Das Projekt "Teilprojekt: Rekonstruktion der Entwicklung des Bengal Fächers mittels sedimentphysikalischer Eigenschaften (ReconFan)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Das Projekt ReconFan basiert auf meinen vorangegangenen Arbeiten und Veröffentlichungen zu den verschiedenen Ablagerungsräumen des Bengal Fächers und den Wissenslücken, die sich daraus ergeben. Der Fokus liegt bei den während der IODP Expedition 354 gewonnenen sedimentphysikalischen und optischen Daten. Die generellen Ziele sind (i) die Geschichte der Wechsellagerungen von turbiditischen und hemipelagischen Sedimenten des Bengal Fächers als Ergebnis der Interaktion von Erosion des Himalaya und der Entwicklung des Asiatischen Monsuns zu entschlüsseln, (ii) eine hochauflösende Alterskontrolle mittels orbitalem Tuning, Biomagnetostratigraphie und der Identifizierung von Aschelagen zur Verfügung zu stellen, und (iii) die Resonanz auf die Klima- und Monsunsteuerung in unterschiedlichen Zeitskalen zu studieren. Die Ziele wurden bereits teilweise erreicht innerhalb der derzeitigen Finanzierung. Es wurden drei Manuskripte erstellt: eines davon befindet sich in der Begutachtung, ein weiteres ist bereit zur Einreichung und ein drittes ist fast fertig. Während der Verlängerungsphase sollen laufende Untersuchungen abgeschlossen und bisher noch nicht eingesetzte, neue Methoden verwendet werden. Es sollen so mindestens zwei neue Publikationen als Erstautor entstehen. Für die Pleistozänen Abschnitte wurden Altersmodelle, basierend auf orbitalem Tuning und Spektralanalysen, für alle Bohrkerne der IODP-Expedition 354 unter Zuhilfenahme von Paläomagnetik und Biostratigraphie erstellt. Weiterhin wurde die Fourier-transformierte Infrarotspektroskopie eingesetzt, um die Gesamtgeochemie zu bestimmen. Diese Arbeiten sollen nun auf Plio-Miozäne Kernabschnitte ausgedehnt werden. Vor allem sollen sedimentphysikalische (Feuchtraumdichte, Kompressionsschallwellen-Geschwindigkeit und magnetische Suszeptibilität) und sedimentoptische (LaCie-Farben L*, a*, b*) Eigenschaften genutzt werden, um eine Fazieszuordnung treffen zu können, d. h. mittels geochemischer Kalibrierung die relativen Anteile der drei Hauptsedimentkomponenten Detritus, biogenes Karbonat und biogener Opal, zu bestimmen. Weiterhin soll eine neue Methode, der sogenannten Q4/7 Analyse, genutzt werden, um zu testen, ob die Faziesvariationen mittels geochemischer Eigenschaften unterschieden werden können. Weiterhin werden, basierend auf Korngrößenanalysen, die relativen Anteile von Sand, Silt und Ton für die detritische Fraktion bestimmt, um hochauflösende Sedimentbudgets für Turbidite erstellen zu können. Die ultimativen Ziele der Untersuchungen liegen darin, wichtige Informationen zur Entschlüsselung der Erosionsgeschichte, den damit verbundenen fluviatilen Transport entlang des Ganges-Brahmaputra Flusssystems, die Verlagerung der Depocenter relativ zur Meeresspiegelschwankungen, und die langzeitliche Monsun- und Klimaentwicklung zu erhalten, die auf dem unteren Bengal-Fächer dokumentiert sind.
Das Projekt "Freier Pendelraum für Fließgewässer - Analysen und Modellierungen flussmorphologischer Prozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schweisfurth Stiftung durchgeführt. Durch die Anpassung der Fließgewässer an die Ansprüche von Nutzung und Hochwasserschutz ist es zu einer Verarmung an Lebensräumen und in weiterer Folge an Biodiversität gekommen. Um den von der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie geforderten guten ökologischen Zustand zu erreichen, ist es notwendig, dass die flusstypischen, morphologischen Prozesse wie Erosion, Sedimentation, Umlagerung des Flussbettes etc. die Gestaltung der Flusslandschaft übernehmen können. Ziel dieser Arbeit ist, ein tieferes Verständnis für die Zusammenhänge zwischen hydromorphologischen Prozessen und der Dynamik der Habitatgestaltung zu schaffen. Der Freie Pendelraum beschreibt ein Konzept, das als Ansatz für eine Wiederherstellung der morphologischen Funktionalität dient. Es beschreibt einen Korridor entlang des Flusses, in dem sich der Fluss 'frei' entfalten kann. Grundsätzlich lässt es in folgende Schritte einteilen: 1. Abgrenzung morphologische Aue als maximaler Korridor 2. Bestimmung des historischen Verlagerungsraumes 3. Ermittlung der Breite des theoretischen Gleichgewichtskorridors (ca. 10xBoardvoll) 4. Überlagerung von Punkt 2 und 3 für den funktionalen Raum 5. Abzüglich der Bereiche von infrastrukturell oder wirtschaftlich intensiv genutzter Bereichen ergibt sich der Funktionale Korridor des Flusses.
Das Projekt "Ensemble Kalman Filter zur Parameterschätzung in geklüfteten und fluviatilen geothermischen Reservoiren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, E.ON Energy Research Center (E.ON ERC) Institute for Applied Geophysics and Geothermal Energy (GGE) durchgeführt. Die hydro-thermalen Transporteigenschaften des Untergrundes sind für viele Grundwasseruntersuchungen, jedoch insbesondere für die Erfassung geothermischer Reservoire entscheidend. Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist die Schätzung dieser Eigenschaften aus Beobachtungszeitreihen mit dem Ensemble Kalman Filter (EnKF). Das physikalische Transportmodell wird dabei durch den eigens entwickelten Simulator SHEMAT-Suite bereitgestellt. Der EnKF in seiner ursprünglichen Form beruht, wie die meisten Inversionsverfahren auf einer gaußschen Verteilung der zu schätzenden Parameter. Die für die Fluidströmung entscheidende Permeabilität ist aber oft bi-modal verteilt, z. B. bedingt durch einen porositätsinduzierten und einen (natürlich vorhandenen oder technisch erzeugten) Kluft-induzierten Anteil oder durch fluviale Ablagerungen in sedimentären Reservoiren. Ähnliche bi-modale Verteilungen bestehen z. B. auch für die Wärmeleitfähigkeit in lithologisch heterogenen Reservoiren. Der Vorteil des EnKF besteht auch darin, dass zu der Schätzung auch ein Maß für deren Fehler (Varianz) berechnet wird, wobei jedoch insbesondere bei kleinen Ensembles eine Tendenz zur Unterschätzung der Varianz besteht. Zur Verbesserung des EnKF Verfahrens für hydrodynamische Parameterschätzung sollen deswegen in dem vorliegenden Projekt verschiedene neue Methoden implementiert und in ihrem Zusammenwirken untersucht werden: (1) ein Verfahren (Normal Score EnKF) zur Transformation zwischen gaußschen und bi-modalen Verteilungen, (2) Methoden zur Lokalisierung, d. h. zur Wichtung der Filterfunktion in Abhängigkeit von der Entfernung zu den Messpunkten und (3) eine Methode zur Konditionierung der Kovarianzmatrix (covariance inflation) zur Reduktion der Unterschätzung der Varianz im EnKF. Hierzu werden bestehende Verfahren auf die Parameterschätzung erweitert, bzw. insbesondere für die Lokalisierung völlig neu entwickelt werden. Nach der numerischen Implementation sollen diese Methoden (1) an synthetischen Modellen für ein kristallines EGS Reservoir und ein durch fluviale Ablagerungen geprägtes Sedimentreservoir und (2) für das geothermische Reservoir Soultz-sous-Forets an Zeitreihen von chemischen Markierungsversuchen getestet werden.
Das Projekt "Vorhaben: Rekonstruktion holozäner Umwelt- und Klimaschwankungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, Senckenberg am Meer, Abteilung Meeresforschung durchgeführt. Die sedimentären Prozesse in der semi-ariden Kalahari und ihrer angrenzenden Gebiete sind stark an das regionale Klima gekoppelt. Salzpfannen unterschiedlichster Genese (Inlandssalzpfannen, Salzpfannen der 'river end deposits', verlandete Küstenlagunen) dienen hierbei als Geoarchive. Die Ablagerungssequenzen beinhalten eine quasi-kontinuierliche Aufzeichnung des lokalen bis regionalen Umweltsignals, das nach dem von uns entwickelten Altersmodell bis in das höchste Pleistozän zurückreicht. Somit sind die Sedimente der Salzpfannen ein wichtiger Schlüssel zur Rekonstruktion ehemaliger Umweltschwankungen als Folge von Klimaänderungen. Sedimentologische und geochemische Analysen weisen auf übergeordnete Wechsel in den Umweltbedingungen hin. Die Identifizierung mittel- bis kurzfristiger Schwankungen bedarf jedoch einer höheren stratigraphischen Auflösung. Die Entschlüsselung der sedimentären Signale auf dieser zeitlichen Skala wird zu einer besseren Korrelation der unterschiedlichen Geoarchive und zu einem größeren Detailverständnis der Interaktionen auf systemischer Ebene sowie der Reaktion der Umwelt auf unterschiedliche Klimabedingungen beitragen. Dazu werden wir kurze Sedimentkerne, die das komplette Holozän abdecken, entnehmen, hochauflösend beproben und analysieren (XRD, XRF, Granulometie). Zusätzlich zu den terrestrischen und küstennahen Geoarchiven wir nun auch das 'dead end' des Tsauchab untersucht. Entlang der Namibischen Küste konnten wir Sedimente identifizieren, die auf ein fluviatiles Entwässerungssystem und/oder Süßwasseraustritte im Küstenbereich hindeuten. Hingegen spiegeln die 'dead ends' von Flussläufen der östlichen Namib die heutige Niederschlagssituation in ihren Einzugsgebieten wider, die sich im Übergangsbereich des Hinterlandplateaus bzw. der großen Randstufe zur Küstenebene befinden. Die Häufigkeit und Intensität von Niederschlägen kontrolliert ganz wesentlich das Abflussregime und somit die Wahrscheinlichkeit, bis zur Küste vorzustoßen.
Das Projekt "Teilprojekt: Variabilität der Niederschläge im NE Indischen Ozean in einer wärmeren Welt: Rekonstruktion des enigmatischen Beginns und der Evolution des indischen Monsuns im Miozän-Pliozän aus einzigartigen Sedimentarchiven der IODP Expedition 353" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Kiel, Institut für Geowissenschaften, Arbeitsgruppe Marine Mikropaläontologie durchgeführt. Selbst nach einem halben Jahrhundert intensiver Forschungen bleiben die Prozesse, die die kurzfristige und langfristige Variabilität der monusalen Regenfälle im stärksten hydrologischen System der Erde antreiben Gegenstand heftiger Debatten. Eines der Hauptziele der IODP Expedition 353 (iMonsoon) war es deshalb, das Niederschlags-Signal des indischen Monsuns in seiner Kern-Region, den Kontinentalrändern des Golf von Bengalen, während des Miozän und Pliozän zu rekonstruieren. Die neuen Sedimentkerne, die nun aus dieser kritischen Region vorliegen werden es ermöglichen, die Sensitivität des indischen Monsuns gegenüber Insolations-Antrieb und klimatischen Randbedingungen wie Umfang und Verteilung des globalen Eisvolumens sowie Treibhausgas-Konzentrationen auch über längere Zeiträume besser zu verstehen. Es wird ebenfalls möglich sein zu rekonstruieren, wann und unter welchen Randbedingungen die heutige Monsunzirkulation ursprünglich einsetzte und wie sie sich über die letzten 16 Millionen Jahre entwickelte. Die neuen Daten werden außerdem erlauben, die Hypothese einer engen Verbindung zwischen der Klimaentwicklung Südasiens und der tektonischen Entwicklung des Himalaya und dem Aufstieg des Tibet-Plateaus zu testen. In diesem Projekt schlagen wir vor, hochauflösende Temperatur- und Salinitätsrekonstruktionen (aus parallel gemessenen stabilen Isotopen und Mg/Ca-Verhältnissen in planktonischen Foraminiferen) und Abschätzungen des fluviatilen Sedimenteintrags aus XRF-Scanner generierten Elementverteilungsdaten für die Zeitfenster vor 16-14, 10-7 und 5-3 Millionen Jahren zu generieren. Der Vergleich dieser kritischen Zeitfenster erlaubt Einblick in den Zusammenhang zwischen monsunalen Niederschlägen und Klimaänderungen in hohen Breiten während wärmeren Epochen der Erdgeschichte unter sehr unterschiedlichen Randbedingungen: (1) während des mittelmiozänen Klimaoptimums (16-14.5 Ma), als sich die antarktischen Eisschilde noch sehr dynamisch verhielten und die Haupt-Aufstiegs- und Expansionsphase des Tibet-Plateaus noch nicht stattgefunden hatte, (2) zwischen 10 und 7 Millionen Jahren vor heute, als die Erde noch weitgehend unipolar vereist war und das Tibet Plateau aufstieg und (3) zwischen 5 und 3 Millionen Jahren vor heute als die ersten bedeutenderen Vereisungsphasen in der Nordhemisphäre begannen.
Das Projekt "WTZ-China - SINOFLUX III: Auswirkungen des ENSO-Monsun Systems auf die biogeochemischen Stoffflüsse in der nördlichen Süd-China-See" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Geologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, die Auswirkungen natürlicher Klimaschwankungen (ENSO-Ereignisse) auf die biogene Partikelproduktion und die terrigenen (fluviatilen und äolischen) Einträge in der nördlichen Südchina See mittels Sedimentfallen in hoher Auflösung zu erfassen. In Kombination mit Untersuchungen in der oligotrophen zentralen Südchina See und in den Auftriebsgebieten vor Luzon, Vietnam und dem Sunda-Schelf wird es damit erstmals möglich, ein räumlich und zeitlich umfassendes Bild des Sedimentationsgeschehens und seiner Steuerungsfaktoren für dieses größte Randmeer des Pazifiks zu entwerfen. Die Untersuchungen werden in enger Zusammenarbeit mit dem Second Institute of Oceanography (Hangzhou, VR China) und der Tongji University (Shanghai). Die Beprobung der Sinkstoffe soll mittels Sedimentfallen - ausgerüstet mit Strömungsmessern sowie Temperatur- und Neigungssensoren erfolgen. Für die Sedimenfallenoperationen werden von chinesischer Seite aus für die gesamte Projektlaufzeit Forschungsschiffe zur Verfügung gestellt. Die Sinkstoffproben werde auf ihre biogenen und lithogenen Komponenten analysiert (Elementaranalyse, Massenspektrometrie, HPLC, Mikroskopie, Laserdiffraktometrie, Planktonzählungen, Haupt - und Spurenelemente, Tonminerale) und hydrographischen und klimatischen Fernerkundungsdaten gegenübergestellt.
Das Projekt "WTZ China: SINOFLUX II; Auswirkungen des ENSO-Monsun Systems auf die biogeochemischen Stoffflüsse in der nördlichen Südchina See" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Geologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, die Auswirkungen natürlicher KLimaschwankungen (ENSO-Ereignisse) auf die biogene Partikelproduktion und die terrigenen (fluviatilen und äolischen) Einträge in der nördlichen SüdchinaSee mittels Sedimentfallen in hoher Auflösung zu erfassen. In Kombination mit Untersuchungen in der oligotrophen zentralen Südchina See und in den Auftriebsgebieten vor Luzon, Vietnam und dem Sunda-Schelf wird es damit erstmals möglich, ein räumlich und zeitlich umfassendes Bild des Sedimentationsgeschehens und seiner Steuerungsfaktoren für dieses größte Randmeer des Pazifiks zu entwerfen. Die Untersuchungen werden in enger Zusammenarbeit mit dem Second Institute of Oceanography (Hangzhou, VR China) und dem National Institute of Geological Sciences (Quezon City, Philippinen) durchgeführt. Die Beprobung der Sinkstoffe soll mittels Sedimentfallen - ausgerüstete mit Strömungsmessern sowie Temeratur- und Neigungssensoren) erfolgen. Für die Sedimentfallenoperationen werden von chinesischer Seite aus für die gesamte Projektlaufzeit Forschungsschiffe zur Verfügung gestellt. Die Sinkstoffproben werde auf ihre biogenen und lithogenen Komponenten analysiert (Elementaranalyse, Massenspektrometrie, HPLC, Mikroskopie, Laserdiffraktometrie, Planktonzählungen, Haupt - und Spurenelemente, Tonminerale) und hydrographischen und klimatischen Fernerkundungsdaten gegenübergestellt.
Das Projekt "Teilprojekt E: Geothermische Reservoir-Charakterisierung: Parameter, Geometrien und Modellansätze" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Geophysica Beratungsgesellschaft mbH durchgeführt. Die Geophysica wird in diesem Projekt die Erfassung und Auswertung von geologischen und petrophysikalischen Daten an den ausgewählten Standorten übernehmen und die im Vorgängerprojekt MeProRisk entwickelten Methoden zur Ableitung geothermisch relevanter Eingangsparameter einsetzen. Weiterhin soll in Kombination mit der Charakterisierung der petrophysikalischen Eigenschaften ein modellhafter Ansatz hinsichtlich der Abbildung von geologisch bedingten Heterogenitäten im Reservoir entwickelt werden. (1) Zusammenstellung und Bewertung der Basisdaten durch Auswertung von sämtlich zur Verfügung stehenden Informationsquellen. (2) Zusammenführung der thermophysikalisch relevanten Daten aus den beteiligten Projekten (Pawsey: Australien, Murci und Guardia Lombardei: Italien) als Basis für die Machbarkeitsstudie. (3) Systematische Anwendung der in MeProRisk I erarbeiteten Methoden zur Ableitung relevanter Parameter und deren Statistik. (4) Untersuchung der Veränderung von thermischen und hydraulischen Eigenschaften in Hinblick auf verschiedene Fazien, wie z.B. fluviatile Systeme. Dazu soll ein Modellansatz zur räumlichen Abbildung von Geometrien (z.B. Flusssysteme, Deltastrukturen, Kluftsysteme) entwickelt werden, welcher in den Simulationscode implementiert werden kann. (5) Tests und Sensitivitätsstudien mit den im vorangegangenen Projekt und hier weiter zu entwickelnden Programmwerkzeugen unter Einbeziehung aller vorhandenen Daten.
Das Projekt "REMMlab: Partikelforschung im marinen Milieu - REM-Mikroanalyselabor - Morphologische und mikrochemische Untersuchung von partikulärem Material aus dem marinen Milieu (natürliche Minerale und Organismen) mittels Raster-Elektronenmikroskopie und Röntgen-Mikroanalytik: neue Ziele in der Partikelforschung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), Sektion Marine Geologie durchgeführt. Hauptziel des Vorhabens ist es unser Verständnis der Prozesse partikulärer Stoffkreisläufe, am Beispiel der Ostsee, grundlegend zu verbessern. Dazu gehört die qualitative und quantitative Beschreibung der geogenen und biogenen partikulären Substanzen von der Bildung (Eintrag, Neubildung) über den Weg durch die Wassersäule bis hin zur Ablagerung und der Diagenese. Zum einen sollen Schwebstoffproben aus der zentralen Ostsee zur Identifikation der fluviatilen und atmosphärisch (z.B. Flugaschen) eingetragenen Bestandteile und der in der Wassersäule neu gebildeten mineralischen und partikulären organischen Phasen mikroanalytisch untersucht und quantifiziert werden. Zum anderen sollen Probenserien aus Sinkstofffallen der zentralen und nördlichen Ostsee und Oberflächensedimente die zeitintegrierten vertikalen Partikelflüsse dokumentieren. Diese Ergebnisse werden über die ausgeweitete Analyse feinst-geschichteter Sedimente Aufschluss über die langfristigen Sedimentationsprozesse und deren zeitliche Variation geben. In ihrer Gesamtheit werden die Ergebnisse die Grundlage prognostischer Ökosystemmodelle verbessern. Den REM-Mikroanalytischen Untersuchungen der morphologischen und chemischen Eigenschaften mariner Partikel ist eine umfängliche Methodenentwicklung vorangestellt. In drei Arbeitspaketen werden die laminierten Sedimente (AP1, AP2) und die Probenserien von Schwebfrachten, von Sinkstofffallen und von Oberflächensedimenten (AP2, AP3) untersucht. Zwischen- und Endergebnisse der einzelnen Arbeitspakete werden auf nationalen und internationalen Tagungen vorgestellt und in Fachzeitschriften publiziert.
Das Projekt "Margarete von Wrangell Habilitations-Stipendium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. In der Dynamik von kohäsiven Gewässersedimenten spielt die Sedimentstabilität eine zentrale Rolle, die im Zusammenspiel mit den hydraulischen Bedingungen bestimmt, wann und bis zu welchem Ausmaß es zur Sedimenterosion kommt. Traditionell wurden physiko-chemische Parameter als entscheidend für die Sedimentstabilität angesehen. Erst in jüngerer Zeit wurde die Bedeutung der Biostabilisierung erkannt, vor allem durch die mikrobiell produzierte Matrix aus extrazellulaeren polymeren Substanzen (EPS). Ein umfassendes Wissen um die komplexen Vorgänge im Sediment kann es nur bei Berücksichtigung der Interaktionen von Sedimentologie und Biologie, gerade auch über die Tiefe, geben. Erste Studien deuten darauf hin, dass die EPS auch entscheidend die Charakteristika der erodierten Sedimentflocken prägen (Größe, Absorptionseigenschaften) und somit den Transport und die Deposition resuspendierten Materials und potentiell assoziierter Schadstoffe beeinflussen. Obwohl unsere Kenntnisse zur Biostabilisierung und Beeinflussung des Flockungsverhaltens im Süßwasser weit hinter denen im marinen Bereich zurückliegen, konnten erste eigene Untersuchungen signifikante EPS Konzentrationen in Flusssedimenten sowie Effekte auf deren Stabilität nachweisen. Die mikrobiell produzierten polymeren Substanzen nehmen vermutlich auch in Binnengewaessern eine Schlüsselstellung im ETDC Zyklus (Erosion-Transport-Deposition-Consolidation) ein. Vor dem Hintergrund der weltweit registrierten Altlasten in Oberflaechengewässern und dem zu erwartenden Klimawandel (vermehrte und heftigere Hochwasser / Erosionsereignisse) müssen genauere Vorhersagen über Sediment - und Schadstoffmobilität getroffen werden, die als Handlungsbasis fuer ein nachhaltiges Sediment-Management dienen können. Die hierfür notwendige Datenbasis für numerische Modelle zum Sedimenttransport muss daher auch die Biologie berücksichtigen, kann aber nur bei einem gesamtheitlichen Ansatz solide s ein. Dieser Habilitations-Antrag soll hier einen entscheidenden Beitrag leisten mit tiefergehenden Untersuchungen zur Beeinflussung von Sedimentstabilität und Charakteristik / Transportdynamik erodierter Flocken durch quantitative und qualitative Variationen mikrobiell produzierter EPS im Zusammenspiel mit sedimentologischen Faktoren.
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