Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.
Ziel des Vorhabens ist, neben der Aufnahme des systembestimmenden Wirkungsgefüges für die alpine Gebirgsstufe, vor allem ein möglichst wirklichkeitsnahes Landschaftsmodell aufzubauen, um prognostische Aussagen zu potentiellen Umweltveränderungen für die alpine Stufe der Alpen treffen zu können. Das geplante Vorhaben versucht daher, für den alpinen Raum möglichst präzise flächenrelevante Aussagen zu den Systemparametern Vegetation, Biomasse, Relief, Schneedecke, Bodenfeuchte und Bodenwärme zu treffen, um im landschaftsökologischen Sinne das signifikante Beziehungsgefüge dieser Größen herauszustellen. Im Vordergrund der Arbeiten steht vor allem der Einsatz eines neuen feldtauglichen Messprinzips zur Bestimmung des Bodenwassergehalts auf der Basis von Wärmekapazitätsmessungen. Infolge einer engen Bindung des Bodenfeuchteregimes an das Mikrorelief sowie an die hydrologisch bedeutsame Schneedecke, sollen auch diese beiden ökologisch wichtigen Kenngrößen mit Hilfe einer fortschrittlichen Erfassungsmethodik aufgenommen werden (lasergestützter Digitalkompaß, 3D-Software). Es ist insbesondere dieser neue methodische Ansatz, der das geplante Vorhaben klar von bereits durchgeführten landschaftsökologischen Arbeiten in vergleichbaren Räumen löst und daher vielversprechende ökologische Grundlagenergebnisse erwarten läßt. Die vergleichsweise exakten Punkt- und Flächenparameteraufnahmen können aber auch als Beschreibung des ökosystemaren Ist-Zustandes verstanden werden, so daß Aufnahmewiederholungen bereits stattgefundene Systemveränderungen dokumentierten können (Ökosystemmonitoring).
Ziel des Antrages ist der Einsatz der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) zur quantitativen orts- und tiefenaufgelösten Mikroanalyse mit einem neu zu entwickelnden VUV-Echelle-Spektrographen. LIPS erlaubt eine schnelle elementaranalytische Kartierung von Oberflächen ohne aufwendige Probenvorbereitung mit einer lateralen Auflösung von 3 bis 10 my m. Durch die Analyse der Spektren von einzelnen Pulsen kann eine Ortsauflösung mit einer entsprechenden Tiefenauflösung kombiniert werden. Die Verwendung eines Echelle-Spektrographen gestattet eine umfassende qualitative und quantitative multivariante Analyse von einzelnen Pulsen mit hoher spektraler Auflösung (l/dl größer als 10000) über einen Spektralbereich von 150 nm. Für den zu konzipierenden Echelle-Spektrographen wird ein Arbeitsbereich von 150 bis 300 nm angestrebt, so dass erstmals eine Multielement-VUV-Emissionsspektroskopie mit Laserplasmen für Nichtmetalle (S, P, N, O, C, As) oder metallische Elemente (Hg, Zn) möglich wird. Erste Anwendungen werden sich besonders auf geochemische und werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen konzentrieren.
Die Westantarktis ist eine der Regionen der Erde, die am sensibelsten auf den aktuellen Klimawandel reagiert. Ein Zusammenbruch dieses Eisschildes in einem wärmeren Klima würde dramatische Folgen für den globalen Meeresspiegelanstieg haben. Dabei spielt nicht nur der Anstieg der globalen Mitteltemperatur eine Rolle, sondern in gleichem Maße auch Veränderungen der Klimavariabilität. Diese Veränderungen können das labile westantarktische System an Kipppunkte bringen, die wiederum zu unwiderruflichen eisdynamischen Prozessen führen. Um diese zum Teil abrupten Veränderungen in Zukunft besser einschätzen zu können, müssen diesbezügliche Modellprojektionen auf einer soliden Datenbasis stehen. Paläoklimatische Zeitreihen, in diesem Fall aus Eisbohrkernen, bieten solch eine Datengrundlage. Besonders interessant sind hierbei Zeitreihen, die zurückreichen in das letzte Glazial, oder idealerweise in die davorliegende letzte natürliche Warmzeit (ca. 110 000 - 130 000 Jahre vor heute). Solche langen Zeitreihen aus der Westantarktis sind allerdings bisher nur spärlich vorhanden. Im Rahmen des WACSWAIN Projekts (WArm Climate Stability of the West-Antarctic Ice sheet in the last iNterglacial) wurde kürzlich ein neuer Eiskern auf Skytrain Ice Rise gebohrt, der einen Zeitraum bis 126 000 Jahre vor heute abdeckt. Umfassende kontinuierliche Datensätze der stabilen Wasserisotope, der chemischen Spurenstoffe und der physikalischen Parameter wurden im Rahmen von WACSWAIN erhoben und stehen nun für weitere Analysen zur Verfügung. Außerdem wurden zum ersten Mal parallel zu den kontinuierlichen Messungen ausschnittweise Abschnitte des Kerns mit der ultra-hochauflösenden Methode der Laser Ablation (LA-ICP-MS) auf ihren Spurenstoffgehalt untersucht. Dies erlaubt die Analyse von Veränderungen in bisher nicht verfügbarer Detailliertheit. Das Ziel des hier vorgestellten Projektes ist es diese hochaufgelösten Signale zusammen mit den kontinuierlichen zu nutzen, um die Veränderungen der Klimavariabilität in dieser Region der Westantarktis in beispielloser Genauigkeit für den letzten glazialen Zyklus statistisch zu analysieren. Ein besonderer Fokus wird dabei auf Phasen mit abrupten Änderungen in den Temperatur- und Eisbedeckungsproxies, wie zum Beispiel einem signifikanten Anstieg der marinen Ionenkonzentration und der Wasserisotope im frühen Holozän, liegen. Die statistischen Analysen der vergangenen Klimavariabilität (Varianz, Amplitude, Skalierungsfaktoren) werden im Folgenden genutzt, um die aktuell zu beobachtenden Veränderungen in der Westantarktis besser verstehen zu können. Dies wird zusätzlich unterstützt durch das Testen der wissenschaftlichen Hypothesen über die Ursachen der Veränderungen mittels spezifischer, isotopengetriebener globaler Zirkulationsmodelle, sowie chemischer Transportmodelle atmosphärischer Spurenstoffe. Dieses Projekt wird somit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der westantarktischen Klimasystems in der Vergangenheit und Zukunft leisten.