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Ziel ist die Erfassung des Wasserhaushalts und der Stoffdynamik heterogener urbaner Standorte. Kernpunkt ist dabei die Kombination mit den geophysikalischen Messungen zur räumlichen Flächenvariabilität und Wasserhaushalt in Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt GEO. Feldversuche mit Tracern und Infiltrationsexperimente sind zur inversen Bestimmung von Transportparametern sowie zur Dektierung von hydrophilen und -phoben Bodenbereichen geplant. Laborexperimente dienen zur Bestimmung der räumlichen Verteilung der hydraulischen Funktionen, der Desorptionscharakteristiken sowie der wassergehalts- und temperaturabhängigen CO2-Freisetzung. Die Experimente werden vertieft mit bodenchemischen und biologischen Detailuntersuchungen der anderen Teilprojekte. In der ersten Projektphase steht die bodenphysikalische und -chemische Standortcharakterisierung, der Aufbau und die Betreuung von Meßfeldern. Die Versuche werden auf drei Standorten durchgeführt: Einem Transekt von einer stark befahrenen Straße in eine Parkfläche, einer teilversiegelten Fläche sowie einer ehemaligen Rieselfeldfläche. Zusammen mit den Laboruntersuchungen stehen Grundlagenprozesse zum bodenphysikalischen Verhalten (ungesättigte Wasserleitfähigkeit, Hydrophobizität) und zu den -chemischen Eigenschaften (Sorption-Desorption, CO2-Freisetzung) im Mittelpunkt. Darauf aufbauend sollen in der nächsten Projektphase numerische Modelle weiterentwickelt werden, um in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung das langfristige Verhalten des Wasser- und der Stoffhaushalts für unterschiedliche urbane Standortbedingungen zu berechnen.
Im Rahmen des Projektes werden flugzeuggetragene Untersuchungen von Ferntransport und Austauschprozessen an der sogenannten Tropopause durchgeführt, die die Grenzfläche zwischen der turbulenten Troposphäre und der stabil geschichteten Stratosphäre bildet. Die Region spielt eine zentrale Rolle für die Strahlungsbilanz der Atmosphäre, sodass Änderungen der chemischen Zusammensetzung sich direkt auf die Oberflächentemperatur auswirken können. Die flugzeuggetragenen Messungen in der arktischen Tropopause im Winter haben zum Ziel, speziell die Rolle von gebirgsinduzierten Schwerewellen für einen Spurenstoffaustausch zu untersuchen und die Zeitskalen und Effizienz dieser Prozesse zu bestimmen. Hierzu werden mit hoher zeitlicher Auflösung geeignete Marker für den Transport (CO, N2O) gemessen. Insbesondere N2O eignet sich hervorragend zur Untersuchung dieser dynamischen Vorgänge, da es in der Troposphäre chemisch inert und fast homogen verteilt ist. Auf Grund dieser Tatsache und des stratosphärischen Vertikalgradientes eignet es sich damit hervorragend, die dynamische Prozesse und Wellenausbreitung innerhalb der Stratosphäre zu untersuchen. Jedoch ist der N2O Gradient an der Tropopause nur schwach ausgeprägt, was eine hohe Messpräzision erfordert. Das Institut für Atmosphärenphysik der Universität Mainz verfügt seit Sommer 2013 über eine flugfähige Messinstrumentierung, die die notwendige Präzision des N2O Nachweises erreicht. Mit dieser Technik sollen im Rahmen einer Messkampagne des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit dem Messflugzeug Falcon im Januar 2016 in Kiruna / Nordschweden Untersuchungen im Bereich sogenannter Schwerewellen durchgeführt werden, um:1) den Effekt der Wellen auf die Spurengasverteilungen nachzuweisen und turbulente Transportprozesse mit nie dagewesener zeitlicher und räumlicher Auflösung zu vermessen 2) die relevanten Zeitskalen und Wellenlängen für Transport und Mischung zu bestimmen3) Flüsse durch die Tropopause nachzuweisen und zu bestimmen4) die atmosphärischen Prozesse, die zur welleninduzierten Entstehung von Turbulenz und Mischung führen, zu bestimmen Ein in-situ Nachweis von Mischung und Turbulenz war in dieser Form mit N2O und CO Korrelationen bisher nicht möglich und ist mit der erreichten Zeitauflösung und Präzision momentan weltweit einzigartig. Die Kombination mit den Wind- und Turbulenzmessugen der Falcon erlauben es, Austauschflüsse zu quantifizieren und die relevanten Wellenlängen des Spurenstofftransports zu identifizieren. Vergleiche mit dem EULAG Modell erlauben es, die für die Entstehung von welleninduzierter Turbulenz und Mischung relevanten atmosphärischen Bedingungen zu identifizieren.
Der asiatische Sommermonsun ist charakterisiert durch hohe Konvektion über Südasien, die mit der asiatischen Monsun-Antizyklone (AMA) zusammenhängt, der sich von der oberen Troposphäre bis in die untere Stratosphäre (UTLS) erstreckt. Diese Antizyclone ist das ausgeprägteste Zirkulationsmuster in diesen Höhen während des borealen Sommer. Es ist bekannt, dass der Export von Monsunluft quasi-isentropisch aus der AMA sowohl im Osten als auch im Westen, einen großen Einfluss auf die Zusammensetzung der außertropischen unteren Stratosphäre hat. Jedoch sind die relative Stärken der beiden Wege bisher unbekannt. Der Transport von Luftmassen aus der AMA in die nördliche außertropische UTLS wirkt sich entscheidend auf die Chemie der Stratosphäre und ihrenStrahlungshaushalt (z.B. durch Transport von H2O, Aerosol oder ozonschädigende Stoffe) aus. Im Rahmen dieses Projekts AirExam wird der quasi-isentropischer Luftmassenexport aus der AMA durch verschiedene Wegen und seine Auswirkungen auf Chemie und Strahlung der außertropische UTLS quantifiziert durch u.a. HALO-Flugzeugmessungen (insbesondere aus die für Sommer 2023 geplanten PHILEAS-Kampagne), Simulationen mit dem Chemischen Transportmodell CLaMS und Strahlungsberechnungen. Unser Projekt AirExam wird sich mit den folgenden offenen Schlüsselfragen befassen:1) Welchen relativen Beitrag leisten die beiden quasi-horizontalen Transportwege (nach Westen und Osten) aus dem asiatischen Monsun-Antizyklon zur Zusammensetzung der außertropischen unteren Stratosphäre?2) Wie groß ist die jährliche Variabilität des Transports aus der asiatischen Monsun-Antizyklone in die außertropische untere Stratosphäre und was sind die Hauptquellenregionen auf der Erde Oberfläche?3) Was ist die Auswirkung des Wasserdampftransports aus der asiatischen Monsun-Antizyklone zum H2O-Budget der außertropischen UTLS und seine Strahlungswirkung?In unserem Projekt werden wir HALO-Messungen (insbesondere H2O) mit globalen 3-dimensionalen CLaMS-Simulationen kombinieren, die von neuen hochaufgelösten ERA-5-Reanalyse des ECMWF angetrieben werden. CLaMS-Simulationen auf der Grundlage von ERA-5 sind ein neues Instrument zur zuverlässigen Beschreibung von Transportprozessen in der Region des asiatischen Monsuns und seiner globalen Auswirkungen. Die Strahlungswirkung des durch den asiatischen Monsun verursachten H2O-Anstiegs im Sommer und Herbst wird mit Hilfe des Strahlungs-Transfercodes Edwards und Slingo berechnet. H2O ist das wichtigste Treibhausgas, und die Befeuchtung der Stratosphäre ist eine wichtige Triebkraft des Klimawandels. Unser Projekt AirExam wird die Auswirkungen des verstärkten H2O-Transports in die untere Stratosphäre quantifizieren und kann daher dazu beitragen, die potenziellen Risiken des Luftmassentransports aus der asiatischen Monsunregion auf die globale Stratosphäre zu bewerten.
Der Bedarf an redox-sensitiven Metallen wie Vanadium (V) steigt im Rahmen der Energiewende, da große Mengen dieser kritischen Metalle für die Produktion wiederaufladbarer Redox-Batterien zur Speicherung erneuerbarer Energie benötigt werden. Diese neuen Hightech-Anwendungen in Verbindung mit der aktuellen Verwendung von V in Stahllegierungen erfordern neue V-Quellen, z.B. V in Schieferlagerstätten. Solche V-reichen Lagerstätten sind in Nordamerika, China und Europa bekannt, aber ihre Entstehung ist unsicher. Alle V-reichen Schieferlagerstätten sind organik-reich, es wird angenommen, dass sie sich in begrenzten Becken unter euxinischen (anoxischen und sulfidischen) Bedingungen bilden. Es gibt anhaltende Debatten über ihre Entstehungsmechanismen: 1) die relative Bedeutung einer Meerwasser- gegenüber einer hydrothermalen Quelle; und 2) ob sich die Lagerstätten unter einer euxinischen Wassersäule oder in der suboxischen Zone mit einer fluktuierenden oxisch-anoxischen Schnittstelle gebildet haben. Da diese Ablagerungen organik-reich sind, werden auch Mikroorganismen bei der Anreicherung von Metallen vermutet, was jedoch wenig erforscht ist. Das Projekt MoVE wird neue Entwicklungen in der Isotopengeochemie und die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Mikrobiologen innovativ kombinieren, um diese Debatten voranzubringen. Ein zentraler Schwerpunkt dieses Projekts ist die Anwendung des neuartigen V-Isotopen-Redox-Proxys auf V-Schieferlagerstätten an zwei Orten: die Jangtse-Plattform in Südchina und das Selwyn-Becken in Nordwest-Kanada. Vanadium-Isotope sind ein leistungsfähiger Redox-Anzeiger, da ihre Isotopensignatur mit der Ausfällung von V unter oxischen, anoxischen und euxinischen Wassersäulen verknüpft ist. Darüber hinaus gibt es eindeutige V-Isotopensignaturen für V-Mineralisation in hydrothermal überprägten Sedimenten. Diese neue V-Isotopendaten wird quantitative Beweise zur Klärung der Frage zur V-Quelle (hydrothermal bzw. Meerwasser) liefern. Wenn die Daten keine hydrothermale V-Quelle anzeigen, werden die V-Isotopendaten zeigen, ob die Wassersäule dauerhaft oxisch, anoxisch bzw. euxinisch war oder zwischen diesen Redoxzuständen oszillierte. Um die Rolle von Organik und Mikroorganismen bei der Anreicherung von Metallen besser zu verstehen, erfolgt ein interdisziplinärer Ansatz:1) Kombination von V-Isotopen- und Stickstoff-Isotopen-Messungen, um die biologische Produktivität während der Entstehung von V-reichen Schieferlagerstätten zu klären, und 2) Erstellung des ersten V-Isotopen-Datensatzes über experimentelle mikrobielle V-Reduktion. Das Projekt MoVE verfolgt also einen interdisziplinären Ansatz, bei dem das V-Isotopensystem als neuer Redox-Anzeiger mit traditionellen stabilen Isotopen und mikrobiellen V-Reduktionsversuchen kombiniert wird. Dieses Projekt wird Modelle für die Entstehung V-Schieferlagerstätten verfeinern und die Zusammenarbeit zwischen Geologen, Geochemikern und Mikrobiologen vertiefen.
Intensive Austauschprozesse mit dem Sediment finden auch in der Spree statt. Die woechentlichen Messbilanzbetrachtungen im Experimental-Altarm Freienbrink zeigen wechselnde Verluste und Gewinne an. Die 1995 wieder aufgenommenen Messungen der P-Konzentrationen beweisen, dass es sich dabei um Wechselwirkungen mit den Ablagerungen handelt. Gewinne und Verluste von ueber 10 Prozent TP erfaehrt das den Altarm durchfliessende Wasser innerhalb weniger Stunden Aufenthaltszeit. Langsam erfolgt dagegen die Umlagerung der rund 3000 Kubikmeter Mudde zu fliessgewaessertypischen Strukturen seit der Wiedereroeffnung des Altarmes 1992. Oekologisch sehr bedeutsam sind die Totzonen am Flussufer. Mit Hilfe von Tracerversuchen zwischen Spreewerder und Freienbrink und eines mathematischen Modells wurde ermittelt, dass die Totzonen eine durchschnittliche Breite zwischen 3 und 5 m besitzen. Durch die Totzonen wird der gesamte Wasserfluss verzoegert. Innerhalb der 'Durchschnitts- Totzone' haelt sich das Wasser rund 20 Minuten auf. Eine Verdoppelung der Aufenthaltszeit erfaehrt aber nur 2 Prozent des Wassers.
Entwicklung von Verbundverfahren zur Analyse von Elementspuren in Meerwasser und Luftstaub, speziell: Multielementreferenzverfahren auf der Basis der NAA, Multielementbestimmung auf der Basis der RFA. Prototypische Anwendung auf Meerwasser und korngroessen-klassierte Luftstaeube. Tracerstudien zur Probenahme von Meerwasser, speziell Studium von Kontaminationen durch Schoepfgeraete und von Problemen bei der Lagerung von Probematerial. Tracerstudien zur Ausbreitung von Staubaerosolen.
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|---|---|
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| Type | Count |
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| Förderprogramm | 1645 |
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| unbekannt | 2 |
| License | Count |
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| Geschlossen | 5 |
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| Deutsch | 1416 |
| Englisch | 466 |
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| Dokument | 7 |
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| Topic | Count |
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| Boden | 1297 |
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| Weitere | 1622 |