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Sonderforschungsbereich 1211 (SFB): Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit

Ziel dieses Projekts ist es, die Forschung im Bereich der wechselseitigen Beziehung zwischen biologischer Evolution und Landschaftsevolution maßgeblich voranzutreiben. Arbeitsgebiete sind aride bis hyperaride Systeme, in denen sowohl biologische Aktivität als auch Erdoberflächenprozesse vorwiegend und sehr stark durch die Verfügbarkeit von Wasser limitiert sind. In diesem Projekt sollen die Schlüsselmerkmale biologischer Aktivität in extrem wasserlimitierten Habitaten der Erde identifiziert und Erdoberflächenprozesse, die unter nahezu wasserfreien Bedingungen ablaufen, charakterisiert werden. Die Bestimmung kritischer Schwellenwerte der Umweltbedingungen, die eine biologische Kolonisation und/oder Landschaftstransformationen erlauben, stellt ein wesentliches Ziel dar. Das zeitliche und räumliche Muster biologischer Kolonisation und Isolation wird zusammen mit der Chronologie der Landschaftsentwicklung in Bezug zur auschlaggebenden gemeinsamen Triebkraft, dem (Paleo-) Klima, untersucht. Diese Ziele sollen durch: (i) paleoklimatische Rekonstruktion und Observation des gegenwärtigen Klimas, zur Entwicklung geeigneter Klimamodelle, (ii) Erfassung der biogeographischen Migrationsgeschichte, Phylogenie (Pflanzen, Insekten, Protisten und Bakterien) und deren molekularer Datierung und (iii) räumliche Erfassung, Prozesscharakterisierung und Datierung von (fossilen) Landschaftselementen (Entwässerungssysteme, Hänge, fluviale und aeolische Sedimente, Böden), angegangen werden. Die Datierung geologischer Archive (i & iii) erfordert eine innovative (Weiter-) Entwicklung isotopengeologischer Methoden, welche entsprechend durchgeführt werden sollen.Es werden u.a. wesentliche Beiträge zu den sich entwickelnden Konzepten des evolutionären Timelags (Guerreo et al. 2013, PNAS 110, 11469-11474), des Einflusses geographischer Barrieren auf klimabedingte Speziesmigration (Burrows et al. 2014, Nature 507, 492-495), der Biogeomorphologie (Corenbilt et al. 2011, Earth Sci. Rev. 106, 307-331), sowie der Entwicklung neuer Methoden zur Datierung und Prozesscharakterisierung von Erdoberflächenprozessen und biologischer Evolution erwartet.

Strukturelle Entwicklung und Geochronologie des Altkristallins Ostkretas

Das Altkristallin Ostkretas stellt eine Besonderheit im kretischen Deckenstapel dar. Im Zuge der alpidischen Subduktion wurde es auf lediglich ca. 300 Grad C aufgeheizt, so dass die alpidische Deformation auf diskrete Scherzonen beschränkt ist. Infolgedessen ist das präalpidische strukturelle Inventar im Altkristallin noch weitgehend vorhanden. Detaillierte strukturelle und mikrogefügekundliche Untersuchungen der Altkristallineinheiten (Gneise, Glimmerschiefer, Amphibolite etc.) sollen dazu beitragen, die bisher kaum verstandene präalpidische Kinematik sowie die beteiligten Deformationsmechanismen und -bedingungen zu entschlüsseln. Erste U-Th-Pb-Datierungen von Monaziten mit der EMP-Methode belegen, dass die präalpidische Metamorphose im Perm stattgefunden haben muß. Weitere geochronologische Untersuchungen sollen helfen, die noch fehlenden Zeitmarken im Altkristallin festzulegen. Konventionelle U-Pb-Datierungen von Monazit und Zirkon werden es erlauben, das Alter der präalpidischen Metamorphose erstmals sehr exakt zu datieren. Darüber hinaus sollte sich mit dieser Methode auch das Protolithalter zweier neu aufgefundener Orthogneiskomplexe bestimmen lassen. Im Hinblick auf eine ICDP-Bohrung in der Mesara-Ebene Mittelkretas kommt der Untersuchung des Altkristallins keine unbedeutende Rolle zu, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass Altkristallin auch von der Bohrung angetroffen werden wird.

Zur Frage der Abflussverhaeltnisse sueddeutscher Flusssysteme in Abhaengigkeit von Klimaschwankungen und Eingriffen des Menschen

Aufbau einer absoluten Eichenchronologie des Postglazials, Ueberpruefung der Kohlenstoffproduktion; Datierung von Erosions- und Akkumulationsphasen ueber Jahrringanalysen subfossiler Stammlagen; Veraenderung der Oekologie der Auenwaelder, des Hydrosystems; Vermoorung der Flusstaeler; Auswirkungen des menschlichen Eingriffes (Rodung, Oberflaechenerosion, Auelehmakkumulation).

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Die Öffnung der Fram-Straße und ihr Einfluss auf Sedimenttransport, Klima und Ozeanzirkulation zwischen Arktis und Nordatlantik

Die Öffnung im frühen Neogen und anschließende Verbreiterung und Vertiefung der Fram-Straße, der einzigen Tiefenwasserverbindung zwischen Arktischem und Atlantischem Ozean, stellt ein grundlegendes tektonisches Ereignis dar, das weitreichende Konsequenzen fuer die globale Ozeanzirkulation und die Klimaentwicklung sowie fuer Sedimentationsprozesse in den angrenzenden Ozeanbecken und entlang der Kontinentalränder hatte. Die entstandenen Sedimentarchive erlauben es in der Kombination von seismischen Kartierungen mit stratigraphischen Untersuchungen an existierenden DSDP/ODP-Bohrkernen, Rueckschluesse auf die Entwicklungsgeschichte dieser tiefen Meeresstrasse auf tektonischen Zeitskalen (100.000-1.000.000 Jahre) zu ziehen. Die seismostratigraphische Untersuchung von sedimentären Strukturen anhand teilweise neu zu bearbeitender reflexionsseismischer Profile in der Fram-Straße und den Antragstellern neu zugänglich gemachter externer Daten von den angrenzenden bzw. konjugierten Kontinentalrändern von Grönland und Norwegen (Daten von BGR, NPD, GEUS) stellt somit wertvolle Informationen ueber die regionale tektonische, ozeanographische und klimatische Entwicklung bereit, u.a der Vereisungsgeschichte der nördlichen Hemisphäre. Unser Ziel ist es, aus den Reflexionsmustern und internen Sedimentstrukturen seismischer Profile auf die Ablagerungsmechanismen zu schließen, um damit wiederum tektonische Prozesse sowie Veränderungen der ozeanischen Zirkulation in der Fram-Straße zu rekonstruieren. Einen wesentlichen Beitrag dazu leisten veröffentlichte und geplante Überarbeitungen der Chronostratigraphie der DSDP/ODP-Bohrkerne der Lokationen 343, 642/643, 909, 910, 912 und 913, die eine Datierung der seismischen Grenzflächen (Reflektoren) und eine sedimentologische Charakterisierung der seismischen Einheiten ermöglichen.

Humanized River Systems - Der Einfluss von Landnutzungsänderungen und Industrialisierung auf die Morphodynamik kleiner Fließgewässer im Übergang vom Mittelgebirge zum Tiefland: Beispiele aus dem Rureinzugsgebiet

Es werden im Rahmen des Projektes anthropogen induzierte Folgen von Landnutzungsänderungen und der Industrialisierung auf die Morphodynamik von Fließgewässern anhand von Beispielen aus dem Rureinzugsgebiet untersucht. Die Rur ist ein 165 km langer Fluss mit einer Einzugsgebietsgröße von 2340 km2 in Nordrhein-Westfalen und verbindet ein heute überwiegend bewaldetes Mittelgebirge mit einer Quellregion in einer Höhe von 660 m mit einem agrarisch geprägten Tiefland zwischen 200 und 30 m NHN. Wie in vielen anderen Flusssystemen Mitteleuropas sorgten anthropogene Eingriffe für erhebliche Veränderungen der Naturräume und der fluvialen Systeme. Im Einzugsgebiet der Rur wurden die Rur selbst, aber auch ihre Zuflüsse erheblich durch Siedlungsausdehnung, Mühlenbau, Rodungen, Bergbau, Industrieeinleitungen, Talsperrenbau, Wiederaufforstungen, Flurbereinigungen und Naturschutzmaßnahmen (u.a. Nationalpark Eifel) geprägt. Ziel des Projektes ist es, die unterschiedlichen Einflüsse und deren jeweiligen Folgen für die fluvialen Systeme in verschiedenen Zeitabschnitten (u.a. Mittelalter, Neuzeit, heute und Zukunft) mittels geowissenschaftlicher und ingenieurwissenschaftlicher Methoden zu untersuchen. Dies beinhaltet u.a. Kartierungen, Beprobungen fluviale Sedimente, sedimentologische und geochemische Analysen, 14C und 137Cs Datierungen sowie numerische Modellierungen von Fließgewässern und deren Auen einschließlich der Talsperren. Ein besonderer Fokus liegt neben den unterschiedlichen anthropogenen Eingriffen auf den natürlichen Einflüssen und dem Vergleich der fluvialen Dynamik im Mittelgebirge und im Tiefland. Dieser interdisziplinäre Ansatz soll ein möglichst umfassendes Bild des anthropogenen sowie natürlichen Einflusses und seinen Folgen auf das Einzugsgebiet der Rur in der Vergangenheit, Gegenwart und in der Zukunft vermitteln.

Digitale Geologische Karte von Nordrhein-Westfalen im Massstab 1:100000

Das analog vorliegende Kartenwerk der Geologischen Karte von Nordrhein-Westfalen im Massstab 1:100000 (GK100) wird digital verfuegbar gemacht. Die GK100 zeigt auf 20 Vollblaettern, die zT angrenzende Bundeslaender und auch europaeische Nachbarlaender anschneiden, die Verbreitung der an der Erdoberflaeche anstehenden Gesteine. Sie informiert ueber das Alter, die Beschaffenheit und die Lagerung des Untergrundes. Die digitale GK100 umfasst eine Fachdatentabelle und eine Vektorkarte. Die Fachinhalte und die Flaechenobjekte der Vektorkarte sind ueber die Kuerzel der geologischen Einheiten miteinander zu einem Fachinformationssystem verknuepft. Die Fachdatentabelle gibt ueber die Eigenschaften von mehr als 500 verschiedenen geologischen Einheiten des Landesgebietes Auskunft, zB ueber das Alter, die Gesteinsbeschaffenheit, die Entstehung, den geologischen Ablagerungsraum oder die hydrogeologischen sowie geotechnischen Besonderheiten. Die Vektorkarte besteht aus drei Informationsebenen: einem Flaechen-, einem Linien- und einem Punktaufleger. Der Flaechenaufleger speichert die Polygone, die die Flaechen der Kartiereinheiten begrenzen. Der Linienaufleger haelt die linienhaften geologischen Informationen des Kartenblatts vor, wie zB tektonische Stoerungen, Verbreitungsgrenzen von Kartiereinheiten im tieferen Untergrund, Schnittlinien etc. Punktinformationen, wie Aufschluesse, Bundeslaender Fundstellen uae, werden in einem Punktaufleger festgehalten. Die graphischen Informationsebenen werden in einer blattschnittfreien digitalen Kartengraphik verwaltet. Das Fachinformationssystem der GK100 bietet durch die Verknuepfung von Fach- und Graphikdaten die Moeglichkeit von thematischen Auswertekarten. Bisher wurden die Auswertungen 'Petrographie', 'Geologische Uebersicht', 'Genese' und 'Karst' erarbeitet. Die digitale GK100 und deren thematischen Auswertekarten koennen blattschnittfrei als Plot oder als Datensatz bereitgestellt werden. Die Graphikdaten koennen in verschiedenen ASCII-Formaten und den Formaten der martkueblichen Graphiksysteme, wie zB ArcView, ArcInfo, ALK-GIAP und PIA, bereitgestellt werden. In das geologische Informationssystem der GK100 werden neben den flaechenhaften zukuenftig auch die in den geologischen Schnitten der GK100 enthaltenen vertikalen Informationen eingebunden.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt C02: Transport und Ablagerung: Evolution alluvialer Fächer zwischen 21°S und 25°S im Wechselspiel klimatischer und tektonischer Kräfte

Dieses Projekt konzentriert sich auf die lateral umfassende (21ºS bis 25°S) Aufzeichnung des fluvialen Transports und der Ablagerung entlang der Küste, die als Schwemmkegel in der schmalen Küstenebene erhalten sind. Ziel ist es, den langfristigen küstenparallelen Klimagradienten und zeitliche Schwankungen der Transportvorgänge aus den Quellgebieten in der Küstenkordillere und Ablagerungsraten abzuleiten. Der Zeitbereich dieses Projekts ist das Quartär, eingeschränkt vom maximalen Alter der schmalen Küstenebene. Schwerpunkte sind die Sedimentologie und Chronologie der Küstenschwemmkegel. Chronologische Informationen werden durch Lumineszenzdatierung von feinkörnigen Sedimenten und Bedeckungsaltersdatierungen von Grobsedimenten, mittels kosmogenen Nukliden, gewonnen.

Natural Forest Management in Caracarai, Roraima, Brazil

Objectives: Sustainable management of tropical moist forests through private forest owners will become increasingly important. Media report that in Brazil, particularly in Amazonia, approx. 80 percent of the timber harvested is from illegal sources. Private management of forests according to internationally acknowledged standards offers an opportunity to significantly lower the portion of illegally cut timber. Moreover, it contributes significantly to the conservation of the Amazon forest. Private forest owners show a clear long-term commitment towards the implementation of management standards according that is ecologically compatible, socially acceptable and economically viable. The project area, a pristine forest in legal Amazonia in the transition zone between moist tropical forests and savannas (cerrado), is extremely diverse in floristic and faunistic terms. The institute cooperates with the private forest owner. Main tasks are to document the faunistic and floristic diversity, to calculate the Annual Allowable Cut and to elaborate concepts for site-specific silviculture. Results: To date (Oct. 2006) the following activities were started: - a comprehensive inventory system for planning at the FMU-level has been successfully introduced; - the inventory system for the annual coupe area has been designed and data for the first coupe are being processed; - the annual allowable cut is currently calculated based on the results of the above described inventories; - two fauna surveys are completed; one focusing on large mammals and one on the avi-fauna. A long-term monitoring concept to assess the influence of forest management on the faunistic diversity is currently under development; - forest zoning is completed applying terrestrial surveys and interpreting high-resolution satellite images; - a study on the use of Bethollethia excelsa-fruits (Brazil nuts) is currently implemented; - a study on timber properties of lesser known species is currently implemented.

Neusiedler See: Monitoring Fischerei

Zielsetzung: Die Maßnahmen und Eingriffe, die im Rahmen der Realisierung eines fischereilichen Managementplanes zur Durchführung kommen, müssen in ihrer Wirkungsweise überprüft werden. Zu diesem Zwecke ist ein Monitoring unerlässlich. Die Ziele eines solchen Monitorings sind: - Semiquantitative/qualitative Bestandserhebung: CPUE (catch per unit effort) - Fänge mittels Kiemennetzen unterschiedlicher Maschenweiten (10, 15, 18, 20, 24, 30 mm); 1 x pro Monat (April - Oktober) in der Bucht der Biologischen Station und im freien See. Elektrobefischung (4 x pro Jahr) an ausgewählten Punkten im Schilfgürtel (in Übereinstimmung mit jenen aus der vorangegangenen Managementstudie). - Ringwadenbefischung (Methodenabstimmung mit Echolotung). - Erfassen der Populationsstruktur: Vermessen der Fische, Altersbestimmung, Gonadenanalyse. - Trophische Einmischung: Nahrungsanalysen; Erfassen der planktischen und benthischen Nährtiere. - Quantitative Erfassung des Fischbestandes mittels Echolotung. Zwischenergebnisse: Die Dichte der Freilandtermine erlaubte für die meisten Arten eine Analyse der Fortpflanzungsstrategie, der Populationsentwicklung im Jahresverlauf und eine Unterscheidung verschiedener Altersklassen. So weisen die Längenverteilungen der YOY (young of the year) den Zander und Flussbarsch als 'single spawner/Einmallaicher mit einer vergleichsweise kurzen Laichzeit aus, während Laube, Blaubandbärbling und Sonnenbarsch 'multiple spawner/Mehrfachlaicher sind, d.h. mehrmals und über einen längeren Zeitraum ablaichen. Die Dauer der Laichzeit von Rotauge, Rotfeder und Güster liegt dazwischen. Für Rotauge und Rotfeder konnten markante Wachstumsunterschiede zwischen den verschiedenen Untersuchungsjahren aufgezeigt werden. Zur Beurteilung der trophischen Einnischung der Fischarten des Schilfgürtels wurden detaillierte Nahrungsanalysen von Sonnenbarsch, Blaubandbärbling, Flussbarsch, Rotauge und Rotfeder sowie einer geringeren Zahl von Giebel, Karpfen und Schleie durchgeführt. Die Ergebnisse deuten auf eine Überlappung der Nahrungsansprüche von Karpfen, Giebel und Schleie hin. Bei Betrachtung der Großgruppen der aufgenommenen Beutetiere scheinen Sonnenbarsch, Flussbarsch und die drei übrigen Cypriniden die gleichen Nahrungsquellen zu nutzen. Die Analyse der Beutetiere auf Artniveau offenbarte jedoch teilweise deutliche Unterschiede in der Wahl der Nahrungsgründe. Die Echolotung (Horizontalbeschallung) erfuhr ihren Ersteinsatz im Sommer 1996. Seither wird Ende August/Anfang September der Fischbestand der Freiwasserzone des Sees mit dieser Methode erhoben. Die gewonnenen Verteilungsbilder (z.B. Abb.1) lassen einen deutlichen Zusammenhang zwischen Strukturen im See (Schilfinseln, Makrophyten) und höherer Fischbiomasse erkennen. Im offenen See findet man vor allem kleinere Fische und die Fischbiomasse ist gering. Mehr und größere Fische werden in windgeschützten und/oder strukturierten Bereichen des Sees gefunden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Eisflussintensitäten und Provenienzunterschiede im Amundsenmeer-Sektor während Plio- und Pleistozäner Super-Interglaziale - Indikatoren für den Kollaps des Westantarktischen Eisschilds in der Vergangenheit?

Das zukünftige Verhalten des Westantarktischen Eisschilds (WAIS) bleibt eines der kritischsten Unbekannten bei globalen Klima- und Meeresspiegelvorhersagen (IPCC, 2014). Vergangene Super-Warmperioden während des Plio- und Pleistozäns könnten als Analoga für Klimaszenarien dienen, die für die kommenden Jahrzehnte und Jahrhunderte vorhergesagt werden. Modellstudien legen nahe, dass Temperaturanomalien während dieser Zeiträume zu einem teilweisen oder vollständigen WAIS-Kollaps führten. Es fehlen jedoch noch eisproximale geologische Beweise solcher möglichen Zusammenbrüche. Während der IODP Exp. 379 konnten wir Bohrkerne von zwei Standorten bergen, die diese Intervalle abdecken. Insbesondere wird die Intensität der Eisentladung (Quantifizierung von Eisschutt; IRD) an 571 Proben untersucht. Ferner werden Indikatoren für die Sedimentherkunft und den möglichen Kollaps an ausgewählten Proben bestimmt, um die ost- und westantarktischen IRD-Quellen (Mineralogie und Ar-Ar-Datierung) zu unterscheiden. Die analytischen Arbeiten für das Projekt werden von studentischen Hilfskräften durchgeführt, die die Möglichkeit haben, Abschlussarbeiten zu verfassen. Die erzeugten Daten werden für die Datenintegration mit IODP-Projektpartnern, die Synthese und die endgültige Veröffentlichung verwendet.

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