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Soil colour spectra of prehistoric pit fillings as a new analytical tool to measure changing soil characteristics over time on a regional scale

Das Projekt "Soil colour spectra of prehistoric pit fillings as a new analytical tool to measure changing soil characteristics over time on a regional scale" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES), Bereich Bodenwissenschaften, Allgemeine Bodenkunde und Bodenökologie.Prehistoric pits are filled with ancient topsoil material, which has been preserved there over millennia. A characteristic of these pit fillings is that their colour is different depending on the time the soil material was relocated. Soil colour is the result of soil forming processes and soil properties, and it could therefore indicate the soil characteristics present during that specific period. To the best of our knowledge, no investigation analysed and explained the reasons for these soil colour changes over time. The proposed project will investigate soil parameters from pit fillings of different archaeological periods in the loess area of the Lower Rhine Basin (NW-Germany). It aims to implement the measurement of colour spectra as a novel analytical tool for the rapid analyses of a high number of soil samples: the main goal is to relate highresolution colour data measured by a spectrophotometer to soil parameters that were analysed by conventional pedogenic methods and by mid infrared spectroscopy (MIRS), with a main focus on charred organic matter (BPCAs). This tool would enable us to quantify the variation of soil properties over a timescale of several millennia, during different prehistoric periods at regional scale and for loess soils in general. Detailed information concerning changing soil properties on a regional scale is necessary to determine past soil quality and it helps to increase our understanding of prehistoric soil cultivation practices. Furthermore, these information could also help to increase our understanding about agricultural systems in different archaeological periods.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1488: Planetary Magnetism (PlanetMag), Probing the Earth's subdecadal core-mantle dynamics based on satellite geomagnetic field models

Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1488: Planetary Magnetism (PlanetMag), Probing the Earth's subdecadal core-mantle dynamics based on satellite geomagnetic field models" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Potsdam, Institut für Mathematik.The CHAMP mission provided a great amount of geomagnetic data all over the globe from 2000 to 2010. Its dense data coverage has allowed us to build GRIMM - GFZ Reference Internal Magnetic Model - which has the highest ever resolution for the core field in both space and time. We have already modeled the fluid flow in the Earth's outer core by applying the diffusionless magnetic induction equation to the latest version of GRIMM, to find that the flow evolves on subdecadal timescales, with a remarkable correlation to the observed fluctuation of Earth rotation. These flow models corroborated the presence of six-year torsional oscillations in the outer core fluid. Torsional oscillation (TO) is a type of hydromagnetic wave, theoretically considered to form the most important element of decadal or subdecadal core dynamics. It consists of relative azimuthal rotations of rigid fluid annuli coaxial with the mantle's rotation and dynamically coupled with the mantle and inner core. In preceding works, the TOs have been studied by numerical simulations, either with full numerical dynamos, or solving eigenvalue problems ideally representing the TO system. While these studies drew insights about dynamical aspects of the modeled TOs, they did not directly take into account the observations of geomagnetic field and Earth rotation. Particularly, there have been no observation-based studies for the TO using satellite magnetic data or models. In the proposed project, we aim at revealing the subdecadal dynamics and energetics of the Earth's core-mantle system on the basis of satellite magnetic observations. To that end, we will carry out four work packages (1) to (4), for all of which we use GRIMM. (1) We perform timeseries analyses of core field and flow models, to carefully extract the signals from TOs at different latitudes. (2) We refine the conventional flow modeling scheme by parameterizing the magnetic diffusion at the core surface. Here, the diffusion term is reinstated in the magnetic induction equation, which is dynamically constrained by relating it to the Lorentz term in the Navier-stokes equation. (3) We develop a method to compute the electromagnetic core-mantle coupling torque on the core fluid annuli, whereby the energy dissipation due to the Joule heating is evaluated for each annulus. This analysis would provide insights on whether the Earth's TOs are free or forced oscillations. (4) Bringing together physical implications and computational tools obtained by (1) to (3), we finally construct a dynamical model for the Earth's TOs and core-mantle coupling such that they are consistent with GRIMM and Earth rotation observation. This modeling is unique in that the force balances concerning the TOs are investigated in time domain, as well as that the modeling also aims at improving the observation-based core flow model by considering the core dynamics.

Native plants and mycorrhizal fungi in wind erosion control in the Kailash-Manasarovar region (Tibet, China)

Das Projekt "Native plants and mycorrhizal fungi in wind erosion control in the Kailash-Manasarovar region (Tibet, China)" wird/wurde ausgeführt durch: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Professur für Forstschutz und Dendrologie.We study the effects of plants and root-associated fungi on wind erosion within the alpine environment of Tibet. China is one of the countries most affected by desertification processes and Tibet, in particular, a key region in desertification combat. The presented project focuses on the Barkha Plain surrounded by Mount Kailash and the Lake of Manasarovar (Ngari Prefecture). This Western Tibet region experienced little scientific attention but, nowadays, faces rapidly increasing touristic activities and expanding local settlements associated with socio-economic changes that are serious threats to the delicate ecological balance and potential triggers of desertification. It exists almost unanimous agreement that revegetation is the most efficient and promising strategy to combat wind erosion and desertification in the long term. However, re-colonising success is often poor, mainly under extreme environmental conditions. Compared to conventional practices, the approach of the presented project attains better accordance with natural succession processes and promises acceleration of both plant and soil development and, conclusively, more efficient desertification control. The project assesses the potential of native plants and symbiotic fungi to control wind erosion and desertification processes. It aims to identify key plants and fungi that increase soil aggregate stability and efficiently drive succession into a natural and self-maintaining cycle of the ecosystem. Furthermore, it provides crucial information for implementing environmentally compatible and cost-effective measures to protect high-elevation ecosystems against desertification. Within three successional stages (early, intermediate, late), field investigations are performed on the basis of Modified-Whittaker plots. Classic methods of vegetation analysis and myco-sociology are combined with analysis of distribution patterns at different scales (patchiness, connectivity). Comprehensive soil analysis is performed comprising grain size distribution, aggregate stability, pH as well as water and nutrient contents. Additionally, important parameters of wind erosion are measured concurrently and continuously to assess their magnitude and variability with respect to vegetation and soil at different levels of development. The parameters addressed, include sediment transport, air temperature, radiation, precipitation, relative humidity as well as speed and direction of wind. Surface moisture is recorded periodically and roughness described. Species and environmental parameters are checked for spatial correlation. Cutting edge technologies are applied in laboratory work, comprising molecular methods for fungal species identification and micro-tomography to analyse soil structure. Furthermore, successfully cultivated fungi and plants are subject of synthesis experiments and industrial propagation in view of practical implementation in restoration measures.

Diffusion and advection with sorption of anions, cations and non-polar molecules in organo-clays at varying thermo-chemical conditions - validation by analytical methods and molecular simulation

Das Projekt "Diffusion and advection with sorption of anions, cations and non-polar molecules in organo-clays at varying thermo-chemical conditions - validation by analytical methods and molecular simulation" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Leibniz Universität Hannover, Institut für Bodenkunde.The sorption of anions in geotechnical multibarrier systems of planned high level waste repositories (HLWR) and of non-ionic and organic pollutants in conventional waste disposals are in the center of recent research. In aquatic systems, persistent radionuclides such as 79Se, 99Tc, 129I exist in a form of anions. There is strongly increasing need to find materials with high sorption capacities for such pollutants. Specific requirements on barrier materials are long-term stability of adsorbent under various conditions such as T > 100 C, varying hydrostatic pressure, and the presence of competing ions. Organo-clays are capable to sorb high amounts of cations, anions and non-polar molecules simultaneously having selectivity for certain ions. This project is proposed to improve the understanding of sorption and desorption processes in organo-clays. Additionally, the modification of material properties under varying chemical and thermal conditions will be determined by performing diffusion and advection experiments. Changes by sorption and diffusion will be analyzed by determining surface charge and contact angles. Molecular simulations on models of organo-clays will be conducted in an accord with experiments with aim to understand and analyze experimental results. The computational part of the project will profit from the collaboration of German partner with the group in Vienna, which has a long standing experience in a modeling of clay minerals.

Bewährte Verfahren zur kommunalen Abfallbewirtschaftung: Informationssammlung über Ansätze zur nachhaltigen Gestaltung der kommunalen Abfallbewirtschaftung und dafür geeignete Technologien und Ausrüstungen

Das Projekt "Bewährte Verfahren zur kommunalen Abfallbewirtschaftung: Informationssammlung über Ansätze zur nachhaltigen Gestaltung der kommunalen Abfallbewirtschaftung und dafür geeignete Technologien und Ausrüstungen" wird/wurde ausgeführt durch: INTECUS GmbH - Abfallwirtschaft und umweltintegratives Management.Die zunehmende Notwendigkeit zum Umweltschutz, insbesondere vor dem Hintergrund, dass der Verknappung natürlicher Ressourcen und dem Klimawandel begegnet und der wachsenden Erdbevölkerung ein gesunder Lebensraum mit ausreichend trinkbarem Wasser, fruchtbaren Böden und sauberer Luft gesichert werden muss, erhöht auch die Anforderungen an eine effektive und nachhaltige Abfallwirtschaft. Dies betrifft alle Länder unabhängig vom jeweiligen Entwicklungsstand gleichermaßen. Eine Vielzahl von Ländern steht deshalb derzeit vor der Aufgabe, einen Transformationsprozess einleiten zu müssen, welcher von der einfachen Ablagerung schrittweise zu einer Bewirtschaftung von Abfällen führen soll. Deutschland hat in den vergangenen Jahrzehnten diesen Prozess bereits durchlaufen und sich weltweit einen hervorragenden Ruf bei der Umsetzung einer modernen, zukunftsorientierten Abfallwirtschaft erarbeitet. Selten sind in Deutschland technische, organisatorische oder rechtliche Bestimmungen für die Abfallwirtschaft verfasst worden, ohne dass diese die Entwicklung von Abfallbehandlungstechnologien erheblich vorangebracht haben. Die für die Abfallentsorgung zuständigen Akteure wurden damit im Verlauf der Jahre immer besser befähigt, sich der Herausforderungen und Bedürfnisse, welche durch die neue Orientierung und später insbesondere auch die EU Gesetzgebung entstanden, anzunehmen und geeignete Maßnahmen und Lösungsansätze dafür zu entwickeln. Deutsche Technologieanbieter gelangten auf diesem Weg in eine Vorreiterrolle, welche bis heute nicht nur auf der Innovation, Verlässlichkeit und Wirksamkeit ihrer Technologie fußt sondern auch darauf, dass jahrzehntelange Anwendungserfahrungen bewirkt haben, dass deutsche Hersteller- und Dienstleistungsunternehmen die Notwendigkeit zu Einführung einer bestimmten Technologie einzuschätzen gelernt haben, deren Einschränkungen kennen und auf dieser Basis ein effektives Abfallmanagement zu planen in der Lage sind. Vor dem Hintergrund der globalen Herausforderungen und des hohen Bedarfes beim Umweltschutz in vielen Ländern ist es ein Ziel Deutschlands, den Wissens- und Technologietransfer und damit den Export bewährter und leistungsfähiger Umwelttechnik im Allgemeinen und von Abfallbehandlungstechnik im Besonderen zu unterstützen. Wesentlicher Bestandteil des Wissens- und Technologietransfers ist die Information über den Stand der Abfalltechnik in Deutschland und über die von deutschen Firmen zur Bewirtschaftung von Abfällen angebotenen Verfahren, Maschinen, Anlagen, Container oder Fahrzeuge. Die vorliegende Informationssammlung soll die in Deutschland erfolgreich eingesetzten abfallwirtschaftlichen Verfahren und Techniken in einer komprimierten, systematischen Art dokumentieren, ihre Anwendungsmöglichkeiten skizzieren und Interessenten aus dem In- und Ausland in einer benutzerfreundlichen elektronischen Form die Möglichkeit eröffnen, wesentliche Einblick in die technologischen Rahmendatenzu erhalten sowie Anbieter der jeweiligen

Application of Anaerobic Ammonium Oxidation in Mainstream Municipal Wastewater Treatment

Das Projekt "Application of Anaerobic Ammonium Oxidation in Mainstream Municipal Wastewater Treatment" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwasserwirtschaft.Nitritation combined with anaerobic ammonium oxidation (anammox) has been widely applied in treatment of high nitrogenous wastewaters since its discovery in the 1990s. This process is more cost efficient than conventional treatment technologies and has been studied intensively for municipal reject water or centrate treatment. Due to the slow growth rate of the involved microorganisms systems with high biomass retention such as biofilm reactors or granular based sequencing batch reactors (SBRs) are often employed. The current applications of nitritation-anammox processes are confined to wastewaters with ammonium concentrations of greater than 500 mg-N l-1 and temperatures around 30 C. Complete nitrogen removal without the need for organic carbon and in addition less energy consumption is, however, also highly interesting for mainstream municipal wastewater treatment. The main goal of this project is thus to realize the application of nitritation-anammox at low temperature/low substrate conditions with two different reactor types, SBR (suspended sludge system) and MBBR (biofilm reactor system). The key questions are the stabilization of the anammox reaction under these conditions on the one side and the minimization of unwanted nitrite oxidation on the other side. Stepwise reduction of ammonium loading and temperature will be used to acclimate the biomass to the desired condition. Oxygen limitation strategies and pH control will be applied as main regulatory instruments to sustain an optimal biomass composition and limit aerobic nitrite oxidation.

Emissions-Inventur Landwirtschaft für Österreich für den Teilbereich Manure Management

Das Projekt "Emissions-Inventur Landwirtschaft für Österreich für den Teilbereich Manure Management" wird/wurde gefördert durch: Umweltbundesamt GmbH. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Landtechnik.Die verbesserte Emissionsinventur für CH4-, N2O und NH3-Emisionen aus dem Bereich Landwirtschaft wurde in Zusammenarbeit mit einem Projektteam der ARC Seibersdorf research GmbH erstellt. Dieses Team bearbeitete die Teilbereiche Enteric fermentation, Agricultural soils und Indirect N2O emissions from agricultural activities. Das ILUET erstellte die Inventur für den Bereich Wirtschaftsdüngermanagement für die Jahre 1980 bis 2001. Die Vorgehensweise bei der Berechnung und Darstellung der Ergebnisse orientierte sich an international anerkannten Methoden: IPCC-Guidelines für CH4- und N2O-Emissionen und CORINAIR für NH3-Emissionen. Zusätzlich wurden Unsicherheiten der Emissionsangaben quantifiziert. Grundlage dieser Quantifizierung war das Kapitel 6 des IPCC-Handbuches Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories. Die Berechnungen erlauben neben der Abschätzung der tatsächlichen Emissionen auch die Darstellung des Einflusses der Bewirtschaftungsform. Von besonderer Bedeutung ist hier die Umstellung von intensiver Landbewirtschaftung auf mehr extensive Formen der Landbewirtschaftung wie beispielsweise dem biologischen Landbau. Diese Umstellung kann Auswirkungen auf den Umfang von Emissionen während der Wirtschaftsdüngerlagerung haben. Im biologischen Landbau spielen tiergerechte Haltungssysteme eine bedeutende Rolle. Diese beinhalten meist die Verwendung von Stroh, mitunter auch eine Umstellung von Flüssigmist auf Festmist. Die extensivere Fütterung der Tiere verändert die Zusammensetzung der Wirtschaftsdünger. Der Stickstoffgehalt im Wirtschaftsdünger sinkt. Dadurch reduziert sich das Potential für NH3- und N2O-Emissionen. So weit als möglich wurden die Emissionen mit für Österreich typischen Emissionsfaktoren und Activity Data berechnet. Sollten keine österreich-spezifischen Daten verfügbar sein, so wurde auf internationale Vereinbarungen zurückgegriffen. Die Studie widmet der Option Biogaserzeugung besondere Aufmerksamkeit. Biogas ist ein regenerativer Energieträger. Es wird im Blockheizkraftwerk zu Strom und Wärme umgewandelt. Biogaserzeugung verhindert nicht nur während der Wirtschaftsdüngerlagerung das unkontrollierte Entweichen von Methan in die Atmosphäre, sondern reduziert auch CO2-Emissionen, die aus der Verbrennung fossiler Energieträger resultieren. Möglichkeiten zur Verbesserung der Emissionsinventur werden detailliert beschrieben. Die Futteraufnahme von Rindern und Schweinen ist eine wichtige Input-Größe zur Berechnung der Emissionen. Wissenslücken bestehen besonders bei der Zusammensetzung biologischer Futterrationen. Methanemissionen aus Wirtschaftsdüngern werden mit Hilfe des maximalen Methanbildungsvermögens (B0-Wert) und des Methanumwandlungsfaktors (MCF) berechnet. Beide Faktoren sind mit großen Unsicherheiten behaftet. Die Datenqualität muß durch Versuche in Labor und Praxis verbessert werden. Gleiches gilt für N2O-Emissionsfaktoren. U.s.w.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1689: Climate Engineering: Risiken, Herausforderungen, Möglichkeiten?, Climate Engineering on Land: Potentials and side-effects of afforestation and biomass plantations as instruments for carbon extraction (CE-LAND WP5) Land use trade-offs in terrestrial CDR pathways

Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1689: Climate Engineering: Risiken, Herausforderungen, Möglichkeiten?, Climate Engineering on Land: Potentials and side-effects of afforestation and biomass plantations as instruments for carbon extraction (CE-LAND WP5) Land use trade-offs in terrestrial CDR pathways" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V..The objective of this project is to provide a comprehensive quantification of the potentials and consequences of large-scale terrestrial Carbon Dioxide removal (CDR) as a strategy for climate engineering (CE). Using two state-of-the-art modeling systems, MPI-ESM and LPJmL, we will quantify Carbon sequestration potentials of four different forest CDR types: semi-natural forest, managed forest and biomass plantation of woody and herbaceous plant types, for various biomass utilization pathways such as conventional wood usage or CCS. The analysis includes associated changes in ecosystem processes and surface properties and their effects on, and feedbacks to, local to global climate. We will additionally analyze (unintended) consequences of these different terrestrial CDR strategies vis-à-vis other prospective use of land and water resources, particularly for food production and ecosystem conservation, and identify regions where afforestation is judged to be sustainable from this broader perspective. WP 5 - Land use trade-offs in terrestrial CDR pathways.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1689: Climate Engineering: Risiken, Herausforderungen, Möglichkeiten?, Climate Engineering on Land: Potentials and side-effects of afforestation and biomass plantations as instruments for carbon extraction (CE-LAND WP4 ) Direct and indirect biogeochemical consequences of terrestrial CDR

Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1689: Climate Engineering: Risiken, Herausforderungen, Möglichkeiten?, Climate Engineering on Land: Potentials and side-effects of afforestation and biomass plantations as instruments for carbon extraction (CE-LAND WP4 ) Direct and indirect biogeochemical consequences of terrestrial CDR" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V..The objective of this project is to provide a comprehensive quantification of the potentials and consequences of large-scale terrestrial Carbon Dioxide removal (CDR) as a strategy for climate engineering (CE). Using two state-of-the-art modeling systems, MPI-ESM and LPJmL, we will quantify Carbon sequestration potentials of four different forest CDR types: semi-natural forest, managed forest and biomass plantation of woody and herbaceous plant types, for various biomass utilization pathways such as conventional wood usage or CCS. The analysis includes associated changes in ecosystem processes and surface properties and their effects on, and feedbacks to, local to global climate. We will additionally analyze (unintended) consequences of these different terrestrial CDR strategies vis-à-vis other prospective use of land and water resources, particularly for food production and ecosystem conservation, and identify regions where afforestation is judged to be sustainable from this broader perspective. WP 4 - Direct and indirect biogeochemical consequences of terrestrial CDR.

Forschung im Ökologischen Landbau - Integrale Schwerpunktthemen und Methodikkriterien

Das Projekt "Forschung im Ökologischen Landbau - Integrale Schwerpunktthemen und Methodikkriterien" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung / Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft Österreich. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Ökologischen Landbau.Die Forschungsinitiative Biologischer Landbau (FBL) Österreich besteht seit dem Jahr 1991 als informeller Zusammenschluß von im Biologischen Landbau tätigen Wissenschaftlern mit dem Ziel, den Erfahrungsaustausch auch zwischen fachlich auseinanderliegenden Disziplinen innerhalb der Forschung im Biologischen Landbau zu fördern. In den Jahren 1994/95 erfolgte von seiten des BMLF und des BMWFK die Finanzierung eines acht-monatigen Forschungsprojektes zu grundlegenden Fragen der Forschung im Biologischen Landbau ( Erarbeitung integraler Schwerpunktthemenbereiche und Methodikkriterien für die Forschung im Biologischen Landbau in Österreich). Unter Mitwirkung von Wissenschaftlern aus Deutschland und der Schweiz sowie unter Einbeziehung eines erweiterten Expertenkreises fand im Rahmen der FBL eine intensive Diskussion über die zukünftige Ausrichtung der Forschung im Biologischen Landbau statt. Dabei erfolgte ein umfassender Diskurs über aktuelle Forschungsdefizite, interdisziplinär auszurichtende Schwerpunktthemen, über Methodikkriterien sowie über Kriterien zur Beurteilung der Dringlichkeit und Systemgerechtheit von Forschungsthemen im Biologischen Landbau in Österreich. Des weiteren wurden schlußfolgernd aus dieser Arbeit Forderungen der Forscher, die im Biologischen Landbau aktiv sind, an die Institutionen der Forschungsförderung zur Optimierung der wissenschaftlichen Weiterentwicklung dieser Landbaumethode formuliert. Grundlage der Diskussion über die zukünftige Forschung im Biologischen Landbau in Österreich sind die Prinzipien des Biologischen/Ökologischen Landbaus: Das Streben nach weitgehend geschlossenen Stoffkreisläufen im Betrieb, der schonende Umgang mit nicht erneuerbaren Rohstoff- und Energieressourcen, die Stärkung und Nutzung natürlicher Selbstregulationsmechanismen sowie die Erhaltung und Verbesserung der Vielfalt der Arten und des Landschaftsbildes. Diese Leitlinien der Biologischen Landwirtschaft werden im Rahmen der vorliegenden Studie (als Folge der Diskussion in der FBL) präzisiert und zu Strategien, Schwerpunktthemen, Forschungsdefiziten sowie Methodikkriterien für die Forschung im Biologischen Landbau ausgeweitet. Damit soll letztlich eine effektive ökosystemorientierte Weiterentwicklung dieser Landbaumethode sichergestellt werden.

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