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Ueber die Herkunft von Ammonium im Wasser

In einigen Veroeffentlichungen der letzten Jahre wird die Bildung von Ammonium aus Nitrat in Frage gestellt. Wir haben aus je einer Erd- und Talsperrensedimentprobe 60 verschiedene Staemme von nitratammonifizierenden Bakterien erhalten. Von den Bakterien, die unter anaeroben Bedingungen aus Nitrat Ammonium bilden, sind diejenigen zu trennen, die Nitrat unter Bildung von N2 oder N2O denitrifizieren. Verschieden von beiden Prozessen ist die Ammoniumbildung aus organischen, stickstoffhaltigen Verbindungen (Ammonifikation). Nitratammonifizierende Bakterien koennen auch Nitrit und teilweise Hydroxylamin unter anaeroben Bedingungen reduzieren. Sowohl bei der Denitrifikation als auch bei der Nitratammonifikation kann aus organischer Substanz Ammonium gebildet werden.

PHILEAS (Untersuchung des Transport aus dem asiatischen Sommermonsun in hohe Breiten)

PHILEAS (Probing high latitude export of air from the Asian summer monsoon)Die asiatische Sommermonsun Antizyklone (AMA) während des Nordsommers wird als ein Haupttransportweg in die obere Troposphäre / untere Stratosphäre (UTLS) für troposphärische Luftmassen, die viel H2O und Aerosolvorläufergase und Verschmutzung enthalten, gesehen. Neuere Beobachtungen zeigen eine große Bedeutung des Transports von Ammoniumnitrat durch die AMA für das Aerosolbudget und die asiatische Tropopausenaerosolschicht (ATAL), wahrscheinlich auch mit Konsequenzen für die Zirrenbildung.Neuere flugzeuggetragene Messkampagnen konnten die Zusammensetzung und Aerosolgehalt im Inneren der AMA charakterisieren oder werden in unmittelbarer Nähe Messungen erheben. Im Gegensatz dazu wurde der Einfluss von monsungeprägten Luftmassen auf die Gesamtzusammensetzung der nördlichen untersten Stratosphäre, z.B. bei HALO Mesungen nachgewiesen. Allerdings gibt es bisher keine Studie, die den Übergang der AMA Luftmassen in die extratropische unterste Stratosphäre (LMS) und die Konsequenzen für Aerosolprozessierung und Zusammensetzung zeigt. Im Rahmen der früheren HALO Missionen TACTS/ESMVal und WISE hat sich gezeigt, dass der nördliche Zentralpazifik eine Schlüsselregion für diesen Übergang ist.Beobachtungen und Modelldaten zeigen eine besondere Bedeutung des sogenannten ‘eddy-sheddings‘ für die Befeuchtung der nördlichen UTLS an. Diese Eddies stellen isolierte dynamische Anomalien dar, die sich von der AMA gelöst haben und mit der Hintergrundströmung in der Atmosphäre zu zirkulieren beginnen. Die chemische Zusammensetzung der Eddies ist zunächst isoliert von ihrer Umgebung. Dynamische und diabatische Prozesse erodieren jedoch diese Anomalien und führen zu einer allmählichen Vermischung mit dem stratosphärischen Hintergrund.Weitere Transportpfade beeinflussen die Zusammensetzung der UTLS über dem Pazifik im Sommer: i) quasi-horizontales Mischen über den Subtropenjet ii) konvektiver Eintrag tropischer Taifune, die in die Extratropen wandern können iii) Wettersysteme der mittleren Breiten. Bei PHILEAS ist geplant, die relative Bedeutung verschiedener Prozesse für die Gasphasen und Aerosolzusammensetzung der UTLS zu untersuchen. Dabei soll insbesondere die dynamische und chemische Entwicklung ehemaliger AMA Filamente untersucht werden, die sich von der AMA abgespalten haben und über dem Pazifik aus der Troposphäre in die Stratosphäre übergehen.Insgesamt ergeben sich drei Hauptthemen, die die PHILEAS Mission motivieren:1) Welche Haupttransportpfade, Zeitskalen und Prozesse dominieren den Transport aus der AMA in die unterste Stratosphäre?2) Wie entwickeln sich Zusammensetzung der Gasphase und der Aerosole während des Transports speziell durch die 'shed eddies'?3) Welche Bedeutung hat der Prozess der Wirbelablösung für das globale Budget der UTLS speziell von H2O und infrarot-aktiven Substanzen?

Aerosole aus dem asiatischen Monsun in der oberen Troposphäre: Quellen, Alterung, Auswirkungen

Die Asian Tropopause Aerosol Layer (ATAL), eine Schicht mit erhöhtem Aerosolgehalt, tritt jedes Jahr von Juni bis September in 14-18 km Höhe in einem Gebiet auf, das sich vom Mittelmeer bis zum westlichen Pazifik erstreckt. Hinsichtlich der Zusammensetzung der Partikel, sowie ihrer Bedeutung für die Strahlungsbilanz in dieser klimasensitiven Höhenregion bestehen große Unsicherheiten. Die bisher einzigen Flugzeugmessungen aus dem Zentrum der ATAL wurden 2017 im Rahmen der StratoClim Kampagne von Kathmandu aus gewonnen. Dabei entdeckten wir mit Hilfe des Infrarotspektrometers GLORIA auf dem Forschungsflugzeug Geophysica, dass feste Ammoniumnitrat (AN) â€Ì Partikel einen beträchtlichen Teil der Aerosolmasse ausmachen. Diese zählen zu den effizientesten Eiskeimen in der Atmosphäre. Zudem zeigte die gleichzeitige Messung von Ammoniakgas (NH3) durch GLORIA, dass dieses Vorläufergas durch starke Konvektion in die obere Troposphäre verfrachtet wird. Im Rahmen der PHILEAS-Kampagne schlagen wir eine gemeinsamen Betrachtung von atmosphärischen Modellsimulationen und Messungen vor, um die Zusammensetzung, Ursprung, Auswirkungen und Verbleib der ATAL-Partikel zu untersuchen â€Ì insbesondere im Hinblick auf ihre Prozessierung sowie ihren Einfluss auf die obere Troposphäre und die untere Stratosphäre der nördlichen Hemisphäre. Messungen von monsunbeeinflussten Luftmassen über dem östlichen Mittelmeer sowie über dem nördlichen Pazifik werden es uns erlauben, Luft mit gealtertem Aerosol- und Spurengasgehalt zu analysieren und damit die StratoClim-Beobachtungen aus dem Inneren des Monsuns zu komplementieren. Um dabei die wahrscheinlich geringeren Konzentrationen an Aerosol und Spurengasen zu quantifizieren, schlagen wir vor, die GLORIA-Datenerfassung von NH3 und AN u.a. durch die Verwendung neuartiger spektroskopischer Daten zu verbessern. Ferner werden wir die Analyse der GLORIA-Spektren auf Sulfataerosole sowie deren Vorläufergas SO2 auszudehnen. Auf der Modellseite werden wir das globale Wetter- und Klimamodellsystem ICON-ART weiterentwickeln, um die ATAL unter Einbeziehung verschiedener Aerosoltypen (Nitrat, Ammonium, Sulfat, organische Partikel, Staub) zu simulieren â€Ì unter Berücksichtigung der hohen Eiskeimfähigkeit von festem AN. Modellläufe werden durchgeführt, um einerseits einen globalen Überblick über die Entwicklung der ATAL 2023 zu gewinnen und zudem detaillierte, auf die relevanten Kampagnenperioden zugeschnittene, wolkenauflösende Informationen über die Aerosol-Wolken-Strahlungs-Wechselwirkungen zu erhalten. Über die direkte Analyse der PHILEAS-Kampagne hinausgehend wird diese Arbeit die Grundlage für eine verbesserte Analyse von Aerosolparametern aus GLORIA-Beobachtungen früherer und zukünftiger HALO-Kampagnen sowie aus Satellitenbeobachtungen legen. Darüber hinaus wird sie ICON-ART, einem der zentralen Klimamodellsysteme in Deutschland die Simulation von Aerosolprozessen sowie Aerosol/Wolken-Wechselwirkungen im Zusammenhang mit der ATAL ermöglichen.

Molekulare Regulation der wechselseitigen Interaktion zwischen Ammonium- und Nitrataufnahme in Pflanzenwurzeln

Um mit fluktuierenden Verfügbarkeiten unterschiedlicher Stickstoff (N)-Verfügbarkeiten im Boden zurecht zu kommen, haben Pflanzen unterschiedliche Transportsysteme für die Aufnahme von Nitrat und Ammonium entwickelt. Um einer Belastung des Metabolismus bei ungleicher Aufnahme dieser beiden entgegen gesetzt geladenen N-Formen zu entgegnen, müssen die Kapazitäten von Ammonium- und Nitrattransportsystemen eng koordiniert werden. Bei geringen Aussenkonzentrationen wird die Wurzelaufnahme von Ammonium über hochaffine AMT1-artige und von Nitrat über hochaffine NRT2-artige und niederaffine NRT1-artige Membrantransporter vermittelt. Dabei vermittelt der Transceptor NRT1.1 nicht nur den Transport sondern auch das ‚Sensing‘ von Nitrat, indem er das Expressionsniveau von NRT2- und AMT1-Transportergenen reguliert. Unsere bisherigen Experimente in Arabidopsis zeigen, dass eine amt-Vierfachmutante mit defekter Ammoniumaufnahme auf Nitrat oder Ammoniumnitrat besser wächst als der Wildtyp, während Influx- und Genexpressionsstudien auf regulatorische Komponenten deuten, die nicht durch die Sensingfunktion von NRT1.1 allein erklärt werden können. Daher ist das übergreifende Ziel dieses Antrags die regulatorischen Mechanismen zu untersuchen, die das Ammonium-zu-Nitrat Verhältnis bei der N-Aufnahme über die Wurzel steuern. Dazu wird i) die spezifische Rolle des Ammoniumtransporters AMT1.5 in der hochaffinen Ammoniumaufnahme in Anwesenheit von Nitrat aufgeklärt; ii) die regulatorische Funktion von N-Form-abhängigen pH-Wert-Veränderungen in der NRT1.1-abhängigen und -unabhängigen Regulation von NRT2- und AMT1-Genen ergründet; und iii) transkriptionale Regulatoren von NRTs und AMTs identifiziert und charakterisiert, die das Aufnahmeverhältnis von Ammonium zu Nitrat modulieren. Die erwarteten Ergebnisse sollen erklären, wie Pflanzen ein unausgewogenes Aufnahmeverhältnis der beiden N-Formen erkennen und Erkenntnisse liefern, wie die pflanzliche N-Ernährung verbessert werden kann.

Entwicklung und Anwendung chemischer Sensoren zur Inline-Ueberwachung von Umweltschadstoffen

Bei den chemischen Sensoren sind insbesondere optische Indikatoren, die an Lichtleitern immobilisiert oder absorbiert werden (sogen. Optroden) zur simultanen Erfassung diverser Schadstoffkomponenten von Interesse. Es sollen Optroden und Sensor-Arrays fuer die flaechendeckende Erfassung von Metallen und Schwermetallen entwickelt werden. Die Erfahrungen bei der Entwicklung von selektiven optischen Sensoren werden auch fuer potentiometrische Detektionsverfahren (ChemFET, ISFET) genutzt. Die gegenwaertigen Arbeiten beziehen sich auf die Gewaesserueberwachung mit optisch-biochemischen Sensoren fuer Nitrat, Sulfat und Ammonium.

Distribution of contaminants from the Elbe outflow into the North Sea (German Bight) based on water samples from the MOSES cruise Sternfahrt 10 in 2023

The Sternfahrt-10 of the MOSES campaign, from 29th August until the 15th of September 2023, had two objectives. One was to follow the dispersion of pollutants transported by the Elbe water into the North Sea, previously observed during the Elbe-Freshwater and Elbe-Tidal cruises. And second the distribution of the Elbe water within the German Bight. Therefore, drifter groups were deployed to follow individual water parcels. Those drifters were followed subsequently by three ships (RV Ludwig Prandtl, RV Littorina, RV Mya II), to extend the time period of measurements. Along the tracks, water samples were taken close to the drifters, alternatively at stations from previous cruises, resulting in 12 to 24 sampling points per week. In terms to detect the concentration of a variety of nutrients and carbon compounds from the south-eastern North Sea up to the island Amrum. Additionally, basic hydrographic parameters and greenhouse gases were sampled continuously throughout the whole cruise. Those results are not part of the present dataset, but can be found here, https://doi.org/10.1594/PANGAEA.971874. To ensure the comparability of the measured parameters a transportable container laboratory was passed from ship to ship always equipped with the same sensor systems. Just for specific water samples some special equipment was added. A map of the different tracks as well as information about the used sensors and data treatment, you can find in the additional material. For more detailed information about the MOSES Project and the cruise Sternfahrt-10, see the article cited in references.

Minderung von NH3-Verlusten und Steigerung der Stickstoffeffizienz beim Einsatz synthetischer Stickstoffdünger, Teilprojekt 7

Minderung von NH3-Verlusten und Steigerung der Stickstoffeffizienz beim Einsatz synthetischer Stickstoffdünger, Teilprojekt 9

Minderung von NH3-Verlusten und Steigerung der Stickstoffeffizienz beim Einsatz synthetischer Stickstoffdünger, Teilprojekt 3

Minderung von NH3-Verlusten und Steigerung der Stickstoffeffizienz beim Einsatz synthetischer Stickstoffdünger, Teilprojekt 1

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