Mit diesem Untersuchungsprogramm sollen die Kenntnisse ueber das Verhalten und den Verbleib von Duenge- und Pflanzenschutzmittelwirkstoffen bzw. deren Abbauprodukten in tieferen Bodenschichten in Abhaengigkeit von der Bewirtschaftungsintensitaet erarbeitet werden.
Durch die Klimaerwärmung der letzten Jahrzehnte hat sich der Eismassenverlust des Antarktischen Eisschildes (AIS) verstärkt. Das ist gesellschaftlich relevant, da der globale Meeresspiegel in naher Zukunft substantiell ansteigen könnte. Eine Reihe wissenschaftlicher Disziplinen versuchen daher den Istzustand des AIS besser zu verstehen, um fundierte Prognosen für die Zukunft liefern zu können. Im Projekt AIS-DIS würden wir gerne die Dynamik des AIS für Schlüsselzeiträume der Vergangenheit besser verstehen, damit Modelle kalibriert und künftige Vorhersagen verbessert werden können. Wir werden unsere Studien auf den letzten glazialen Zyklus konzentrieren, und zwar speziell auf die Terminationen 1 und 2, da der Eismassenverlust während dieser natürlichen Klimaerwärmungen am größten war. Unsere Untersuchen sollen sich auf die sog. Iceberg Alley konzentrieren. Es handelt sich dabei um ein einzigartiges Portal durch das die meisten Eisberge, die von der Antarktis abbrechen, hindurchdriften und dann über unseren Kernstationen abschmelzen. Deswegen ist dies die einzige Region, in der ein repräsentatives und integriertes Signal des Antarktischen Eismassenverlustes durch die Zeit hinweg gewonnen werden kann. Während der IODP Expedition 382 werden zum ersten mal lange Bohrkerne aus der Iceberg Alley entnommen. Wir möchten gerne die oberen 80-120 m an vier Kernstationen innerhalb des Scotia-Meeres untersuchen (zwei aus dem Pirie-Becken und zwei aus dem Dove-Becken). Unser Ziel ist es, Zeitpunkt, Geschwindigkeit und Ausmaß der Eismassenverlustes zu entschlüsseln. Das soll hauptsächlich dadurch erreicht werden, dass Eisberg transportiertes Material (IBRD) analysiert wird - grobkörnige Sedimentpartikel, die im Eisberg eingeschlossen sind, beim Schmelzen losgelassen werden, und schließlich im Sediment des tiefen Ozeans abgelagert und archiviert werden. Zunächst werden wir jüngst dokumentierte Staub-Klima Kopplungen implementieren und zwar durch die Korrelation von magnetischer Suszeptibilität, Ca und Fe zu Staubanzeigern antarktischer Eiskerne. Dadurch sollen hochauflösende Altersmodelle für die letzten ca. 140 ka etabliert werden. Anzeiger für IBRD sollen anhand von 2D-Radiographien, Korngrößenanalysen und XRF-Scandaten gewonnen werden. Um unsere Ergebnisse in einen größeren paläoklimatischen Kontext zu stellen, wollen wir weiterhin die sog. Fourier Transformierte Infrarot Spektroskopie sowie Farbreflexionsmessungen (L*a*b*) einsetzen. Durch die Zusammenarbeit mit weiteren Wissenschaftlern der IODP Expedition 382 sollen unabhängige Altersangaben anhand von Aschen und der Relativen Paläointensität geliefert werden sowie die Herkunft des IBRD mittels geochemischem Fingerabdruck entschlüsselt werden. Die Resultate des Projektes AIS-DIS sollen weiterhin in Eis-, Ozean-, und Klimamodelle implementiert, und die Ergebnisse als gemeinsame Leistung in hochangesehenen Journalen publiziert werden.
Selbst in tiefen Sedimentschichten unter z.T. mehreren Kilometern mächtiger Sedimentbedeckung finden sich noch aktive Mikroorganismen. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur im Untergrund an und überschreitet irgendwann die Grenze bis zu welcher Leben möglich ist. Die bisher festgestellte Temperaturobergrenze von Leben auf der Erde wurden an Mikroorganismen von hydrothermalen Systemen, sogenannten Schwarzen Rauchern gemessen und liegt bei ca. 120 Grad C. In Sedimenten hingegen liegt die Grenze deutlich niedriger. Messdaten aus Ölfeldern deuten auf eine Grenze von ca. 80 Grad C hin. Diese Diskrepanz zwischen hydrothermalen und sedimentären Systemen wurde dadurch erklärt, dass die Mikroorganismen in Sedimenten nicht genügend Energie gewinnen können um die bei hohen Temperaturen verstärkt notwendigen Reparaturen ihrer Zellbestandteile wie DNA und Proteinen durchzuführen. Interessanterweise lässt sich metabolische Aktivität bei extrem hohen Temperaturen nur dann nachweisen, wenn die Experimente unter hohem Druck stattfinden. IODP Expedition 370 wurde spezifisch zur Klärung der Frage nach dem Temperaturlimit von Leben in sedimentären Systemen durchgeführt. Im Nankai Graben vor der Küste Japans herrscht ein recht hoher geothermischer Gradient von ca. 100 Grad C/km, d.h. das gesamte Temperaturspektrum in dem Leben möglich ist erstreckt sich über ein Tiefeninterval von etwas mehr als einem Kilometer. Durch modernste Bohr- und Labortechniken war es möglich, Proben von höchster Qualität zu gewinnen, welche garantiert frei von Kontamination sind. Die Expedition hat einen stark interdisziplinären Charakter, so dass eine Vielzahl von biologischen und chemischen Parameter gemessen wurde, welche eine detaillierte Charakterisierung des Sediments erlauben. Das beantragte Projekt ist ein wichtiger Teil der Expedition, da Sulfatreduktion der quantitativ wichtigste anaerobe Prozess für den Abbau von organischem Material im Meeresboden ist. Im Rahmen einer MSc Arbeit wurden bereits erste Messungen durchgeführt. Diese konnten zeigen das Sulfatreduktion über die gesamte Kernlänge messbar ist, wenn auch z.T. mit extrem geringen Raten. Im Rahmen des beantragten Projekts sollen weitere Messungen durchgeführt werden, unter anderem auch unter hohem Druck. Dazu soll ein Hochdruck Temperatur-Gradientenblock gebaut und betrieben werden. Neben Sedimenten von IODP Exp. 370 sollen weitere Experimente mit hydrothermal beeinflusstem Sediment aus dem Guaymas Becken durchgeführt werden. Ein Vergleich zwischen diesen beiden Sedimenten soll weitere Einblicke in einen der wichtigsten biologischen Prozesse im Meeresboden liefern und ein besseres Verständnis über die Grenzen von Leben im allgemeinen.
Die Lebensgrundlage von mehr als 2 Milliarden Menschen ist abhängig von den Regenfällen des asiatischen Monsuns, die sogar mit den am weitesten entwickelten gekoppelten Ozean-Atmosphäremodellen immer noch schwer vorhersagbar sind. Ein detailliertes Verständnis darüber, wie sich der Monsun unter veränderten Randbedingungen wie einer wärmeren Welt mit geringerer kontinentaler Eisbedeckung verändert, ist von zentraler Bedeutung für diese Modelle. Wir müssen ebenso verstehen, wie und wann die Intensivierung des Monsunsystems einsetzte, wie es sich danach entwickelte und wie es sich in Abhängigkeit von verschiedenen potentiellen Faktoren wie globalen Klimaveränderungen, Gebirgsbildungen und der Öffnung und Schließung von Meeresstraßen veränderte. Der Zeitpunkt der Intensivierung wird kontrovers diskutiert, wobei einige Aufzeichnungen (Auftrieb in der Arabischen See) einen Zeitraum zwischen 7 und 8 Millionen Jahren anzeigen, während andere (Loess-Ablagerungen) ein viel früheres Einsetzen vor 22 Million Jahren oder sogar noch früher nahelegen. Ergebnisse von Modellierungen zeigen an, dass die Heraushebung von Tibet und damit Tektonik und das globale Klima direkt mit der Intensivierung des Monsunsystems zusammenhingen. Wir schlagen in diesem Projekt vor, die Entwicklung des Indischen Monsuns während es Miozäns (vor 23 bis 5.6 Millionen Jahren) anhand neuer, hochqualitativer Sedimentkerne aus dem Golf von Bengalen (Exp. 353) zu rekonstruieren. Wir werden die Kopplung der kontinentalen Verwitterung in der Region mit dem globalen Klima untersuchen. Anhand von hochaufgelösten Aufzeichnungen der von den Monsunwinden angetriebenen vertikalen Durchmischung des Oberflächenozeans auf orbitalen Zeitskalen, von durch Monsunpräzipitation verursachten Salinitätsänderungen und dem Verwitterungseintrag von Spurenmetallen wird diese Studie unser Verständnis der Entwicklung des asiatischen Monsuns signifikant verbessern und zu einer genaueren Modellierung des Monsunsystems beitragen.
Der australische Monsun stellt aufgrund seiner Position am Südrand der global stärksten saisonalen Verlagerung der innertropischen Konvergenzzone einen hochsensiblen Monitor für die Variabilität des tropischen Hydroklimas im Bereich des asiatisch-australischen Monsunsystems dar. Allerdings blieben bisher die Sensitivität des australischen Monsuns auf klimatische Kontrollfaktoren, wie globales Eisvolumen und Treibhausgas-Konzentrationen, sowie die interhemisphärische Kopplung mit anderen Monsun-Subsystemen wegen fehlender Kenntnis über seine Variabilität in der Vergangenheit weitgehend rätselhaft. Während IODP Expedition 363 wurde erstmals eine komplette, hemipelagische, pleistozäne Sedimentabfolge mit Sedimentationsraten von ca. 10 cm/ky vor Nordwest-Australien erbohrt (Site U1483, 13 Grad 5,24Ê1S, 121 Grad 48,25Ê1E, 1733 m Wassertiefe). Diese Karbonat- und Ton-reiche Abfolge stellt ein ideales Klimaarchiv dar, aus dem Intensität und Variabilität des australischen Monsuns und dessen Sensitivität für Änderungen des Strahlungsantriebes während fundamentaler Umwälzungen der globalen klimatischen Rahmenbedingungen rekonstruiert werden können. Unser Projekt konzentriert sich auf die mittelpleistozänen Wende (MPT, ca. 1,2-0,6 Ma), als das globale Klima von einer insgesamt wärmeren Phase mit relativ geringem Temperatur-Kontrast zwischen Nord- und Südhemisphäre in quasi-periodische Wechsel zwischen Warm- und Kaltzeiten mit erhöhter Amplitude und längeren Periodizitäten (ca. 100 kyr) überging. Wir werden Proxy-Daten für terrigenen Eintrag (Röntgenfluoreszenz-Scanner basierte Elementar-Zusammensetzung und Akkumulationsraten) und Paläoproduktivität (Kohlenstoff-Akkumulationsraten, biogenes Silikat und Kohlenstoffisotopen-Gradienten) mit Salinitäts- und Eisvolumen-Indikatoren (Sauerstoffisotopen und Mg/Ca-Thermometrie an Foraminiferengehäusen) vergleichen. Zusammen mit einer hochauflösenden benthischen Sauerstoffisotopen-Stratigraphie werden es die neuen Daten ermöglichen, die Variabilität sowohl der Niederschläge (Salinität und terrigener Eintrag während des australen Sommers) als auch der monsunalen Winde (konvektive Durchmischung und Produktivität während des australen Winters) zu rekonstruieren und so zum Verständnis der Reorganisation des tropischen Klimas in der Südhemisphäre, der Zusammenhänge zwischen Klimaänderungen in hohen und niederen Breiten, sowie der Kopplung des australischen Monsuns mit nordhemisphärischen Monsunsystemen beizutragen. Dabei wollen wir speziell die Hypothesen testen, dass (1) humide Bedingungen mit ganzjährigen Niederschlägen in der wärmeren '41 kyr-Welt' vorherrschten, während die Saisonalität mit dem Einsetzen der intensiven, glazialen-interglazialen ca. 100 kyr-Zyklen zunahm und (2) bedeutende Klimaveränderungen vor ca. 1,6, ca. 1,2, ca. 0,9, und ca. 0,6 Millionen Jahren mit Änderungen in der Dynamik des australischen Monsuns (Intensität und Saisonalität von Niederschlägen und windgetriebener konvektiver (Text gekürzt)
Jüngste Entdeckungen in der chemischen Ozeanographie weisen darauf hin, dass hydrothermales Eisen ein wichtiger Modulator biogeochemischer Stoffkreisläufe im globalen Ozean ist, da die Verfügbarkeit von Eisen oft das Phytoplanktonwachstum und somit die biologische Kohlenstoffpumpe limitiert. Diese neuen Ergebnisse aus dem internationalen GEOTRACES-Programm bestätigen interessanterweise frühere Studien zu Mittelozeanischer Rücken, welche bereits zeigten, dass die hydrothermale Aktivität entlang des Mittelatlantischen Rückens (MAR) und damit auch der hydrothermale Stoffeintrag in den Ozean größer ist, als aufgrund der langsamen Spreizungsraten zu erwarten wäre. Über die Prozesse, welche diesen Stoffeintrag kontrollieren und wie sich diese zwischen mafischen und ultramafischen Hydrothermalsystemen unterscheiden, ist jedoch bisher nur wenig bekannt. Wir werden Transport-Reaktions-Modelle mit IODP-Daten kombinieren, um die kritische Kombination von Parametern zu identifizieren, welche den Salz- und Eisengehalt der an den Hydrothermalfeldern TAG und Rainbow freigesetzten Fluiden maximieren. Wird Seewasser in Hydrothermalsystemen stark erhitzt, so teilt es sich in eine dichte, salzige Sole und eine leichtere, salzarme Dampfphase auf, wobei sich die Metalle in der Sole anreichern. Diese Prozesse, zusammen mit der Ausfällung von eisenreichen hydrothermalen Mineralen entlang der Aufstiegswege, sind der Schlüssel zu einem tieferen Verständnis des hydrothermalen Eisentransport. Wie aber die Fließwege und die Strömungsdynamik dieser beiden Phasen innerhalb der Ozeankruste aussehen, ist bisher weitgehend unklar. Um diese Prozesse zu untersuchen, werden wir zu den einzigartigen Daten aus der ODP-158 Bohrkampagne zum mafischen TAG Hydrothermalfeld zurückkehren und diese mit hydrothermalen Transport-Reaktions-Modellen verbinden. Dieser Ansatz wird uns wichtige neue Einblicke in die Solebildung und den Eisentransport erlauben und so Aufschluss über die Gründe für den hohen Eisenausstoß geben. Diese Arbeiten werden durch eine Studie zum ultramafischen Rainbow Hydrothermalfeld ergänzt werden. Für dieses Hydrothermalfeld bereitet ein internationales Forschungsteam zurzeit einen IODP Bohrantrag vor und wir hoffen diesen durch unsere geplanten Arbeiten unterstützen zu können. Aus der Kombination dieser beiden Fallstudien erwarten wir grundlegende neue Erkenntnisse über die wichtigsten geologischen Prozesse, welche den hydrothermalen Eisenexport an langsamspreizenden Rücken kontrollieren und hoffen so einen wichtigen Beitrag zur Erforschung der Rolle von hydrothermalem Eisen in globalen Stoffkreisläufen leisten zu können.
In Anlehnung an die seismischen Geschwindigkeitsmodelle für die zentrale Deutsche Nordsee (Groß, 1986) sowie die niederländischen Offshore-Gebiete (van Dalfsen et al., 2006) wurde im Rahmen des GPDN-Projekts, basierend auf Geschwindigkeitsinformationen aus Tiefbohrungen, ein seismisches Geschwindigkeitsmodell für den nordwestlichsten Teil des deutschen Nordsee-Sektors, den sogenannten „Entenschnabel“, erstellt. Als Berechnungsmethode wurde ein Anfangsgeschwindigkeit-Gradienten-Ansatz analog zu den Arbeiten von Jaritz et al. (1991) und Groß (1986) genutzt, wobei die Anfangsgeschwindigkeiten räumlich variabel und der zugehörige Gradient konstant gehalten wurden. Für das Zechstein-Intervall wurde – wie auch bei den Modellen von Jaritz et al. (1991), Groß (1986) und van Dalfsen et al. (2006) – eine konstante Intervallgeschwindigkeit von 4500 m/s angenommen. Zur Erstellung des Modells wurden insgesamt zwölf stratigraphische Intervalle definiert, wobei das Oberrotliegend das stratigraphisch älteste Intervall repräsentiert. Die Isolinienpläne der Anfangsgeschwindigkeiten und Geschwindigkeitsgradienten wurden mit der Software Schlumberger GeoFrame berechnet und anschließend in ein seismisches Volumenmodell (Seismic Velocity Volume) überführt, das die Geschwindigkeitsparameter in Form von Durchschnittsgeschwindigkeiten enthält. Dieses Modell wurde im Standardformat für seismische Daten (SEG-Y) gespeichert. Informationen zur Erstellung des Geschwindigkeitsmodells sind in Arfai et al. (2014) und Bense et al. (2022) zu finden. Arfai, J., Jähne, F., Lutz, R., Franke, D., Gaedicke, C. & Kley, J. (2014): Late Palaeozoic to Early Cenozoic geological evolution of the northwestern German North Sea (Entenschnabel): New results and insights. Netherlands Journal of Geosciences, 93, 04: 147-174. DOI:doi:10.1017/njg.2014.22 Bense, F., Deutschmann, A., Dzieran, L., Hese, F., Höding, T., Jahnke, C., Lademann, K., Liebsch-Dörschner, T., Müller, C.O., Obst, K., Offermann, P., Schilling, M., Wächter, J. (2022): Potenziale des unterirdischen Speicher- und Wirtschaftsraumes im Norddeutschen Becken (TUNB) - Phase 2: Parametrisierung. Abschlussbericht. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), p. 193. Groß, U. (1986): Gaspotential Deutsche Nordsee – Die regionale Verteilung der seismischen Anfangsgeschwindigkeiten in der Deutschen Nordsee. 58; Hannover (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)). Jaritz, W., Best, G., Hildebrand, G. & Juergens, U. (1991): Regionale Analyse der seismischen Geschwindigkeiten in Nordwestdeutschland. Geologisches Jahrbuch, Reihe E, 45: 23-57. van Dalfsen, W., Doornenbal, J.C., Dortland, S. & Gunnink, J.L. (2006): A comprehensive seismic velocity model for the Netherlands based on lithostratigraphic layers. Netherlands Journal of Geosciences - Geologie en Mijnbouw, 85, 4: 277-292. DOI:10.1017/S0016774600023076
Das Thema zeigt die Lage der Erdöl- und Erdgas- und weiterer Tiefbohrungen entsprechend dem derzeitigen Kenntnisstand in den am KW-Verbund beteiligten Bundesländern. Die Bohrungen dienen dem Zweck Erdgas bzw. Erdöl oder andere Rohstoffe zugänglich zu machen.
Die Messstelle ALTDORF TIEFBOHRUNG (Messstellen-Nr: 15994, Bayern) dient der Überwachung des Grundwasserstands in tieferen Grundwasserstockwerken.
Die Klimaziele der Bundesrepublik Deutschland, wie Triebhausgasneutralität bis 2045 und die Dekarbonisierung der Energiewirtschaft, werden nur durch einen Ausbau der Geothermie als grundlastfähige, regenerative Energiequelle ermöglicht. Der wirtschaftliche Erfolg von Geothermieprojekten wird maßgeblich durch die Bohrkosten bestimmt. Diese sind eng mit der verfügbaren Bohrtechnik verknüpft. In dem für die Geothermie relevanten harten Grundgebirge bohren die derzeit eingesetzten konventionellen Bohrwerkzeuge nur sehr langsam und verschleißen schnell. Infolgedessen entstehen Bohrkosten bis mehreren 10 Mio. EUR und somit ein enormes finanzielles Risiko. In einem mehrstufigen Entwicklungsprojekt konnte ein innovatives Bohrsystem auf Basis des Elektroimpulsverfahren (EIV) entwickelt und erprobt. Das EIV nutzt die zerstörende Wirkung elektrischer Entladungen zum Lösen des Gesteins. Mechanische Kräfte sind für den Prozess nicht notwendig. Die zugehörigen Versuche zur Erprobung des Verfahrens und des EIV-Bohrsystems geben die wirtschaftlichen Vorteile zu erkennen. Das Projekt DEEPLIGHT greift diesen Stand der Technik auf und überführt ihn in ein neues Komplettierungsverfahren, das Casing-Drilling. Dadurch, dass keine mechanischen Kräfte für das Werkzeug benötigt werden, stehen Leistungsreserven für den gleichzeitigen Einbau der Stützverrohrung (Casing) zur Verfügung. Bisher konnte das Casing-Drilling noch zu keinem Durchbruch entwickelt werden, da die Übertragung der Werkzeugkräfte ein wesentliches Hindernis darstellen. Durch die Kombination mit dem EIV wird dieses Hindernis umgangen. In enger Zusammenarbeit der internationalen und interdisziplinären Partner wird ein Bohrsystem entwickelt und erprobt, dass analog zu konventionellen Werkzeugen an vorhandenen Bohranlagen eingesetzt werden kann. Durch den simultanen Ablauf von Bohren und Verrohren wird die Zeit zur Erstellung von Geothermiebohrungen gesenkt und somit die Wirtschaftlichkeit von Geothermieprojekten verbessert.
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