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Limnologische Untersuchungen der Baggerseen Haltern Ost und Haltern West

Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung der Baggerseen Haltern Ost und West statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probenahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen mit Nährstoffen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.

Freiland- und Laboruntersuchungen des Planktons in extrem sauren Bergbaurestseen

Durch den Braunkohletagebau entstanden bzw. entstehen geogen extrem versauerte Restseen (pH 2-4), die auch hinsichtlich weiterer abiotischer Parameter ein Extremhabitat darstellen. Wir untersuchen die Konsequenzen, die dies fuer die Struktur und Funktionsweise der planktischen Nahrungsnetze hat.

Kupferaufnahme und seine Wirkung auf den pflanzlichen Stoffwechsel

Es wird die Cu-Aufnahme durch Zellsuspensions-Kulturen untersucht im Hinblick auf eine kinetische Auswertung. Ferner wird der Saeurehaushalt sowie der Ca-Haushalt der Gerstenwurzeln untersucht unter dem Einfluss steigender Kupfermenge. Gleichzeitig wird die Hypothese der ATPase-Beteiligung an der Cu-Aufnahme geprueft bei der Gerste und bei Schwermetall-resistenten Pflanzen.

Schadstoffablagerungen mit dem Niederschlag -Trends vor und nach der politischen Wende; Effekte der Sanierung der Atmosphaere

Qualitaet und Quantitaet der Regenwasserinhaltsstoffe bestimmen Emissionen der Gebiete, welche die ausregnenden Luftmassen bis zu 24 h vorher ueberquerten. Kurzperiodisch (kleiner gleich 4 h) werden Niederschlagsproben gesammelt, alle Hauptkomponenten analysiert und die Wegstrecke durch Backtrajektorien zurueckverfolgt. Zugbahnen aus Regionen mit aehnlichen Emissionscharakteristika werden zu sogenannten Einzugssektoren (EzS) zusammengefasst, zB die ehemalige DDR -auch mehrfach unterteilt -, Tschechien, Polen, Skandinavien und bestimmte Altbundeslaender (aBL). Zusaetzlich wird die Zuggeschwindigkeit im Wolkenlevel beruecksichtigt. Somit wird eine enge Ursache-/Wirkungsbeziehung zwischen Emissionen und der Nassablagerung hergestellt, die jedoch durch chemische, physikalische und meteorologische Prozesse in der Atmosphaere deutlich beeinflusst werden kann. Erste Arbeiten begannen bereits vor der Wende im Norden der DDR, um den Saeuretransport mit Niederschlag nach Skandinavien zu untersuchen. Zusaetzlich wurde der Schadstofftransport von und nach den aBL erfasst. Wichtigste Probenahmeorte waren Seehausen /Altmark (ab 10/1982) und Greifswald (1/84-6/96). Im Projekt SANA (1991-95) wurde an 7 Stationen die Veraenderung relevanter Ionenarten als Folge von Sanierungsmassnahmen bei Emittenten in der ehemaligen DDR erfasst. Im Projekt OMKAS werden jetzt an 3 Orten die Effekte unterschiedlicher Emissionsreduzierungen in Regionen von der ehemaligen DDR, Tschechien und Polen (Schlesien) untersucht; Probenahmestellen sind Carlsfeld und Mittelndorf/Sebnitz ergaenzt durch Seehausen mit der aeltesten Datenreihe. Der nasse Schadstoffim-/export ueber die suedliche Grenze von Sachsen steht im Vordergrund. Die wichtigsten bisher vorliegenden Ergebnisse sagen aus: Die Verfeuerung stark schwefelhaltiger Braunkohlen in der DDR sowie das weitgehende Fehlen effektiver Entschwefelungsanlagen fuehrte zwar zu 2- bis 3-fach hoeheren Sulfatgehalten im Niederschlag aus der DDR bzw den neuen Bundeslaendern (nBL) -charakterisiert durch den EzS H in Seehausen -gegenueber den aBL (EzS I+J), bis zur Wende war jedoch der Saeuregehalt im Niederschlag auch im Ferntransport nicht erhoeht; die Aziditaet aus den EzS nBL und aBL war annaehernd gleich. Ursache war die meist mangelhafte Entstaubung der industriellen Abgase in der DDR. Dadurch war der Calciumanteil im Niederschlag 3- bis 4-fach hoeher und wirkte neutralisierend auf den Saeurebildner SO2. Damit war bewiesen, dass der 'saure Regen' in Skandinavien nicht vorrangig von der DDR verursacht wurde, (Atm Environm 1998, pp 2707). In der ersten Haelfte der 90er Jahre wurde in den jetzt nBL die Atmosphaere vorrangig durch eine zuegige Verbesserung der ...

Limnologische Untersuchungen von Seen für die Förderung von Quarzsanden

Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im Allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung zweier Baggerseen statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probennahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Qualitative Planktonanalysen weisen beide Gewässer als oligo- bis mesotoph (Gewässergüte II) aus. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.

Anpassung des symplastischen Transports an das wechselnde Milieu des Apoplasten und seine Wirkung auf die Einstellung dieses Milieus

Die ersten drei Jahre des Projektes standen im Dienste zweier Aufgaben, die erheblich schwieriger waren, als anfangs gedacht: 1. Entwicklung von Verfahren zur Excised-Patch und Whole-Cell Präparation von Xylemkontaktzellen des Mais. Hinzu kam der Nachweis, daß die LBS Zellen in Venen 3. Ordnung in direktem Kontakt mit den Xylemelementen tatsächlich der Ort des Aus- tausches zwischen Symplast und Apoplast sind.Nachdem diese Fragen nun gelöst sind, gilt das Interesse im letzten Förderungsabschnitt der physiologischen Rolle des Transportes zwischen Symplast und Apoplast. Bereits vorliegende Ergebnisse zeigen dabei die Richtung an. 1. Die gemessene pH-Abhängigkeit des dominanten K+-Kanals im whole-cell Präparat der Xylemkontaktzellen (die dem der Mesophyllzellen entgegengesetzt ist) scheint der Funktion des Kanals für den Ladungsausgleich in Cotransportregionen (z.B. für die Aufnahme von NO3 oder Cl) aus dem Xylem angepaßt zu sein. 2. Die Fähigkeit des Inward K+-Kanals, bei K+Mangel Na+ durchzulassen, ist sicher wichtig für den Einfluß von K+ Mangel bei Salzstress...Gegen Ende der Förderungsperiode sollte genug Datenmaterial vorliegen, daß die zu Anfang des Projektes begonnene, aber aufgrund des Datenmangels eingefrorene Modellierung der Flußbilanzen wieder aufgegriffen wird, indem das bereits bestehende Computerprogramm für 2 Teilapoplasten erweitert wird. Hierfür ist neben der Kenntnis der Plasmalemmatransporter (dieser Antrag) sowie der Zu- und Abfuhr durch Xylem und Phloem (Anträge Schurr, Zimmermann, Heldt) auch die Kenntnis der Driving forces für die Flüsse und der Pufferkapazitäten in den Apoplasten notwendig. Pufferkapazitäten und fluorometrisch gemessene Ionenkonzentrationen werden aus der Zusammenarbeit vor Ort mit der Arbeitsgruppe Sattelmacher bekannt sein. Die Bestimmung der Membranspannungen, der osmotischen Gradienten und auch der mit Mikroelektroden gemessenen Ionenkonzentrationen ist aus diesem Antrag ausgeklammert worden und soll in einem gemeinsamen Projekt mit der Arbeitsgruppe Zimmermann (Würzburg) gewonnen werden (s. Antrag Zimmermann, Hansen, Sattelmacher).

Biochemische Rückgewinnung von Kupfer (Kreislaufwirtschaft) aus Abwasseremissionen (z.B. Leiterplattenfertigung)

Die gekoppelte Eliminierung und Rückgewinnung von Kupfer aus Abwassergemischen stellt ein zukünftig nur noch durch produktionsintegrierte Maßnahmen lösbares verfahrenstechnisches Problem dar, da zunehmend neben der Reinigung des Wassers auch die Wertstoffrückgewinnung und damit die ressourcenminimierte Produktion in den Vordergrund der Zielsetzung steht (Kreislaufwirtschaft). Hierbei gilt es, auf die schwierigen Reaktionsbedingungen bei kupferbelasteten Abwässern (extrem niedrige pH-Werte) und die notwendige Produktreinheit des Kupfers zu achten. Den biologischen Prozessen wurde daher bisher nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt, obwohl gerade hier ein großes Potential zur Problemlösung bei Vermeidung der Nachteile andrer Verfahren gegeben ist. In Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass eine solche Kupferrückgewinnung möglich wird, wenn eine gekoppelte chemische/ biochemische Redoxreaktion zur Anwendung kommt. Dem im Wasser sulfidisch gelösten Kupfer wird Eisen aus z.B. Eisenschrott zur Substitution angeboten, so dass Kupfer in reiner Form ausfällen kann (Bestandteil des hier beantragten Forschungszeitraums). Das entstehende Eisensulfat wird hierzu durch Mikroorganismen (thiobacillus ferrooxidans) oxidiert und der Gleichgewichtsreaktion entzogen. Allerdings liegen bisher keine hinreichenden Grundlagenkenntnisse zur detaillierten Beschreibung und Modellierung der dieses Verfahren bestimmenden Reaktionen und reaktionsbeeinflussenden Parameter vor. Die Erarbeitung von Auslegungskriterien sind Inhalt dieses Antrages.

Bilanzierung von Schmutzstoffeinleitungen aus dem Niederschlag-Abflussgeschehen in einem Gewaesser

Nachdem in der Bundesrepublik die Phase der Erstausstattung der Gemeinden mit Kanalnetzen nahezu abgeschlossen ist, konzentrieren sich die Anstrengungen zur Reinhaltung der Fliessgewaesser auf die Reduzierung der Belastungen aus verbleibenden Verschmutzungsquellen wie: Regenwasser aus dem Trennsystem, Mischwasser aus Regenrueckhaltebecken, Klaeranlagenablaeufe, Direkteinleitungen, Remobilisierung von Ablagerungen in den Fliessgewaessern bei hohen Abfluessen. In Hildesheim werden an 5 Messstationen entlang der Innerste jeweils vor und nach einer Einleitung kontinuierlich der Ammonium- und der Sauerstoffgehalt sowie pH, Leitfaehigkeit und Truebung gemessen. Zusaetzlich werden Wasserproben nach anderen Parametern, wie Nitrat, Phosphat und Schwermetallen analysiert. Kontinuierliche Aufzeichnungen von Fliessgeschwindigkeiten und Wasserstanden an den Messstellen ergaenzen die qualitativen Untersuchungen. Anhand dieser Messungen sollen Massenbilanzen erstellt und Simulationsrechnungen mit Hilfe von Niederschlags-/Abfluss- sowie Gewaesserguetemodellen durchgefuehrt werden.

Submarine Kohlendioxyd (CO2) Austritte als natürliche Laboratorien zur Erforschung von Korallenriffen in Bezug auf die Ozeanversauerung

Durch die Aufnahme von anthropogenem CO2 ist eine Verringerung des ph Wertes im Ozean zu erwarten Dies könnte weitrechende Auswirkungen auf Korallenriffe haben und ist daher von großem wissenschaftlichen Interesse. Die Mehrzahl der bisher durchgeführten Studien zur Ozeanversauerung wurde anhand vereinfachter Systeme im Labor vorgenommen. Obwohl diese Studien wichtig und aufschlussreich waren, wiesen sie jedoch Einschränkungen auf, im Besonderen hinsichtlich natürlicher Veränderungen, Beobachtungsdauer, Altersverteilung, genetischer Vielfalt und Wechselbeziehungen zwischen einzelnen Korallenarten. Eine Möglichkeit diese Einschränkungen zu umgehen, ist die Untersuchung von Korallenriffen in der Umgebung von submarinen CO2-Austritten. Der erhöhte CO2 im Meerwasser dort sorgt für pH und Temperaturbedingungen wie sie als Folge der Ozeanversauerung bis zum Jahr 2100 vorausgesagt werden. Drei solche Korallenriffe in Papua Neu Guinea, Japan und den Nördlichen Marianen-Inseln wurden untersucht und interessanter Weise fiel die Auswirkung der Ozeanversauerung an jedem der Standorte unterschiedlich aus. Eine mögliche Erklärung für die beobachteten Unterschiede könnte sein, dass die Studien nicht alle Parameter berücksichtigten, die sich nachteilig auf die Gesundheit von Korallen auswirken. Im Allgemeinen werden submarine CO2-Austritte von submarinen Hydrothermalquellen mit Temperaturen bis zu 100 °C begleitet. Der hydrothermale Eintrag induziert steile Temperaturgradienten und erhöht die Konzentrationen von Schwermetallen in dem zu untersuchenden Gebiet. Diese zwei Effekte gilt es bei einer solchen Untersuchung zur Ozeanversauerung in Betracht zu ziehen. In diesem Sinne dient die geplante internationale Zusammenarbeit dem Ziel, ein Expertenteam aus der Aquatischen Chemie und der Korallenphysiologie zusammenzubringen, um detaillierte chemische und biologische Untersuchungen an Korallenriffen mit CO2-Austritten vorzunehmen, um die Auswirkungen der Ozeanversauerung besser zu verstehen.

Aetiologie, Biokristallographie und Spurenelementgehalte von Sialolithen und Konkrementen im Mundbereich

Mineralisierte Plaque in Form von Zahnstein sowie Konkremente sind entscheidendeFaktoren bei der Entstehung von Parodonthopatien. Aufgrund klinischer Beobachtungen wurde ein spezieller Anamnesebogen entwickelt, um Korrelationen zwischen Bildungsparametern und Haeufigkeit der Zahnsteinentfernung, Speichelkonsistenz, Mundhygienegewohnheiten etc. und dem Grad der parodontalen Erkrankung aufzeigen zu koennen. Fuer Teilbereiche der Ergebnisse werden statistische Auswertungen durchgefuehrt. Elektronen- und phasenkontrastmikroskopische, roentgenographische, infrarotspektroskopische und chemische Untersuchungen zeigen charakteristische, gewohnheitsbedingte Unterschiede in der Zusammensetzung von menschlichen Zahn- und Speichelkonkrementen. Typisch sind geschlechts- und berufsspezifische Abweichungen bei umweltrelevanten Schwermetallen wie Pb, Cd, Cu und Zn. Besonderheiten hinsichtlich Menge, Konsistenz und Haerte von Zahnstein, sowie pH-Wert des Speichels ergeben sich bei Bergleuten.

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