Ziel dieses Antrags ist es, das Potenzial von Speläothemen für die Rekonstruktion von (kurzlebigen) Phasen und Ereignissen extremen Klimas, wie besonders niedrigen Temperaturen, extreme, Niederschlagsmengen oder hohen Windgeschwindigkeiten, zu ermitteln. Solche Extremereignisse treten selten auf, verursachen aber oft große Schäden mit schwerwiegenden Folgen für Bevölkerung und Ökosysteme der betroffenen Region. Ein besseres Verständnis der Ursachen und Randbedingungen von Extremereignissen ermöglicht eine bessere Prognose ihres Auftretens in der Zukunft, was wesentlich ist für das Treffen entsprechender Vorkehrungen.Speläotheme bieten präzise datierte Multi-Proxy-Zeitreihen mit nahezu jährlicher Auflösung und haben somit ein großes Potenzial als Archiv von Extremereignissen. Allerdings werden die in Speläothemen gespeicherten Proxy-Signale im Aquifer über der Höhle in einem gewissen Umfang geglättet, weshalb die Sensitivität der jeweiligen Höhlensysteme und Proxys für die Rekonstruktion vergangener Extremereignisse bestimmt werden muss. Der Schwerpunkt dieses Antrags liegt auf dem 8.2 ka Event und den letzten 2000 Jahren. Das 8.2 ka Event war die extremste Klimaanomalie des Holozäns und spiegelt die Auswirkungen eines enormen Süßwassereintrags in den Nordatlantik während eines Interglazials wider. In den letzten 2000 Jahren wurden mehrere hundertjährige Klimaschwankungen identifiziert (z.B. die Mittelalterliche Warmzeit und die Kleine Eiszeit). Zusätzlich konnten andere, kurzlebige Klimaanomalien festgestellt werden, wie z.B. das historische Magdalenenhochwasser im Juli 1342 AD oder Hitze und Trockenheit in Europa von 1540 AD. Manche Ereignisse wurden durch Vulkanausbrüche ausgelöst (z.B. das Jahr ohne Sommer 1816 AD durch die Tambora Eruption 1815 AD).Mehrere Speläotheme, die während des 8.2 ka Event und der letzten 2000 Jahre wuchsen, aus drei Höhlen in Deutschland stehen zur Verfügung. Für alle drei Höhlen wurden langfristige Monitoring-Programme eingerichtet, was eine Voraussetzung ist, um die Prozesse in den Höhlen zu verstehen und die Proxy-Signale der Speläotheme zu interpretieren. Wir werden stabile Isotope und Spurenelemente in den entsprechenden Abschnitten der Stalagmiten mit sehr hoher Auflösung (jährlich) analysieren, und die Proben mittels MC-ICPMS 230Th/U-Datierung präzise datieren. Die Identifizierung der am besten geeigneten Proxys für die Rekonstruktion der Extremereignisse wird unter Verwendung eines quantitativen Modells basierend auf meteorologischen und Monitoring-Daten durchgeführt. Die Kombination aus präzise datierten, hochaufgelösten Multi-Proxy-Records und einem quantitativen Modell stellt eine solide Basis dar, um (i) geeignete Proxys für die Rekonstruktion der Extremereignisse zu identifizieren und (ii) bestimmte Ereignisse in verschiedenen Speläothemen zu vergleichen. Dies ermöglicht die Bestimmung von Zeitpunkt, Dauer und Struktur der Ereignisse.
Die Erforschung der Suedharzer Gipshoehlen und Gipskarste ist ein Langzeitprojekt, das von interessierten Wissenschaftlern, Studenten und Privatpersonen betrieben wird. Die Zielsetzung ist einerseits rein wissenschaftlich: Erforschung der Hoehlenbildung, der Verkarstungsvorgaenge, der regionalen Hydrologie, der holozaenen Landschaftsgeschichte. Gleichzeitig wird fuer den Schutz und die Erhaltung der Hoehlen und der charakteristischen Gipskarstlandschaft gearbeitet. Dazu wurde ein Kataster aller Hoehlen des Harzes in Zusammenarbeit mit dem Landkreis Osterode erstellt. Schwerpunkt sind Arbeiten im Naturschutzgebiet Hainholz-Beierstein, das durch eine Klage der Rigips Werke zum Gipsabbau freigegeben werden soll. Hierzu werden wissenschaftliche Arbeiten (Hydrochemie, Bohrungen, Vermessungen) durchgefuehrt, die zu gerichtsverwertbaren Tatsachen im Vergleich mit anderen Gipskarstgebieten fuehren.
Ueber einen Zeitraum von bisher 13 Jahren werden im Rahmen einer Langzeitstudie Daten zur Biologie und Populationsdynamik des Laufkaefers Laemostenus schreibersi (Coleoptera, Carabidae) aufgenommen. Die Beobachtungen finden im natuerlichen Habitat, dem Eggerloch - einer Hoehle in Kaernten, und im Labor statt. Bisher abgeschlossen sind die Aussagen zur Lichtempfindlichkeit des reduzierten Auges dieser Art und die Untersuchungen zur Tag/Nachtaktivitaet. Weiter untersucht werden Aspekte der Populationsbiologie: Fortpflanzung und Entwicklung, Alter und Langlebigkeit, Populationsgroesse (Fang-Wiederfang-Methode), zeitliche und raeumliche Verteilung in der Hoehle, der Austausch mit anderen Populationen des Spaltensystems. Die Groesse der in der Hoehle lebenden Population dieses Laufkaefers erweist sich als relativ klein, aber konstant (50-100 Tiere). Anhand der vielen Wiederfaenge konnten genaue Aussagen ueber das Alter und die Lebenserwartung der Tiere gemacht werden. Manche Individuen erreichten das bemerkenswerte Alter von 8 Jahren. Langlebigkeit koennte einer der Faktoren sein, der die Populationsgroesse stabilisiert (Zuwanderungen aus dem Spaltensystem scheinen weniger bedeutend zu sein). In einer naechsten Phase des Projektes sollen zusaetzlich (in Zusammenarbeit mit der Universitaet Jena) genetische Untersuchungen vorgenommen werden, an Individuen von verschiedenen Standorten des Verbreitungsgebietes (von Norditalien bis Slowenien und die Steiermark), um Rueckschluesse auf die Verwandtschaft zu anderen Arten und zur Besiedlung machen zu koennen.
Höhlensinter, so genannte Speläotheme, stellen ein im Vergleich zu See-Ablagerungen, Tiefsee-Sedimenten oder Baumringen relativ neues Paläoklima-Archiv dar, an dem unsere Arbeitsgruppe an der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck seit einigen Jahren mit Erfolg forscht. Mit dem vorliegenden Antrag soll eine Teiluntersuchung im Rahmen einer bereits seit Jänner 2005 laufenden Dissertation an einer steirischen Höhle, dem Katerloch bei Weiz, erfolgreich zu Ende geführt werden können. Diese Höhle - viele Jahre lang nicht zugänglich - ist vermutlich die tropfsteinreichste Höhle Österreichs. Interessanterweise sind die allermeisten dieser eindrucksvollen, bis 6 m hohen Formationen aber heute nicht mehr aktiv, d.h. ihr Wachstum steht still. Die Ausscheidung von Kalzit - das in-die-Höhe-Wachsen eines Stalagmiten - ist ursächlich an die Menge an Grundwasser gebunden ist, das durch feine Risse in den Höhlenraum tropft und seinen Ursprung im Niederschlag hat, der auf dem Gebiet oberhalb der Höhle fällt. So gesehen können Tropfsteine bzw. deren Wachstumsabschnitte als Maß für die Änderungen der Niederschlagsmenge verwendet werden. Das Katerloch bietet die Möglichkeit, diese Rekonstruktion des Niederschlages vergangener Jahrtausende und Jahrzehntausende in sehr hoher Auflösung zu erforschen, da die Stalagmite aus dieser Höhle eine feine regelmäßige Schichtung aufweisen, die nach bislang vorliegenden absoluten Altersbestimmungen jährlichen Ursprungs ist. Mit diesen Untersuchungen können somit wertvolle Beiträge zur Frage der natürlichen Klima-Änderungen am Alpensüdrand gemacht werden, die mit anderen Archiven kaum bzw. überhaupt nicht erzielt werden können.
Der Bebelplatz ist einer der herausragenden historischen und stadtgestalterisch bedeutsamen Orte in Berlin. Zentrale Bedeutung hat das Denkmal zur Erinnerung an die Bücherverbrennung inmitten des Platzes. Das Denkmal ist als unterirdischer beleuchteter Raum mit leeren Bücherregalen durch eine im Platzpflasterbelag eingelassenen Glasscheibe erlebbar. Raumbegrenzend sind die historischen Fassaden der Juristischen Fakultät der Humboldt-Universität im Westen, die Staatsoper Unter den Linden im Osten, im Süden der Block mit dem Hotel de Rom, sowie dem Portal der St. Hedwig-Kathedrale. Bereits zu Beginn der 2000er Jahre wurde im Zuge der Wiederherstellung der historischen Mitte Berlins ein Lichtmasterplan vom Büro Kardorff Ingenieure entwickelt, welcher der Bedeutung des Platzes und des Denkmals Rechnung trägt. Die damals errichteten Lichtstelen mit konventionellen Leuchtmitteln mussten nach mehr als 20 Jahren erneuert werden. Hieraus ergab sich die Möglichkeit, das ursprüngliche Konzept des Masterplans mit der nunmehr zur Verfügung stehenden LED-Technologie effizienter und besser umzusetzen, als es ursprünglich realisiert werden konnte. Seit Juli 2025 erstrahlt das historische Ensemble im Herzen Berlins nun in neuem Licht. Das Projekt wurde jetzt gemeinsam mit der Stromnetz Berlin GmbH BerlinLicht nach dem Entwurf des Büros von Kardorff Ingenieure Lichtplanung GmbH fertiggestellt. Die Kosten betrugen 486.000 Euro. Die Beleuchtungsanlagen sind als zylindrische Stelen in ihrem eigenen Ausdruck stark zurückhaltend. Ihre Anordnung ist flankierend zum Platz den Fassaden zugeordnet. Die möglichst gleichmäßige Beleuchtung der Fassaden hat zum Ziel, die Wirkung des Denkmals zu unterstützen und keine eigenen Akzente zu setzen. Es wurden besondere Anforderungen an die zu erzielende vertikale Beleuchtung der Fassaden gestellt und technologisch ausgereifte Produkte verwendet. Die tatsächliche Erfüllung der geforderten lichttechnischen Eigenschaften wurde nicht nur anhand aufwendiger Berechnungsmodelle, sondern auch mit einer Musterinstallation und visuellen Begutachtung gemeinsam mit Projektbeteiligten überprüft. Nach Abstimmung mit den betroffenen Anrainern wurden die Bestandsstandorte um zwei weitere Lichtstelen zur Beleuchtung der St. Hedwig Kathedrale ergänzt. Zusätzlich zur optimierten Lichttechnik verfügt die Anlage über eine Steuerung, die eine bedarfsgerechte Beleuchtung über den Verlauf des Abends und der Nacht ermöglicht. In den frühen Abendstunden mit einer hohen Frequenz von Fußgängern und Besuchsgruppen bietet eine helle Beleuchtung der Fassaden beste Orientierung und Wahrnehmung des Stadtplatzes mit seinem Denkmal. Aus der zentralen Perspektivachse ist keine Lichtquelle der Lichtstelen ersichtlich, die von der leuchtenden Fläche des Denkmals in der Platzmitte ablenkt. Hierfür sind die obersten Lichtmodule der Stelen ausgeschaltet. Ab einem späteren Zeitpunkt um 23 Uhr wird die Fassadenbeleuchtung reduziert und die horizontale Ausleuchtung der Platzoberfläche durch ein Zuschalten der obersten, gedimmten Lichtmodule gewährleistet. Der Stadtraum bleibt mit der Wahrnehmbarkeit der Fassaden weiterhin gut ersichtlich, die Lichtmenge ist aber stark reduziert. Ab den Nachtstunden von 1:00 Uhr bis zur Morgendämmerung wird die Fassadenbeleuchtung komplett ausgeschaltet und eine etwas höhere Lichtleistung der obersten Module übernimmt die Beleuchtung für die Verkehrssicherung auf der Fläche. Es ist gemeinsam mit den Projektbeteiligten in einem behutsamen Entwicklungsprozess gelungen, ein optimiertes Ergebnis zu erzielen. Dabei wurden nicht nur die bewährten Gestaltungsansätze verbessert umgesetzt, sondern auch eine neue Flexibilität für die aktuellen oder zukünftigen Beleuchtungsszenarien durch den Einsatz innovativer Telemanagement-Komponenten eingeführt. Die modular zusammengesetzten Lichtstelen sind zukunftssicher für künftige Anwendungen erweiterbar ausgelegt.
Many studies have been conducted with the aim to better understand biologic and hydrologic processes that control C and N fluxes in rice paddy systems. But rarely have studies attempted to explicitly link the hydrological and biogeochemical controls of nutrient transport on the field scale. In this research project we aim to improve our understanding of processes that are involved in storing and releasing water and nutrients of different rice-based cropping systems. The Catchment Modeling Framework (CMF) will be coupled to the biogeochemical MOBILE-DNDC model (SP6) in to simulate (1) vertical and lateral transport processes of water, C and N and (2) to predict the reaction of ecosystem services such as water storage and purification, gas regulation, nutrient cycling and food supply in dependence of cropping systems. SP7 follows a rejectionist framework where model complexity is adapted to available data and process understanding. State-of-the-art analytical instruments will be connected to a unique automatic sampling system to continuously measure water isotopic composition as well as dissolved carbon and nitrogen solutes in situ for the first time. Waters to be sampled include surface water, irrigation water, groundwater and water vapor. Cavity Ringdown Spectroscopy will be used to measure 2H/H and 18O/16O. Isotopic signatures will allow estimating water mean transit times, partitioning between evaporation and transpiration and separating flow paths. Hyperspectral UV photometers equipped with a flow-through cell will be installed for continuous measurements of nitrate and DOC.
Der Anstieg natürlicher Emissionen des Treibhausgases Methan haben einen bedeutenden Einfluss auf das Klima der Erde. Als Methanquelle nehmen küstennahe Gewässer eine besondere Stellung ein, da die Methankonzentration im Wasser hier wesentlich höher ist als im offenen Ozean. Trotz der Bedeutung der Küstengebiete ist bisher nur wenig bekannt über die hier zu findenden Methanemittenten und ihr jeweiliger Beitrag am atmosphärischen Methanfluss. Zudem zeigen eine Reihe aktueller Untersuchungen, dass Methan nicht nur unter anoxischen Bedingungen mikrobiell gebildet werden kann, sondern dass dies auch in einer oxischen Umgebung möglich ist. Eine solche Methanproduktion nahe der Meeresoberfläche würde den Weg zwischen Methanquelle und Atmosphäre wesentlich verkürzen und damit den Methanfluss in die Atmosphäre verstärken. Aufgrund einiger Untersuchungen, die eine Verknüpfung zwischen Primär- und Methanproduktion aufzeigen, stellen wir die Hypothese auf, dass Mikrophytobenthos (MPB)-Gemeinschaften eine wichtige, aber bisher nicht bearbeitete Stellung in der Flachwasser-Methandynamik zukommen. MPB-Gemeinschaften nehmen eine herausragende Rolle in der Primärproduktion von Küstensedimenten ein. Um die Bedeutung der MPB-assoziierten Methanproduktion besser einordnen zu können, werden wir das Potential dieser Methanquelle in Inkubationsexperimenten detailliert untersuchen. Zur Bestimmung der hierbei wichtigen Effektoren und Mikrophytobenthosarten werden wir an verschiedenen axenischen und xenischen klonalen Kulturen benthischer Diatomeen-Spezies die Primär- und Methanproduktion unter kontrollierten Temperatur- und Lichtbedingungen bestimmen. Mit Hilfe einer neuen Cavity-Ring-Down-Spektroskopie basierten Methode planen wir an geschlossenen Inkubationen die Methankonzentrationsentwicklung in hoher zeitlicher Auflösung über Tag/Nacht Zyklen zu erfassen. Zusätzliche Inkubationen mit 13C-markierten Substraten werden es uns erlauben, den Weg der Methanproduktion in den Diatomeen einzugrenzen. Bisher wurde der Prozess der oxischen Methanproduktion nur in Kulturexperimenten untersucht. Ob die hier ermittelten Raten auch in die natürliche Umgebung übertragbar sind, wurde hingegen nicht geprüft. Um diese Wissenslücke zu schließen, planen wir neben den Experimenten an klonalen Kulturen auch Studien an natürlichen MPB-Gemeinschaften durchzuführen. Diese Gemeinschaften werden wir im Flachwasser vor der Insel Askö (schwedische Ostseeküste) und dem inneren Küstengewässer vor Zingst (Darßer-Zingst-Bodden, deutsche Ostseeküste) beproben, um ein möglichst breites Spektrum an Sedimenten, hydrodynamischen Bedingungen und MPB-Gemeinschaften abzudecken. Um die in unseren Experimenten ermittelten Methanproduktionsraten in die benthischen und atmosphärischen Methanflüsse besser einordnen zu können, werden wir in beiden Untersuchungsgebieten die Methanflüsse zwischen Sediment, dem Wasser und der Atmosphäre bestimmen.
Die jahreszeitliche Variabilität der globalen Meereisbedeckung ist eine wichtige Komponente des globalen Klimas. Jedoch ist der kleinskalige Einfluss des Meereises in globalen Klimamodellen bis heute nur unzureichend beschrieben. Dieser Antrag hat daher das Ziel, die physikalischen (P) und bio-geo-chemischen (BGC) Schlüsselprozesse im Meereis mit einem hochaufgelösten Zweiskalenmodell mathematisch zu beschreiben. Die Ergebnisse können dann parametrisiert in globale Klimamodelle (GCMs) einfließen, sodass eine verbesserte Prognosefähigkeit erreicht wird.Die Ozeanerwärmung wird die Mikrostruktur des Meereises erheblich verändern. Wir entwickeln daher ein P-BGC-Modell einer antarktischen Meereisscholle, um die komplexen gekoppelten Zusammenhänge zwischen Eisbildung, Nährstofftransport, Salinität und Solekanalverteilung, Photosynthese und Karbonatchemie mathematisch zu beschreiben. Damit simulieren wir verschiedene Szenarien der Meereisbildung und ihrer Auswirkungen auf das Wachstum von Meereisalgen, die einen großen Einfluss auf den vertikalen Kohlenstoff-Export (biologische Kohlenstoffpumpe) besitzen.Damit leistet dieses Projekt einen wesentlichen Beitrag zum Forschungsschwerpunkt ‘3.2.D - Verbessertes Verständnis der polaren Prozesse und Mechanismen’ bei. Im Einzelnen gehen wir auf drei übergeordnete Ziele ein:Schritt 1: Beschreibung der Meereisstruktur Wir verwenden ein gekoppeltes Zweiskalenmodell, mit dem relevante Aspekte des Gefrierens und Schmelzens im Zusammenhang mit Deformation, Salinität und Soletransport beschrieben werden. Auf der Makroebene dient dafür eine kontinuumsmechanische Beschreibung im Rahmen der erweiterten Theorie poröser Medien (eTPM). Damit können über einen gekoppelten Gleichungssatz partieller Differentialgleichungen (PDE) Deformations-, Transport und Reaktionsprozesse beschrieben werden. Für das physikalische Phänomen der Phasentransformation zwischen Wasser und Eis dient das Phasenfeldmodell (PF) als Mikromodell, welches ebenfalls aus gekoppelten PDEs besteht. Daraus resultiert eine PDE-PDE Kopplung.Schritt 2: Kopplung mit dem erweiterten RecoM2 Modul als Mikromodell Damit können die BGC Phänomene beschrieben werden. Das RecoM2 Modul besteht aus einem Gleichungssystem gewöhnlicher Differentialgleichungen, sodass hier eine PDE-ODE Kopplung zu einem P-BGC Modell erfolgt. Schritt 3: Bewertung der Modellansätze Dies beinhaltet die Verifizierung und Validierung des kombinierten P-BGC-Modells mittels Literatur- sowie experimenteller Daten. Für die Verwendung des hochaufgelösten zweiskaligen P-BGC Modells in globalen Klimamodellen muss die Berechnungseffizienz gesteigert werden. Zu diesem Zweck werden Reduzierte-Basis-Modell (ROM) zur Erzeugung von Surrogaten des Vollen-Basis-Modells (FOM) eingesetzt, die die Modellkomplexität verringern, z.B. durch datengetriebene Machine-Learning (ML)-Techniken oder “Generalized Proper Decomposition” (GPD).
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 243 |
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| Wissenschaft | 382 |
| Type | Count |
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| Daten und Messstellen | 152 |
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