The geomagnetic field shields our habitat against solar wind and radiation from space. Due to the geometry of the field, the shielding in general is weakest at high latitudes. It is also anomalously weak in a region around the south Atlantic known as South Atlantic Anomaly (SAA), and the global dipole moment has been decreasing by nearly 10 percent since direct measurements of field intensity became possible in 1832. Due to our limited understanding of the geodynamo processes in Earths core, it is impossible to reliably predict the future evolution of both dipole moment and SAA over the coming decades. However, lack of magnetic field shielding as would be a consequence of further weakening of dipole moment and SAA region field intensity would cause increasing problems for modern technology, in particular satellites, which are vulnerable to radiation damage. A better understanding of the underlying processes is required to estimate the future development of magnetic field characteristics. The study of the past evolution of such characteristics based on historical, archeo- and paleomagnetic data, on time-scales of centuries to millennia, is essential to detect any recurrences and periodicities and provide new insights in dynamo processes in comparison to or in combination with numerical dynamo simulations. We propose to develop two new global spherical harmonic geomagnetic field models, spanning 1 and 10 kyrs, respectively, and designed in particular to study how long the uninterrupted decay of the dipole moment has been going on prior to 1832, and if the SAA is a recurring structure of the field.We will combine for the first time all available historical and archeomagnetic data, both directions and intensities, in a spherical harmonic model spanning the past 1000 years. Existing modelling methods will be adapted accordingly, and existing data bases will be complemented with newly published data. We will further acquire some new archeomagnetic data from the Cape Verde islands from historical times to better constrain the early evolution of the present-day SAA. In order to study the long-term field evolution and possible recurrences of similar weak field structures in this region, we will produce new paleomagnetic records from available marine sediment cores off the coasts of West Africa, Brazil and Chile. This region is weakly constrained in previous millennial scale models. Apart from our main aim to gain better insights into the previous evolution of dipole moment and SAA, the models will be used to study relations between dipole and non-dipole field contributions, hemispheric symmetries and large-scale flux patterns at the core-mantle boundary. These observational findings will provide new insights into geodynamo processes when compared with numerical dynamo simulation results.Moreover, the models can be used to estimate past geomagnetic shielding above Earths surface against solar wind and for nuclide production from galactic cosmic rays.
Aussergewoehnliche gesundheitliche Belastungen der Wismut-Beschaeftigen zu DDR-Zeeiten - insbesondere durch Radioaktivitaet - lassen fuer die naechsten Jahre eine hohe Zahl an Berufserkrankungen erwarten. Die Berufsgenossenschaften muessen sich im Praeventionsbereich darauf mit der Entwicklung geeigneter Instrumentarien fuer Vorsorge und Frueherkennung vorbereiten. - Ziel: Charakterisierung des strahlenexponierten Risiko-Kollektivs; Ermittlung der diagnostischen Verfahren, die fuer eine regelmaessige Vorsorge geeignet sind, d.h. Sensitivitaet und Spezifitaet der Verfahren im Hinblick auf spezifische Einwirkungen und ihre Beziehungen zur Kanzerogenese; Ermittlung von Hoechst-Risikogruppen; Unterscheidung zwischen beruflich bedingten und ausserberuflich bedingten Tumoren. - Methodik: Repraesentative Auswahl von 100 ehemaligen Wismut-Beschaeftigten mit hoher Strahlenbelastung und 50 Kontrollpersonen; Gewinnung von Untersuchungsmaterial durch broncho-alveolaere Lavage und Buerstenbiopsie sowie aus Lymphozyten, Sputum und Tumorgewebe; Charakterisierung nachweisbarer Zellveraenderungen, die indikativ fuer Schaeden der zellulaeren genetischen Substanz durch radioaktive Strahlung und genotoxische Arbeitsstoffe sind; Einsatz aller derzeit verfuegbaren und ausgewiesenen Methoden des Nachweises genetischer Zellschaeden: Marker der DNA-Schaedigung in Zielzellen und Surrogatzellen, sytologische und zythogenetische Marker, Marker der veraenderten Genexpression (p53-Protin im Serum, Onkogenprodukte); Ausarbeitung und Optimierung des Methodenarsenals. - Umsetzung geplant: Medizinisches Vorsorgeprogramm fuer Wismut-Beschaeftigte (Screening, Biomonitoring).
Es ist die Aufgabe des Forschungsvorhabens, einen Beitrag zu leisten zur Pathophysiologie der Einwirkung ionisierender Strahlen auf den menschlichen Organismus. Dabei werden tierexperimentelle Untersuchungen durchgefuehrt, die das Ziel haben, das Stammzellsystem im Knochenmark und Blut als Indikator fuer Strahlenbelastungen zu verwenden, um insbesondere die Regenerationsfaehigkeit des Organismus nach Strahlenbelastung abzuschaetzen. Darueber hinaus ist es die Aufgabe, des Vorhabens, die Wechselbeziehungen zwischen dem Organismus und dem Strahlenfeld zu untersuchen und Frueh- und Spaetschaeden zu erforschen. Weiterhin ist es die Aufgabe des Vorhabens, therapeutische Massnahmen bei akuter Strahlenbelastung zu entwickeln, die das Ziel haben, die Knochenmarkregeneration durch die Transfusion von Stammzellen zu restaurieren. Die Grundlagenforschungserkenntnisse werden auf die Verhaeltnisse beim Menschen angewandt. Dort ist es die Aufgabe, durch Chromosomenuntersuchungen Strahlenbelastungen festzustellen und zu pruefen, inwieweit Blutstammzelluntersuchungen als Indikator fuer Strahlenbelastungen herangezogen werden koennen. Weiterhin wird die Therapie von Knochenmarkversagenszustaenden durch ionisierende Strahleneinwendung unter Verwendung von Stammzelltransplantationen untersucht.
Wasserstoff zeigt im Vergleich zu anderen Elementen eine sehr hohe Beweglichkeit in Metallen. Allerdings werden bei der Bestimmung der Diffusionskoeffizienten oftmals erhebliche systematische Fehler beobachtet. So weichen die von verschiedenen Arbeitsgruppen fuer die Wanderung von Wasserstoff in Zirkon bestimmte Diffusionskoeffizienten im mittleren Temperaturbereich von 200 - 600 Grad C bis zu etwa zwei Groessenordnungen voneinander ab. Es schien moeglich, dass diese Abweichungen auf den Einfluss sauerstoffhaltiger Oberflaechenschichten zurueckzufuehren sind, da der Wasserstoff bei allen bisherigen Untersuchungen durch mindestens eine solche Schicht hindurchdiffundieren musste. Die Diffusionskoeffizienten fuer Tritium in diesen Oberflaechenschichten sind im Vergleich zur Beweglichkeit im Metall um mehr als sieben Groessenordnungen kleiner, so dass bereits duenne Schichten eine erhebliche Verzoegerung in der Diffusion bewirken koennen. Es wurde deshalb eine neue Methode entwickelt, bei der die Diffusion in den Oberflaechenschichten vermieden wird. Ausserdem wurde der Einfluss der Sauerstoff-Konzentration auf die Beweglichkeit von Tritium in Zircaloy bestimmt. Diese Arbeiten, welche auch fuer die Kernbrennstoff-Wiederaufbereitung von erheblicher Bedeutung sind, werden fortgesetzt. Im Vordergrund stehen dabei die Untersuchungen ueber den Einfluss von Fremdstoffen und Strahlenschaeden auf die Tritium-Diffusion in Zirkon und Zirkon-Legierungen.
Es wird eine Methode entwickelt, welche den empfindlichen Nachweis durch UV und Roengenstrahlen induzierter Veraenderungen in der DNS ermoeglicht. Dazu werden in Kaninchen nach Injektionen bestrahlte DNS Antikoerper gebildet. Strahlenschaeden koennen mit ihrer Hilfe durch einen Radioimmunoverdraengungsassay in sehr geringen Mengen auch dort nachgewiesen werden, wo eine Markierung der DNS nicht moeglich ist.
Im Institut fuer Medizin (IME) wurde ein 3-Compartmentmodell der Phagozytose eines 99m-Tc-markierten Testcolloids in v. Kupfferschen Sternzellen der Leber des Menschen entwickelt. Durch Compartmentanalyse koennen die entsprechenden Uebergangsraten sowie der Zeitverlauf der Phagozytose beim Menschen in vivo bestimmt werden. Es werden Patienten mit metastasierenden Tumoren und Erkrankungen, an denen das Immunsystem beteiligt ist, untersucht.
Kontinuierliche Kulturen; Strahlenschaeden; Systemtheorie.
Die stratosphärische Ozonschicht absorbiert die UV-C und UV-B Sonnenstrahlung und schützt damit Pflanzen, Tiere und Menschen vor Strahlenschäden. Durch anthropogen emittierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) wird die Ozonschicht abgebaut. Da FCKWs seit dem Montrealer Protokoll stark zurückgegangen sind, werden halogenierte Verbindungen wie Chlormethan (CH3Cl), die aus natürlichen Quellen freigesetzt werden, für den Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre zunehmend relevant. CH3Cl ist das am häufigsten vorkommende chlorhaltige Spurengas in der Erdatmosphäre, das für etwa 17% der durch Chlor katalysierten Ozonzerstörung in der Stratosphäre verantwortlich ist. Daher wird CH3Cl vornehmlich die zukünftigen Gehalte an stratosphärischem Chlor bestimmen. Die aktuellen Schätzungen des globalen CH3Cl-Budgets und die Verteilung der Quellen und Senken sind sehr unsicher. Ein besseres Verständnis des atmosphärischen CH3Cl-Budgets ist daher das Hauptziel dieses Projektes.Die Analyse stabiler Isotopenverhältnisse von Wasserstoff (H), Kohlenstoff (C) und Chlor (Cl) hat sich zu einem wichtigen Werkzeug zur Untersuchung des atmosphärischen CH3Cl-Budgets entwickelt. Das zugrundeliegende Konzept besteht darin, dass das atmosphärische Isotopenverhältnis einer Verbindung wie CH3Cl gleich der Summe der Isotopenflüsse aus allen Quellen angesehen werden kann, korrigiert um den gewichteten durchschnittlichen kinetischen Isotopeneffekt aller Abbauprozesse. Dadurch ist es möglich, die Bedeutung wichtiger Quellen und Senken mit bekannten Isotopensignaturen zu entschlüsseln. Eine Grundvoraussetzung für detaillierte Hochrechnungen des globalen Budgets ist die Bestimmung der durchschnittlichen Isotopenverhältnisse von H, C und Cl des troposphärischen CH3Cl. Aufgrund der relativ geringen Konzentration von atmosphärischem CH3Cl von ~550 ppbv stellt dies eine große messtechnische Herausforderung dar. Daher liegt der Schwerpunkt dieses Antrags auf der erfolgreichen Entwicklung von Dreifachelement-Isotopenmethoden zur genauen Messung von atmosphärischem CH3Cl.Im ersten Schritt wird ein Probenahmesystem für große Luftmengen konstruiert und für die Messungen der stabilen Isotopenverhältnisse von CH3Cl optimiert. Das Probenahmegerät wird zunächst im Labor getestet und dann zum Sammeln von Luftproben an drei verschiedenen Orten eingesetzt: an der Universität Heidelberg, am Hohenpeißenberg und im Schneefernerhaus. Die Probenahmen werden über einen Zeitraum von einem Jahr durchgeführt, um möglichst auch saisonale Schwankungen zu erfassen. Die Isotopenverhältnisse der Proben werden mit modernsten massenspektrometrischen Methoden im Labor gemessen. Die Ergebnisse aller Standorte und Zeitpunkte werden in der Gesamtheit evaluiert, um die durchschnittlichen stabilen H-, C und Cl-Isotopenwerte einschließlich ihrer saisonalen Schwankungen darzustellen. Abschließend werden die Daten hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für komplexe numerische Modelle kritisch diskutiert.
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