beprobungskampagnen, die auch in-situ Messungen in Wassertiefen von größer als 4000 m beinhalten. Die vergleichende Untersuchung von DISCOL und den künftigen Lizenzgebieten in der CCZ wird zu den dortigen Basisuntersuchungen, die von der Inter-nationalen Meeresbodenbehörde verlangt werden, beitragen. Die Bewertung der Umweltauswirkungen wird durch numerische Modellierungen der Oberflächensedimente und der bodennahen Wassersäule komplementiert, die insbesondere die zeitliche Entwicklung nach einer Störung sowie dessen räumliche Ausdehnung betrachten.
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