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Küsten-Niños im Pazifik - die Rolle des äquatorialen Wärmeinhaltes und Bezug zur Ausbreitung der Meeresoberflächentemperaturanomalien (PaCoNi)

Zu Beginn des Jahres 2017 sorgte eine starke Erwärmung des Wassers vor der peruanischen Küste im südöstlichen tropischen Pazifik für starke Niederschläge und Überschwemmungen in Peru und Ecuador und hatte schwerwiegende Auswirkungen auf das Ökosystem und die peruanische Gesellschaft. Das beantragte Projekt zielt darauf ab, solche warmen Küsten-Niño-Ereignisse, die nicht mit beckenweiten Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (SST) im tropischen Pazifik zusammenhängen, besser zu verstehen. Neuere Arbeiten der Antragstellerin weisen darauf hin, dass es für den Zusammenhang zwischen SST-Anomalien im küstennahen und zentralen äquatorialen Pazifik von zentraler Bedeutung ist, ob sich der äquatoriale Pazifik in einer Phase mit hohem oder geringen Wärmeinhalt befindet. Diese Hypothese soll in dieser Studie mit gezielten Klimamodellexperimenten untersucht werden. Das Projekt wird die Bedeutung des äquatorialen Wärmeinhaltes für die westwärtige Ausbreitung von SST-Anomalien in den äquatorialen Pazifik bestimmen und dadurch auch neue Erkenntnisse über die viel diskutierte multidekadische Variabilität in der Ausbreitungsrichtung von mit El Niño verbundenen SST-Anomalien liefern. Diese Erkenntnisse können möglicherweise Auswirkungen für die Vorhersagen von El Niño haben.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm (ICDP); International Continental Drilling Program (ICDP), Teilprojekt: Kalibrierte, Pollen-basierte Rekonstruktion der ostafrikanischen Vegetations- und Landschaftsveränderungen während der gesamten Existenz von anatomisch modernen Menschen aus den ~ 250.000 Jahre alten Challa-See-Sedimenten

Lange, kontinuierliche Aufzeichnungen über paläoökologische Veränderungen in Afrika sind selten, obwohl diese für die Aufklärung paläoklimatischer, biogeografischer und evolutionärer Kontroversen in den Tropen von großer Bedeutung sind.Dieses Projekt ist Teil eines internationalen Projekts namens DeepCHALLA, für welches die Bohrarbeiten bereits im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms 1006 International Continental Drilling Programm (ICDP) gefördert wurden. Das übergreifende wissenschaftliche Ziel von ICDP DeepCHALLA ist es, unser Verständnis über die zeitliche Verteilung und die Ursachen der Klimavariabilität sowie die Auswirkungen auf die Vegetation im äquatorialen Ostafrika in der Zwischenzeit bis zur tausendjährigen Zeit zu verbessern. Der bereits erbohrte ca. 215 m lange Sedimentkern aus dem Challa-See, an der Grenze von Tansania und Kenia am Fuße des Kilimandscharo, umfasst mit seinen 250.000 Jahren zwei komplette Glazial-Interglazial-Zyklen sowie die gesamte Existenz des modernen Homo sapiens. Während das DeepCHALLA-Projekt eine detaillierte Klimarekonstruktion erzielt, konzentriert sich dieses Projekt auf die Paläoumwelt und langfristige Vegetationsveränderungen als Reaktion auf vergangene Klimaveränderungen, mit dem Ziel die Kombination von Klimafaktoren herauszufiltern, welche die zeitliche Vegetationsdynamik und damit auch die räumliche Verteilung in bestimmten Zeitfenstern am stärksten beeinflussten. Das Hauptziel besteht somit darin, ein kalibriertes Pollenarchiv der kontinentalen Ökosystemdynamik in der Nähe des Äquators zu erstellen. Die Kalibrierung (1) der paläoökologischen Daten wird durch die Berechnung von Pollenregen-Vegetation und Pollen-Klima-Beziehungen in verschiedenen Savannen-Vegetationstypen erreicht. Darauf basierend werden Transferfunktionen berechnet, mithilfe derer dann kalibrierte, quantitative Vegetations- und Klimarekonstruktionen aus dem Challa-See Archiv erstellt werden. Darüber hinaus wird diese Vegetationsrekonstruktion die Untersuchung von langfristigen Biodiversitätsmustern und ökologischen Dynamiken eines tropischen Savannen- (Grünland-Wald-) Ökosystems als Reaktion auf Veränderungen von atmosphärischem CO2, Temperatur, Feuchtigkeitshaushalt sowie Feuer für die letzten 250.000 Jahren ermöglichen.Die Ergebnisse dieses Projektes werden genau zeigen, wie oft, wann und in welchem Ausmaß sich die ostafrikanische Landschaft über die gesamte Existenz anatomisch moderner Menschen verändert hat. Die Dokumentation des Ausmaßes und der geographischen Verbreitung von schweren Dürre-Episoden über das tropische Afrika ist dabei besonders entscheidend, um zu rekonstruieren, warum unsere Vorfahren sich entschieden haben - oder sich gezwungen sahen -, sich vor ca. 100.000 Jahren von ihrer afrikanischen Heimat in den Nahen Osten und Eurasien hin auszubreiten.

Von El Nino zu Super - El Nino: Wie wird das Wetter beeinflusst?

El Niño ist die warme Phase der El Niño/Southern Oscillation (ENSO), und beschreibt die dominante Variabilität der Tropen auf Zeitskalen von Monaten bis Jahren. Obwohl ENSO im tropischen Pazifik geschieht, werden starke regionale und globale Einflüsse auf das Klima, auf die Ökosysteme der Meere und auf dem Land, und damit auch auf die Wirtschaft einzelner Länder beobachtet. Klimamodelle sagen vorher, dass El Niño sich unter dem Einfluss der globalen Erwärmung verstärken könnte, und dass sich sogenannte Super El Niños entwickeln könnten, d.h. El Niño Ereignisse, welche stärker und langlebiger sind als die stärksten im 20. und 21. Jahrhundert beobachteten Ereignisse. Es ist allerdings noch unklar, ob sich zum Beispiel die sogenannten Teleconnections, also Fernwirkungen von El Niño, linear mit der Stärke des Ereignisses im tropischen Pazifik entwickeln werden. Es ist zudem noch unzureichend erforscht, ob sich die Teleconnections selbst verändern werden. Es gibt aber Hinweise, dass sich die Teleconnections von El Niño nichtlinear verhalten, und dass daher ein Super El Niño völlig andere globale Auswirkungen haben könnte als ein historischer El Niño. Durch die Vorhersage der Klimamodelle, dass sich solche Super El Niño - Ereignisse in Zukunft häufen könnten, ist ein besseres Verständnis möglicher Nichtlinearitäten von Teleconnections nötig. Dieses Forschungsvorhagen untersucht die Nichtlinearität in der Stärke und im Charakter von El Niño Teleconnections für eine Erde in einem wärmeren Klima. Im Speziellen wird die Fernwirkung von El Niño auf die Troposphäre und Stratospähre der mittleren Breiten in der Nord- und Südhalbkugel untersucht.

Struktur und Funktionen eines tropischen Regenwaldoekosystems bei San Carlos de Rio Negro

Bestimmung der floristischen und morphologischen Struktur, der Produktivitaet, des Wasser- Energie- und Naehrstoffhaushaltes, der Populationsdynamik im natuerlichen, ungestoerten Regenwald und in experimentell modifizierten land- und forstwirtschaftlichen Systemen zur Quantifizierung der Auswirkungen des Eingreifens des Menschen in diese Systeme, dynamische Simulation des biologischen Modells zur Prognose kuenftiger Zustaende und Reaktionen.

Muster und Ursachen der Diversität tropischer Nachtfalter in einem Höhengradienten in Costa Rica

In komplexen Ökosystemen wie tropischen Regenwäldern bietet die Analyse von Umweltgradienten, insbesondere Höhengradienten, die beste Möglichkeit, Muster und Ursachen der Diversität sehr artenreicher Organismengruppen zu verstehen. Die Nachtfalterfamilie Geometridae hat sich als Modellgruppe unter anderem in Untersuchungen in Ecuador sehr bewährt. Nun soll im Rahmen eines renommierten internationalen Projektes (ALAS) in Costa Rica eine neue Studie durchgeführt werden. Hier besteht die weltweit einmalige Möglichkeit, die Diversität der Geometridae entlang eines mehr als 2600 m umfassenden Höhengradienten zu untersuchen und mit anderen Arthropodengruppen sowie Parametern der Vegetation und des Klimas zu korrelieren. Dabei sollen die für Artenreichtum und Artenturnover verantwortlichen Umweltparameter gefunden werden. Messungen der Körpertemperaturen sollen klären, ob es einen unmittelbaren Zusammenhang zwischen der niedrigen Flugtemperatur von Geometriden und ihrer Höhenverbreitung gibt. Zuchten und Fraßexperimente werden zusätzlich wichtige Ergebnisse zur Frage der Spezialisierung tropischer herbivorer Insekten erbringen.

Ecology of Tropical Plantation Forests

Untersuchung von Alters- und Artenzusammensetzung im oekosystemaren Zusammenhang. Aufforstung, Tropenwald.

Emmy Noether-Nachwuchsgruppen, Tropische Bodenkohlenstoffdynamik im Bezug zur Variabilität von Bodengeochemie und Landnutzung entlang erosiver Störungsgradienten (TropSOC)

Die Reaktion von Böden auf erosionsbedingte Störungen ist eine der großen Unsicherheiten bei der Vorhersage von zukünftigen Treibhausgasflüssen von Böden zur Atmosphäre in Erdsystemmodellen. Das tropische Afrika ist dabei ein wichtiger globaler Hotspot von Klima- und Landnutzungswandel. Schnell wachsende Bevölkerung, Abholzung der Primärwälder zur Schaffung von Ackerflächen sowie die damit einhergehende Bodendegradation stellen die Region vor große Herausforderungen. Es wird erwartet, dass dort noch in diesem Jahrhundert bedeutende Änderungen sowohl in Bezug auf biogeochemische Kreisläufe in Böden, als auch den Fluss von Kohlenstoff (C) zwischen Boden, Vegetation und der Atmosphäre auftreten werden. Da sich der Großteil unseres Prozessverständnisses des Kohlenstoffzyklus aus den Klimazonen der mittleren Breiten ableitet, ist unklar wie sich die Kohlenstoffdynamik in den Tropen entwickeln wird. Es ist wichtig, diese Wissenslücke zu füllen, da tropische Ökosysteme Dienstleistungen von globaler Bedeutung übernehmen, wie zum Beispiel der Kohlenstoffspeicherung in Pflanzen und Böden, Biomasseproduktion und letztlich Lebensmittelversorgung der Region. Ziel des vorgeschlagenen Projektes TROPSOC ist es daher ein mechanistisches Verständnis der Kohlenstoffsequestrierung und -mineralisierung in Böden des tropischen Afrikas zu entwickeln. Die Studienflächen im östlichen Bereich des Kongo-Einzugsgebietes bieten eine einzigartige Kombination aus geologisch unterschiedlichem Ausgangsmaterial für die Bodenbildung und verschiedenen Ebenen der Störung durch den Menschen, welche unter tropisch-feuchtem Klima stattfindet. TROPSOC wird wesentlich dazu beitragen, die folgenden Fragen zu beantworten: 1. Wie werden sich Kohlenstoffflüsse und -speicherung in tropischen Systemen zwischen Böden, Pflanzen und der Atmosphäre entwickeln und unterscheiden mit Bezug auf die Steuerungsfaktoren: Geologie, Boden, Störungen durch den Menschen und Topographie? 2. Wie beeinflusst die Biogeochemie von tropischen Böden die Schwere der erosiven Störung des tropischen Kohlenstoffzyklus? 3. Wie kann man die Kontrollmechanismen der Bodenkohlenstoffdynamik in einer räumlich expliziten Weise modellieren? TROPSOC wird maßgeblich zum besseren Verständnis der Faktoren beitragen, welche die räumliche Verteilung und zeitliche Dynamik von organischen Kohlenstoff in tropischen Böden steuern. TROPSOC wird Daten und Modelle erzeugen welche die Lücke zwischen lokalem Prozessverständnis und großräumlicher Modellierung des Kohlenstoffzyklus in tropischen Böden schließt. Dies wird letztlich dazu beitragen, die Unsicherheit im Zusammenhang mit terrestrischen Kohlenstoffflüssen und der Reaktion von Böden auf Störungen zu reduzieren, was eines der größten Probleme in aktuellen Erdsystemmodellen und bei der Beurteilung von Ökosystemdienstleistungen darstellt.

Artenschutz und Forschung an Frugivoren-Wald-Interaktionen auf den Philippinen der Zoologischen Gesellschaft Frankfurt

Welche frugivoren Voegel gibt es? Vorkommen, Bedrohungsstatus, Bestandserhaltung? - Welche Baumarten der Philippinen-Waelder nutzen sie? - Gibt es Schluesselarten (keystone species) unter den Frugivoren und den Baeumen? - Sind Frugivore noetig fuer die Waldregeneration a) durch Samenverbreitung b) durch Veraenderung der Keimfaehigkeit c) durch genetische Durchmischung von Baumpopulationen? - Wie veraendert der Frugovorenschwund infolge Jagd und Waldvernichtung den verbleibenden Wald?

Ecosystem Engineering: Sediment entrainment and flocculation mediated by microbial produced extracellular polymeric substances (EPS)

Sediment erosion and transport is critical to the ecological and commercial health of aquatic habitats from watershed to sea. There is now a consensus that microorganisms inhabiting the system mediate the erosive response of natural sediments ('ecosystem engineers') along with physicochemical properties. The biological mechanism is through secretion of a microbial organic glue (EPS: extracellular polymeric substances) that enhances binding forces between sediment grains to impact sediment stability and post-entrainment flocculation. The proposed work will elucidate the functional capability of heterotrophic bacteria, cyanobacteria and eukaryotic microalgae for mediating freshwater sediments to influence sediment erosion and transport. The potential and relevance of natural biofilms to provide this important 'ecosystem service' will be investigated for different niches in a freshwater habitat. Thereby, variations of the EPS 'quality' and 'quantity' to influence cohesion within sediments and flocs will be related to shifts in biofilm composition, sediment characteristics (e.g. organic background) and varying abiotic conditions (e.g. light, hydrodynamic regime) in the water body. Thus, the proposed interdisciplinary work will contribute to a conceptual understanding of microbial sediment engineering that represents an important ecosystem function in freshwater habitats. The research has wide implications for the water framework directive and sediment management strategies.

Oekotoxikologische Probleme in den Tropen und Subtropen, Teil 2: Untersuchungen zur Wirkung gasfoermiger Luftverunreinigungen und kupferhaltiger Fungizide

Infolge zunehmender Industrialisierung von Entwicklungs- und Schwellenlaendern und dem Transfer umweltbelastender Produktion aus den Industrielaendern in die Dritte Welt ist in den Laendern der Tropen und Subtropen eine zunehmende Umweltzerstoerung zu beobachten. Gleichzeitig ist die Kenntnis ueber Methoden zur Erfassung und Bewertung von Imissionswirkungen in diesen Laendern noch sehr gering. Die Industrienationen sind hier aufgefordert, Hilfestellung zu leisten. In Zusammenarbeit mit brasilianischen Institutionen werden Untersuchungen durchgefuehrt zur Empfindlichkeit brasilianischer Pflanzenarten gegenueber gasfoermigen Luftverunreinigungen und Schwermetallen, zur Entwicklung und Erprobung von Bioindikationsverfahren fuer diese Schadstoffe und zur Wirkung auf Oekosysteme.

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