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Geochemische Untersuchungen am Bodensee

Die innere Mischung des Sees, sowie die Wechselwirkung des Sees mit der Atmosphaere und dem Sediment soll mit Hilfe von Spurenstoffmessungen untersucht werden. Geplant sind Messungen von Temperatur, Sauerstoff, Leitfaehigkeit, Phosphat, SO2, Tritium, Helium-3, Radium 226, Radon-222, Blei-210 und Ionium.

ArTTA-10mL: Ein Instrument für die 39Ar-Datierung von kleinen Eis- und Wasserproben

Das Edelgasradioisotop 39Ar ist von großem Interesse für die Datierung in Ozeanographie, Glaziologie und Hydrogeologie, da es das einzige Isotop ist, das den wichtigen Altersbereich zwischen ca. 50 und 1000 Jahren abdeckt. Die fundamental neue Messmethode der Atom Trap Trace Analysis (ATTA), welche die 81Kr Datierung zum ersten Mal möglich gemacht hat, besitzt das Potenzial, die Anwendungen von 39Ar zu revolutionieren, indem sie die benötigte Probengröße um einen Faktor 100 bis 1000 reduziert. In einem Vorgängerprojekt haben wir zum ersten Mal gezeigt, dass die Messung von 39Ar an natürlichen Proben mit ATTA möglich ist, allerdings benötigten wir dazu immer noch Tonnen von Wasser. Vor kurzem haben wir anhand von Proben aus ersten Pilotprojekten mit Ozeanwasser und alpinem Eis gezeigt, dass die 39Ar-ATTA (ArTTA) Messung an Proben von ca. 25 L Wasser oder 10 mL Ar oder weniger möglich ist. Dieser Erfolg eröffnet komplett neue Perspektiven für die Anwendung der 39Ar-Datierung, die sehr wertvolle Information ergeben wird, die ansonsten nicht zugänglich wäre. Der Bedarf für solche Analysen, insbesondere im Gebiet der Spurenstoff-Ozeanographie, ist gut etabliert und dokumentiert durch Unterstützungsschreiben von unseren derzeitigen Partnern für ArTTA Anwendungen. Dieser Antrag wird es uns ermöglichen, die weltweit ersten ArTTA Geräte zu bauen, die auf Routinebetrieb mit kleinen Proben ausgelegt sind. Wir streben den Aufbau einer 39Ar-Datierungsplattform an, welche die Anforderungen für die Datierung in den Feldern der Grundwasserforschung, Ozeanographie und Gletscherforschung erfüllt. Um sinnvolle Anwendungen in der Tracerozeanographie zu ermöglichen, wird eine Kapazität von mindestens 200 Proben pro Jahr benötigt. Das neue Gerät für die Forschung wird damit lange angestrebte Anwendungen erlauben, die sonst nicht möglich wären. Basierend auf bisheriger Forschung haben wir einen klaren Plan für den Aufbau einer kompletten Plattform für den Betrieb von ArTTA: Eine neue Probenaufbereitungslinie basierend auf dem Gettern von reaktiven Gasen erlaubt die Abtrennung von bis zu 10 mL reinem Ar aus kleinen (kleiner als 25 L Wasser oder 10 kg Eis) Umweltproben in wenigen Stunden. Diese Proben werden zum ArTTA Gerät transferiert, welches aus zwei Modulen besteht: Das Optik-Modul erzeugt die benötigten Laserfrequenzen und Laserleistung, das Atom-Modul ist der Teil in dem die Atome mit atomoptischen Werkzeugen detektiert werden, die wir im Prototyp aus dem vorherigen Projekt realisiert haben. So weit als möglich wird die Anlage aus zuverlässigen, hochleistungsfähigen kommerziellen Teilen gebaut. Das System wird in einer hochkontrollierten Containerumgebung installiert, was einen modularen Aufbau gewährleistet, der in Zukunft an unterschiedlichen Orten aufgebaut werden kann.

Erkundungen zur Herkunft der Mineral- und Thermalwaesser im Nordschwarzwald

Es ist das wissenschaftliche Ziel der Arbeit, durch Auswertung der geologischen Daten, der geohydraulischen und geotechnischen Kennwerte, der chemischen Inhaltsstoffe, der Kenntnis der Edelgase und der Isotopendaten die Herkunft der Waesser zu klaeren. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens dienen als Grundlage fuer Fragen der quantitativen Bewirtschaftungsmoeglichkeiten, qualitativer Veraenderungen in Abhaengigkeit von der Bewirtschaftung, Gefahr von Verschmutzungen, Ausweisung von Heilquellenschutzgebieten und Erkundungen des Mineralwasserdargebots.

Messung des Radons und seiner Folgeprodukte in Wohnraeumen und im Freien und Abschaetzung der daraus resultierenden Strahlenexposition, Messungen des Radons und seiner Folgeprodukte in Wohnraeumen und im Freien und Abschaetzung der daraus resultierenden Strahlenexposition der Bevoelkerung

Das Institut fuer Biophysik der Universitaet des Saarlandes fuehrt, mit Foerderung durch das BMI, die o.a. Messungen durch. Ziel des Vorhabens ist es, vor allem die Strahlenexposition der Lunge durch Radon zu bestimmen. Bisherige Abschaetzungen haben ergeben, dass die zusaetzliche Strahlenexposition der Lunge vor allem durch die radioaktiven Folgeprodukte des radioaktiven Edelgases Radon bei etwa 1 milli Sievert pro Jahr liegt und damit in der gleichen Groessenordnung wie die unveraenderte natuerliche Strahlenexposition.

Neuartige Altersbestimmung alpiner Gletscher durch 39Ar-ATTA

Das Eis der höchsten Alpengipfel enthält bislang nicht untersuchte, aber überaus wertvolle Klimainformationen. Die interne Altersstruktur der Gipfelgletscher resultiert aus der Reaktion auf Klimabedingungen, die sie Masse gewinnen, verlieren oder stagnieren lassen. Dieses Klimaarchiv ist noch unerforscht, aber akut bedroht von der gegenwärtigen Erwärmung und Extremereignissen. Zum Beispiel ist unzureichend verstanden wie Klimafluktuationen der letzten 1000 Jahre, speziell die so genannte "kleine Eiszeit", die Gipfelgletscher beeinflusst haben. Um diese Frage zu beantworten braucht es Altersinformation über die Gletscherschichtung. Da Abzählen von Jahresschichten nicht möglich ist, muss die Datierung über radiometrische Verfahren erfolgen. Im Altersbereich zwischen 100 und 1000 Jahre vor heute hat nur das Radioisotop des Edelgases Argon, 39Ar, eine passende Halbwertszeit von 269 Jahren, um als Datierungswerkzeug eingesetzt werden zu können. Allerdings ist das Vorkommen von 39Ar in der Natur so gering, dass 1 kg modernes Eis nur etwa 10.000 Atome an 39Ar beinhaltet. Technische Durchbrüche in der Messung von 39Ar in einer Atomfalle (ArTTA) haben es ermöglicht, die benötigte Probenmenge von Tonnen auf ein paar Kilogramm zu reduzieren. Erst dadurch wird die Anwendung zur Gletschereisdatierung durchführbar. Dieses Projekt wird die Methode der ArTTA Datierung für Gletschereis entwickeln, validieren und zur Entschlüsselung neuartiger Klimaarchive anwenden. Bereits bestehende Forschung an der ÖAW und der Uni Heidelberg bieten eine einzigartige Möglichkeit, dieses Vorhaben umzusetzen. Eine in Zusammenarbeit durchgeführte Pilotstudie hat bereits die Machbarkeit des Vorhabens belegt. Daran anschließend soll nun systematisch das Potential der Methode beurteilt werden. Zur Validierung werden Gletscher mit bereits bekannter Altersinformation und zusätzliche radiometrische Datierungen (z.B. über 14C) eingesetzt. Das 39Ar-Datierungsverfahren wird exemplarisch angewendet, um die Klimainformation in der Altersstruktur eines Gipfelgletschers zu rekonstruieren. Die Kenntnis der heutigen Energie- und Massenbilanz ermöglicht die Zuordnung von Akkumulationsänderungen der Vergangenheit zu den ursächlichen Klimaänderungen. Ihre Infrastruktur und hohe Informationsdichte machen die Alpen ein ideales Forschungsfeld für dieses Vorhaben. Schlussendlich wird das 39Ar-Datierungsverfahren für die Paläoklimaforschung erschlossen, mit einem möglicherweise ähnlichen Innovationsschub wie die Anwendung von 14C zur Eisdatierung. Den Einfluss vergangener Klimaschwankungen auf Gipfelgletscher besser zu verstehen wird auch ihre Zukunft besser vorhersagbar machen, mit direkter Relevanz zur Adaption an die sich ändernden Klimabedingungen, aber auch als Beitrag zum Verständnis kleinräumiger Klimaschwankungen und zur Bewusstseinsbildung im Hinblick auf den Klimawandel im Alpenraum.

Impuls/Waerme/Stofftransport zwischen Wasser und Atmosphaere

Messung der Stromdichten von Impuls, Waerme, Wasserdampf und Gasen durch die Phasengrenze Wasser-Luft in Abhaengigkeit von meteorologischen Parametern (Windgeschwindkeit, Feuchte usw.). Simulation der 'Air-Sea-Interaction' an einem ringfoermigen, abgeschlossenen Wind-Wasserkanal. Untersuchung mit Hilfe stabiler Isotope des Wassers, Kohlendioxid, Edelgasen. Massenspektrometrische Bestimmungsmethoden. Entwicklung von Temperatursonden fuer Grenzschichttemperatur. Untersuchung an anderen Modellfluessigkeiten statt Wasser; Untersuchung des Kapillarwellen-Einflusses.

Topographie-kontrollierte Vermischung über mittelozeanischen Rücken

Im Rahmen der Maria S. Merian Expedition 25 (MSM25) wurden im Jahr 2013 fast 5% des globalen ozeanischen Rückensystems erstmalig systematisch geologisch und ozeanographisch untersucht. Das Ziel des vorliegenden Antrags ist die Erstinterpretation dieses einmaligen hydrographischen und bathymetrischen Datensatzes entlang des langsam spreizenden Südatlantischen Rückens zwischen 33° und 12°S. Der Schwerpunkt der Analysen wird auf der Berechnung der Verteilung der vertikalen Vermischung aus hydrograpischen Feinstrukturdaten sowie die horizontale und vertikale Ausbreitung der Wolke von primordialen Helium aus Hydrothermalquellen entlang des Rückens sein. Die Ergebnisse der hier vorgeschlagenen Vorstudie sollen zur Konzeption eines weiterführendes Antrags dienen, in dem die zusammengehörenden qualitativ hochwertigen hydrographischen und bathymetrischen Daten zur Entwicklung eines verbesserten Models der vertikalen Vermischung in Abhängigkeit von Rauigkeit der Topographie und Rückenmorphologie genutzt werden sollen.

Der arktische Ozean 2020 - Ventilationszeitskalen, anthropogener Kohlenstoff und Variabilität in einer sich verändernden Umgebung

In der Arktis tritt der der Klimawandel am offensichtlichsten zu Tage. Dies zeigt sich zum Beispiel im starken Rückgang der Meereisbedeckung des arktischen Ozeans, mit Auswirkungen auf die Wärmebilanz der Region und indirekt die Zirkulation in Ozean und Atmosphäre. Die Bildung von Tiefenwasser geht einher mit dem Transport von gelösten Gasen von der Oberfläche in das Innere der Ozeane, auch Ventilation genannt. Die entsprechende Aufnahme von Kohlendioxid, die im arktischen Ozean überproportional ausgeprägt ist, stellt einen wichtigen Puffer für Treibhausgasemissionen dar. Ihre Kenntnis ist entscheidend für aussagekräftige Klimaszenarien.Die Ventilationszeitskalen können über die Messung gewisser Spurenstoffe (Tracer) bestimmt werden, die einem zeitlich variablen Eintrag oder dem radioaktiven Zerfall unterliegen. Allerdings sind klassische Tracer wie Freon-12 und Schwefelhexafluorid (SF6) sowie eine Reihe moderner so genannter „Medusa Tracer“ in den tiefsten Bereichen des arktischen Ozeans nicht nachweisbar. Mit der neuen Atom Trap Trace Analysis (ATTA) Methode ist es nun möglich, das Radioisotop 39Ar in Meerwasser zu messen und damit genau die Zeitskala abzudecken, welche bisher nicht präzise bestimmt werden konnte. Im Zusammenspiel mit den genannten Tracern sowie dem Radiokohlenstoff 14C können somit Altersverteilungsfunktionen und letztlich die Ventilationszeitskalen der gesamten Wassersäule bestimmt werden. Dieser Ansatz wird ergänzt durch Messungen von Edelgasen zur Bestimmung von Sättigungsanomalien an der Oberfläche sowie der langlebigen anthropogenen Radioisotope 236U und 129I, die als Markierung von Atlantikwasser das Studium des Austausches zwischen Nordatlantik und Arktischem Ozean ermöglichen. In diesem Projekt sollen Proben für alle genannten Tracer während einer Expedition auf dem Eisbrecher ODEN im Jahr 2021 in der Zentralarktis genommen und gemessen werden. Die Daten dienen zur Bestimmung von Modellparametern von Aufenthaltszeitverteilungen, die wiederum die Grundlage zur Berechnung des Wassersäuleninventars des anthropogenen Kohlenstoffes bilden. Die Resultate werden mit biogeochemischen Ansätzen verglichen und zur Abschätzung der Ozeanversauerungsrate verwendet. Die weiteren Tracerdaten geben Aufschluss über die Zirkulation im nordatlantischen Raum sowie die Prozesse an der Ozeanoberfläche. Um die aufgrund der klimatischen Effekte zu erwartenden Veränderungen der letzten Jahrzehnte zu bestimmen, werden wir zusätzlich historische Tracermessungen aus der Arktis analysieren.Aus der Kombination unterschiedlicher innovativer Methoden versprechen wir uns darüber hinaus wichtige methodische Erkenntnisse sowie datenbasierte Randbedingungen für Ozeanmodelle. Die Ergebnisse dieses Projekts werden somit umfangreiche Beiträge liefern zum besseren Verständnis der Zirkulation und Ventilation des arktischen Ozeans, der Kohlenstoffaufnahmekapazität der Ozeane und der Konsequenzen des sich ändernden arktischen und globalen Klimas.

Ressortforschungsplan 2023, Recherche und Aufbereitung bestehender Erkenntnisse zur chemischen Jodzusammensetzung bei schweren Unfällen in ausländischen Kernkraftwerken zur Bewertung ihrer Relevanz für die Quellterm- und Dosisermittlung

Noble Gas Recovery System - Edelgas-Rückgewinnungssystem für LNGS

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