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Plastic Pirates – deutsche Küste

Kurzbeschreibung Im Projekt "Plastic Pirates – deutsche Küste" begeben sich Schulklassen und Jugendgruppen auf die Suche nach Plastikmüll an den Küsten und am Flusssystem der Elbe – einschließlich ihrer Zuflüsse wie Havel, Mulde oder Saale, ebenso wie am Flusssystem der Donau einschließlich ihrer Zuflüsse. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zur Forschung. Denn großflächige Daten zum Vorkommen, Verteilung und Ausbreitung von Plastikmüll in Deutschland liegen bisher hauptsächlich aus Citizen-Science-Projekten vor. Der neue Fokus auf ein bestimmtes Flusssystem sowie auf Küstengebiete soll dabei helfen, Zusammenhänge entlang des Flusslaufs besser zu verstehen. Teilnahmemöglichkeiten Schulklassen und Jugendgruppen können an insgesamt vier Aktionszeiträumen teilnehmen, vom Herbst 2023 bis zum Frühjahr 2025. Die begleitenden Lehr- und Arbeitsmaterialien sowie das Aktionsheft führen durch die Aktion und können von Lehrkräften oder Gruppenleiter:innen kostenfrei auf der Plastic Pirates Webseite bestellt werden, solange der Vorrat reicht. Im Zuge der Probennahme machen sich die teilnehmenden Jugendlichen mit dem Ozean und Wasserkreisläufen vertraut. Sie setzen sich mit dem Thema Plastikmüll in der Umwelt auseinander. Dabei lernen sie, was wissenschaftliches Arbeiten bedeutet, und probieren es selbst aus. Was passiert mit den Ergebnissen? Die gesammelten Forschungsdaten werden auf eine zentrale Webplattfom hochgeladen und anschließend von Wissenschaftler:innen der Kieler Forschungswerkstatt und dem Ecologic Institut ausgewertet. Sie sollen auch dazu dienen, passende Lösungen für die Plastikkrise abzuleiten. Das Projekt ist dabei auch Teil der europäischen Initiative "Plastic Pirates – Go Europe!" und es findet eine enge Zusammenarbeit mit weiteren teilnehmenden Ländern in ganz Europa statt. Die Rolle des Ecologic Instituts Das Ecologic Institut unterstützt die Konzeption und Erarbeitung eines neuen Aktionshefts für die Küste, inkl. der Entwicklung einer ergänzenden Methodik, welche federführend durch die Kieler Forschungswerkstatt und gemeinsam mit den europäischen Partnern der Plastic Pirates erfolgt. Zudem ist das Team des Ecologic Instituts im Projekt dafür verantwortlich, Interessierte und Teilnehmende zu betreuen und bei den Probennahmen zu unterstützen. Um die sozialwissenschaftliche Forschung innerhalb des Projekts zu stärken, wird das Ecologic Institut Fokusgruppen mit ausgewählten Schulklassen durchführen. Dabei werden die Erkenntnisse der Probennahmen gemeinsam mit den Wissenschaftlerinnen diskutiert. So werden die Jugendlichen noch stärker in den Forschungsprozess einbezogen und dazu angeregt, die Ergebnisse kritisch zu reflektieren. Ergebnisse Bereits seit 2016 erforschen und kartieren Jugendliche erfolgreich die Plastikverschmutzung in und an Flüssen in Deutschland. Als Teil des Bürgerforschungsprojekts Plastikpiraten schlüpfen sie in die Rolle von Wissenschaftler:innen und untersuchen den Zustand unserer Flüsse. Bereits über 1.300 Datensätze (Stand: Juni 2023) zum Müllvorkommen wurden auf diese Weise zusammengetragen.

Linking nutrient cycles, land use and biodiversity along an elevation gradient on Mt. Kilimanjaro

To understand impacts of climate and land use changes on biodiversity and accompanying ecosystem stability and services at the Mt. Kilimanjaro, detailed understanding and description of the current biotic and abiotic controls on ecosystem C and nutrient fluxes are needed. Therefore, cycles of main nutrients and typomorph elements (C, N, P, K, Ca, Mg, S, Si) will be quantitatively described on pedon and stand level scale depending on climate (altitude gradient) and land use (natural vs. agricultural ecosystems). Total and available pools of the elements will be quantified in litter and soils for 6 dominant (agro)ecosystems and related to soil greenhouse gas emissions (CO2, N2O, CH4). 13C and 15N tracers will be used at small plots for exact quantification of C and N fluxes by decomposition of plant residues (SP7), mineralization, nitrification, denitrification and incorporation into soil organic matter pools with various stability. 13C compound-specific isotope analyses in microbial biomarkers (13C-PLFA) will evaluate the changes of key biota as dependent on climate and land use. Greenhouse gas (GHG) emissions and leaching losses of nutrients from the (agro)ecosystems and the increase of the losses by conversion of natural ecosystems to agriculture will be evaluated and linked with changing vegetation diversity (SP4), vegetation biomass (SP2), decomposers community (SP7) and plant functional traits (SP5). Nutrient pools, turnover and fluxes will be linked with water cycle (SP2), CO2 and H2O vegetation exchange (SP2) allowing to describe ecosystem specific nutrient and water characteristics including the derivation of full GHG balances. Based on 60 plots screening stand level scale biogeochemical models will be tested, adapted and applied for simulation of key ecosystem processes along climate (SP1) and land use gradients.

Nachverfolgung des Lebenszyklus von Eiskeimen zur Verbesserung von Klimaprojektionen

Wolken und Aerosole beeinflussen den Energiehaushalt und den Wasserkreislauf der Erde. Die Wolkenphase – ob eine Wolke aus Wassertröpfchen oder Eispartikeln besteht – beeinflusst den Strahlungseffekt der Wolken, da Wolkentröpfchen zahlreicher und kleiner sind als Eispartikel und daher mehr Sonnenstrahlung reflektieren.Durch die Erwärmung der Erde und der Atmosphäre durch den Klimawandel werden in Mischphasewolken (die aus Wassertröpfchen und Eispartikel bestehen können) Eispartikel teilweise durch Wassertröpfchen ersetzt und die Wolkenalbedo nimmt zu. Das führt zu einer negativen Rückkopplung, der sogenannten Wolkenphasenrückkopplung. Die Stärke dieser Rückkopplung hängt in Klimamodellen von der Repräsentation der Eisnukleation ab. Es wird immer deutlicher, dass die Schwankungsbreite von Klimaprojektionen (+1,8 bis +6,5 K) in der neuen Generation von Klimamodellen stark von der simulierten Wolkenphasenrückkopplung abhängt. Der gesellschaftliche Nutzen einer Verbesserung der Genauigkeit von Klimaprojektionen wird auf über 10 Millionen Millionen US-Dollar geschätzt. Eine bessere Darstellung der Eisbildung im Mischphasenregime in Klimamodellen ist deshalb dringend erforderlich.Aerosole können als Eiskeime, die das Gefrieren von Tröpfchen bewirken, die Häufigkeit von Eiswolken erhöhen und die Wolkenbedeckung und den Wassergehalt verringern. Insbesondere Mineralstaub kontrolliert häufig die Eisbildung in Wolken.In früheren Studien habe ich wichtige Diskrepanzen bezüglich der staubgetriebenen Wolkenvereisung im ECHAM-HAM Klimamodell und Satellitenbeobachtungen identifiziert, die sehr wahrscheinlich auch in anderen Klimamodellen vorhanden sind. Um diese zu beheben, werde ich in ECHAM-HAM Eisprozesse implementieren, die für das staubgetriebene Gefrieren von Wolkentröpfchen relevant sind, aber derzeit noch fehlen: Erstens werde ich eine Nachverfolgung von Eiskeimen implementieren, insbesonders deren Entfernung durch Niederschlagsbildung nach dem Gefrieren von Wolkentröpfchen. Dies sollte die Überschätzung der staubgetriebenen Wolkenvereisung über dem Südpolarmeer im Modell verringern. Zweitens werde ich eine Kategorie für Staub-Eiskeime hinzufügen, die bei Temperaturen unter -35 °C voraktiviert werden. Dies soll zu einem verstärkten Gefrieren von Wolkentröpfchen in Mischphasenwolken führen, was die im Modell gefundene generelle Unterschätzung des staubgetriebenen Gefrierens von Tröpfchen erklären und reduzieren soll. Drittens werde ich das Recycling von Staub-Eiskeimen nach der Sublimation von Eiskristallen implementieren. Dies soll ebenfalls zu einer Verbesserung des Gefrierens von Tröpfchen führen und den im Modell beobachteten Bias zusammen mit den anderen neuen Prozessen beseitigen. Diese neuen Prozesse werden anhand weltraumgestützter Beobachtungen evaluiert und ihre Auswirkungen auf die Wolkenphasenrückkopplung und die Klimasensitivität werden untersucht werden.

Der Einfluss hoher Gebirgsreliefs auf die Isotopenhydrologie und damit verbundener Klimaproxies

Wichtige Klimaproxies wie z.B. Baumringe nutzen stabile Isotopenverhältnisse zur Rekonstruktion paläoklimatischer Verhältnisse. Dies wiederum erlaubt Abschätzungen über die zukünftigen Auswirkungen des derzeit stattfinden Klimawandels. Die Insel Korsika im westlichen Mittelmeer liegt in einer besonders stark von Klimaveränderungen betroffen Region. Die Insel war daher in den letzten Jahren das Ziel von Klimarekonstruktionen mittels Dendrochronologie und stabilen Isotopenmessungen. Allerdings ließen sich vorhandene Untersuchungsergebnisse von Sauerstoffisotopenmessungen an korsischen Schwarzkiefern bislang nicht zufriedenstellend interpretieren. Sauerstoffisotopenuntersuchungen von Baumringen hängen entscheidend vom Sauerstoffisotopenwert (delta18O) des lokalen Niederschlages und des daraus resultierenden Bodenwassers ab. Der delta18O-Wert des Niederschlages variiert vor allem in Abhängigkeit von Temperatur, Geländehöhe und dem Ursprungsgebiet der Luftmassen. Diese Parameter lassen sich heute meist gut bestimmen lassen, müssen für die Vergangenheit aber oft abgeschätzt werden. Ein wichtiger Effekt ist der Höheneffekt, welcher die Abhängigkeit des delta18O-Werts von der Geländehöhe beschreibt. Für solche Isotopeneffekte gibt es über die globale Datenbasis der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) gute regionale Abschätzungen. Sehr viel schwieriger gestalteten sich hingegen lokale Abschätzungen in Regionen mit einem sehr steilen, hohen Gebirgsrelief. Neueste Arbeiten lassen vermuten, dass für solche Regionen die Isotopenwerte in bestimmten Jahreszeiten keinen höhenabhängigen Gradienten mehr zeigen. Ursache hierfür können jahreszeitliche Schwankungen der Höhenlage der atmosphärischen Grenzschicht sein. Der vorliegende isotopenhydrologische Antrag ist Teil des Bündelantrages CorsicArchive, welcher weitere Anträge zum Klima, der Dendroisotopie und der Dendrologie umfasst. An insgesamt neun Stationen entlang eines Ost-West verlaufenden Höhenprofils sollen Regensammler installiert und beprobt werden. Im Teilprojekt Isotopenhydrologie sollen Fragen zur Wechselwirkung zwischen dem Höheneffekt und der atmosphärischen Grenzschicht untersucht werden. Weitere Fragestellungen sind die Herkunft der Luftmassen sowie der Anteil der lokalen Verdunstung am hydrologischen Kreislauf der Insel. Darüber hinaus sollen Oberflächengewässer- und Bodenwasseruntersuchungen durchgeführt werden, um Veränderungen des delta18O-Wertes auf seinem Weg zum Baumring zu entschlüsseln und zu quantifizieren. Die Untersuchungen sollen zu einem besseren Verständnis isotopenhydrologischer Prozesse in Gebieten mit steilen Höhengradienten beitragen. Dies soll schließlich dazu führen, dass auf stabilen Isotopen basierende Klimarekonstruktionen solcher Regionen zuverlässig interpretiert werden können. Im Hinblick auf den derzeitigen Klimawandel ist es entscheidend solche Prozesse in der Vergangenheit zu verstehen, um verlässliche Prognosen über zukünftige Veränderungen abzugeben.

Instabile Dichteströmung im Subterranen Ästuar - Ein Multiplikator für den 'Iron curtain' und reaktive Transportprozesse?

Submarine Grundwasseraustritte sind wichtige Komponenten des hydrologischen Kreislaufs und tragen wesentlich zum Austrag von Nährstoffen, Kohlenstoff und Metallen aus den küstennahen Grundwasserleitern in die Küstenmeere bei, in Folge dessen sie küstennahe marine Ökosysteme beeinflussen. Das derzeitige Bild der hydraulischen Bedingungen im subterranen Ästuar ist, dass eine von Gezeiten und Wellenbewegung induzierte Salzwasserzirkulationszelle einen Süßwasser-'tube' überlagert. Unsere eigenen Forschungsergebnisse legten jedoch kürzlich nahe, dass diese Schichtung unter bestimmten Randbedingungen instabil wird, die Salzwasserzirkulationszelle und der Süßwasser-'tube' nicht mehr existieren und stattdessen Salzwasserfinger in das darunterliegende Süßwasser absinken. Dies würde die subterranen Grundwasseraustrittsmuster stark verändern und sich mit großer Wahrscheinlichkeit auch auf die geochemischen Prozesse im Untergrund auswirken. Das Projekt kombiniert physikalische Laborversuche und numerische Modellierung, um zu untersuchen (i) ob und wo ein Absinken von Salzwasserfingern in das darunterliegende Süßwasser in der Natur denkbar ist, (ii) welchen Einfluss Sedimenteigenschaften (z.B. Heterogenität) und Randbedingungen (z.B. saisonal variabler Süßwasserzustrom) auf die Ausbildung von Salzwasserfingern haben, (iii) wie die Strömungsmuster in 3-D aussehen, (iv) welche Möglichkeiten der Vorhersage es für die instabilen Strömungsmuster gibt und wie man diese verbessern kann sowie (v) welchen Einfluss die veränderten Strömungsmuster letztlich auf die biogeochemischen Prozesse und die Formation von stark adsorbierenden Eisen(III)hydroxidoberflächen ('Iron curtain') in sandigen Strandgrundwasserleitern und die davon abhängigen Stoffausträge in das Meer haben.

ANK-LK: Verbesserung des natürlichen Klimaschutzes durch Entsiegelung von Pflasterflächen, Versickerung Regenwasser auf dem Grundstück und Schaffung neuer Vegetationsflächen

StStG Kohle: Eliminierung von Mikroschadstoffen aus kommunalen Abwässern mit Hilfe immobilisierter Enzyme (ELIMIK)

Forschergruppe (FOR) 1740: Ein neuer Ansatz für verbesserte Abschätzungen des atlantischen Frischwasserhaushalts und von Frischwassertransporten als Teil des globalen Wasserkreislaufs, Freshwater budget and salinity variability in the subpolar and subtropical gyres of the North Atlantic

Up to recent years, the study of trends and variability of the salinity (and freshwater) distributions was hampered by the lack of temporal and spatial resolution of the available observations (Wang DFG form 54.011 - 1/12 page 3 of 6 et al., 2010). With the onset of the Argo programme, the number of observed salinity profiles have significantly increased. The many Argo profiles distributed evenly over the year provide not only the means to calculate seasonally averaged salinity (and freshwater) distributions, but they can also be used to calculate regional Gravest Empirical Modes (GEMs) parameterized by pressure and dynamic height. Dynamic height is measured by altimetry and high quality altimeter data are available since 1992. GEMs will be used to construct from altimetry high resolution (in time and space) salinity, temperature and density fields. The objectives of the proposal are to - combine Argo/CTD profiles and altimetry to calculate temporal and spatial high resolution salinity fields in the mixed layer and in the upper 1500-2000m for the time period 1992 - 2013 for the subpolar and the subtropical Atlantic. - Construct regional freshwater budgets for the mixed layer and the upper 1500-2000m and estimate the contributions of the main processes to the observed change - Follow salinity anomalies from their origin along their circulation pathways, and study involved mechanisms (for instance role of eddies, mean circulation) for shallow, intermediate and deep water masses - Investigate changes in the formation of North Atlantic mode waters in the subpolar and subtropical gyre

Sonderforschungsbereich (SFB) 990: Ökologische und sozioökonomische Funktionen tropischer Tieflandregenwald-Transformationssysteme (Sumatra, Indonesien), Teilprojekt A02: Wassernutzungseigenschaften von Bäumen und Palmen in der Transformation von Regenwäldern

Die Transformation von Regenwäldern verändert ökosystemare Wasserkreisläufe in Bezug auf die Höhe der Flussraten, deren räumlicher Heterogenität und zeitlicher Dynamik. Wir möchten die räumliche und zeitliche Variabilität der pflanzlichen Wassernutzung an verschiedenen Standorten sowie Mechanismen der pflanzlichen Wassernutzung untersuchen. Die Methoden umfassen unterschiedliche Saftflusstechniken sowie luftgestützte Messungen von Blatttemperaturen in der Krone.

Monitoring und Modellstudie zu Desertifikation und Einfluessen von Klimaaenderungen im Messara-Tal auf Kreta

Messungen der radiometrischen Eigenschaften im Messara-Tal sowie der Waermefluesse und der Verdunstung ueber einem Olivenfeld wurden am Ende des Sommers und am Ende des Winters durchgefuehrt mit dem Ziel, die Verdunstung als einen Teil des Wasserkreislaufs zu erfassen und gleichzeitig, um die in Berlin empfangenen und aufbereiteten taeglichen Satellitendaten hinsichtlich des daraus berechneten Vegetationsindexes zu validieren. Die jahreszeitliche Welle der Vegetationsentwicklung in Kreta wird aus diesen Daten sehr deutlich.

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