Methane emissions from inland water bodies are of growing global concern since surveys revealed high emissions from tropical reservoirs and recent studies showed the potential of temperate water bodies. First preliminary studies at the River Saar measured fluxes that exceed estimates used in global budgets by one order of magnitude. In this project we will investigate the fluxes and pathways of methane from the sediment to the surface water and atmosphere at the River Saar. In a process-based approach we will indentify and quantify the relevant environmental conditions controlling the potential accumulation of dissolved methane in the water body and its release to the atmosphere. Field measurements, complemented by laboratory experiments and numerical simulations, will be conducted on spatial scales ranging from the river-basin to individual bubbles. We will further quantify the impact of dissolved methane and bubble fluxes on water quality in terms of dissolved oxygen. Special emphasize will be put on the process of bubble-turbation, i.e. bubble-mediated sediment-water fluxes. The project aims at serving as a reference study for assessing methane emissions from anthropogenically altered river systems.
Dieser Layer bildet den gelösten Sauerstoff: mittleres Jahresminimum, 2005-2010 an der niedersächsischen Küste ab. Hierbei handelt es sich um aggregierte und harmonisierte Werte, die im Rahmen des Projektes MDI-DE für die Bewertung der Meeresstrategierahmenrichtlinie (MSRL) erstellt und entwickelt wurden.
Dieser Layer bildet den gelösten Sauerstoff: mittleres Jahresminimum, 2005-2010 an der niedersächsischen Küste ab. Hierbei handelt es sich um aggregierte und harmonisierte Werte, die im Rahmen des Projektes MDI-DE für die Bewertung der Meeresstrategierahmenrichtlinie (MSRL) erstellt und entwickelt wurden.
Ziel des Projektes ist eine quantitative Bestandsaufnahme der verschiedenen Stickstoffquellen in der Wassersäule der Laptevsee. Stabile Stickstoff- und Sauerstoffisotopen des gelösten Stickstoffs und des organischen Stickstoffs sollen zusammen mit Nährsalzkonzentrationen und der Isotopie des Wassers verwendet werden, um die Rolle des Flusseintrags an organischem und anorganischem Stickstoff im Arktischen Ozean zu untersuchen. Die Erwärmung in der Arktis verursacht derzeit eine Erhöhung der Flusswassermenge und ein verstärktes Auftauen des Permafrostes zwei Faktoren, welche zu erhöhtem Stickstoffeintrag in die arktischen Schelfgebiete beitragen. Bislang ist noch unklar, ob diese Veränderungen die Primärproduktion und die Aufnahme atmosphärischen Kohlenstoffs in der Arktis beeinträchtigen, denn unser Wissen über den arktischen Stickstoffkreislauf ist extrem begrenzt. Die im Antrag vorgeschlagene Untersuchung des arktischen Stickstoffkreislaufes mit stabilen Isotopen ist eine effiziente und kostensparende Herangehensweise, welche eine Differenzierung der Stickstoffquellen in der Laptevsee erlaubt. Dies wäre die erste Studie zur Stickstoffisotopie im Arktischen Ozean. Zusätzlich zur quantitativen Abschätzung der verschiedenen Stickstoffquellen in der Laptevsee wird in diesem Projekt erstmalig die Isotopenzusammensetzung des gelösten organischen Stickstoffs im Arktischen Ozean untersucht. Diese Untersuchungen werden die Grundlage bilden für das Verständnis des gelösten organischen Stickstoffs im Stickstoffkreislauf des Arktischen Ozeans. Zudem besteht die Chance, die potentialle Rolle des gelösten organischen Stickstoffs in der arktischen Primärproduktion zu verstehen.
Steile Gradienten des gelösten Sauerstoffs (DO für dissolved oxygen) deuten auf kritische Bereiche aerober Aktivität in hyporheischen- und Uferzonen hin. Diese Zonen sollen mit neuen Methoden untersucht werden, um Quellen und Senken des DO, als Schlüsselparameter für aquatisch-biogeochemische Aktivitäten, zu bestimmen. Wir schlagen Untersuchungen stabiler Isotopenzusammensetzungen von DO und Kohlenstoffphasen vor, um biologische Einflüsse auf aquatische Sauer- und Kohlenstoffzyklen zu bestimmen. Der Ansatz ermöglicht es Sauerstoffquellen von Atmosphäre und Photosynthese voneinander abzugrenzen. Weiterhin ermöglichen systematische 18O-Anreicherungen des DO Bestimmungen aerober Umsetzungsraten. Die geplanten Arbeiten fokussieren auf einen Standort im Selke-Einzugsgebiet im Harz mit Untersuchungen flussnaher Grundwässer und Sedimenten, im und unter dem Fluss. Das Ziel ist, die Hypothese testen, dass DO und damit verbundene Kohlenstoff- und Nährstoffdynamiken, hauptsächlich biologisch beeinflusst sind. Raten von DO Produktion und Umsatz sollen auch in reaktiven Transportmodellen dargestellt werden. Die angewandten und verifizierten Methoden stehen auch anderen aquatischen Untersuchungen in Seen, Flüssen und Grundwässern zur Verfügung.
With this project we seek three years of support for a PhD study for quantifying the hypolimnetic oxygen (O2) depletion in Lake Geneva. This project builds on results from an earlier project 'Turbulence and Fluxes in Natural Waters (200020-120128)', where we have been able to measure O2 fluxes to the sediment by applying the microprofiling and eddy-correlation techniques and to relate these fluxes to the forcing by bottom boundary layer (BBL) currents. Additionally, it is an extension of the O2 depletion model recently proposed by the Eawag team (Müller et al 2012). In this new project, we will expand the approach of water-sediment interface fluxes via applications to much larger, more complex and more strongly forced hypolimnia than have been previously studied. The choice of the field-site Lake Geneva is due to (i) the occurrence of the highest hypolimnetic O2 depletion rates measured in Switzerland, (ii) the access to a rich data-set dating back to 1957, (iii) the proximity of the sites and the availability of infrastructure, (iv) the acquired knowledge on the physical forcing of Lake Geneva and (v) the intended build-up of collaboration with Institute FA Forel and CIPEL. Besides the resources requested from SNSF, this project will be additionally supported by (i) the external senior researchers involved, (ii) a post-doc / junior researcher and (iii) the utilization of newly-acquired equipment (microprofiler, ADCPs, CTD and TDO sensors; the latter two will be financed by the new Chair in 'Physics of Aquatic Systems' at EPFL. The aim of this project is to develop a data-based model for the quantification of hypolimnetic O2 depletion in large and complex hypolimnia derived from measured and modelled fluxes from the water column through the diffusive boundary layer (DBL) to the sediment (FW-S: mineralization of organic matter at the sediment surface) and measured fluxes of reduced substances (FS-W: oxygen-equivalents) from the sediment to the water. The hypolimetic O2 consumption is then estimated by FW-S + FS-W (g O2 m-2 d-1). Local budgets will be performed in the BBL and in lake-wide layers as a function of depth (z). After a conceptual test of this model was found to be successful for a large number of vertically integrated hypolimnia (Müller et al 2012), we intend to expand upon these results by studying time series of O2 depletion as a function of z. Based on data to be obtained during a two-year period of fieldwork in Lake Geneva, we will conduct process studies quantifying the two fluxes FW-S and FS-W and use the data to calibrate this oxygen model. The hydrodynamic modelling will be used to extrapolate the effect of wind for the last 55 years. We hypothesize that this oxygen model will allow interpreting O2 depletion in most of the large lakes on earth. usw.
Zuverlässige Messungen gelöster Gase ermöglicht es, die Dynamik von Wasserflüssen und biogeochemischer Umsätze in aquatischen Systemen zu untersuchen. Wir möchten eine robuste und zuverlässige Messmethode für die vor-Ort-Messung von Gastracern und die kontinuierliche Erfassung gelöster Gase in Flüssen etablieren, die auf einem Gas-Gleichgewicht Membraneinlassmassenspektrometer beruht, das die Konzentrationen gelöster Gase quasi kontinuierlich erfassen kann. Weiterhin möchten wir eine in sich schlüssige Methode zur Bestimmung von Wiederbelüftungskoeffizienten in Flüssen unter Verwendung des Feld-Gasanalysators entwickeln, der den Verlust der gelösten Tracergase und die Konzentration gelösten Sauerstoffs in Bächen und in der hyporheischen Zone erfasst. Hierfür werden wir das Messgerät zum Einsatz in Flusstracerversuchen adaptieren, verschiedene Gastracer (Edelgase und Propan) bezüglich ihrer Verwendbarkeit testen, Gastracer-Versuche in Bächen des Landkreises Tübingen durchführen und auswerten, sowie die Messmethode bezüglich kleiner Wasservolumina anpassen, um Messungen im Flussbett unter Verwendung von Minipiezometern durchführen zu können. Die zuverlässige Messung zugegebener Gase und des gelösten Sauerstoffs wird dazu beitragen, die miteinander interagierenden Prozesse, denen Sauerstoff in Oberflächengewässern unterliegt, nämlich Gasaustausch, Fotosynthese und aerobe Metabolismus, auseinanderzuhalten.
Ecosystem changes in response to climate change include pole ward shifts in geographical distribution. These changes are largely driven by environmental temperature in combination with other threats, such as decreasing oxygen levels in the world oceans. It might explain the recent findings of king crabs in Antarctic waters. Eggs and planktonic larvae, which are instrumental in shaping contemporary species distribution, are likely the most vulnerable life stages to such (geophysical, biochemical) changes. In addition to ocean warming the recent increase of hypoxic areas (dead zones) around coastal regions further compounds the problem by reducing the availability of soluble oxygen and higher temperatures in the oceans. Higher temperatures increase the oxygen consumption of marine animals and at the same time there is less oxygen dissolved in warmer sea water. The understanding of how early life stages will respond to these changes at a cellular and ecosystem level are crucial for predicting temperature and/or low dissolved oxygen (DO) induced Antarctic invasion of new species and shifts in species distribution in general. Given the paucity of studies investigating these aspects, this project will therefore investigate physiological reactions of varying life stages with special focus on eggs and early larvae considering the often neglected important issue such as parental investment and resulting ontogenetic variability in lipid and protein contents and its implications for larval fitness. In order to test the temperature and hypoxia tolerance in varying life stages and its implications for Antarctic invasion, I propose the following working hypotheses using reptant decapod species as a model group:1) The thermal tolerance window of eggs, measured from the cellular to the organismic level, is smaller in comparison to larvae, males and egg carrying females. Therefore, the life stage 'egg' will determine the distribution limits of the species.2) The thermal tolerance of eggs and larvae will be decreased by low DO in sea water3) The parental investment is dependent on temperature and low DO levels negatively affect the development and fitness of hatching larvae.4) The environmental conditions during egg development have an impact on larval fitness and recruitment in the field. The proposal aims to identify the most sensitive life stage of a species and will allow the first viable measurement of the relative vulnerability of early life stages (eggs and hatching larvae) to synergistic effects of temperature and low DO. It is expected that the external stress due to climate change will affect egg development and result in deceased larval fitness forcing species to shift their distribution limits pole wards and invade Antarctic waters.
Die biologische Stickstoff (N2)-Fixierung spielt für den Stickstoffeintrag der Ozeane eine entscheidende Rolle. Hohe Nitrat- und niedrige Sauerstoffkonzentrationen begünstigen den Stickstoffverlust, wohingegen postuliert wird, dass die hieraus resultierenden niedrigen N/P Verhältnisse die N2-Fixierung fördern. In diesem Projekt sollen die direkten Effekte und die indirekten Effekte (über das N/P Verhältnis) von Sauerstoff auf die N2-Fixierungsraten und die Diversität der funktionellen Gene von N2-fixierenden Mikroorganismen analysiert werden. Mittels eines Metagenom-Ansatzes soll ferner untersucht werden, ob und in welchem Ausmaß phylogenetisch nah verwandte N2-fixierende Subspecies (Ökotypen) an die spezifischen Nährstoffverhältnisse und Sauerstoffkonzentrationen angepasst sind.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 17 |
| Land | 2 |
| Schutzgebiete | 2 |
| Wissenschaft | 11 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 15 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 17 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 9 |
| Englisch | 13 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 9 |
| Webdienst | 2 |
| Webseite | 8 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 16 |
| Lebewesen und Lebensräume | 17 |
| Luft | 12 |
| Mensch und Umwelt | 17 |
| Wasser | 17 |
| Weitere | 17 |