Das Projekt "Research group (FOR) 831: Dynamic Capillary Fringes - A Multidisciplinary Approach" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Ingenieurbiologie und Biotechnologie des Abwassers durchgeführt. Capillary fringes are highly dynamic zones at the interface between water-saturated aquifer and vadose zone, where steep biogeochemical gradients and thus high bioactivities are expected. Since the accessibility of this dynamic region in the field is very limited, well controlled bench and larger scale laboratory experiments to elucidate physical (flow, diffusion, dispersion), geochemical (dissolution/precipitation) and biological (metabolism, excretion, biofilm formation) processes in the capillary fringe and their interaction under transient conditions are planned. The focus will be on the reactive transport of organic and inorganic pollutants and on the influence of suspended groundwater bacteria, biofilms and metabolic products on mass transfer and turnover processes. Emphasis is directed on innovative high resolution (time and space) sensors and on spectroscopic tools for quantification of concentration gradients.
In parallel to the experimental work the development and the implementation of a flexible simulator for coupled multiphase flow and reactive transport are pursued. The numerical model should be flexible enough to accommodate the experimental setups and relevant processes investigated experimentally in the different projects. State-of-the-art numerical methods and high-performance parallel computing will be used to obtain accurate solutions.
Das Projekt "Automatische Detektion alpiner Massenbewegungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Alpine Naturgefahren durchgeführt. Alpine Massenbewegungen wie Muren oder Lawinen werde, durch die rasche sozio-ökonomische Entwicklung der alpinen Gebiete, zunehmend zu einer Gefahr für Menschen und Sachwerte. Durch Maßnahmen Siedlungen und Verkehrswege zu schützen, werden die Detektion und Messung von Massenbewegungen eine zusehends wichtige Aufgabe. Dieses Projekt hat zum Ziel eine zuverlässiges Warnsystem zur Erkennung von Muren und Lawinen zu entwickeln, wobei dies durch die Analyse der seismischen Wellen und Infraschallsignale, hervorgerufen von den alpinen Massenbewegungen, erfolgt. Es existieren bereits verschiedene Ansätze Lawinen oder Muren mit Infraschall- und Seismische-Sensoren zu detektieren, jedoch wurde bisher keine Kombination von Seismischen- und Infraschall-Sensoren betrachtet. Außerdem verwenden die meisten aktuellen Messsysteme infraschall oder seismische Arrays um Massenbewegungen zu detektieren, womit teure Aufbauten aus mehreren Sensoren sowie Datenübertragungssysteme erforderlich sind. Das Ziel dieses Projektes ist es, ein System, zu entwickeln, welches mit einer Kombination aus nur einem Seismischen- und einem Infraschall-Sensor, Massenbewegungen mit hoher Genauigkeit direkt am Sensorstandort detektiert und welches sowohl für die Detektion von Muren als auch für Lawinen verwendet werden kann. Dazu muss zunächst ein Detektions-Algorithmus entwickelt werden und dann das Messsystem mit einem Mikrocontroller erweitert werden, der notwendigen Kapazitäten für die Ausführung des Algorithmus direkt am Sensorstandort bietet. Dieses neue System wird dann im Testgebiet Lattenbach sowie im Skigebiet Kitzsteinhorn getestet. GeoExpert bietet als Firmenpartner die notwendigen Verbindungen zu potentiellen Kunden um die Anforderungen an Detektions-Algorithmus sowie Hard- und Software festzulegen und bietet somit optimales Know-how für einen guten Erfolg des Projekts.
Das Projekt "Multiskalen-Modellierung von Boden-Pflanze-Interaktionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Bodenforschung durchgeführt. Ziel des Projekts ist es, mathematische Methoden und Simulationen einzusetzen, um zu einem besseren Verständnis über die Mechanismen der Interaktion im System Boden-Pflanze, und insbesondere der Funktion von Mykorrhizapilzen bei der pflanzlichen Stoffaufnahme, beizutragen. Dabei liegt der Fokus auf den Auswirkungen von Rhizosphärenprozessen auf der Mikroskala auf die Stoffaufnahme eines ganzen Wurzelsystems. Mögliche Anwendungsgebiete reichen von der Pflanzenernährung bis zu der Verwendung von Pflanzen für Phytosanierung. Als Mykorrhiza werden Symbiosen zwischen Pflanzenwurzeln und Bodenpilzen bezeichnet, die im allgemeinen für beide Partner vorteilhaft ist. 80 Prozent aller Landpflanzen bilden solche Mykorrhizen aus. Die externen Pilzfäden bieten einen zusätzlichen Pfad für Nähr- und andere im Boden gelöste Stoffe in die Wurzel. Das kann sich unter anderem positiv auf die Pflanzenernährung auswirken. In diesem Projekt werden wir detaillierte mechanistische und hierarchische Modelle für Boden-Pflanze Interaktionen entwickeln, und zwar basierend auf Daten, die in der Literatur vorhanden sind, beziehungsweise auf der Expertise von Experten, die an diesem Projekt beteiligt sind. Wir berücksichtigen drei Skalenniveaus: das eines Pilzfadens im Boden, das einer Wurzel, die von einem Pilzgeflecht umgeben ist, und das einer ganzen Pflanze. Auf dem Skalenniveau des Pilzfadens beschreiben wir mit einem Modell, wie Stoffe aus dem Boden aufgenommen werden und was dann im Inneren des Pilzes damit passiert. Die meisten Literaturdaten dazu, und damit auch unsere Modellbildung, beschäftigen sich mit dem Nährstoff Phosphor und arbuskulären Mykorrhizen. Auf dem Skalenniveau einer Einzelwurzel beschäftigen wir uns mit Rhizosphärenprozessen wie Wurzelexsudation, Kohlenstoff- und Mikrobielle Dynamik in Wurzelnähe. Außerdem wird der Beitrag des Pilzmycels zur Stoffaufnahme der Wurzel berechnet. Auf dem Skalenniveau der ganzen Pflanze werden wir dazu noch die Konkurrenz zwischen mehreren mykorrhizierten Wurzeln beschreiben. Außerdem gehen wir der Frage nach, wie sich die Erhaltung eines Pilzgeflechts im Vergleich zur Exsudation von Nährstoffmobilisierenden Stoffen auswirkt. Die Informationen eines Skalenniveaus werden durch Homogenisierungsmethoden in die höheren Skalenniveaus transferiert. Literatur-Screening, Datenaufbereitung und -analyse bieten die Basis für das Quantifizieren der Modellprozesse und Parameter als auch für die Validierung. Die numerischen Berechnungen werden mit MATLAB 7.1.0 durchgeführt, die numerische Lösung partieller Differentialgleichungen mit Hilfe des Softwarepakets FEMLAB 3.2. Die Ergebnisse dieses Projekts werden zu effizienteren Pflanzenbau- und Phytosanierungsstrategien als auch zum Design neuer Experimente beitragen.
Das Projekt "Orogene Prozesse, ihre Quantifizierung und Simulation am Beispiel der Varisciden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Fachbereich 08 Biologie, Chemie und Geowissenschaften, Institut für Geowissenschaften und Lithosphärenforschung durchgeführt. In Jahrzehnten geowissenschaftlicher Forschung ist eine ausgezeichnete Datenbasis zum Ablauf der variscischen Orogenese zusammengetragen worden, die im Zeitraum von 500-300 Millionen Jahren grosse Teile der Erdkruste von Europa geformt hat und mit aehnlichen Prozessen in Amerika und Asien korreliert werden kann. Bezueglich der methodischen Entwicklung sind die verschiedenen geowissenschaftlichen Arbeitsrichtungen in zunehmendem Masse in der Lage, ihre Studienobjekte quantitativ zu beschreiben, und die Computertechnik ermoeglicht numerische Modellsimulationen auch komplexer Ablaeufe. Dieser Entwicklungsstand eroeffnet voellig neue Wege zum Verstaendnis orogener Prozesse. In interdisziplinaeren Ansaetzen soll versucht werden, orogene Stoff-, Massen- und Energietransporte moeglichst weitgehend zu quantifizieren, und ihre Wechselbeziehungen in analogen und digitalen Modellsimulationen nachzuvollziehen. Thematische Schwerpunkte sind: - Die geometrisch-tektonische Bilanzierung orogener Deformationsvorgaenge, unter Einbeziehung realistischer rheologischer Gradienten - Stoff-, Massen- und Energietransporte bei metamorphen und magmatischen Prozessen, unter besonderer Beruecksichtigung der Wechselbeziehungen zwischen Kruste und Mantel - Massenverlagerungen an der Erdoberflaeche (Erosion, Sedimentation). Durch iterativen Vergleich der Modelle mit der Oberflaechengeologie und geophysikalischen Krustenprofilen besteht die Aussicht, geodynamische Hypothesen zu testen und Alternativen zu entwickeln. Auf diesem 'neuen Weg' ist ein sprunghafter Fortschritt im Verstaendnis der orogenen Dynamik moeglich. Dieses Vorhaben impliziert enge Zusammenarbeit mit dem 'Kontinentalen Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik Deutschland (KTB)', und ist auch ein Beitrag zum europaeischen geowissenschaftlichen Gemeinschaftsprojekt EUROPROBE, einem Schluesselprojekt des Internationalen Lithosphaerenprogrammes, das Krustenstrukturen in einem Profilstreifen von Frankreich bis zum Ural vergleichend analysieren soll.
Das Projekt "Abgleich der Saprobielisten von Deutschland und Österreich auf Basis mathematisch unterstützter Expertenmeinungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Wasservorsorge, Gewässerökologie und Abfallwirtschaft, Abteilung für Hydrobiologie, Fischereiwirtschaft und Aquakultur durchgeführt. Die aktuellen Saprobienlisten beruhen vorwiegend auf Expertenmeinungen. Diese Vorgangsweise hat wissenschaftliche Tradition, eine Nachvollziehbarkeit der saprobiellen Einstufungen der Indikatorarten durch Dritte ist allerdings nur erschwert moeglich. Da im Zuge der Harmonisierungsbestrebungen, die in den EU-Laendern existierenden, tw. unterschiedlichen 'Saprobielisten' auf einander abzustimmen sind, ist eine mathematisch unterstuetzte Begruendung der Saprobiewerte aus fachlichen Gruenden wuenschenswert. Die Datengrundlage in Oesterreich ist mittlerweile umfangreich genug, um trotz der Heterogenitaet der Datensaetze eine nachvollziehbare Einstufung der Indikatoren auch kostenguenstig zu realisieren. Die gewaehlten Vorgangsweisen basieren auf dem 'Eignungsindex' und dem 'Repraesentationsindex'. Die ersten Auswertungsergebnisse zur Begruendung von Expertenmeinungen werden diskutiert.