Eine wichtige Fragestellung des SFB 248 ist die integrierte Betrachtung von biologischen und physikalischen Prozessen. Die physikalischen Mischungsprozesse sind fuer die biologischen Vorgaenge von grosser Bedeutung. Sie beeinflussen zum einen die Horizontalverteilung von Organismen und sind zum anderen fuer den passiven Transport des Planktons und den Naehrstofftransport vom Hypolimnion in die euphotische Zone verantwortlich. Teilprojekt A1 befasst sich (a) mit den horizontalen und vertikalen Durchmischungsprozessen und (b) mit dem vom Wassertransport unabhaengigen Stofftransport in der Wassersaeule und speziell mit der Anlagerung geloester Spurenstoffe an Partikel. Fuer die Parametrisierung der Prozesse und deren Modellierung ist ein Verstaendnis des Stroemungsverhaltens des Sees notwendig.
Zunehmende Gewaessereutrophierung, wobei Ursachen und Verursacher z.T. unbekannt; Ziel der Untersuchungen: Einfluss natuerlicher (geologisches Substrat/Boden und Niederschlag) und anthropogener (u.a. Landnutzung/Abwassereinleitung) Faktoren bezueglich der Eutrophierung unter besonderer Beruecksichtigung der Bodenerosion und der oberflaechennahen Wasserbewegung.
Fruehere Experimente der vertikalen Verteilung des Kernwaffen- (oder kuenstlich eingebrachten) Tritiums zeigten eine nur sehr langsame, geschichtete Abwaertsbewegung des Niederschlagswassers in der ungesaettigten Bodenzone. Da das Vorruecken des Tritium Tracers immer schneller als das anderer Verunreinigungen im Regenwasser ist, sind so Abschaetzungen des unguenstigsten Falles moeglich (Zivilschutz, Umweltschutz). Jetzt soll geprueft werden, inwieweit eine geschichtete Abwaertsbewegung der Grundwasserspende in der ungesaettigten Bodenzone bei starker kuenstlicher Beregnung erhalten bleibt, bzw. ab welchen Regen-Intensitaeten mit staerkerer Dispersion und Kanalbildung zu rechnen ist.
Es soll die Tiefenwassererneuerung der verschiedenen Mittelmeerbecken, die Herkunft des Ausstromwassers an der Strasse von Gibraltar und Sizilien, sowie die Ausbreitung des Mittelmeerwassers in den Ostatlantik untersucht werden. Methode: Messung von Tiefenprofilen an verschiedenen Stationen von folgenden Groessen: Temperatur, Salzgehalt, Tritium, Krypton-85, Helium-3, Silikat, Sauerstoff, Freon.
Windgetriebene Wasserbewegungen sind eine wichtige physikalische Charakteristik von Seen und haben einen großen Einfluss auf deren Ökologie und Biogeochemie. Windschub an der Wasseroberfläche erzeugt eine turbulent durchmischte Oberflächenschicht, Oberflächenwellen, grossskalige Strömungen, sowie interne Wellen, die Energie in größere Tiefen transportieren können. Die oberflächliche Impulsübertragung vom Wind auf Wasser und die daraus resultierende Intensität der Grenzschichtturbulenz beeinflusst auch den Austausch von Wärme und gelösten Gasen zwischen der Seeoberfläche und der Atmosphäre sowie die Verdunstungsrate. Die Prozesse welche den Austausch zwischen See und Atmosphäre kontrollieren wurden vor allem im Ozean und bei hohen Windgeschwindigkeiten untersucht. Wenig ist über den Zusammenhang zwischen Windgeschwindigkeit und Impulsübertragung, sowie über die Wechselbeziehungen zu anderen Transferkoeffizienten in kleinen Seen bekannt, wo die Einwirklänge und Geschwindigkeit des Windes typischerweise gering sind. In diesem Projekt stellen wir kürzlich durchgeführte atmosphärische Eddy-Covariance (EC) Messungen von Impuls, Wärme, Wasserdampf und Gasflüssen über 10 verschiedenen kleinen Seen zusammen. Dieser einzigartige Datensatz wird dazu verwendet, um die Abhängigkeit der Impulsübertragung vom Wind auf Wasser von der Windgeschwindigkeit und Einwirklänge in kleinen Seen zu analysieren und mechanistische Beziehungen zwischen den verschiedenen Übertragungskoeffizienten abzuleiten. Die Energieflusspfade innerhalb von Seen werden durch die Ergänzung laufender atmosphärischer EC-Messungen mit umfangreichen Messungen von Wellen, Strömungen und Turbulenz in drei Seen untersucht werden. Wir werden die Aufteilung der kinetischen Energie in verschiedene Arten von Strömungen und ihren Flusspfad von Erzeugung zu Dissipation als Funktion der Windgeschwindigkeit, Seegröße und vertikale Dichteschichtung analysieren. Als Ergebnis bieten wir ein umfassendes mechanistisches Verständnis der Energieflusspfade in kleinen Seen in Anhängigkeit des atmosphärischen Antriebs. Die Projektergebnisse werden die aktuellen Möglichkeiten zur Modellierung und Vorhersage von See-Atmosphäre Wechselwirkungen verbessern und zu einer Reihe von aktuellen Forschungsfragestellungen in Biogeochemie und Gewässerökologie beitragen.
Die räumliche Variabilität von Wachstums- und Entwicklungsprozessen von Nutzpflanzenbeständen ist bisher unzureichend in der Pflanzenmodellierung berücksichtigt worden. Im Unterschied zur natürlichen Vegetation werden Ackerkulturen nicht nur von Umweltfaktoren beeinflusst, sondern auch durch eine Vielzahl von Anbaumaßnahmen. Da Umweltfaktoren und Anbaumaßnahmen räumlich (und zeitlich) variable sind, ist es notwendig, den Einfluss dieser Variabilität in der Modellierung zu berücksichtigen. Das vorgeschlagene Teilprojekt beschäftigt sich mit der Modellierung landwirtschaftlicher Kul-turpflanzen, die im Untersuchungsgebiet des SFB eine wichtige Landnutzungsform darstellen (ca. 30 Prozent der Gesamtfläche des Einzugsgebietes der Rur sind ackerbaulich genutzt). Somit füllt das vorge-schlagene Teilprojekt eine wichtige Lücke in der regionalen Modellierung von Boden-Vegetations-Atmosphärensystemen. Speziell werden Fragen der Hochskalierung von Zusammenhängen des Pflanzenwachstums sowie von CO2- und Wasserflüssen vom homogenen Teilflächenbestand zum Feld und zur Region bearbeitet. Zielstellung der ersten Phase des vorgeschlagenen Teilprojekts ist die Erfassung, Analyse und Modellierung raum-zeitlicher Muster von Wachstumsprozessen sowie CO2- und Wasserflüssen von Feldbeständen mit heterogenen Bodeneigenschaften.
Die südwestliche Ostsee ist die Schlüsselregion für den Austausch von niedrigsalinem Oberflächenwasser und höhersalinem, sauerstoffreichem Bodenwasser zwischen der eigentlichen bzw. zentralen Ostsee und dem Skagerrak/Kattegat bzw. der Nordsee. Dieses System wird durch die Richtung und Intensität der Winde bestimmt und ist damit letztendlich durch das zyklonale Wettersystem des Nordatlantiks und die Golfstromaktivität kontrolliert. Die wesentliche Intention des beantragten Projektes ist die Untersuchung der Auswirkungen von holozänen Klimavariationen auf das Ökosystem Ostsee, welche sowohl durch die Sedimentabfolge als auch durch den Fossilinhalt reflektiert werden. Hierzu ist die Untersuchung der durch unterschiedliche Wind-/ Sturm- und Niederschlagsintensität hervorgerufenen Veränderungen der Salinität, der Nährstoffflüsse und des Sauerstoffgehalts der südwestlichen Ostsee vorgesehen. Diese können anhand organisch-wandiger und kieseliger Mikrofossilien, deren morphologischen Variationen, Arten-Sukzession und der chemischen Veränderungen bei der Einbettung nachgewiesen werden. Ziel dieses Projektes ist es, die Wechselwirkung zwischen Umwelt und Phyto-/Zooplankton im Ablauf der holozänen Entwicklungsgeschichte der südwestlichen Ostsee zu erfassen. Die zu erwartenden Ergebnisse sind Grundlagen zur Differenzierung natürlicher und anthropogener Umweltveränderungen sowie Datenbasis zur Modellierung zukünftiger Umweltveränderungen durch Klimaschwankungen.
Hydrologische Fließwege bilden die kritische Verbindung zwischen der Quelle der P Mobilisierung und des P Exports zu den Flüssen. Die Prozesse der P Mobilisierung auf der Standortskale ist vergleichsweise gut verstanden, jedoch ist die Kenntnis des P Transportes in Hängen und Einzugsgebieten durch die Komplexität der Transport-Skalen und Fließprozesse begrenzt. In Hängen können große P Flüsse zum dynamischen P Export beitragen, da P oft in schnellen Fließwegen transportiert wird, insbesondere in bewaldeten Systemen wo präferentielle Fließwege häufig auftreten. Ein adäquates Prozesswissen der Hanghydrologischen Dynamik ist daher wichtig um die P Transport Dynamik zu beurteilen und vorherzusagen. Jedoch wurden bisher solche Studien fast ausschließlich in Einzugsgebieten mit landwirtschaftlicher Nutzung durchgeführt. In dieser experimentellen und modellierungs-basierten Studie über hanghydrologische Prozesse und Phosphortransport werden wir die Auswirkungen der Abflussprozesse auf den P-Transport in bewaldeten Hängen entlang des grundlegenden Hypothesen des SPP untersuchen. Wir werden die Auswirkungen unterschiedlicher Fließwege und Verweilzeiten auf den P Transport und den damit verbundenen hydrologischen Bedingungen untersuchen. Die Hypothese wird getestet, dass die P-Signaturen im Abfluss im Zusammenhang stehen mit den bodenökologischen P-Gradienten und dass die P-Signaturen durch die Verweilzeiten des Wassers im Hang bestimmt werden, die insbesondere durch präferentielle Fließwege bei Niederschlagsereignissen dominiert werden. Diese Hypothesen werden an den vier SPP Standorte im Gebirge mit einem innovativen, kontinuierliche Monitoring-System für unterirdische Hangabflüsse und P-Transport bei hoher zeitlicher Auflösung untersucht. Event-basierte und kontinuierliche Probenahmen für die verschiedenen P Spezies, stabile Wasserisotope und andere geogene Tracer in Niederschlag, Abfluss und Grundwasser werden es uns ermöglichen, Verweilzeiten von Wasser mit den P Flüsse und P Transportprozessen zu verknüpften. Schließlich werden wir ein prozessorientierten hydrologischen Hang-Modell weiterentwickeln um die verschiedenen Fließ-und Transportwege zu simulieren, um die Dynamik von Abfluss und P Transport zwischen der Hang- und Einzugsgebietsskala zu verknüpfen. Die Modellierung wird sich darauf fokussieren die Altersverteilung von Wasser und die bevorzugte Fließwege die durch 'hot spots' bei der Infiltration und P Mobilisierung entstehen in bewaldeten Hängen adäquat darzustellen.
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