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Querschnittsaufgabe Stofftransport-Simulationen am Beispiel der Weiterentwicklung von Verfahren und Anwendungsfällen zur integrierten Modellierung der Nebenräume von Ästuaren

Veranlassung Nebenräume wie die Hahnöfer Nebenelbe und der rechte Nebenarm des Weser-Ästuars sind ökologisch bedeutsam. Sie sind z.B. als Aufwuchsgebiete für Jungfische wichtig. Daher ist anzustreben, dass Gewässergütemodelle die Auswirkungen von Ausbauvorhaben gerade auch für die kleinen Wasserkörper der Nebenräume zutreffend beschreiben können. In einem Gewässergütemodell, welches kleine Details abbilden soll, ist das Stofftransport-Modul dafür verantwortlich, dass entweder die Rechenzeit unpraktikabel lang wird oder die Genauigkeit leidet. Daher wird in diesem Projekt nach geeigneten Stofftransport-Algorithmen und Diskretisierungs-Kompromissen gesucht, die zu einschätzbaren Genauigkeiten führen. Die Zugabe inerter Tracer zur Überprüfung der Transport-Simulation ist im Ästuar nicht möglich. Durch die parallellaufende Untersuchung der biologischen Stoffumsätze wird versucht, die natürlich im Wasser vorhandenen Konzentrationen (z.B. O2) für diese Überprüfung zu nutzen. Ziele - Hauptziel ist es, das Gewässergütemodell QSim als Werkzeuge für die integrierte Modellierung komplexer Gewässersysteme weiterzuentwickeln, um u.a. die ökologischen Auswirkungen zukünftig notwendiger Unterhaltungsmaßnahmen auf die Nebenräume der Ästuare besser bewerten zu können. Neben der Verbesserung der Simulationsgenauigkeit stellt die sorgfältige Ermittlung der erzielbaren Genauigkeit ein wichtiges Ziel dar. - Als Querschnittsprojekt sollen die Erfahrungen aus diesem Projekt so aufgearbeitet werden, dass sie bei Arbeiten zu ähnlichen und angrenzenden Fragestellungen leicht verfügbar sind. Um Auswirkungen von Ausbaumaßnahmen auf die Nebenarme der Ästuare modellgestützt untersuchen zu können, sind Gewässergütemodelle erforderlich, die feine Details simulieren können. Speziell die Vermischung der sehr unterschiedlichen Konzentrationen in den sehr kleinen Nebenarmen mit dem Hauptstrom muss präzise erfasst werden. Um Stofftransport-Algorithmen und Diskretisierungen überprüfen und verbessern zu können, wird parallel der Stoffumsatz im Nebenarm untersucht und damit erprobt, ob sich natürlich im Wasser vorhandene Konzentrationen anstatt von zugesetzten Tracern verwenden lassen. Die Nebenarme gelten als die ‘Lungen’ der Ästuare. Ihre geringe Größe und die komplett unterschiedliche Biologie stellt Gewässergütemodelle vor besondere Herausforderungen.

Ausschluss mobiler grundberührender Fischerei in marinen Schutzgebieten der Ostsee, Vorhaben: Biogeochemische Prozesse und Stoffaustausch

Umweltchemische Datenerhebung und Stoffbilanzierung zur Sanierung der Teschendorfer Seenkette

Mit der LTG Teschendorf wurde ein Projekt zur Sanierung der dortigen Seenkette beantragt. Seit der Bewilligung der Mittel an den LTG e.V. werden die Stoffeintraege in die Seenkette abgeschaetzt, verifiziert und als Grundlage fuer die weitere Sanierung in einer Studie zusammengestellt.

Weg des Kohlenstoffs und Regulation des Saeurestoffwechsels bei Sukkulenten (Crassulaceen-Saeurestoffwechsel)

Sukkulenten, die ueber den Crassulaceen-Saeurestoffwechsel (CAM) verfuegen, vermoegen in der Nacht CO2 aus der Atmosphaere zu binden und dieses in Form von Aepfelsaeure zu speichern. Am folgenden Tag wird die Aepfelsaeure decarboxyliert und das dabei entstehende CO2 ueber den Calvin-Zyklus der Photosynthese zugefuehrt. Diese Form des Kohlenstoffgewinns ermoeglicht einen besonders sparsamen Wasserhaushalt. Es handelt sich also um eine oekologische Anpassung an wasserarme Standorte. In dem vom hier vorliegenden Bericht abgedeckten Zeitraum wurden besonders folgende Teilaspekte des CAM erforscht: 1. Charakterisierung der PEP-Carboxylase, des Schluesselenzyms des CAM und Untersuchung seiner Regulierbarkeit in vivo und in vitro. 2. Vergleich verschiedener Sukkulententypen und verschiedener Organe bzw. Gewebe einer Pflanze hinsichtlich ihrer Faehigkeit CAM durchzufuehren oder nicht. Erkenntnisziel: Erforschung der Voraussetzungen fuer das Zustandekommen des CAM bei Pflanzen. 3. Untersuchung des Weges des Kohlenstoffs im CAM. Besonders untersucht wurde das Problem, ob in den Plastoglobuli der Chloroplasten gespeicherte Lipide im CAM umgesetzt werden.

Nachhaltiges und klimaangepasstes Wassermanagement im Bergbau der Region des südlichen Afrikas, Teilprojekt 4

Geowissenschaftliche Probleme in ariden Gebieten, TP: Isotopenuntersuchung von nordafrikanischen Palaeowaessern

Wasser- und Stoffhaushalt der ungesaettigten Bodenzone im semiariden Nordbereich der Sahara (Sahel-Duerre)

Funktion und Struktur subsystemspezifischer mikrobieller Gemeinschaften im Benthos der südlichen und zentralen Nordsee und deren Rolle in Stoff- und Energieaustauschprozessen

Aktuelle Modelle zur Beschreibung benthischer Prozesse in der Nordsee behandeln nur unvollständige Ausschnitte aus dem Gesamtsystem. Dies ist auf eine nur lückenhafte Kenntnis über die im Benthos ablaufenden Prozesse zurückzuführen. Im beantragten Forschungsvorhaben soll die strukturelle und funktionelle Charakterisierung benthischer mikrobieller Gemeinschaften in verschiedenen durch die Markofauna definierten Subsysteme der südlichen und zentralen Nordsee (Deutsche Bucht, Niederländische Küste, Oyster Ground, Doggerbank, östliche Nordsee, Skagerrak und Kattegat) untersucht werden. Zum Verständnis benthischer Prozesse soll zusätzlich der qualitative und quantitative Eintrag von organischem Material sowie dessen Umsetzung im System betrachtet werden. Durch parallele Untersuchungen der Makrofaunastruktur (Dr. I. Kröncke, Forschungsinstitut Senckenberg) werden Aufschlüsse über die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Größenklassen und deren Rolle am Transfer von organischem Material in den einzelnen Subsystemen erwartet. Aus dem Zusammenhang von Struktur und Funktion komplexer Gemeinschaften, die in diesem Umfang bislang noch nicht in der Nordsee untersucht wurden, werden Hinweise auf die Bedeutung verschiedenen benthischer Systeme für den Stoff- und Energieaustausch erwartet. Daher können die aus dem beantragten Forschungsvorhaben erwarteten Ergebnisse maßgeblich zum Verständnis benthischer Prozesse beitragen und der Modellierung zugeführt werden. Hauptauftragnehmer im Ausland: University Northeastern Boston; Boston.

Langzeituntersuchungen zur Deposition von Luftverunreinigungen und deren Auswirkung auf Waldoekosysteme

Die Deposition von Luftverunreinigungen stellt langfristig eine Belastung fuer das Waldoekosystem dar im Hinblick auf den Gesundheitszustand der Baeume, die Funktionsfaehigkeit des Waldbodens, den Naturhaushalt und den Versickerungsaustrag in das Gewaesser. In ausgewaehlten Laub- und Nadelholzbestaenden sind Dauerbeobachtungsflaechen eingerichtet, die z.T. durch Duengungsversuche ergaenzt werden. Mit Standardregensammlern erfolgt die kontinuierliche Messung atmogener Stoffeintraege mit der Niederschlags- und Bestandsdeposition. Bodenkundliche Untersuchungen und Stoffaustragmessungen mit dem Sickerwasser, Bestandserhebungen zum Vitalitaets- und Ernaehrungszustand der Waldbaeume sowie bodenfaunistische und vegetationskundliche Aufnahmen dienen der Wirkungskontrolle. Als ein Beitrag zur Umweltkontrolle im Forstbereich ist vorgesehen, die Untersuchungen langfristig weiterzufuehren.

Integriertes ökologisches Monitoring der Auswirkungen von Klimaveränderungen in Hessen

Die Konzentrationen vieler natürlicherweise in der bodennahen Atmosphäre vorhandener Luftinhaltsstoffe sind aufgrund vielfältiger menschlicher Aktivitäten wie Einsatz fossiler Energieträger, industrielle Produktion und Intensivierung der Landwirtschaft in den letzten Jahrzehnten beträchtlich angestiegen. Der globale Anstieg klimawirksamer Spurengase wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O), FCKW und Ozon (O3) soll nach Modellrechnungen bei anhaltenden bzw. weiter steigenden Emissionen im Verlauf des nächsten Jahrhunderts zu Veränderungen des globalen und regionalen Klimas führen. Weiterhin ist auch ein Anstieg der bodennahen UV-B-Strahlung nicht auszuschließen, sofern sich der Abbau der stratosphärischen Ozonschicht weiter fortsetzt. Gleichzeitig können Organismen und Ökosysteme unmittelbar durch die steigenden CO2- und O3-Konzentrationen beeinflusst werden. Ziel dieses Projektes ist es deshalb, die Auswirkungen des sich ändernden chemischen (insbesondere steigende CO2- und O3-Konzentrationen) und physikalischen (steigende globale Lufttemperaturen) Klimas auf Flora, Fauna und Boden eines extensiv genutzten Grünland-Ökosystems beispielhaft zu erfassen. Aufgrund der relativ geringen Häufigkeit und Intensität der Bewirtschaftungsmaßnahmen und der langen Lebensdauer bietet sich das Dauergrünland unter Wiesennutzung als besonders geeignetes System zur Abschätzung der langfristigen Auswirkungen von Klimaveränderungen im Ökosystem an. Das Vorhaben lässt sich in folgende Schwerpunkte gliedern: - Kontinuierliche Bestimmung der Konzentrationen von Luftinhaltsstoffen in der Umgebungsluft (insbesondere Ozon, CO2 und Stickstoffoxide) - Kontinuierliche Bestimmung des Austausches klimarelevanter Spurengase in der Grenzschicht Biosphäre/Atmosphäre (insbesondere CO2, H2O, Ozon, N2O, Methan) - Zeitreihenuntersuchungen auf Dauerbeobachtungsflächen - Experimentelle Manipulation der Konzentration von Luftinhaltsstoffen ( CO2, Ozon) in der Umgebungsluft zur Abschätzung ihrer langfristigen Auswirkungen auf Flora, Fauna und Boden des Ökosystems.

Umsatzraten und Herkunft von Lipiden in Ackerböden: Zeitlich aufgelöste strukturelle und isotopische Charakterisierung der Lipidfraktionen einer natürlich markierten Schwarzerde

Lipide haben wahrscheinlich große Bedeutung für die Stabilisierung organischer Substanz in Böden, sie wurden aber bisher mittels moderner strukturchemischer und isotopischer Methoden nur wenig untersucht. Durch die Kombination dieser Methoden sollen erstmals gleichzeitg Aussagen über Herkunft (Pflanzen, Bakterien, Pilze) und Umsatzraten (d13C) der Lipide auf molekularer Ebene ermöglichen. Der Nutzungswechsel von Roggen- (C3-) zu Mais-Monokultur (C4-Pflanze) markierte die zugeführte Biomasse strukturell und isotopisch. Die Nutzung von Rückstellproben ermöglicht eine über vier Jahrzehnte zeitlich aufgelöste Auswertung dieses landwirtschaftlichen Freilandversuchs. Die Lipide sollen mit einer Kombination moderner struktureller, spektroskopischer und isotopischer Analysetechniken der Bodenchemie, organischen Geochemie und Biochemie untersucht werden. Untersuchungen sollen an Gesamtböden und ausgewählten PartikelgrößenFraktionen erfolgen. Die Bodenlipide werden erstmalig über eine automatisierte sequentielle Flüssigkeitschromatographie in folgende Fraktionen getrennt: a) Aliphaten, b) Ketone/Alkohole, c) Fettsäuren, d) Aromaten, e) basische Lipide und f) hochpolare Biopolymere. Diese Fraktionen sollen anschließend strukturell identifiziert (13C NMR, GC-MS) und die Fraktionen a) bis c) gesamt- und komponentenspezifisch (GC-irmMS) d 13C-isotopisch charakterisiert werden.

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