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Der Nadelblatt-Apoplast der Fichte als Lebens- und Reaktionsraum für autotrophe Nitrifizierer

Eigene Untersuchungen in einem hohen atmogenen N-Eintrag sowie erhöhten NH3- und NO2-Konzentrationen in der Außenluft ausgesetzten Fichtenwald-Ökosystem zeigen erstmals, dass autotrophe Nitrifizierer einen für diese Mikroorganismen zuvor nicht identifizierten Lebensraum, die Phyllosphäre, wahrscheinlich den Nadelapoplasten, besiedeln. Erste Ergebnisse aus in situ-Begasungsexperimenten von Fichtenzweigen dieses Standorts mit NH3 bzw. mit NH3 plus 10 Pa C2H2 (als Inhibitor der Ammoniak-Monooxygenase: AMO) deuten darauf hin, daß die beobachtete NH3-Aufnahme über die Fichtennadeln nicht allein auf pflanzliche Aktivität zurückgeführt werden kann, sondern das autotrophe Nitrifizierer hierzu wesentlich beitragen. Ziel des Vorhabens ist es, unter Einsatz molekularbiologischer und mikroskopischer Techniken (confokales LSM) zum einen die Besiedlung des Nadel-Apoplasten von Fichten durch autotrophe NH3- und NO2-Oxidierern zu charakterisieren, zum anderen die Aufnahme von atmosphärischem NH3 und NO2 in die Nadelblätter in Abhängigkeit von dieser Besiedlung zu quantifizieren. Zu diesem Zweck sollen an zwei unterschiedlich stark atmogenen N-Einträgen ausgesetzten Fichten-Standorten die Nitrifizierer im Nadel-Apoplasten genau lokalisiert und deren Zellzahlen quantifiziert werden. Diese Daten sollen mit Ergebnissen aus NH3-Gaswechselmessungen korreliert werden, die mit bzw. ohne C2H2 als Inhibitor der AMO durchgeführt werden. Darüber hinaus soll die NH3- sowie NO2-Aufnahme an sterilen bzw. mit Nitrifizierern inokulierten Fichtenjungpflanzen parametrisiert sowie im Rahmen von 15NO3-Nachweis in der apoplastischen Waschflüssigkeit die Nitrifiziereraktivität zusätzlich nachgewiesen werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Untersuchung der Rolle biologischer Eisenreduktion als lebenserhaltenden Prozess am potentiellen Temperaturlimit der tiefen Biosphäre in marinen Sedimenten (IODP Expedition 370) (RESPIRE)

Dieses Projekt trägt zu Forschungsfragen der IODP Expedition 370: T-Limit of the Deep Biosphere off Muroto bei. Die Temperatur an Site C0023 (Nankai Trog, Japan) steigt bis 1.2 km Tiefe auf ca. 120 Grad C an - das Maximum dessen, was potentiell von Mikroorganismen toleriert werden kann. Nährstoffarme tiefe Sedimente werden wahrscheinlich bei 80-90 Grad C sterilisiert. Ziel der Expedition war es, herauszufinden, wie und gesteuert durch welche Faktoren sich die Mikroorganismen-Vergesellschaftung mit der Tiefe ändert und wo Leben erlischt. Teil des wissenschaftlichen Programms ist die Untersuchung mikrobiell nutzbarer Substrate und eindeutiger geochemischer und mikrobieller Signaturen, die eine Identifizierung von biotischem und abiotischem Bereich bzw. dessen Übergang ermöglichen. Es wurden hochauflösende und präzise Porenwasserdaten gewonnen, die Reaktionsfronten, potentielle mikrobielle Aktivität und hydrothermale Überprägung anzeigen. Ein Teil der Sedimente ist Methan- und Sulfat-frei. Mikrobielle Aktivität hängt also von anderen Elektonenakzeptoren als Sulfat ab. Aktuelle Studien zeigen, dass die klassische Redoxkaskade durch Fe- und Mn-Reduktion in methanführenden Sedimenten ergänzt werden muss und, dass biogeochemische Prozesse in natürlichen Systemen stärker durch Mineralogie als durch eine strikte Abfolge von Reaktionen, die sich aus theoretischen Berechnungen ergibt, bestimmt sind. Fe(III)-Reduktion ist eine der ältesten Formen der mikrobiellen Respiration. Eisenreduzierer können unter hohen T- und Druckbedingungen wachsen, was nahelegt, dass diese einen Großteil der tiefen Biosphäre ausmachen. Fe- und Mn wird in Sedimenten von Lokation C0023 freigesetzt. Durch sequentielle Extraktionen soll aufgezeigt werden, welche Fe- und Mn-Phasen als Elektronenakzeptoren verfügbar sind und wie stark primäre Minerale diagenetisch überprägt wurden. Von besonderem Interesse sind Aschelagen, die an anderer Stelle bereits als Hotspots für mikrobielles Leben identifiziert wurden. Diese sind zahlreich in C0023 Sedimenten und typischerweise reich an Fe und Mn. Mikrobielle Fe-Reduktion führt zu einer Anreicherung von 54Fe im Porenwasser und sich daraus bildenden authigenen Mineralen (z.B. Siderit, Magnetit). Dementgegen führen abiotische Reaktionen mit Sulfid zu einer Anreicherung von 56Fe in der gelösten Phase. Stabile Fe-Isotope von gelöstem Fe2+ und reaktivem Fe in der Festphase sollen genutzt werden, um biologische und abiotische Fe-Reduktion zu unterscheiden. Die d56Fe Signatur wird an Karbonat-gebundenem Fe, der Ferrihydrit+Lepidkrokit-Fraktion, Goethit+Hämatit sowie Magnetit gemessen. Weiterhin soll das Ausmaß der Sulfidisierung, die Auswirkungen auf die Interpretation von Daten zu magnetischen Eigenschaften hat, durch sequentielle Extraktion von Fe-Monosulfiden und Pyrit erfasst werden. Ziel des Projekts ist es, die Rolle von Eisenoxiden für mikrobielle Respiration und entsprechende diagenetische Alterationen in tiefen Sedimenten von Site C0023 zu erfa

Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen der Karbonatlösung und dem Durchlässigkeits- und Setzungsverhalten in mineralischen Deponiedichtungsmaterialien bei Sickerwassereinwirkung unter Auflast

Die mineralische Dichtung stellt eine unverzichtbare Komponente einer Kombinationsdichtung gemäß TA Siedlungsabfall oder gemäß der bauaufsichtlichen Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik mit Asphaltbeton dar. Ihr Karbonatgehalt ist nach TA Siedlungsabfall auf 15 Prozent beschränkt. Dahinter steht die Befürchtung, dass saure Sickerwässer die Karbonate lösen und sich daraus unzulässige Setzungen und eine Beeinträchtigung der Dichtewirkung ergeben. Vorversuche zeigen, dass bei einer Auflast von 40 kN/m2 auch nach signifikanter Karbonatlösung und Setzungen über 20 Monate hinweg die Durchlässigkeit eines mineralischen Dichtungsmaterials mit ehemals ca. 35 Gewichtsprozent Karbonat im Bereich von 10 10m/s bleibt, was im Widerspruch zu anderen Vorversuchen ohne Auflast steht. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, dieses Phänomen unter Variation des Versuchsmaterials, der Auflast und des Perkolates sowohl unter geochemischen als auch unter bodenmechanischen Gesichtspunkten zu untersuchen, um die Berechtigung der Vorschrift in der TA Siedlungsabfall zu überprüfen und gegebenenfalls eine wissenschaftlich abgesicherte Änderung vorzuschlagen.

Verteilung und Stabilität des Kohlenstoffs beim Abbau von 14C-markiertem Weizenstroh in den verschiedenen Kompartimenten eines Bodens mit unterschiedlicher landwirtschaftlicher Bewirtschaftung

Es ist die Hypothese aufgestellt worden, dass neben nicht abgebauten Pflanzenresten die organische Substanz des Bodens grob aus zwei Kompartimenten besteht. Bestimmt durch den Ton- und Feinschluffanteil entwickelte sich ein inerter C-Pool während der Genese von Böden. Dieser an die mineralischen Feinanteile gebundene Kohlenstoff nimmt nur über einen langen Zeitraum am Kohlenstoffumsatz von Böden teil. In Abhängigkeit von der landwirtschaftlichen Praxis entwickelt sich während des durch die metabolische Aktivität von Bodentieren und Mikroorganismen verursachten Abbaus von Pflanzenresten und organischen Düngern ein zweiter, labiler C-Pool. Dieser ist im wesentlich verantwortlich für die Nährstoffflüsse in Böden. Das Ziel des geplanten Forschungsprojektes ist es, in Laborexperimenten die Verteilung von frisch zugeführten 14C aus markiertem Weizenstroh zwischen inertem und labilem C-Pool über den Zeitraum eines Jahres zu verfolgen. Zusätzlich wird die Mineralisierung des Pflanzenmaterials zu 14CO2, die Bildung wasserlöslicher 14C-Metabolite und die anabolische Verwertung des markierten Kohlenstoffs durch die mikrobielle Biomasse des Bodens verfolgt. Nach einer physikalischen Fraktionierung der mineralisch-organischen Bodensubstanz in einzelne Größenfraktionen soll deren Gehalt an 14C/12C organischer Substanz über die Zeit bestimmt werden. In einem Inkubationsexperiment werden die isolierten Größenfraktionen mit der autochthonen Bodenflora beimpft werden, und die dabei durch die Aktivität der Mikroorganismen freigesetzten 14CO2 Mengen sind ein Indikator für die Stabilität der organischen Substanz in den einzelnen Fraktionen. Für diese Untersuchungen werden Proben eines landwirtschaftlichen Bodens ausgesucht, der für viele Jahrzehnte verschiedener Düngungspraxis (null, mineralisch, organisch) unterlag. Durch dieses Forschungsprojekt werden Informationen über die kausalen Zusammenhänge von Bodenprozessen bei der Bildung und Speicherung der organischen Substanz im Boden erwartet.

Populationsoekologie der Farnpflanzen (Pteridophyta)

An ausgewaehlten Gruppen von europaeischen Farnpflanzen wird mit Hilfe der Isoenzym-Gelelektrophorese die genetische Struktur von Populationen untersucht.

Reallabor: Norddeutsches Reallabor, Teilvorhaben: Aquiferspeicher - Planung und Bau zur saisonalen Speicherung von Ab- und Überschusswärme; CAU Kiel

Dendrogeomorphologische Arbeiten an alpinen Massenbewegungen unter besonderer Berücksichtigung von Muren

In diesem Vorhaben des Bündelantrags sollen in den beiden Untersuchungsgebieten Lahnenwiesgraben und Reintal die Massenbewegungen, vor allem Murgänge, aber auch Kriech-, Gleit-, Rutsch- und Sturzvorgänge mit dendrogeomorphologischen Methoden datiert und bilanziert werden. Murgänge können aufgrund ihrer hohen Intensität in wenigen Minuten mehr Schutt bewegen als Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte kontinuierlicher oder auch periodischer Aktivität der langsamen Massenbewegungen. Allerdings besteht die Schwierigkeit darin, diese episodisch auftretenden Prozesse mit niedriger Frequenz bei gleichzeitig großer Stärke zu quantifizieren. Jedoch ist die rezente und subrezente Geomorphodynamik der letzten Jahrhunderte auf Murkegeln mit Hilfe dendrogeomorphologischer Analysen verschütteter Bäume und Sträucher rekonstruierbar, wie der Antragsteller in etlichen veröffentlichten Untersuchungsergebnissen darlegen konnte. Die klassischen stratigraphischen Arbeitsweisen der Profilaufnahme und relativen Datierung sollen deshalb durch die dendrochronologische Analyse verschüttete Bäume und durch die 14C-Datierungen verschütteter fossiler Bodenhorizonte ergänzt werden.

XUMA - Expertensystem Umweltgefaehrlichkeit von Altlasten

Standorte mit Altablagerungen haeuslicher, industrieller und gewerblicher Abfaelle sowie Flaechen ehemaliger Industrie- und Gewerbebetriebe, bei denen der begruendete Verdacht besteht, dass von ihnen Gefahren bzw. Beeintraechtigungen fuer die menschliche Gesundheit oder Umwelt ausgehen koennen, werden Altlasten genannt. Aktuellen Schaetzungen zufolge gibt es in der Bundesrepublik Deutschland mehr als 100000 Altlasten, von denen etwa 20000 als sanierungsbeduerftig angesehen werden. Es ist damit zu rechnen, dass in den naechsten 10-20 Jahren fuer die Sicherung und Sanierung von Altlasten ein zweistelliger Milliardenbetrag aufgewendet werden muss. In verschiedenen Bundeslaendern laufen Programme, um die Altlasten systematisch zu erfassen und hinsichtlich ihrer Umweltgefaehrdung zu untersuchen und zu beurteilen. Um die mit der Untersuchung und Beurteilung befassten Fachleute zu unterstuetzen, wird vom Institut fuer Angewandte Informatik des Kernforschungszentrums Karlsruhe und vom Institut fuer Boden, Abfall, Altlasten der Landesanstalt fuer Umweltschutz Baden-Wuerttemberg (LfU) in einem gemeinsamen Vorhaben das Expertensystem Umweltgefaehrlichkeit von Altlasten (XUMA) entwickelt (1)(2),(3). Seit Anfang 1993 beteiligt sich das Forschungszentrum Rossendorf an der Weiterentwicklung des Systems. Das Expertensystem XUMA unterstuetzt Fachleute in Behoerden und Ingenieurbueros als intelligenter Assistent und entlastet sie von Routinearbeiten. Das Wissen der wenigen Fachexperten auf diesem Gebiet wird den Sachbearbeitern leichter zugaenglich und die Erfahrungen aus den Sanierungen sowie andere neue Erkenntnisse koennen unverzueglich in die Beurteilungen einfliessen. Daneben traegt das System zur Vereinheitlichung des Vorgehens sowie der Beurteilungskriterien bei.

Untersuchung der Kriterien zur Sanierung und Erneuerung (Rehabilitation) des Wasserrohrnetzes der Stadt Erfurt als Beitrag zur Erstellung eines Rehabilitationsprogrammes und zur Senkung der Wasserverluste

Die Forschungsvereinbarung sieht die Unterstuetzung der Stadtwerke Erfurt bei der Ausarbeitung eines Rohrnetzsanierungsprogrammes vor. Gestuetzt wird die Dringlichkeit der Untersuchungen durch die Alterung der Rohrnetze und ihre daraus abzuleitende Schadensanfaelligkeit, da die technische Gebrauchsdauer von Rohrleitungen in vielen Staedten ueberschritten und die notwendige Rehabilitation der Wasserversorgungsnetze (nach W 401 'Massnahmen zur Erhaltung oder Verbesserung der Funktionsfaehigkeit bestehender Wasserverteilungsanlagen. Sie schliesst alle Reinigungs-, Sanierungs- und Erneuerungsmethoden ein') erforderlich ist. Das Ziel der Untersuchungen besteht darin, dazu beizutragen, den Stadtwerken Erfurt zu ermoeglichen, eine jederzeit aktuelle Schadensstatistik zu fuehren und durch Untersuchung bestimmter Kriterien die permanente Instandhaltung und Erneuerung des Rohrnetzes durchzufuehren. Durch die Aussonderung besonders schadensbehafteter Leitungen (Sanierung derselben bzw. Ersatz) sollen sowohl die Instandhaltungskosten als auch die Wasserverluste gesenkt werden. Gleichzeitig soll die Schadensstatistik genutzt werden, begruendet die zu sanierenden oder zu erneuernden Rohrstrecken auszuwaehlen. Erdverlegte Wasserrohrleitungen sind nicht unmittelbar und jederzeit zugaenglich und koennen aufgrund ihrer Verlegetiefe nicht unmittelbar hinsichtlich ihrer Schaeden beurteilt werden wie Hochbauten. Rohrschaeden sind daher eine Moeglichkeit, Leitungssysteme zumindest punktuell zu beurteilen. Dabei ist natuerlich zu beruecksichtigen, dass bei Schadensfaellen aufgrund der Dringlichkeit der Wiederherstellung des Betriebszustandes die Leitungen nur kurzzeitig aussen und innen beurteilt werden koennen und auch die Schadensursache durch das austretende Wasser nicht immer zweifelsfrei festgelegt werden kann (Unterspuelungen, oft auch mehrere Ursachen). Trotz dieser Einschraenkungen ermoeglicht die Schadensstatistik wichtige Aussagen zur Erneuerung und Sanierung von Rohrleitungssystemen. Zur Schadenserfassung stand 1996/97 eine ABM-Stelle zur Verfuegung, das EDV-Statistikprogramm wurde durch eine Mitarbeiterin des Fachbereiches Bauingenieurwesen erstellt, die Auswertung und Erarbeitung des Forschungsberichtes erfolgte durch den Projektleiter. Der Abschluss der Forschungsarbeiten ist 1998 vorgesehen, notwendige Voraussetzung die Bewilligung einer ABM-Stelle zur Datenerfassung und Weiterbearbeitung.

Untersuchung, Datierung und paläoklimatische Interpretation von lössartigen Talfüllungen am Hoanib-Rivier (Namib-Ostrand/Namibia)

Am Namib-Ostrand sind in verschiedenen Talzügen und in Beckensituationen bis über 10 m mächtige lößartige bzw. schwemmlößartige Ablagerungen anzutreffen, die durch die lokalen ephemeren, zum Atlantik orientierten Abflüsse rezent zerschnitten werden und daher gut aufgeschlossen sind. Besonders mächtig treten diese landschaftsgeschichtlichen Archive am Hoanib und seinen Tributären (NW-Namibia) auf. Vorarbeiten weisen auf eine Bildung während des Jungpleistozäns und Holozäns. Erstmals sollen diese Feinsedimente am Hoanib-Rivier zusammenhängend vom Oberlauf bis in die Küstenwüste sedimentologisch untersucht und datiert werden (OSL, AMS-14C). Damit werden punktuelle, eher zufällig sich ergebende Daten ausgeschlossen und geomorphogenetische sowie hochauflösende Aussagen zur wechselnden Intensität des Sommermonsuns am Namib-Ostrand während des Jungquartärs möglich.

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