Durch Sinkstoffakkumulation gebildete ästuarine Trübungszonen in der Wassersäule und am Boden sind ein allgegenwärtiges Phänomen in Gezeitenästuaren. Die prinzipielle Dynamik ästuariner Trübungszonen ist schon vor einigen Jahrzehnten verstanden worden: Im Bereich von Salzgradienten entlang der Ästuare wird ein landwärtiger Netto-Sinkstofftransport angetrieben, während der Sinkstofftransport im Süßwasserbereich typischerweise seewärts gerichtet ist, was insgesamt zu konvergenten Sinkstofftransporten am landwärtigen Ende der Salzintrusion und dort zu Sinkstoffakkumulation und damit zur klassischen ästuarinen Trübungszone führt. Im Falle von sehr intensiven Gezeiten, bei denen die Flutströmung stärker aber kürzer als die Ebbströmung ist, kann auch im Süßwasserbereich ein landwärts gerichteter Sinkstofftransport erzeugt werden, der zu einer Sinkstoffakkumulation im Süßwasserbereich und somit zu einer Trübungszone im (salzfreien) Gezeitenfluss führen kann. Ein kürzlich vom Antragsteller und Kollegen erstellter Bericht zum Stand der Forschung deckt allerdings erhebliche Wissenslücken im Bereich der Dynamik ästuariner Trübungszonen auf.Ein Schwerpunkt des vorgeschlagenen Projektes soll die Erweiterung der Total Exchange Flow (TEF) genannten Analyse-Methode in Richtung Sinkstoffflüsse werden (Q1). Mit TEF und weiteren Analysemethoden sollen die folgenden wichtigen Forschungsfragen beantwortet werden. Q2: Wie wechselwirken die schnelle Sinkstoffdynamik in der Wassersäule und die langsame Dynamik der Sinkstoffe am Boden und wie ergeben sich daraus die Positionen der Trübungszonen? Q3: Welches sind die Anpassungszeitskalen der Sinkstoffdynamik und der Ausbildung von Trübungszonen unter wechselnden hydrodynamischen Bedingungen? Q4: Welches sind die Anteile fluvialer und mariner Sinkstoffklassen in ästuarinen Trübungszonen? Um diese Fragen zu beantworten, wird ein numerisches Modellabor aufgebaut, bestehend aus einen dreidimensionalen Modell eines konvergenten Ästuars. Die Modellkonfiguration wird so kalibriert, dass sie multi-dekadische Beobachtungsdaten von Salz- und Sinkstoffprofilen entlang der Unterelbe und der Schelde reproduzieren kann. Das numerische Labor wird zunächst dazu verwendet, um systematisch die Sensitivität der Dynamik der Trübstoffzonen von über mehrere Dekaden beobachteten Antriebsbedingungen in der Unterelbe und der Schelde zu untersuchen. Anschließend werden Szenarios mit idealisierten Antriebsbedingungen untersucht, um die oben genannten Forschungsfragen für einen multi-dimensionalen Parameterraum zu beantworten.
En vue de mieux connaitre les apports divers au leman les effluents des six stations d'epuration d'une capacite superieure a 20'000 habitants sont analyses systematiquement. L'eau de ces six stations se deversent directement au leman. Une attention toute particuliere est apportee aux rejets de nutriments phosphore notamment. L'etude est permanente. (FRA)
In diesem Projekt soll untersucht werden, ob eine zentrale Anströmung von Regenbecken einen verbesserten Rückhalt für feine partikuläre Stoffe und Mikroplastik-Partikel er-reichen kann. Dabei ist es das Ziel, sowohl Gestaltungshinweise für einen Neubau von Regenbecken als auch Gestaltungshinweise für mögliche Nachrüstungen in bereits bestehenden Regenbecken zu geben. Die Idee einer zentralen Anströmung und die daraus resultierende Durchströmungscharakteristik im Becken ist angelehnt an Vor- und Nachklärbecken von Kläranlagen, wird bislang je-doch nicht bei Regebecken eingesetzt. Erste Ergebnisse aus dem am IWARU durchgeführt en Forschungsvorhaben MEREBEN bestätigen, dass diese Durchströmungscharakteristik in Regenbecken, insbesondere für den Rückhalt der feinen partikulären Stoffe des Niederschlagswassers, zielführend ist. Die in MEREBEN erzielten Ergebnisse geben Anlass zu der Vermutung, dass eben nicht die bislang als ideal angesehene pfropfenartige Durchströmung eines Beckens den Wirkungsgrad insbesondere für schwer absetzbare Stoffe verbessert, sondern vielmehr gezielte und kontrollierte Rezirkulationen vorteilhaft sind. Die zentrale Anströmung scheint gerade diese Rezirkulationen im Becken zu bewirken. Diese ermöglichen dem Partikel mit sehr geringen Sinkgeschwindigkeiten vergleichsweise lange Aufenthaltszeiten und hierdurch einen verbesserten Rückhalt. Die Wirkungsgrade mit zentraler Anströmung, die bis-lang stichprobenhaft untersucht wurden, liegen deutlich über den Wirkungsgraden von Becken mit einer klassischen Anströmung. Die lässt vermuten, dass die zentrale Anströmung künftig sowohl für den Neubau als auch für die Nachrüstung von Becken im Bestand eine vielversprechende Zulaufgestaltung zum Rückhalt von feinen partikulären Stoffen und Mikroplastik-Parti-keln darstellen könnte. Unter dem umgangssprachlichen Begriff ?Mikroplastik? werden hier Kunststoffe mit Partikelgrößen in der Spannweite der AFS-Definition (0,45 bis 63 ?m) verstanden. Dazu umfasst das hier beschriebene Projekt sowohl experimentelle als auch numerische Untersuchungen zu: (1) den Wirkungsgraden von zentralen Anströmungen in Regenbecken, (2) dem Absetzverhalten von Mikroplastik in Regenbecken. Die Arbeitsmethode kann dabei als komplexes, hybrides Gesamtmodell verstanden werden, in dem experimentelle und numerische Modellelemente sich gezielt ergänzen. In diesem Vorhaben sollen daher einfache und in der Praxis leicht umsetzbare Zulaufkonstruktionen und Becken-Bauformen entwickelt werden, welche mit Hilfe einer zentralen Anströmung einen verbesserten Rückhalt von AFS63 und insbesondere auch Mikroplastik ermöglichen. Es Allgemeine Angaben 8 werden Gestaltungsempfehlungen sowohl für rechteckige als auch für runde Becken erarbeitet, so dass auch sofort eine Aussage darüber ermöglicht wird, ob die viel zahlreicheren Rechteckbecken des Bestands von einer Umrüstung auf eine zentrale Anströmung profitieren könnten.
Research aims - The aim of this project is to demonstrate whether increased biodiversity and net primary production lead to increased carbon storage in the ecosystem, especially in the largest carbon pool, the mineral soil, and thus reduces the release of greenhouse gases. Climate change (nitrogen deposition, summer droughts, vegetation fire) - We will analyse plant-soil feedbacks in laboratory experiments, using our newly build Multi Isotope labelling in Controlled Environment (MICE) facility, and in three of the field sites (tropical, temperate, boreal) using transplanted model mini-ecosystems. Global change includes many processes, and we focus on three processes, key to the terrestrial carbon cycle, i.e. increasing chronic atmospheric nitrogen deposition, widespread summer droughts, and more frequent wildfires, with yet unknown consequences for the carbon cycle. We will use the MICE facility to manipulate mini-ecosystems (plants and soil from the three field sites) and expose them to four climatic scenarios: todays equivalent climate (corresponding to the site), increased nitrogen deposition, drought and post-fire conditions (by pyrolising the plant biomass). The plant-soil system will be labelled with stable isotopes (13C, 15N) in order i) to investigate the changes in organic matter dynamics when climate changes are applied and ii) to produce highly labelled experimental material that could be traced in the field. We will transplant the manipulated mini-ecosystem, from the MICE facility to the three URPP GCB sites Siberia, Laegeren and Borneo (tropical, temperate, boreal). The mini-ecosystems will contain highly labelled material (13C and 15N in fresh biomass and charred biomass) in order to follow fluxes related to C losses from the soil (CO2 and organic matter dissolved in water), as well as processes involved in the stabilisation of soil C (microbial, physical and chemical mechanisms). Using a large number of replicates will allow us to follow the underlying processes of C stabilisation in soil and vegetation at a high spatial and temporal precision. Biodiversity experiment - We will use the MICE chambers to grow different species of trees and grasses labelled with 13C (and potentially 15N, 18O and 2H) under todays climatic conditions. Then we recombine the different species (1, 2, 4, 8 species) and transplant them to the temperate site at Laegeren. In the field we can follow the total carbon fluxes and the contributions from the isotopically labelled decomposing biomass, and the living biomass.
Roots are currently discussed to store considerable amounts of carbon in the subsoil. Although it is well known that roots can penetrate the subsoil and deep subsoil (greater than 2 m) several meters deep, it remains unclear, how much carbon they contribute, if they lead to net carbon sequestration in the long-term and under which conditions they lead to carbon accumulation. Rhizoliths and biopores are root-related features that frequently occur in soil and underlying soil parent material. Recent studies in unconsolidated sediments show that they enable investigating the long-term effects of root penetration even after the lifetime of the source plant and thus the assessment of sustainable impacts of roots on subsoil organic matter (OM). While other research groups deal with the subsoil less than 2 m, (eg German Research Foundation (DFG) Research Group SUBSOM the current project focuses on the deep subsoil (greater than 2 m), where a significant overprint of OM is expected. In fact, this part of the subsurface is usually not regarded by soil scientists, but of large interest for paleoenvironmental researchers as valid e.g. for loess-paleosol sequences. So far, the effect of roots on subsoil OM was only studied on a single site in SW Germany during a precursor project, DFG (WI2810/10). Based on that project, the current proposal aims at the investigation of the transferability of the results to other sedimentary settings and ecological contexts. At several sites along a NE-SW transect across Europe (from The Netherlands across Germany, Switzerland, Austria, Hungary towards Serbia), unconsolidated material like dune and fluvial sands, as well as loess-paleosol sequences will be investigated with respect to OM quantity and quality as influenced by root penetration. Preliminary investigations of six potential sites in Germany, Hungary and Serbia showed that biopores and other root-related features can reach similar abundances in different settings. Nevertheless, consequences for OM sequestration and turnover may be different, depending not only on the respective source vegetation but also sedimentary properties. The target of the current project is to identify carbon losses or sequestration related to root penetration, which will be assessed by bulk organic and inorganic carbon contents as well as a variety of lipid biomarkers including alkanes, fatty acids, alcohols, glycerol dialkyl glycerol tetraethers and suberin markers. The combination of these biomarkers enables the assessment of root-related overprint, if transects from root features to surrounding material free of them are investigated. The data will be fed into the VERHIB model for source apportionment of sedimentary and root-related OM. (abridged text)
Im marinen biogeochemischen Modell HAMOCC sollen die Partikelflüsse in der Wassersäule hinsichtlich der Bildung/Lösung von pelagischem Kalk sowie einer Ballastparametrisierung, die auch den Effekt von Staubeinträgen aus der Atmosphäre berücksichtigt, optimiert werden. Hierzu werden neueste Forschungsergebnisse aus Studien zur Ozeanversauerung sowie Sinkstofffallendaten und marine Sedimente herangezogen. Es werden Zeitscheibenexperimente für vergangene Klimate (Last Interglacial, Last Glacial Maximum, Holocene) durchgeführt, bevor ein erstes Zeitscheibenexperiment über die Termination 1 gestartet wird.
Ziel des Verbundvorhabens ist die zuverlässige Echtzeit-Überwachung von Trinkwasserströmen mittels Ramanspektroskopie auf Mikroplastikpartikel unter Bestimmung der Plastiksorte, Partikelgröße und -form sowie vorhandener Spurenstoffkontaminationen. Ziel des Teilvorhabens ist die zuverlässige Erkennung von Mikroplastik mittels Raman- und Resonanz Ramanspektroskopie vor dem komplexen biologischen Hintergrund 'Trinkwasser' mit seinen sedimentären und mikrobiellen Komponenten. Sowohl konfokale Ramanmikroskopie als auch Resonanz Ramanspektroskopie von komplexen Umweltproben werden im Rahmen dieses Teilvorhabens auf den effektiven Einsatz im außeruniversitären Milieu hin optimiert. Das Teilvorhaben beantwortet kritische Fragen hinsichtlich des Mikroplastiknachweises in Trink- und Prozesswässern mittels Ramanspektroskopie und wird eine effiziente Erkennung von Mikroplastik auf der Basis von (Resonanz) Ramanspektroskopie überhaupt ermöglichen. Zwei operative modulare Laboraufbauten zur sicheren Ramanspektroskopie an kontrolliert fließendem Wasser dienen zur effizienten Erprobung alternativer Konzepte für die geplanten Demonstratoren des Verbundprojekts. Mit Hilfe von quantifiziert mit Mikroplastik und Spurenstoffen kontaminierten Wasserproben wird die Erkennungsleistung der Ramanspektroskopischen Verfahren in Abhängigkeit von Strömungsraten und Umweltbedingungen bestimmt. Die Ramanspektren werden einer nach Kunststoffsorte, -form, -größe, -kontamination und biologischer Umgebung sortierbaren Datenbank zugeführt und die Spektralanalyse in Zusammenarbeit mit den Partnern auf Recheneffizienz optimiert, um eine zuverlässige Erkennung in Echtzeit zu gewährleisten. Eine ramanspektroskopische Studie zur Auswirkung der Verweildauer von kontaminiertem Mikroplastik im Wasser hinsichtlich Abbauprodukten, der Toxinaufnahme und -abgabe, und der Effekte auf und durch vorhandene biologische Komponenten und in Trinkwässern erwartbare sedimentäre Stoffe wird durchgeführt.
Retentionsbodenfilteranlagen (RBF) sind ein wichtiger Baustein der weitergehenden Behandlung von entlastetem Mischwasser vor Einleitung in ein Gewässer. 2010 gab es in Nordrhein-Westfalen 105 RBF zur Behandlung von entlastetem Mischwasser. Weitere Anlagen befinden sich in Bau und in Planung. Ein Merkmal beim Betrieb der Anlagen ist die unregelmäßige Zulaufbeschickung. Je nach Wetterlage und Entwicklungsstand im Einzugsgebiet können sich sehr lange Einstauphasen, aber auch sehr lange Trockenphasen im Retentionsbodenfilter ergeben. Erfahrungen aus der Praxis haben gezeigt, dass zahlreiche Anlagen aufgrund ungünstiger Betriebsverhältnisse die erwarteten Reinigungsleistungen nicht immer in vollem Umfang erreichen. In diesem Forschungsprojekt sollte die Reinigungsleistung von Retentionsbodenfiltern in Abhängigkeit von betrieblichen Rahmenbedingungen bewertet werden. Diese sind z.B. die Dauer von Trocken- oder Einstauphasen. Außerdem wurden erste Untersuchungen über die Reduzierung von Spurenstoffen auf großtechnischen Retentionsbodenfilteranlagen durchgeführt. Aus den gewonnenen Erkenntnissen können Hinweise für die Bemessung, die Gestaltung und den Betrieb von Retentionsbodenfiltern entwickelt werden. Der Erftverband betreibt 22 Retentionsbodenfilteranlagen, die alle mit einer messtechnischen quantitativen Überwachung hinsichtlich Einstau-, Entlastungs- und Ablaufverhalten ausgerüstet sind. Im Zuge des Projektes wurde das vorhandene Betriebsdatenmaterial der Anlagen des Erftverbandes ausgewertet. Für die Belastungszustände gering belastet (Trockenfallen), optimal ausgelastet (Bemessungsansatz) und stark belastet (lange Einstauphasen) wurde je eine repräsentative Anlage ausgewählt, die intensiv beprobt wurde. Da es während der einjährigen Beprobungsphase nur zu wenigen Niederschlagsereignissen kam, konnten weniger Proben als erwartet gewonnen werden. Trotzdem konnte die hohe Wirksamkeit von Retentionsbodenfiltern beim Rückhalt von abfiltrierbaren Stoffen bestätigt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass Retentionsbodenfilter auch geeignet sind, einige der hier betrachteten Spurenstoffe zurückzuhalten. Da die Filter die Belastung mit Diclofenac, Bisphenol A und Metroprolol im Schnitt um fast 75Prozent reduzierten, sind weitere Untersuchungen zu Reduktionsprozessen in Retentionsbodenfiltern sinnvoll. Hier sollten sich mit Versuchen im Labormaßstab Ergebnisse von höherer Genauigkeit erreichen lassen.
TRAN erweitert die fachliche Expertise des Verbundvorhabens Megacity's fingerprint in Chinese southern marginal seas: Investigation of pollutant fingerprints and dispersal in Pearl River and northern South China Sea und stärkt gleichzeitig die deutsch-chinesische Zusammenarbeit zwischen dem IOW und SOA im Bereich der Meeresforschung. Das Projekt mit dem regionalen Schwerpunkt im Perlfluss und dem Südchinesischen Meer hat zum Ziel, die Umweltveränderungen auf dem nördlichen Schelfgebiet des Südchinesischen Meeres bis in die tieferen ozeanischen Regionen interdisziplinär im Rahmen von Prozessstudien und quasi synoptischen Messkampagnen zu untersuchen, um die Auswirkungen anthropogener und natürlicher Veränderungen auf das marine Ökosystem zu verstehen. In TRAN soll eine Verankerung mit Sinkstofffallen und Strömungsmessern auf dem Kontinentalhang des Südchinesischen Meeres vor der Perlfluss-Mündung aufgebaut werden, um die zeitlichen Muster der absinkenden Partikel anthropogenen und natürlichen Ursprungs zu untersuchen und zu verstehen. Die zentralen Fragen des hier beantragten Projektes sind: In welchem Ausmaß ist der Fingerabdruck' der Megastädte in der tiefen Wassersäule des Südchinesischen Meeres abgebildet und/oder modifiziert durch die vorherrschenden hydrographischen Bedingungen? Welche Prozesse in der Atmosphäre und der Wassersäule prägen die Sedimentationsmuster anthropogener Partikel? Welche Funktion haben die sinkenden Partikel in dieser Regionen bezüglich des anthropogenen Druckes, insbesondere der eingetragenen modernen Schadstoffe (z.B. Mikroplastik, UV Filter, Medikamentenrückstände, Quecksilber)?.
Die Datenbank ICS (Informationssystem Chemikaliensicherheit) ist die zentrale Vollzugsdatenbank des Umweltbundesamtes. In ihr sind umfangreiche Faktendaten enthalten, die die Grundlage für die Stoffbewertung in den Vollzügen REACH, PflSchG, BiozidG, und AMG bilden. Durch die steigenden Anforderungen an die Datenbankinhalte als auch an die Datenbankinfrastruktur wurde es notwendig, ICS neu zu konzeptionieren. Im ersten Schritt wurde das hier vorliegende Fachkonzept erstellt, dass den Rahmen für die später zu erarbeitenden Feinkonzepte und die Implementierung festlegt. Das Fachkonzept ist in mehrere Teilkonzepte mit unterschiedlichen Inhalten aufgegliedert. Es beinhaltet die Geschäftsanwendungsfälle, und daraus abgeleitet, die Systemanwendungsfälle, die die Arbeit mit ICSneu aus Nutzersicht beschreiben. Aus diesen Anwendungsfällen wurden die Rollen und Rechte abgeleitet, die vollzugsübergreifend ausgeprägt sind. Entsprechend der vollzugsübergreifenden Arbeits- und Sichtweise auf das System wurde ein neues fachliches Datenmodell erstellt, das ein vollzugsunabhängiges und erweitertes Stoff-Identitätskonzept und die Modellierung der Faktendaten beinhaltet. Ein wesentlicher Punkt ist dabei die Flexibilität bei der Erweiterung der Faktendaten mit entsprechenden Strukturierungsmöglichkeiten. Die Funktionalitäten des neuen Systems werden in einem Navigations-, Recherche- und Import-/Export-Konzept beschrieben. Für die interne Kommunikation werden die Anforderungen an die Schnittstellen der zu integrierenden Funktionen/Systeme aus/für eine Vorgangsbearbeitung (VBS) und ein Dokumentenmanagement (DMS) ausgeführt. Die Systemarchitektur beschreibt die Umsetzung des Fachkonzeptes in einer zukunftsorientierten und diensteorientierten Architektur mit Browser basierendem Thin-Client. Die einzelnen Dienste werden ausführlich dargestellt. Im Migrationskonzept werden die Anforderungen und das Vorgehen beim Systemwechsel von ICS auf ICSneu beschrieben. Die IT-Sicherheit wird in einem verfahrensbezogenen IT-Sicherheitskonzept behandelt, die Aspekte des Betriebs sind in einem verfahrensbezogenen Betriebskonzept dargestellt.
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