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Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), WISE: Wellengetriebener isentroper Austausch

Änderungen der Verteilung von Spurenstoffen wie Wasserdampf und Ozon, sowie die Verteilung von Zirruspartikeln in der unteren Stratosphäre/oberen Troposphäre (UTLS) haben einen großen Einfluss auf den Strahlungsantrieb. Unsicherheiten in der Beschreibung von Mischungsprozessen führen zu großen Unsicherheiten der Abschätzung des Strahlungsantriebs und sind deshalb von großer Bedeutung für die Quantifizierung des Klimawandels. Deshalb ist es wichtig, physikalische und chemische Prozesse (z.B. Austauschprozesse von Luftmassen, Zirrusbildung) zu quantifizieren, die die Zusammensetzung der UTLS bestimmen. Die sogenannte 'overworld' oberhalb von Theta=380K beeinflusst unmittelbar die Zusammensetzung der extratropischen Stratosphäre im Sommer durch Luftmassen, die aus der Region der asiatischen Monsunzirkulation stammen. Brechende planetare Wellen transportieren Monsun beeinflusste Luft in höhere Breiten, wo sie zum dortigen Wasserdampf- und Spurenstoffbudget beitragen. Die untere Grenze der UTLS, die extratropische Tropopausenschicht (ExTL), wird durch schnellen und effizienten bidirektionalen (quasi-isentropen) Austausch mit der Troposphäre gekennzeichnet. Die obere Grenze der der ExTL korrespondiert mit der Lage der Tropopauseninversionsschicht (TIL), die eine Region erhöhter statischer Stabilität oberhalb der Tropopause darstellt. Der Einfluss infrarotaktiver Tracer wie Wasserdampf oder Ozon auf die Temperaturstruktur macht die TIL zu einem sensitiven Indikator für Änderungen des Wasserdampf- oder Ozongehaltes oder auch Änderungen der Tropopausen Temperatur. Diese wirkt auf den Wasserdampfgehalt, der wiederum die statische Stabilität beeinflusst. WISE untersucht den Zusammenhang zwischen Zusammensetzung und der dynamischen Struktur der UTLS innerhalb der folgenden vier Hauptthemen:- Zusammenhang zwischen TIL und Spurengasverteilung in der unteren Stratosphäre- Wellenbrechung von planetaren Wellen und Wasserdampftransport in die extratropische untere Stratosphäre - Halogenierte Substanzen und deren Effekt auf Ozon in der UTLS- Nichtsichtbare Zirruspartikel und deren Effekt auf die UTLSBei WISE werden diese Themen mit einer neuartigen Nutzlast untersucht, die 2D- und 3D-Messungen von Spurenstoffen und Temperatur, Dropsondendaten und hochaufgelöste in-situ Spurengasmessungen vereint. Eine einzigartige Kombination von Limb- und Nadirmessngen wird verwendet, um die Eigenschaften optisch dünner Zirren in der UTLS Region zu untersuchen. Hochpräzise in-situ Daten erlauben detaillierte Untersuchungen zu Mischungsprozessen mit hoher Auflösung, sowie Zeitskalen und Altersbestimmung der Luft. WISE wird im September / Oktober stattfinden, und daher unmittelbar den Einfluss des sich auflösenden Monsuns auf die extratropische UTLS vermessen. Durch die Kombination mit Lagrange'schen und prozessorientierten Modellen wird der relative Beitrag verschiedener Quellregionen als auch Transportzeitskalen und Prozesse quantifiziert.

DFG Gerätezentrum: Bayreuther Zentrum für Stabile Isotope in der Ökologie und Biogeochemie

Die Analyse stabiler Isotope ist ein leistungsfähiges und inzwischen unersetzliches Werkzeug in der Ökologie und Biogeochemie. Sie ermöglicht ein umfassendes Verständnis von Ökosystemprozessen über räumliche und zeitliche Skalen hinweg. Gleichzeitig entwickeln sich innovative Technologien rasch weiter. Das breite Spektrum von Anwendungsgebieten erlaubt in einzigartiger Weise, Prozesse und Wechselwirkungen in komplexen natürlichen Systemen zu identifizieren und zu quantifizieren.Die Universität Bayreuth vernetzt in ihrem Profilfeld „Ökologie & Umweltwissenschaften“ Forschende aus verschiedenen Disziplinen, die in der jeweiligen Anwendung stabiler Isotope führend sind. Isotope haben unser Verständnis von Stoffflüssen in Ökosystemen, trophischen Interaktionen in Nahrungsnetzen, sowie Mensch-Umwelt-Beziehungen entscheidend geprägt. Die Expertise in der Isotopenanalytik in Bayreuth wurde in den letzten Jahren erheblich erweitert und um neue innovative Spitzentechnologien ergänzt. Diese sind explizit auf die Identifizierung und Quantifizierung von Prozessen in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen ausgerichtet.Ziel dieses Antrags ist es, Service und Lehre in einem neuen „Bayreuther Zentrum für Stabile Isotope in der Ökologie und Biogeochemie“ (BayCenSI) zu bündeln, mit Schwerpunkt auf der räumlichen und zeitlichen Dynamik ökosystemarer Prozesse. Das BayCenSI wird methodische Innovationen und Spitzenforschung vorantreiben und internen und externen Forschenden Zugang zu einzigartigen Technologien ermöglichen. Um diese Ziele zu erreichen, wird ein Lenkungsausschuss die strategische und wissenschaftliche Ausrichtung des Zentrums festlegen und deren Umsetzung überwachen. Das BayCenSI wird Isotopenanalytik für eine Vielzahl an Probenmatrizes anbieten, von natürlicher Häufigkeit bis hin zu sehr hoch angereicherten Proben aus Markierungsexperimenten. Neueste Technologien, wie die Visualisierung stabiler Isotope auf der µm-Skala, die Aufklärung mikrobieller Umsatzprozesse mittels gepulster Markierungen, sowie die zeitlich hochauflösende Erfassung von Gasisotopen werden in das Zentrum integriert. Dies erfordert die Implementierung eines Labormanagementsystems, um die Arbeitsabläufe zu strukturieren und hochwertige Analysen auf Basis von Qualitätsstandards zu gewährleisten. Ein/e Nachwuchswissenschaftler/in soll als Leiter/in der Core Facility eingesetzt werden, mit attraktiver Karriereperspektive. Das BayCenSI wird Forschende beraten und durch die Finanzierung explorativer Experimente unterstützen. Die Lehre im Bereich stabiler Isotope wird neben der theoretischen und praktischen Ausbildung auch Workshops, Summer Schools und Öffentlichkeitsarbeit umfassen.Unsere Vision ist es, Anwendern aus transdisziplinären Bereichen Zugang zu hochentwickelter, innovativer Analytik stabiler Isotope zu bieten, um die Forschung zu Ökosystemprozessen, mit Stoffumsätzen von Sekunden bis hin zu Jahrhunderten und von der Molekül-Skala bis zum globalen Raum, voranzutreiben.

Soil-gas transport-processes as key factors for methane oxidation in soils

Methane (CH4) is a major greenhouse gas of which the atmospheric concentration has more than doubled since pre-industrial times. Soils can act as both, source and sink for atmospheric CH4, while upland forest soils generally act as CH4 consumers. Oxidation rates depend on factors influenced by the climate like soil temperature and soil moisture but also on soil properties like soil structure, texture and chemical properties. Many of these parameters directly influence soil aeration. CH4 oxidation in soils seems to be controlled by the supply with atmospheric CH4, and thus soil aeration is a key factor. We aim to investigate the importance of soil-gas transport-processes for CH4 oxidation in forest soils from the variability the intra-site level, down to small-scale (0.1 m), using new approaches of field measurements. Further we will investigate the temporal evolution of soil CH4 consumption and the influence of environmental factors during the season. Based on previous results, we hypothesize that turbulence-driven pressure-pumping modifies the transport of CH4 into the soil, and thus, also CH4 consumption. To improve the understanding of horizontal patterns of CH4 oxidation we want to integrate the vertical dimension on the different scales using an enhanced gradient flux method. To overcome the constraints of the classical gradient method we will apply gas-diffusivity measurements in-situ using tracer gases and Finite-Element-Modeling. Similar to the geophysical technique of Electrical Resistivity Tomography we want to develop a Gas Diffusivity Tomography. This will allow to derive the three-dimensional distribution of soil gas diffusivity and methane oxidation.

Indonesian Throughflow variability on sub-orbital timescales during Marine Isotopes Stages (MIS) 2 and 3

This project will provide quantitative estimates of the flow of low-salinity warm water through the Indonesian Gateway on suborbital timescales during MIS 2 and 3 (focusing on Dansgaard Oeschger (D-O) oscillations) and will assess the Indonesian Throughflow (ITF) s impact on the hydrography of the eastern Indian Ocean and global thermohaline circulation during this critical interval of high climate variability. ITF fluctuations, associated with sea level change, temperature and salinity variations in the West Pacific Warm Pool (WPWP) strongly influence precipitation over Australia, the strength of the southeast-Asian summer monsoon, and the intensity of warm meridional currents in the Indian Ocean. We will test the hypothesis that increased ITF is associated with warm interstadials of MIS 3, whereas a strong reduction in ITF occurred during stadials. We will use as main proxies planktonic and benthic foraminiferal isotopes in conjunction with Mg/Ca temperature estimates and radiogenic isotopes (mainly Nd) as tracers of Pacific water masses along depth transects in the Timor Passage and the eastern Indian Ocean. This project will provide the paleoceanographic framework that will be crucial to validate and refine circulation models of D-O events and high-frequency climate variability on a global scale.

Porewater chemistry, iron extractions, metabolic rates and microbial analyses from Boknis Eck sediments from January 2022 until March 2023

We collected sediments for pore water analyses via IC, ICP-OESm H2S and Alkalinity measurements, conducted sequential Fe-extractions, determined O2 consumption rates via an enclosed mini Chamber, measured sulfate reduction rates via 35S-SO4 tracer and conducted 16S rRNA amplicon gene analyses (seqeuncing Illumina). Data was generated from Boknis Eck sediments from January 2022 until March 2023.

Nitrate and hydrogen sulfide concentrations of the water column in the Kiel Bight, SW Baltic Sea from 2018 to 2025

This dataset presents hydrogen sulfide (H2S) and nitrate (NO3-) concentrations in the water column at 15 stations in the Kiel Bight taken during the research cruises BE10/2018 (23.10.2018), BE03/2019 (15.03.2019), L23-13 (13.09.2023 - 15.09.2023), Hai24VE2 (24.09.2024) and EMB374 (04.09.2025 - 13.09.2025). Water samples were collected using Niskin bottles attached to a stainless-steel framework with CTD sensors. Concentrations of H2S and NO3- were measured photometrically (Hitachi U-2900). The data are used to describe seasonal hypoxia in the Kiel Bight water column and are combined with sediment and porewater data to identify controlling factors governing the accumulation of H2S at the seafloor. Furthermore, we compare the H2S measurements from the deepest Niskin bottle with bottom water H2S concentrations obtained from the benthic tracer profiler and from the overlying water in sediment cores. This allows us to illustrate H2S trends from several meters above the seafloor down to the sediment-water interface, and to discuss advantages and limitations of the different sampling techniques in characterizing geochemical conditions in the benthic environment.

Global database of sedimentary excess thorium-234 (Th-234) in and near submarine canyons

This global compilation was generated to explore the application of thorium-234 (234Th) as a tracer for recent sedimentation in submarine canyons. Submarine canyons are located along the continental margins, including the shelf regions, which are disproportionally relevant for the carbon cycle and other essential biogeochemical processes. These geomorphological features can act as funnels for particles and represent a strong connection between land and the open ocean. The continental margins encompass dynamic environments, granting the necessity to use tracers capable of quantifying short-term events. 234Th is a particle reactive radionuclide that gets scavenged onto particles in the water column and, due to its short half-life of 24.1 days, it allows estimating the magnitude of recently deposited sediment on the seabed over the previous ~4 months. Excess 234Th (234Thxs) with respect to 234Th in secular equilibrium with its parent nuclide uranium-238 can be used to calculate excess 234Th inventories as a proxy of recent sediment deposition (Aller and Cochran, 1976). Moreover, the vertical profile of 234Thxs in surface sediment also serves for estimation of mixing rates when sedimentation rates are sufficiently low. This has advantages over the classic and extensively used lead-210 dating method with a decadal integration period (Arias-Ortiz et al., 2018), since the relatively short time scale of 234Th can match the occurrence of recent short deposition events, thus revealing the impacts of potential recent riverine runoff, trawling-derived deposition or phytoplankton blooms, among others. To compile these data we conducted a search across Google Scholar (last accessed: 03-Sep-2025 ) for periods encompassing 1979-2025, and obtained 123 search results using the terms: (Excess 234Th OR Excess 234 Th OR Excess Th-234 OR Excess Thorium-234) AND (submarine canyon OR canyon OR off-shelf) AND (sediment core OR sediment samples OR core OR gamma spectrometry OR gamma spectroscopy OR gamma counting OR radiochemical analysis OR radioisotopic). After thorough inspection of the publications, those reporting sedimentary 234Th data in canyon environments were selected, resulting in a compilation of data from a total of 26 publications from 20 different canyons. Data on 234Thxs parameters, sampling methodology, and contextual information of sediment cores obtained in submarine canyon environments were carefully extracted using the information given in the main text, tables, figures, and supplementary files. Latitude, longitude and sampling dates were assigned to the midpoint or the sampling month when not explicitly stated. Gamma spectrometry was applied as the counting method, with one exception measured by beta counting. Empty cells represent missing data. In 12 studies, data was also provided from the shelf, slope or abyssal plain near the canyon. The compilation includes surface 234Thxs activities, 234Thxs penetration depths, 234Thxs inventories and mixing rates (Db) from canyon studies with coring sites inside canyons, spanning a depth range from 120 to 4280 m and, additionally, near those canyons. In canyons, the most frequently provided parameter is the surface 234Thxs activity (19 of 26 studies) ranging from 20 to 4040 Bq kg-1with a mean value of 520 Bq kg-1. 10 of 26 studies reported 234Thxs inventories, showing high variability with a range of values between 10 and 50700 Bq m-2 and a mean value of 2860 Bq m-2. 10 of 26 studies reported (or provide enough data for extraction of) 234Thxs penetration depths (mean of 2 cm, ranging from 0.4 to 24 cm). The least frequently reported 234Thxs parameter is mixing rate (6 of 26 studies) yet encompassing a large range of values from 0.2 to 68.7 cm2 y-1 with a mean of 6.9 cm2 y-1.This database provides an overview of the variability of recent sediment deposition patterns as well as other sedimentary parameters derived from 234Th measurements across canyons distributed globally. Advancing the characterization of short-term sedimentary signatures using 234Th is promising and relevant in canyon environments, which represent a crucial link in the land-ocean interface.

Die globale Verteilung von 14 CO als Indikator fuer OH-Radikale

Natuerliches 14 CO wird in der Atmosphaere hauptsaechlich durch kosmische Strahlung gebildet. Es wird dann fast ausschliesslich durch Reaktion mit OH-Radikalen zu 14 CO2 oxidiert. Die Produktionsrate ist sehr gut bekannt; Messungen der 14 CO-Verteilung lassen daher direkte Schluesse auf die entsprechende OH Verteilung zu. Zur Messung wird zunaechst das Kohlenmonoxid aus ca. 100 Kubikmeter Luft chemisch abgetrennt. Anschliessend wird der 14 C Gehalt in einer speziellen 'low level'-Zaehlapparatur mit geringem Volumen bestimmt. Bisher wurden Messungen in der Nordhemisphaere am Boden durchgefuehrt (Vols et al., 1979, 1980, 1981). Ergaenzende Messungen in der hoeheren Atmosphaere sowie der Suedhemisphaere zur besseren Absicherung der ermittelten OH-Verteilung sind in Vorbereitung.

Evaluierung genetischer Ressourcen zur züchterischen Verbesserung von Winterlinsen für den Mischfruchtanbau

Entwicklung eines Ideotyps von Winterlinsen für den Mischfruchtanbau mit geeigneten Stützfrüchten in Deutschland und Erschließung genetischer Ressourcen für Anbau und Züchtung von Winterlinsen für den Mischanbau. Dies erfordert eine umfassende Testung hoch diverser genetischer Ressourcen im Feld an klimatisch unterschiedlichen Standorten, welche die Anbaubedingungen in Deutschland weitgehend repräsentieren. Um eine noch schärfere Selektion unter für die praktische Züchtung einfach realisierbaren natürlichen Bedingungen sicherzustellen, werden Topfversuche bzw. Weihenstephaner Kältekästen eingesetzt. Das im Topf schnell durchfrierende Erdreich stellt einen deutlich höheren Kältestress dar, als er im Feld mit Anschluss an den warmen Unterboden erreicht werden kann. Weitere Ziele sind die Aufdeckung und Überprüfung von Merkmalskorrelationen und das Auffinden morphologischer Marker sowie die Optimierung des Anbaus mit geeigneten Stützfrüchten. Letzteres umfasst sowohl die Steigerung der Konkurrenzkraft der Linse sowie ihrer Fähigkeit, an den Halmen und Stängeln der Stützfrucht emporzuklettern, aber auch die Auswahl standfester aber wenig konkurrierender Stützfruchtarten/-sorten in einer angepassten Aussaatstärke. Grundsätzlich ist die Linse konkurrenzschwach. Winterformen gängiger Stützfrüchte wie Getreide, Brassicaceen und Lein sind hingegen konkurrenzstärker als entsprechende Sommerformen. An drei Standorten sollen im ersten Jahr verschiedene Stützfruchtarten in unterschiedlicher Aussaatstärke mit zwei Linsensorten getestet werden. Die Verbesserung der Ertragsparameter unter geeigneten Anbaubedingungen im Mischanbau ist das Endziel des Projekts. Hierzu werden an zwei ökologisch bewirtschafteten Standorten und einem extensiv konventionell bewirtschafteten im zweiten und dritten Jahr Leistungsprüfungen für Linsengenotypen durchgeführt. Die Ergebnisse gehen in die praktischen Züchtungsarbeiten am Keyserlingk-Institut ein, die bisher auf Sommelinse beschränkt sind.

Quantitative Untersuchungen zur heterotrophen Umsetzung organischer Substrate und der daran beteiligten Bakterienpopulationen und ueber den Einfluss von Abwaessern auf das Plankton in der westlichen Ostsee

Auf- und Abbauprozesse im marinen Oekosystem der westlichen Ostsee unter dem Einfluss von Abwaessern werden untersucht. Die Wechselwirkungen zwischen Blaualgen und heterotrophen Bakterien werden dabei von besonderem Interesse sein. Das Studium dieser Prozesse erfolgt in der westlichen Ostsee und in Fjorden der schwedischen Ostseekueste. An Methoden kommen die Mikroautoradiographic, die Tritium-Tracer Technik sowie die C14-H3-Doppelmarkierung zur Anwendung.

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