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GRK 2043: Naturgefahren und Risiken in einer Welt im Wandel

Das Projekt "GRK 2043: Naturgefahren und Risiken in einer Welt im Wandel" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Potsdam, Institut für Geowissenschaften.Angesichts sich wandelnder Randbedingungen in Umwelt und Gesellschaft werden sich die Häufigkeiten, Intensitäten und Auswirkungen von Naturgefahren ebenfalls ändern. Dies ist von besonderer Bedeutung für Regionen, in denen Risiken durch Naturgefahren bewältigt, gesteuert und gemindert werden müssen. Dafür möchte das Graduiertenkolleg 'Naturgefahren und Risiken in einer Welt im Wandel' (NatRiskChange) die Wissensgrundlage verbessern: Hauptziel ist es, Methoden zu entwickeln, die die Analyse, Quantifizierung und Vorhersage von transienten Gefahren und Risiken verbessern, indem Wissen und Methoden zwischen Systemanalyse, Geo- und Umweltwissenschaften sowie Risikoforschung aktiv ausgetauscht werden. Die mathematisch orientierten Wissenschaftler bringen statistische Methoden, insbesondere Bayessche Statistik, die Theorie der dynamischen Systeme mit einem Schwerpunkt auf nicht-linearen Prozessen und Chaos sowie Rekurrenzplots und andere innovative Methoden zur Analyse geophysikalischer Zeitreihen ein. Die Geo- und Umweltwissenschaften steuern hingegen für verschiedene Naturgefahren Wissen über zugrundeliegende Mechanismen und Prozesse des Wandels bei, inklusive regionaler Besonderheiten, Interaktionen zwischen Gefahren und Vulnerabilitäten. Diese interdisziplinäre Forschung von NatRiskChange begann im Oktober 2015 und wird durch ein Qualifizierungsprogramm in den Bereichen der Statistik, Daten- und Risikoanalyse begleitet. Lehrkonzept und Forschungsprogramm ergänzen sich gegenseitig und sind tief in der Expertise der teilnehmenden Institutionen aus Potsdam und Berlin verankert, um den Weg für neue Forschungsstränge zur Quantifizierung von Veränderungen in Geo-, Hydro- und sozio-ökologischen Systemen zu ebnen.

Gekoppeltes LC/GC-ICP-Massenspektrometer

Das Projekt "Gekoppeltes LC/GC-ICP-Massenspektrometer" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Geologie, Professur für Hydrogeologie und Hydrochemie.'Mit Hilfe der Kopplung von HPLC bzw. GC an eine ICP-MS können Fluide (Boden-, Grund-, Meer- Prozesswässer, Fluid Inclusions in Mineralen, Gase aus Schmelzen, vulkanische, atmosphärische und Biogase) auf ihre Inhaltsstoffe untersucht werden. Dabei können schwer-, mittel-, und leichtflüchtige organische und anorganische Komponenten analysiert werden. Der besondere Vorteil liegt in der chromatographischen Trennung in die jeweiligen Spezies und Komplexe umweltrelevanter Elemente gekoppelt mit einer hochsensitiven massenspektrometrischen Detektion. Die Verwendung des induktiv gekoppelten Plasmas vor der Massenspektrometrie ist dabei aussagefähiger für flüchtige organische Verbindungen als die Verwendung einer einfachen GC-MS, weil nicht 'zufällige Bruchstücke nach Massenzahlen identifiziert werden, sondern einzelne Elemente. Für die Identifizierung komplexer wässriger Spezies, z.B. As-S, As-U, U-P-Verbindungen etc., besticht die ICP-MS als Mulitelementmethode, da gleichzeitig eine Vielzahl von Elementen gemessen werden kann, deren Massenverhältnisse Aufschluss über ihren Anteil an der jeweiligen Spezies geben. Damit kann in begrenztem Umfang auch Strukturaufklärung unbekannter Spezies betrieben werden. Monitoring verschiedener Isotope eines Elements ermöglicht darüber hinaus die Interpretation von Fraktionierungsprozessen in den Proben.'

Raman-Mikroskop mit Laser-Tracking

Das Projekt "Raman-Mikroskop mit Laser-Tracking" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Duisburg-Essen, Institut für Umweltmikrobiologie und Biotechnologie (UMB).Ziel unserer Arbeiten ist der Schutz der Wasserressource Grundwasser. Dazu wollen wir die ökologischen Prozesse aufklären, die zu Schadstoffabbau führen oder auch Abbau von organischen Schadstoffen limitieren. Das Ramanmikroskop wird benötigt um Stoffumsätze und metabolische Prozesse von Mikroorganismen auf der Einzelzellebene untersuchen und abbilden zu können. Damit soll eine neue Ebene von ökologischen Studien ermöglicht werden, bei der die phylogenetische Klassifizierung von Mikroorganismen mit Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) mit der Aktivitätsanalyse durch Einbau stabiler Isotope (13C, 2H) in Biomasse kombiniert werden kann. Mit diesen innovativen Methoden sollen Kohlenstoffflüsse durch mikrobielle Gemeinschaften auf der Einzelzellebene analysiert werden. Weiterhin kann allgemeine metabolische Aktivität gemessen werden. Damit sollen z.B. in Biofilmen oder sonstigen mikrobiellen Gemeinschaften aktive Zellen identifiziert werden. Dieses kann unspezifisch über den Einbau von deuteriertem Wasser oder spezifisch durch Einbau von 13C in die Biomasse nach Abbau von 13C-markierten Substanzen erfolgen. Bisher wurden Abbauprozesse hauptsächlich in größeren Skalen untersucht, wobei aber wichtige Schlüsselprozesse und Limitationen zwangsläufig übersehen wurden. Wir wollen diese Lücke mit neuen Einzelzelluntersuchungen füllen und Gesetzmäßigkeiten für den mikrobiellen Schadstoffabbau ableiten.

Flüssigkeitschromatograph (LC) mit Triplequadrupol-Detektor

Das Projekt "Flüssigkeitschromatograph (LC) mit Triplequadrupol-Detektor" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Kiel, Institut für Natur- und Ressourcenschutz, Abteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft.Es wird die Anschaffung einer LC-Triplequadrupol-Anlage beantragt, um Mikroschadstoffe auch in geringen, aber toxikologisch und ökotoxikologisch relevanten Konzentrationen (ng/l bis pg/l) quantifizieren zu können. Eine am Institut vorhandene HPLC mit Diodenarray-Detektor verfügt lediglich über eine Empfindlichkeit im Mikro g/l Bereich. Diese Anlage wurde bislang in verschiedenen Projekten zum Umweltverhalten von Pestiziden eingesetzt. Der aktuelle Stand der Forschung zeigt, dass Pestizide sich stärker in der Umwelt verbreiten als angenommen und bereits in verschiedensten Umwelt-, Lebensmittel- und Humanproben nachgewiesen werden. Pestizide werden in immer geringeren Mengen eingesetzt, jedoch besteht noch Forschungsbedarf zu ihrem Umweltverhalten und dem ihrer Transformationsprodukte. Daher werden besondere Anforderungen an die Analytik in diesem Forschungsbereich gestellt. Eine LC-Triplequadrupol-Anlage würde die zurzeit laufenden Projekte zu Transformationsprozessen von Pestiziden (BMBF) und zur Eintragsreduzierung von Pestiziden durch Retentionsteiche (Kooperationsvertrag BASF) signifikant unterstützen. Weiterhin ermöglicht dieses Gerät die Ausweitung auf andere Mikroschadstoffe wie Biozide, Human- und Tierarzneimittel und andere Matrices als Wasser (z.B. Boden und Sediment). Darüber hinaus können durch niedrigere Kosten bei Analysen am eigenen Institut im Vergleich zu Fremdanalysen bei gleichem Budget eine deutlich höhere Anzahl an Proben untersucht werden. Dies würde die Qualität der Ergebnisse entscheidend verbessern. Das beantragte Gerät ist bei der Einwerbung von weiteren Einzel- und Verbundvorhaben (DFG, WTSH, BMBF, Water JPI) von zentraler Bedeutung, um signifikante Erkenntnisse zu Prozessen von Mikroschadstoffen in der Umwelt zu gewinnen.

Forschungskatamaran KLIMAKAT

Das Projekt "Forschungskatamaran KLIMAKAT" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Boden, Wasser, Luft, Lehrstuhl für Gewässerschutz, Forschungsstelle Bad Saarow.Zur Untersuchung von ökologischen Folgen von klimabedingten Änderungen im Stoffhaushalt und Biozönosen von Seen wird für das Jahr 2013 ein Forschungsgroßgerät beantragt, das aus einem Forschungskatamaran besteht, ausgestattet mit zusätzlichen Probenahme, Analyse- und Messeinrichtungen. Die Investition ist langfristig einsetzbar und erfüllt damit eine wichtige Voraussetzung für Klimafolgenforschung. Die Gewässer Berlin/Brandenburgs waren und sind einem starken Wandel unterzogen und werden die Ziele der Wasserrahmenrichtlinie in vielen Fällen nicht erreichen. Der erwartete Klimawandel wird nach jetzigem Kenntnisstand den Eintrag von Nährstoffen erhöhen, weil durch Wasserstandsschwankungen und/oder durch pulsartige Nährstoffeinträge bei Starkniederschlägen die Transporte für Stoffe aus dem Einzugsgebiet intensiviert werden. Der Katamaran soll als mobile und stationäre Arbeitsplattform insbes. für ereignisbezogene Kurzzeitmessungen von Stoffeinträgen nach Extremwetterereignissen, die kontinuierliche Registrierung der Ausdehnung von Thermokline und Hypolimnion und quantitative Erfassung von Nährstoffrücklösungen und --einmischungen ins Epilimnion, für Kurzzeiterfassung von Spätwinter- bzw. Frühjahrsentwicklungen und Sukzessionen im Phytoplankton, von metalimnischen Einschichtungen sowie Cyanobakterienblüten eingesetzt werden. Durch seinen geringen Tiefgang ist der KLIMAKAT hervorragend für die geplanten Untersuchungen im Litoral sowie die Betreuung von Enclosure- und Exclosure-Experimenten geeignet.

Versuchskläranlage

Das Projekt "Versuchskläranlage" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Fachgebiet Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung.Die Abwasserreinigung steht mit der Entfernung von organischen Spurenschadstoffen und kleinsten Partikeln (Mikroplastik, Nanopartikel) sowie dem Paradigmenwechsel von der Abwasserentsorgung zur Ressourceneffizienz (Minimierung des Chemikalien- und Energieeinsatzes) und Ressourcenrückgewinnung (z.B. von Wasser, Kohlenstoff und Nährstoffen) vor enormen Herausforderungen. Dies bedarf der Erforschung des Stoffverhaltens und der Prozesse im Abwassersystem, der Entwicklung von Verfahrenstechniken und der Abstimmung der vielfältigen Verfahren (mit teilweise sehr unterschiedlichen Anforderungen an die Prozessbedingungen) aufeinander. Dies ist weder nur im Labor, wo die Randbedingungen weit von der Realität entfernt sind, noch in der Großtechnik leistbar, da bei Versuchen im laufenden Betrieb die Gefahr unvorhergesehener Gewässerverschmutzungen besteht und die Versuchsbedingungen nicht definiert werden können. Zur Lösung der angesprochenen Probleme bedarf es eines Zwischenschrittes: durch den Einsatz einer mobilen Versuchskläranlage können Prozessbedingungen im realitätsnahen System auf verschiedenen Kläranlagen gezielt gewählt, Verfahrensschritte entwickelt und bei gleichen Randbedingungen miteinander verglichen und optimiert werden. Weiterhin können Prozessketten aufeinander abgestimmt und Wechselwirkungen untersucht werden. Daraus können Kennwerte abgeleitet, Steuerungs- und Regelungsstrategien entwickelt und erprobt werden, um so Grundlagen für die Umsetzung im großtechnischen Betrieb zu schaffen.

Flüssigkeitschromatographie mit Triplequadrupol-Massenspektrometer

Das Projekt "Flüssigkeitschromatographie mit Triplequadrupol-Massenspektrometer" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Naturwissenschaften - Professur Chemische Technologie.Die Arbeitsgruppen Anorganische Chemie (Prof. Lang), Koordinationschemie (Prof. Mehring), Chemische Technologie (Prof. Stöwe) an der Technischen Universität Chemnitz haben sich zu einem Interessenverbund zum Thema nachhaltige Wasserwirtschaft zusammengefunden und mit dem regionalen führenden kommunalen Energieversorger dieses Interesse abgestimmt. Ziele sind die Entwicklung von neuen Abwasseraufbereitungsmethoden zur Entfernung von Mikroverunreinigungen wie Endokrin Disruptiven Verbindungen (EDCs), Pestiziden und Pharmazeutika aus kommunalen Abwässern über unterschiedliche Methoden, wie z.B. photokatalytischen Abbau oder elektrochemische Fällung. Zur Spuren- und Ultraspurenanalytik der Schadstoffe in wässrigen Medien, der Aufklärung von Abbauprodukten und -mechanismen dieser Verbindungen wird eine flüssigkeitschromatographische Trennmethode auf der Basis einer UHPLC mit angekoppelter Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie benötigt. Weiterhin soll das System in Kooperation mit weiteren Gruppen (Prof. Kataev) zur Analytik der Produktverteilung in supramolekularen und katalytischen Reaktionen, Reinheitsbestimmung sowie kinetische und mechanistische Untersuchungen zum Reaktionsablauf von organischen Produktkomponenten eingesetzt werden.

Tandem-Massenspektrometer gekoppelt mit Hochleistungsflüssigkeitschromatograph

Das Projekt "Tandem-Massenspektrometer gekoppelt mit Hochleistungsflüssigkeitschromatograph" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität München, TUM School of Engineering and Design, Institut für Wasser und Umwelt, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft.Das beantragte LC-Tandem Massenspektrometer (LC-MS/MS) soll aufgrund der hohen Sensitivität und Vielseitigkeit die Quantifizierung von organischen Spurenstoffen im Nanogramm pro Liter-Bereich sowie die Identifizierung von Transformationsprodukten aus der Wasserbehandlung und in natürlichen aquatischen Systemen ermöglichen. Diese Arbeiten bauen auf bisherigen erfolgreichen Forschungsaktivitäten auf. Da an der TU München bisher keine sensitiven, quantitativ nutzbaren LC-MS/MS Systeme zur Verfügung stehen, handelt sich bei dem beantragten Gerät um eine Neuanschaffung im Rahmen einer Neuberufung. Aufgrund der hohen Anzahl intern generierter Proben von ingenieurtechnischen Anlagen zur Entfernung von Spurenstoffen in wässrigen Matricen im labor- und halbtechnischen Maßstab ist es unerlässlich, diese Technologie zu etablieren. Die quantitative Analytik ist essentiell bei Untersuchungen von Wasseraufbereitungsanlagen, der Optimierung von Prozesssteuerungen sowie für die quantitative Bestimmung von Spurenstoffen in Umweltproben.

Gaschromatograph-Verbrennungs-Isotopenverhältnismassenspektrometer

Das Projekt "Gaschromatograph-Verbrennungs-Isotopenverhältnismassenspektrometer" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Ruhr-Universität Bochum, Institut für Infrastruktur und Umwelt, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik.Hauptziel des Einsatzes des Gaschromatograph-Verbrennungs-Isotopenverhältnismassenspektrometers ist die Analyse von Stoffwechselwegen anaerober Mikroorganismen in unterschiedlichen technischen Umweltsystemen. Hierzu zählen: (A) die Quantifizierung der C-Umsatzraten von am anaeroben Stoffwechsel beteiligten Lebensgemeinschaften mittels 13C/12C-Isotopenanalyse, (B) die Identifizierung und Quantifizierung syntropher Beziehungen innerhalb der mikrobiellen Lebensgemeinschaften für die Biomethanisierung, (C) die Analyse wesentlicher Umweltfaktoren, die die anaerobe acetoklastische Aktivität beeinflussen und (D) die Erarbeitung grundlegender mathematischer Modelle. In der Arbeitsgruppe des Antragstellers konnte zum ersten Mal in technischen, kontinuierlich betriebenen Langzeitfermentationen gezeigt werden, dass die Isotopensignaturen von Methan und Kohlenstoffdioxidoxid als Tracer in der realen Stoffumwandlung von Essigsäure bei der anaeroben Fermentation in Biogasreaktoren fungieren können. Hierdurch lassen sich mathematische Modelle zur Beschreibung komplexer anaerober Stoffumwandlungsprozesse hinsichtlich der stöchiometrischen und kinetischen Parameter wesentlich genauer formulieren. Das Gerät soll es daher den Arbeitsgruppen auch weiterhin ermöglichen, international wissenschaftlich konkurrieren zu können und sichtbar zu sein.

Experimentelle Wirt-Parasit Ko-Evolution in einer sich verändernden Umwelt

Das Projekt "Experimentelle Wirt-Parasit Ko-Evolution in einer sich verändernden Umwelt" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie, Professur für Limnologie (Gewässerökologie).Parasiten sind Organismen, die auf Kosten anderer leben und wachsen. Sie vermindern damit unter anderem das Wachstum, die Fortpflanzung oder Lebensdauer ihrer Wirte. Allgemein bezeichnet man diese Verminderung als Virulenz. Parasiten unterliegen wie ihre Wirte einem ständigen Wandel, der durch Anpassungen der Immunabwehr des Wirts und der Infektionsstrategien des Parasiten gekennzeichnet sind und als Koevolution bezeichnet werden. Diese Koevolution kann durch Umweltfaktoren wie Temperatur sowie weitere Organismen beeinflusst werden. Während es schon zahlreiche Untersuchungen zum Einfluss von akutem Hitzestress gibt, sind Studien über den permanenten Einfluss noch rar. Mit meiner Arbeit sollte sowohl der akute als auch der permanente Einfluss von Temperaturanstieg und Hitzestress auf eine Parasit-Wirtsbeziehung untersucht werden. Ich habe die Anpassung des Parasiten und die Virulenz an Hitzestress mit klassisch experimentellen und mathematisch/statistischen wie auch mit molekularen Methoden betrachtet. Ich konnte zeigen, dass ein akuter Hitzestress schädlicher für meinen Parasiten als den Wirt ist. Allerdings kann der Parasit sich an permanenten Hitzestress anpassen, aber auch seinem Wirt weniger Schaden zufügen. Damit sichert der Parasit sein Überleben. In einem zweiten Experimentkomplex habe ich verschiedene Infektionsversuche durchgeführt, um den Einfluss der Wirtsdichte und anderen Parasitenarten auf die Virulenz und damit die Verbreitung des Parasiten zu untersuchen. Dabei konnte ich zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen der Parasit weniger Schaden verursachen und die Fähigkeit zu infizieren verlieren kann. Somit ist der Parasit an die Verbreitung des Wirts gebunden. Zum ersten Mal konnten damit bestehende theoretische Daten experimentell belegt werden. Desweiteren beeinflussen verschiedene Parasitenarten in ihrer Infektionsleistung gegenseitig. Diese Untersuchungen tragen zum Verständnis von Beziehungen zwischen Arten bei und ermöglichen uns eine Abschätzung der Änderung von Virulenz und Koevolution von Parasiten und ihren Wirten. Diese Arbeit trägt damit zur Aufklärung der Entwicklung von bestimmten Parasit-Wirtsbeziehungen in unserer heutigen sich ständig wandelnden Umwelt bei.

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