Seit den 1930er-Jahren wurde im Raum Duisburg/Wesel der Steinkohlenbergbau auch unter dem Rheinstrom und seinen Vorländern betrieben. In Duisburg befindet sich das Bergwerk Walsum, dessen regelmäßiger Förderbetrieb im Jahr 1936 aufgenommen wurde. Die maximale Jahresförderung von ca. 3,4 Mio. t Steinkohle erbrachte die Zeche mit knapp 4.600 Beschäftigten im Jahr 1984. Als Folge des Untertagebaus traten im Bereich Walsum (Rhein-km 793 bis 798) Geländesenkungen von bis zu 9 m auf, die durch eine Anpassung der Bauwerke und durch Sohlaufhöhungen im Hauptstrom kompensiert wurden. Im Bereich der Rheinaue ist nun allerdings eine Ausuferung bereits ab mittleren Abflüssen zu beobachten. Diese lokalen Veränderungen der Abflussdynamik und des Sedimenttransportvermögens bergen die Gefahr von Anlandungen im Hauptstrom, welche die Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs negativ beeinflussen können. Die Auswertung aktueller Peildaten lässt Anlandungstendenzen im Streckenbereich zwischen Walsum und Stapp erkennen. Mitte 2008 wurde, entgegen der ursprünglichen Planung, der Bergbau im Grubenfeld Walsum eingestellt und die Zeche stillgelegt. Der Beschluss zur Stilllegung war für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Anlass, Prognosen zur Stabilität der Stromsohle in dem betroffenen Rheinabschnitt zu erstellen und erforderlichenfalls geeignete Maßnahmen einzuleiten. Bereits Mitte der 1970er-Jahre hatte die WSV begonnen, die bergsenkungsbedingten Massenverluste der Stromsohle durch die Verklappung von Waschbergematerial zu kompensieren. Insgesamt wurden 13,8 Mio. t dieses Nebenprodukts der Steinkohlengewinnung im Zeitraum von 1976 bis 2008 im Stromabschnitt zwischen Rhein-km 793 und 808 eingebaut. In einigen Bereichen des Streckenabschnitts beträgt die Mächtigkeit dieser Waschbergeschichten mehrere Meter. Laboruntersuchungen belegen, dass Waschbergematerial andere Materialeigenschaften aufweist und sich in seinem Verwitterungsverhalten von natürlichem Rheinkies unterscheidet. Mobilisiertes Waschbergematerial unterliegt auf der Gewässersohle Zerfallsprozessen, mit der Tendenz, relativ schnell zwischen den deutlich härteren Kiesfraktionen zerrieben, in Suspension überführt und schließlich aus der Strecke ausgetragen zu werden. Die Untersuchungen der BAW konzentrierten sich in einem ersten Schritt auf die Ermittlung der durch die Bergsenkungen verursachten Auswirkungen auf die Morphologie der Stromsohle im Bereich von Duisburg bis Wesel. Dabei kam ein zweidimensionales Feststofftransportmodell (2D-FTM) zum Einsatz. Für diese hydromorphologischen Betrachtungen war im Vorfeld der Aufbau eines historischen Geländemodells erforderlich, welches den Vorlandzustand des Untersuchungsgebiets vor Beginn der Bergbautätigkeiten erfasst. Dieses Geländemodell wurde mit Hilfe topografischer Karten der Preußischen Landesaufnahme aus dem Jahr 1892 erstellt.
Groundwater resources underpin ecosystems and human activities, yet their continued global depletion deteriorates water quality and ecology due to baseflow reduction and causes land subsidence and seawater intrusion. Accurate quantification of groundwater flow and storage changes is critical to enable adaptive resource management, for example through assessing potential impacts from over-extraction and determining sustainable yields. This necessitates an increase in knowledge of the spatial distribution of subsurface properties. Current groundwater investigation methods (e.g. pump testing) require high effort and are costly to conduct, restricting the rate and frequency of testing thus resulting in spatially limited outcomes. This project will establish Tidal Subsurface Analysis (TSA) as a novel methodology to quantify subsurface hydro-geomechanical properties such as transmissivity, permeability, specific storage, porosity, compressibility and/or bulk modulus. TSA utilises the groundwater response to the ubiquitous and predictable Earth and atmospheric tides which is contained in existing measurements. TSA will be developed by unifying the theories of existing approaches that have successfully quantified individual subsurface properties using the groundwater response to Earth tides or barometric loading. Next, the influence of geological heterogeneity on properties quantified using TSA will be evaluated using a combination of numerical modelling and field data from locations in the United Kingdom and Australia where the subsurface has been well characterised. Finally, TSA will be validated by comparing each of the quantified hydro-geomechanical properties with values derived from established hydrogeological or geophysical investigation techniques, such as pump testing, geophysical logging or sediment coring. Because it is a passive approach, it will overcome many of the limitations inherent to active hydraulic subsurface investigations. It is anticipated that TSA will shift the paradigm about how groundwater and atmospheric measurements are used and add significant value to monitoring programs, enhancing resource management decisions and improving implementation of the EU Water Framework Directive.
Klimaänderungen sind als natürliche Phänomene in allen Epochen der Erdgeschichte zu finden. Neben diesen natürlichen Variationen stehen heute zunehmend die anthropogen Änderungen im Fokus der Aufmerksamkeit. Dabei kommt dem Anstieg des Meeresspiegels in der Öffentlichkeit eine herausragende Bedeutung zu, da die gesellschaftlichen und ökonomischen Konsequenzen bereits allgemein sichtbar und spürbar sind. Viele Megastädte der Welt liegen in Küstenregionen und nehmen insgesamt fast ein Drittel der Weltbevölkerung auf. Die durch den Meeresspiegelanstieg verursachte Bedrohung wird zudem durch eine natürliche oder anthropogen verursachte Subsidenz in vielen Fällen noch vergrößert. Somit ist eine umfassende und genaue Bestimmung von Meeresspiegelanstieg und die Bestimmung von Subsidenzraten die Voraussetzung für eine sinnvolle Küstenplanung, Landnutzung und den Erhalt der ökonomischen und ökologischen Lebensgrundlagen. Seit 1991 wird der Meeresspiegel durch Radaraltimeter kontinuierlich und hochgenau erfasst. Ungeachtet dieser langen Zeitspanne fällt es heute immer noch schwer, konsistente Beschreibungen des globalen Meeresspiegels zu liefern. Das Projekt wird die Ursachen in einer fokussierten Region (Südostasien) untersuchen und Lösungsstrategien erarbeiten. Meeresspiegeländerungen werden mittelfristig durch saisonale und jährliche Variationen beeinflusst. Diese Prozesse überlagern die globale Änderung des Meeresspiegels als Rauschen und erschweren somit die Bestimmung von Langzeittrends. Gezeitenpegel, die teilweise seit über 100 Jahren Messungen liefern, sind ein probates Mittel, langfristige Änderungen zu untersuchen und Extremereignisse zu detektieren. GNSS-Sensoren an oder der Nähe von Pegeln erlauben die Ableitung geozentrische Meeresspiegeländerungen und die Trennung von Landdriften (GIA, Subsidenz). Die genaue Bestimmung des Zustandes des Meeresspiegels, die Analyse von GNSS-korrigierten Pegelmessungen und die Erfassung der Subsidenz in Megastädten sind zentrale Forschungsgegenstände und unentbehrlich für die vorausschauende Planung und Entwicklung von Küstensiedlungen. In dem Projekt planen wir (1) die Nutzung und Verbesserung der Datenbasis, bestehend aus Radaraltimetrie, GNSS-Sensoren, Gezeitenpegeln und dem zeitvariablen Schwerefeld, mit dem Ziel, regionale Änderungen des Meeresspiegels und der Subsidenz möglichst präzise zu erfassen; (2) die Variabilität des Meeresspiegels in Südostasien und vor Java/Indonesien zu analysieren und Ursachen dafür zu identifizieren; (3) lokale Änderungen des Meersspiegels aus Pegeln in Südostasien zu untersuchen, und Extremereignissen zu identifizieren, zu analysieren und zu beschreiben; (4) die Informationen mit den Ergebnissen anderer Projekte desselben Zielgebietes zu kombinieren und zu einer konsistenten Beschreibung der Gefährdung durch Meeresspiegelanstieg und Subsidenz von der Messung bis hin zur Auswirkung auf die Gesellschaft für einzelne Städte zu gelangen.
Permafrost-Moore sind Hotspots organischer Kohlenstoff-Vorräte. Das Auftauen von Permafrostböden fördert die Mineralisation des bodenorganischen Kohlenstoffs (SOC). Es besteht jedoch große Unsicherheit hinsichtlich der SOC-Verluste bzw. der SOC-Akkumulation in aufgetauten Permafrost-Mooren. Bislang wurde die SOC-Bilanz auftauendender Permafrost-Moore in nur sehr wenigen Regionen untersucht. Aus bisherigen Studien ist bekannt, dass die SOC-Bilanz sehr variable ist und Prognosen für auftauende Permafrost-Moore unsicher sind. Permafrost-Moore der Finnmark, der nördlichsten Provinz Norwegens, tauen derzeit schnell auf. SOC-Verluste und rezente SOC-Zuwächse wurden in den Permafrost-Mooren dieser Region bisher nicht quantifiziert. Wir werden in dieser Region Standorte untersuchen, die durch Thermokarst tief und durch aktive Schichtvertiefung oberflächennah aufgetaut sind. Bei der oberflächennahen Schichtvertiefung durch partielles Auftauen und Entwässerung entstehen oxidative Bedingungen, die den mikrobiellen SOC-Abbau fördern. Thermokarst mit anoxischen Bedingungen bildet sich, wenn das gesamte Bodenprofil auftaut, absinkt und mit Wasser gefüllt wird. Verschiedene Ansätze werden zur Quantifizierung der SOC-Verluste durch Auftauen verfolgt. Wir werden in-situ SOC-Mineralisationsraten verschiedener Torfschichten durch Messung von CO2-Emissionen und deren 14C-Signaturen quantifizieren. Diese Ergebnisse liefern Belege für die SOC-Mobilisierung beider Auftauregime in Permafrost-Mooren. Wir erwarten, dass Moore, die oberflächennah aufgetaut sind, aktuell höhere SOC-Verluste aufweisen als Thermokarst. Darüber hinaus werden Bodenkerne aus beiden Auftauregimen entnommen, i) um die Entwicklung der Torfakkumulation durch pflanzliche Makrofossilien und 14C-Datierung zu charakterisieren, ii) um SOC-Vorräte zu quantifizieren, iii) um Humifizierungsgrade der organischen Substanz zu charakterisieren und iv) um das Mineralisationspotenzial für SOC und gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) zu bestimmen. Wir erwarten i) geringere SOC-Vorräte, ii) höhere Humifizierungsgrade, iii) geringere SOC- und DOC-Mineralisierungspotenziale und eine geringere mikrobielle Kohlenstoffnutzungs-Effizienz in Thermokarstmooren aufgrund der vorangegangenen SOC-Mineralisierung im Vergleich zu intakten Permafrost-Mooren. Schließlich werden rezente SOC-Akkumulationsraten durch 210Pb-Datierung bestimmt. Wir gehen davon aus, dass sich in Thermokarstmooren in jüngster Zeit SOC angereichert hat, die vorhergehende SOC-Verluste durch Auftauen teilweise kompensieren. Wir werden verschiedene Thermokarstmoore untersuchen, um zu überprüfen, ob die SOC-Akkumulationsrate nach dem Auftauen mit dem Grad der Bodenabsenkung zusammenhängt. Die Bilanzierung der SOC-Verluste und der SOC-Akkumulation sowie der Mineralisationspotenziale in den verschiedenen Auftauregimen kann einen wertvollen Beitrag zur Verbesserung von Prognosen zur zukünftigen Entwicklung von SOC-Vorräten in Permafrost-Regionen leisten.
Der Western Boundary Undercurrent (WBUC) ist eine kritische Komponente der globalen Umwälzzirkulation und wird durch Tiefenwasserbildung in der Grönland-, Labrador-, Island- und Norwegischen See angetrieben. Seismische Profile der Eirik Drift weisen auf eine hohe Variabilität der Geschwindigkeiten und Strömungspfade des WBUC seit dem frühen Miozän hin und geben Hinweise auf das Gebiet der Tiefenwasserbildung vom Miozän bis heute. Wir beabsichtigen die Mechanismen, welche in der Verschiebung der Gebiete der Tiefenwasserbildung und der Verschiebung der Strömungspfade des WBUC involviert sind, zu identifizieren. Korngrößen sind für ODP Leg 105 und die IODP Expedition 303 Sites U2305-2307 in der Eirik Drift verfügbar (iodp.tamu.edu). Die Unterscheidung in Ton (kleiner als 0.004 mm), Schlamm (0.004-0.063 mm) und Sand (mehr als 0.063 mm) ist ausreichend um Geschwindigkeiten des WBUC für verschiedene Zeitscheiben abzuleiten. Dreidimensionale Geschwindigkeiten und Sedimenttransporte werden mit dem Regional Ocean Modelling System (ROMS) simuliert. ROMS wird auf den Nordatlantik regionalisiert werden und dabei detaillierte Informationen über Gebiete der Tiefenwasserbildung und Ozeanzirkulation liefern. Seismische Profile aus der Eirik Drift (Uenzelmann-Neben (2013)) stellen Horizonttiefen, Schichtdicken und Position und Orientierung von Depozentren zur Verfügung. Diese sind in Kombination mit Korngrößen eine Validierungsmöglichkeit für den in ROMS modellierten Sedimenttransport. Durch den numerischen Ansatz ist es möglich, Prozesse hervorzuheben oder zu vernachlässigen. Hierdurch können Sensitivitätsstudien bezüglich des Einflusses sich verändernden Klimas und tektonischer Zustände auf die tiefe Ozeanzirkulation und den Sedimenttransport durchgeführt werden. Müller-Michaelis und Uenzelmann-Neben (2014) führten Variabilität im Sedimenttransport in der Eirik Drift auf Veränderungen in der Stärke und des Strömungspfades des WBUC zurück, welche durch unterschiedliche Gebiete der Tiefenwasserbildung hervorgerufen wurden. Diese Hypothese kann mit dem regionalen Model getestet werden und die klimatologischen Ursachen für die Veränderung der Gebiete der Tiefenwasserbildung können identifiziert werden. Der Strömungspfad des WBUC ist zusätzlich durch tektonische Veränderungen beeinflusst, z.B. die Subsidenz des Grönland-Schottland-Rückens oder der Schließung des Zentralamerikanischen Durchflusses. Der Einfluss tektonischer Veränderungen auf die Stärke und Strömungspfade des WBUC als auch auf Sedimentationsraten und Korngrößen wird in diesem Projekt betrachtet. Wir werden daher eine Verbindung zwischen Sedimentationsraten und Korngrößen, wie sie in den Bohrkernen von Sites 646 und U1305-1307 gemessen wurden, und klimatologisch und tektonisch hervorgerufener Änderungen der Geschwindigkeiten und Strömungspfade des WBUC herstellen.
Ziel der technischen Zusammenarbeit in Bangladesh ist die Stärkung des GSBs in der Nutzung geowissenschaftlicher Daten und Informationen für die Integration geologischer Kenntnisse und Prozesse in Stadtplanungsmaßnahmen. Aufgrund seiner Topographie, der geographischen Lage, der Bevölkerungsdichte und von menschlichen Eingriffen ist Bangladesch geologischen und klimabedingten Risiken in besonderem Maße ausgesetzt. Infolge einer massiven Binnenmigration in die Städte sowie hohen Geburtenraten schreitet die Urbanisierung in Bangladesch rapide voran. Dort führt der hohe Bevölkerungsdruck zu einer ungeordneten und vielfach auch ungeplanten Stadtentwicklung. Die Untergrundverhältnisse (Geologische Informationen) finden bei der Planung und Entwicklung urbaner Gebiete in Bangladesch nur in sehr geringem Maß Berücksichtigung. So werden Industrieansiedlungen und Bauland mangels Informationen auch in solchen Gebieten ausgewiesen, die aufgrund ungünstiger Eigenschaften des Untergrundes für eine solche Landnutzung ungeeignet sind. Gebäudeabsenkungen bis hin zu Einstürzen und Schäden an öffentlicher Infrastruktur sind die Folgen. Die Stärkung urbaner Gebiete im Hinblick auf Auswirkungen des Klimawandels ist ein zentrales Anliegen des Projektes. Neben der Gewinnung von geomorphologischen und seismologischen Information sollen im Rahmen dieses Projektes RADAR Fernerkundungsdaten eingesetzt werden, um durch Ermittlung von Bodenbewegungen Informationen über den Untergrund zu gewinnen und Stadtplanungsmaßnahmen zu unterstützen. Hierfür werden Methoden der RADAR Interferometrie basierend auf langzeitstabilen Punktstreuern, Persistent Scatterer Interferometrie (PSI) und Small-Baseline Subset (SBAS), verwendet (Ferretti et al., 2000; Bernardino et al., 2002). Mit solchen Methoden werden sowohl großräumige Langzeittrends, wie Landabsenkung aufgrund der Gebäudelast auf sandigen Geländeauffüllungen, als auch kurzzeitige Trends, wie z.B. jahreszeitliche Erhebung von quellfähigen tonhaltigen Böden während der Regenzeit, geschätzt. Zudem können lokale Bewegungen detektiert werden, die als Indikator für Gebäudemonitoring genutzt werden können. Die ermittelten Bodenbewegungen werden auch in Kombination mit Klimadaten und Meeresspiegelanstiegsraten genutzt, um Szenarien für eine angepasste Stadtplanung zu entwickeln. Für die Ermittlung der Bodenbewegungen werden Daten der Satellitenmissionen TerraSAR-X (SM) und Sentinel 1 (IW) genutzt. Anwendungspotenzial: - Synergetische Nutzung von RADAR Fernerkundungsdaten, seismologischen Daten, geomorphologischen und klimatologischen Daten, um geeigneter Baugrund zu bestimmen (angepasste Stadtplanung). - Nutzung von RADAR Fernerkundungsdaten um bestehende Bauwerke zu überwachen (Stadtmonitoring). Weitere Ergebnisse: Einen weiteren wichtigen Aspekt stellt die Schulung der Partnerinstitutionen und Stadtplanungsbehörden in diesen Methoden und Anwendungen dar, um so ihre nachhaltige Nutzung für die Stadtplanung zu gewährleisten.
Im Verbundprojekt ViWaT arbeiten deutsche und vietnamesische Partner an Nachhaltigen Lösungskonzepten zum Erhalt von Land- und Wasserressourcen im Mekong Delta. Das Mekong Delta in Vietnam ist eine durch Flussarme geprägte Region mit der ungefähren Fläche Baden-Württembergs. Die hauptsächlich flache Landschaft wird sowohl landwirtschaftlich für den Anbau von Reis und Früchten sowie für die Zucht von Fisch und Meeresfrüchten intensiv genutzt. Auf dem fruchtbaren Boden können jährlich bis zu drei Ernten erbracht werden. Durch Klimawandel und anthropogene Einflüsse ist diese wirtschaftlich und kulturell bedeutsame Region Vietnams jedoch stark betroffen. Die intensive Nutzung von Grundwasser hat im Laufe der Jahre zu einer starken Landabsenkung geführt, die teilweise über mehrere Zentimeter pro Jahr beträgt. Gleichzeitig steigt der Meerwasserspiegel mehrere Millimeter pro Jahr und bewirkt eine Versalzung von Oberflächen- und Grundwasser. Stromauf angebrachte Staudämme verringern den Eintrag von Sedimenten in das Mekong Delta. Zusammen mit einer starken Küstenerosion führt dies zu einem starken Landverlust in der Mekong Region. Im Verbundprojekt ViWaT sollen Nachhaltige Lösungskonzepte für die Problematik im Mekong Delta und den Erhalt von Land- und Wasserressourcen erarbeitet werden. Das Projekt ViWat teilt sich in drei Säulen, die jeweils an unterschiedlichen Themenschwerpunkten arbeiten: ViWaT-Engineering, ViWaT-Planning und ViWaT-Operations. Das TZW arbeitet im Rahmen von ViWat-Engineering mit 11 deutschen Partnern aus Forschung und Industrie fokussiert am Wassermanagement der Mekong Region. Zur Bewertung der Wasserqualität werden am TZW biologische und chemische Parameter untersucht. Mit molekularbiologischen Methoden wird die Belastung an Bakterien und Viren sowie Antibiotikaresistenzen im Grund- und Oberflächenwasser erfasst. Gleichzeitig wird an modernen Monitoring-Verfahren gearbeitet, um Wasserressourcen zukünftig besser hygienisch überwachen zu können. Als Endergebnis sollen neue Wasserressourcen erfasst und konkrete Handlungsempfehlungen für das Mekong Delta mit deutschen und vietnamesischen Partnern erarbeitet werden.
ViWat-Engineering widmet sich technologischen Maßnahmen zur Bewahrung des Mekong-Deltas mit besonderem Fokus auf die Ca Mau Halbinsel. Diese ist von starker Küstenerosion und einer schnellen Landsenkung betroffen. Mit bis zu 3 cm pro Jahr übersteigt die Landsenkung die geschätzte klimawandelbedingte Meeresspiegelerhöhung von 3 mm bei weitem. Sie hat ihre Ursache in der Grundwasserausbeutung sowie in der Regulierung des Mekong-Flusssystems, durch die die Sedimentationsraten verringert werden. Folge der Landsenkung ist zudem die Versalzung des Oberflächenwassers. Auch zeigt sich eine Versalzung der gespannten Grundwasserkörper, deren Ursache derzeit noch nicht im Detail bekannt ist. Daher ergeben sich dringende Aufgaben für die Rettung der Ca Mau Halbinsel: Eine nachhaltige Küstenstabilisierung muss naturnahe Lösungen in Hinblick auf die Revitalisierung der Mangroven, den Rückhalt der Sedimente und die Landrückgewinnung in den Mittelpunkt stellen. Ein erfolgreiches Wasser- und Landressourcenmanagement ist auf die Bereitstellung alternativer Wasserressourcen auszurichten, um die Grundwasserentnahme und die damit verbundene Landsenkung zu minimieren. Ein detailliertes Wissen über Versalzungsdynamik, den Austrag von Sedimenten über die Fließgewässer sowie die Qualität der verschiedenen Gewässerkörper ist die Grundvoraussetzung für ein zukunftssicherndes Wasser- und Landressourcenmanagement. Um dieses zu erreichen, sind Oberflächen- und Grundwassermonitoringstationen einzurichten, flächenhaft Informationen zur Gewässerqualität zu erheben und Konzepte für den Wechsel von Grundwasser- zu Oberflächenwasserressourcen zu entwickeln. In diesem Kontext baut der Projektverbund ViWat auf einer engen Zusammenarbeit zwischen vietnamesischen und deutschen Partnern auf, die auf vietnamesischer Seite vom Ministry of Science and Technology (MOST) geleitet wird.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 78 |
| Europa | 6 |
| Land | 14 |
| Weitere | 3 |
| Wissenschaft | 44 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 76 |
| Text | 6 |
| unbekannt | 4 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 9 |
| Offen | 78 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 66 |
| Englisch | 29 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 1 |
| Datei | 1 |
| Dokument | 7 |
| Keine | 41 |
| Webseite | 39 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 87 |
| Lebewesen und Lebensräume | 85 |
| Luft | 58 |
| Mensch und Umwelt | 87 |
| Wasser | 73 |
| Weitere | 86 |