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Identifikation und Charakterisierung feiner Fasern in der Luft

Das Forschungsvorhaben dient der Entwicklung eines optischen Verfahrens zur on-line Erfassung und Charakterisierung von lungengaengigen Mineralfasern in der Luft. Die Luft wird durch ein kleines Messvolumen gesaugt, das die Partikel einzeln durchqueren. Mit Hilfe einer Triggeroptik, die das Vorhandensein einer Partikel erkennt, wird ein kurzzeitiger, intensiver Laserimpuls ausgeloest, der die Partikel aus zwei orthogonalen Richtungen beleuchtet. Es entstehen zwei Beugungsmuster, die mit Hilfe von Videokameras aufgenommen werden. Durch Bildanalyse des Musters und Anwendung der Beugungstheorie werden Laenge und Durchmesser der Partikel ermittelt. Das Vorhaben steht in Zusammenhang mit anderen Projekten, die im Rahmen des Schwerpunktprogramms an anderen Hochschulen zur Problematik der Fasererkennung in der Luft durchgefuehrt werden.

Vertikaler turbulenter Aerosolpartikeltransport über offenem Wasser und Eis in der zentralen Arktis während des Sommers - Aerosolpartikelquellen und -umwandlung in der arktischen marinen Grenzschicht

In der Arktis ist aktuell die stärkste Temperaturerhöhung im Zuge des Klimawandels zu beobachten. Diese Tatsache beruht auf einer komplexen Kette von Prozessen und Rückkopplungen, in denen Aerosolpartikel durch ihren Einfluss auf Strahlungsbilanz und Wolkenbildung eine wesentliche Rolle spielen. Um die Auswirkungen der sich ändernden Eisbedeckung abschätzen zu können, müssen die Wechselwirkungen zwischen Ozean sowie Eis und der Atmosphäre besser verstanden werden. Grundsätzlich mangelt es besonders im Bereich des arktischen Ozeans an atmosphärischen Messungen, die zum Verständnis der Prozesse aber auch zur Vorhersage der zu erwartenden Änderungen dringend benötigt werden. Austauschprozesse zwischen Ozean/Eis und Atmosphäre sind in diesen Regionen ebenfalls wenig untersucht. Im Rahmen dieses Projektes sollen mithilfe der RV Polarstern vertikale Austauschprozesse oberhalb von Wasser und Eis im Detail betrachtet werden und damit verbundene Quellen für Aerosolpartikel lokalisiert werden. Dazu ist eine Reihe von kontinuierlichen Aerosolmessungen an Bord des Schiffes geplant, die die Anzahlgrößenverteilungen, optische Parameter (Streuung, Absorption), das Mischungsverhältnis von Partikeln, die schwarzen Kohlenstoff (BC) enthalten, die Konzentration von eisbildenden Partikeln (INP) sowie die chemische Zusammensetzung der Aerosolpartikel umfassen. Weiterhin werden in den im Sommer häufig auftretenden Nebelphasen Nebelwasserproben gesammelt, sowie während der gesamten Kampagne täglich Wasserproben aus dem Ozean entnommen. Diese Proben werden nach der Kampagne auf die Konzentration von INP und BC untersucht. Weiterhin sollen erstmals mit Laser-Inkandeszenz Methoden die BC-Konzentrationen sowohl im luftgetragenen Aerosol als auch in Wasserproben gemessen werden. Zur Vorbereitung der Wasserproben mit hoher Salinität werden neuartige Methoden angewandt. Durch diese Kombination der parallelen Untersuchung von Bestandteilen in Luft und Wasser sollen Transport- und Austauschprozesse dieser Aerosolpartikel quantifiziert werden. Während langsamer Fahrt des Schiffes oder Drift mit dem Eis wird Messtechnik zur Bestimmung von vertikalen Partikelflüssen am vorderen Ausleger des Schiffes eingesetzt. Damit werden Zeitreihen des Windvektors und der Partikelkonzentration erfasst, mit deren Hilfe im Anschluss der vertikale, turbulente Partikelfluss über unterschiedlichen Oberflächen durch die Eddy Kovarianz Methode bestimmt werden soll. Kombiniert mit diesen Messungen wird die Konzentration der INP erfasst, um deren Ursprung und Quellen lokalisieren zu können. Ein weiteres Messsystem, das aus einer eindimensionalen Windmessung und einem Partikelzähler besteht, wird am Kranhaken des vorderen Auslegers befestigt und bestimmt Vertikalprofile der Partikelkonzentration, aus denen ebenfalls eine Abschätzung des Vertikalflusses von Partikeln möglich ist. Diese Methoden sind erprobt und etabliert, wurden nur bisher noch nie in dieser Form über dem arktischen Ozean angewendet.

Forschergruppe (FOR) 2401: Optimierungsbasierte Multiskalenregelung motorischer Niedertemperatur-Brennverfahren, Teilprojekt: Chemische Grundlagen für die Modellentwicklung zur Motorenregelung

Das Teilprojekt stellt die chemischen Grundlagen für die Forschergruppe bereit. Es widmet sich der Analyse von Speziesprofilen, die für die Entwicklung und kritische Validierung der reaktionskinetischen Modelle für die motorischen Teilprojekte benötigt werden und die dann in die Regelung einfließen. Diese Analysen sollen vornehmlich unter Niedertemperaturbedingungen an den Surrogatbrennstoffen iso-Oktan (für die GCAI-Verbrennung in TP3) und n-Heptan (für die PCCI-Verbrennung in TP4) in einem Strömungsreaktor erfolgen. Mehrere Teilaspekte stehen im Fokus der reaktionskinetischen Untersuchungen. Für die GCAI-Bedingungen steht die Veränderung der Zündwilligkeit unter Wasserzusatz im Vordergrund. Die Effekte variabler Addition von Wasser zu iso-Oktan sollen für ein Parameterfeld bei unterschiedlichen Bedingungen untersucht werden, um die Grundlagen des Wasserzusatzes auf die Reaktionskinetik im Niedertemperaturbereich zu verstehen und in die Modellbildung zu übertragen. Die geplanten Untersuchungen stellen weitgehend Neuland dar. Zur Unterstützung sollen einige Analysen hierzu auch unter den stabilen Bedingungen vorgemischter ebener Niederdruckflammen stattfinden. Für die Modellbildung im Bereich der PCCI-Verbrennung sind detaillierte Untersuchungen der Bildung von Rußvorläuferspezies im Bereich bis zu etwa vier aromatischen Ringen insbesondere unter Niedertemperaturbedingungen geplant. Während die Reaktionen zur Bildung des ersten aromatischen Ringes als sehr gut verstanden gelten können, weist das grundlegende Verständnis der Bildungskinetik in der molekularen Vorläuferphase bis zu etwa 3-4 aromatischen Ringen noch sehr große Lücken auf. Dieser Phase, an die sich die erste Partikelnukleation zum Beispiel über Dimerisierung der mehrkernigen Aromaten anschließt, kommt innerhalb der Reaktionsketten vom Brennstoffmolekül zum Rußkeim eine große Bedeutung zu. Das entsprechende fundamentale Wissen ist für die Modellentwicklung in TP4 von entscheidender Bedeutung. Die Arbeiten sollen daher auch durch die Untersuchung besonders brennstoffreicher Zonen in einer nicht vorgemischten Flamme unterstützt werden. Für beide motorische Verfahren ist es zudem interessant, die Einflüsse der Zumischung von Abgaskomponenten auf die Reaktionskinetik zu verstehen. Anknüpfend an die Untersuchungen zur Wasserbeimischung sind hierzu einige grundlegende Analysen geplant. Zur Erfassung der Spezies als Funktion der Reaktionsbedingungen sollen an allen Versuchsträgern verschiedene Varianten massenspektrometrischer Verfahren eingesetzt werden, mit denen in der Arbeitsgruppe große Erfahrung vorliegt. Als unterstützende Techniken werden Gaschromatographie sowie Laserverfahren zur Temperaturbestimmung eingesetzt.

Entwicklung der Laserionisation bei Atmosphärendruck: APLI

In einer Zusammenarbeit der Physikalischen und Theoretischen Chemie und der Analytischen Chemie der BUW ist es 2005 gelungen, neben den etablierten Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren ESI, APCI und APPI eine vierte AP Methode einzuführen, die auf der Laserionisation basiert (Atmospheric Pressure Laser Ionization, APLI). Das Verfahren hat ein sehr großes Potential im Bereich der Ultra-Spurenanalytik in der Gas- und Flüssigphase und findet zurzeit international größere Beachtung. Mit Hilfe der APLI werden völlig neue Ansätze in der Atmosphärendruck-Massenspektrometrie möglich. Diese sollen in den kommenden Jahren mit Nachdruck verfolgt werden. Die APLI Methode verbindet die Massenspektrometrie sowohl mit den chromatographischen Methoden HPLC, CE, als auch GC. Darüber hinaus kann sie direkt an Reaktoren gekoppelt werden, die bei Atmosphärendruck operieren und ist damit optimal für den Einsatz in atmosphärisch-chemischen Untersuchungen geeignet.

KI gestützte, spektroskopische Ermittlung der Alterung von Kunststoffen beim mechanischen Recycling, Teilvorhaben: Entwicklung einer Harmonisierungs-KI zur Vereinheitlichung und besseren Übertragbarkeit von spektralen Daten

Seabed Images at pilot oyster reefs in the Borkum Reef Ground marine protected area taken in May 2024

Video transects were done using the A.IKANBILISTM hovering autonomous underwater vehicle (HAUV) of the company BeeX (https://beex.sg/a-ikanbilis/), which flew over the reefs along predefined transects at a depth of 0.5m above seabed and at a speed of 1 m s-1. From the dive videos of the HAUV, SBIs were extracted every second. Each SBI features two parallel laser lines 30 cm away from each other. The camera used was a GoPro, the videos and pictures were taken perpendicularly to the seabed. The seabed images provide insights into the general composition of key species, higher systematic groups and ecological guilds. The images contain information on how benthic species are associated to each other. Transect files include individual images, whereas metadata of each image includes diving depth, date/time of transect. Geographical coordinates and time of individual images is unavailable, images have a resolution of 300dpi and a size of 9 to 13 MB.

Seabed Images at pilot oyster reefs in the Borkum Reef Ground marine protected area taken in July 2025

Video transects were done using the A.IKANBILISTM hovering autonomous underwater vehicle (HAUV) of the company BeeX (https://beex.sg/a-ikanbilis/), which flew over the reefs along predefined transects at a depth of 0.5m above seabed and at a speed of 1 m s-1. From the dive videos of the HAUV, SBIs were extracted every 5 seconds. SBIs, each SBI features two parallel laser lines 25 cm away from each other. The camera used was a GoPro, the videos and pictures were taken perpendicularly to the seabed. The seabed images provide insights into the general composition of key species, higher systematic groups and ecological guilds. The images contain information on how benthic species are associated to each other. Transect files include individual images, whereas metadata of each image includes diving depth, date/time of transect. Geographical coordinates of some individual images is unavailable, images have a resolution of 300dpi and a size of 7 to 13 MB.

Iron, mercury and tin contents as well as grain sizes measurements from fluvial sediments of the Röslau River, Bavaria, Germany

We measured Sn, Fe and Hg content as well as grain size composition of soil cores and streambed samples from the floodplain of the Röslau River (Bavaria, Germany), in order to reconstruct the floodplain development and chemical antropogenic impacts. The samples were collected in 2023 and analysed in 2023/24 using aqua regia digestion and ICP-OES/ICP-MS to analyse the elemental composition. To prepare the samples, the sediment was sieved (2 mm) to discard the gravel fraction and large organic pieces. Further homogenisation was undertaken by grinding the samples with a vibratory mill. Grain sizes were obtained using a combination of sieving and laser diffraction (Microtrac particle analyser; Microtrac Retsch GmbH SYNC SN 0233).

Photosynthetic efficiency and symbiont cover of Amphistegina lobifera measured by PAM fluorometry and CLSM during a menthol-DCMU bleaching experiment (Nov–Dec 2022, Bremen, Germany)

This dataset contains experimental data from a one-month aquarium-based bleaching experiment conducted on Large Benthic Foraminifera (Amphistegina lobifera) from 16 November to 16 December 2022 at the Marine Experimental Facility of the Leibniz Centre for Tropical Marine Research (ZMT), Bremen, Germany. The aim of the experiment was to obtain symbiont-free A. lobifera individuals for future re-inoculation studies and symbiont switching experiments. The foraminifera were originally collected in May 2022 at the Interuniversity Institute for Marine Sciences (IUI) in Eilat, Israel (29°30'07.8N, 34°55'04.9E) and maintained in culture in Germany until the start of the experiment. To assess the effectiveness of two chemical agents—menthol and 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea (DCMU)—in disrupting symbiosis, photosynthetic efficiency (measured as maximum quantum yield, Fv/Fm) was recorded every other day during the first week of the experiment using a Pulse-Amplitude-Modulated (PAM) fluorometer. Fv/Fm measurements were discontinued after the first week due to complete inhibition of photosynthesis. Symbiont coverage (%) was assessed on day one and then weekly until week four using Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM).

Aircraft measurements of single particle chemical composition over the Southern Baltic Sea during the BALTIC'15 campaign in 2015

During the BALTIC'15 campaign in August 2015 over the Southern Baltic Sea, measurements of chemical composition and vacuum-aerodynamic diameter of individual aerosol particles were conducted by the Aircraft-based laser ablation aerosol mass spectrometer (ALABAMA) operated by the Max Planck Institute for Chemistry (Particle Chemistry Department). Measurements were performed on board the Alfred Wegener Institute research aircraft Polar 5. Four research flights were conducted: - Scientific flight 1 (SF1) on August 26, 2015 - Scientific flight 2 (SF2) on August 28, 2015 - Scientific flight 3 (SF3) on August 28, 2015 - Scientific flight 5 (SF4) on August 30, 2015. The data set contains sampling time, location, identified particle types, and particle size (if available). For detailed information on data processing and particle type characterization, please refer to the publication by Zanatta et al. (2019) or contact the authors: Franziska Köllner (f.koellner@mpic.de) and Johannes Schneider (Johannes.schneider@mpic.de).

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