Das Projekt "Flood risk in a changing climate (CEDIM)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Department Troposphärenforschung durchgeführt. Aims: Floods in small and medium-sized river catchments have often been a focus of attention in the past. In contrast to large rivers like the Rhine, the Elbe or the Danube, discharge can increase very rapidly in such catchments; we are thus confronted with a high damage potential combined with almost no time for advance warning. Since the heavy precipitation events causing such floods are often spatially very limited, they are difficult to forecast; long-term provision is therefore an important task, which makes it necessary to identify vulnerable regions and to develop prevention measures. For that purpose, one needs to know how the frequency and the intensity of floods will develop in the future, especially in the near future, i.e. the next few decades. Besides providing such prognoses, an important goal of this project was also to quantify their uncertainty. Method: These questions were studied by a team of meteorologists and hydrologists from KIT and GFZ. They simulated the natural chain 'large-scale weather - regional precipitation - catchment discharge' by a model chain 'global climate model (GCM) - regional climate model (RCM) - hydrological model (HM)'. As a novel feature, we performed so-called ensemble simulations in order to estimate the range of possible results, i.e. the uncertainty: we used two GCMs with different realizations, two RCMs and three HMs. The ensemble method, which is quite standard in physics, engineering and recently also in weather forecasting has hitherto rarely been used in regional climate modeling due to the very high computational demands. In our study, the demand was even higher due to the high spatial resolution (7 km by 7 km) we used; presently, regional studies use considerably larger grid boxes of about 100 km2. However, our study shows that a high resolution is necessary for a realistic simulation of the small-scale rainfall patterns and intensities. This combination of high resolution and an ensemble using results from global, regional and hydrological models is unique. Results: By way of example, we considered the low-mountain range rivers Mulde and Ruhr and the more alpine Ammer river in this study, all of which had severe flood events in the past. Our study confirms that heavy precipitation events will occur more frequently in the future. Does this also entail an increased flood risk? Our results indicate that in any case, the risk will not decrease. However, each catchment reacts differently, and different models may produce different precipitation and runoff regimes, emphasizing the need of ensemble studies. A statistically significant increase of floods is expected for the river Ruhr in winter and in summer. For the river Mulde, we observe a slight increase of floods during summer and autumn, and for the river Ammer a slight decrease in summer and a slight increase in winter.
Das Projekt "Ableitung von Altersspektren und Halogenbudgets der UTLS aus GhOST-MS Messungen während TACTS, SALSA, POLSTRACC und WISE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Wir schlagen vor, den von uns entwickelten Gaschromatographen GhOST-MS (Gas chromatograph for the Observation of tracers - coupled with a mass spectrometer) während der HALO Kampagne WISE einzusetzen um eine breite Palette von Tracern mit unterschiedlichen Lebenszeiten (von fast unendlich wie SF6 bis wenige Wochen, wie CHBr3) in der unteren und untersten Stratosphäre zu messen. Diese Messungen sollen gemeinsam mit den aus den Kampagnen TACTS, SALSA und POLSTRACC vorhandenen Beobachtungen ausgewertet werden. Bei der Auswertung wollen wir uns auf zwei Hauptaspekte konzentrieren. Dies sind die Ableitung von Transit-Zeit Verteilungen (Altersspektren) und die Bestimmung des Halogenbudgets der unteren Stratosphäre, insbesondre des Brombudgets. Die Auswertungen sollen für die verschiedenen Jahreszeiten der Kampagnen und auch im Hinblick auf unterschiedliche meteorologische Situation durchgeführt werden. Zur Ableitung der Altersspektren soll eine neue Methode entwickelt werden, die es erlaubt auch sogenannte bimodale Altersspektren abzuleiten, was eine bessere Beschreibung der Transportzeitverteilung der unteren und untersten Stratosphäre ermöglichen wird. Hierzu ist eine enge Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich und den Arbeiten zum CLaMS Modell geplant. Als Grundlage für die Methode zur Ableitung der Altersspektren soll der von Ehhalt et al. (2007) veröffentliche Ansatz verwendet werden. Beim Halogenbudget sollen unsere Messungen vor allem verwendet werden um abzuleiten, wieviel anorganisches Brom und Chlor aus kurzlebigen organischen Quellgasen in der unteren Stratosphäre vorhanden ist und dort zum Ozonabbau beitragen kann. Diese Daten sollen mit quasi-simultanen Messungen anorganischer Halogen-Komponenten der Universität Heidelberg kombiniert werden um insbesondre ein komplettes Brombudget der untersten Stratosphäre aufzustellen.
Das Projekt "Effekte durch Schwerewellen in der Thermosphäre/Ionosphäre infolge von Aufwärtskopplung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), Stratosphäre (IEK-7) durchgeführt. Das Thermosphären/Ionosphären (T/I) System wird sowohl von oben (solar, geomagnetisch), als auch von unten stark beeinflusst. Einer der wichtigsten Einflüsse von unten sind Wellen (z.B. planetare Wellen, Gezeiten, oder Schwerewellen), die größtenteils in der Troposphäre bzw. an der Tropopause angeregt werden. Die vertikale Ausbreitung der Wellen bewirkt hierbei eine vertikale Kopplung der T/I mit der unteren und mittleren Atmosphäre. Vor allem der Einfluss von Schwerewellen (GW) ist hierbei weitestgehend unverstanden. Einer der Gründe hierfür ist, dass GW sehr kleinskalig sind (einige zehn bis zu wenigen tausend km) - eine Herausforderung, sowohl für Beobachtungen, als auch für Modelle. Wir werden GW Verteilungen in der T/I aus verschiedenen in situ Satelliten-Datensätzen ableiten (z.B., sowohl in Neutral-, als auch in Elektronendichten). Hierfür werden Datensätze der Satelliten(-konstellationen) SWARM, CHAMP, GOCE und GRACE verwendet werden. Es sollen charakteristische globale Verteilungen bestimmt, und die wichtigsten zeitlichen Variationen (z.B. Jahresgang, Halbjahresgang und solarer Zyklus) untersucht werden. Diese GW Verteilungen werden dann mit von den Satelliteninstrumenten HIRDLS und SABER gemessenen Datensätzen (GW Varianzen, GW Impulsflüssen und Windbeschleunigungen durch GW) in der Stratosphäre und Mesosphäre verglichen. Einige Datensätze (CHAMP, GRACE, SABER) sind mehr als 10 Jahre lang. Räumliche und zeitliche Korrelationen zwischen den GW Verteilungen in der T/I (250-500km Höhe) und den GW Verteilungen in der mittleren Atmosphäre (Stratosphäre und Mesosphäre) für den gesamten Höhenbereich 20-100km werden untersucht werden. Diese Korrelationen sollen Aufschluss darüber geben, welche Höhenbereiche und Regionen in der mittleren Atmosphäre den stärksten Einfluss auf die GW Verteilung in der T/I haben. Insbesondere Windbeschleunigungen durch GW, beobachtet von HIRDLS und SABER, können zusätzliche Hinweise darauf geben, ob Sekundär-GW, die mutmaßlich in Gebieten starker GW Dissipation angeregt werden, in entscheidendem Maße zur globalen GW Verteilung in der T/I beitragen. Zusätzlich wird der Versuch unternommen, sowohl GW Impulsfluss, als auch Windbeschleunigungen durch GW aus den Messungen in der T/I abzuleiten. Solche Datensätze sind von besonderem Interesse für einen direkten Vergleich mit von globalen Zirkulationsmodellen simulierten GW Verteilungen in der T/I. Diese werden für eine konsistente Simulation der T/I in Zirkulationsmodellen (GCM) benötigt, stellen dort aber auch eine Hauptunsicherheit dar, da eine Validierung der modellierten GW durch Messungen fehlt.
Das Projekt "GC-MS-Analyse zur Unterstuetzung der Charakterisierung und Reinigung kontaminierter Waesser und Schlaemme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Erfurt, Fachbereich Versorgungstechnik durchgeführt. In der Bundesrepublik Deutschland, insbesondere im Umfeld Thueringens gibt es eine Vielzahl von Altlasten, die mit den verschiedenen Verfahren der Bodenreinigung saniert werden koennen. Bei kostenguenstigen Verfahren, wie z.B. der Bodenwaesche, bleiben bestimmte Schadstoffraktionen als hochbelastete Waesser und Schlaemme zurueck. Soweit es bei dem derzeitigen Stand der Technik wirtschaftlich moeglich ist, koennen sie weiter aufbereitet werden. Hier kommen verschiedene Verfahren, u.a. Einsatz von Aktivkohle, Hochleistungsbiologie, Strippen, und die chemische Oxidation zum Einsatz. Zur Entwicklung weiterer Verfahren zu diesem Zweck ist es erforderlich, begleitende Untersuchungen der einzelnen Verfahrensschritte zu taetigen, um somit zur Verfahrensoptimierung beizutragen und neuartigen Verfahren den Weg zur Einsatzfaehigkeit zu ebnen. Das Forschungsprojekt soll das Profil der Fachhochschule Erfurt in der Umweltanalytik erweitern sowie Gelegenheit geben, ein ueber den Durchschnitt hinausreichendes Fachwissen zu etablieren. Es soll insbesondere dem Fachbereich Versorgungstechnik, der den Aufbaustudiengang Umwelttechnik mit beinhaltet, ermoeglichen, Wirtschaftsunternehmen vor allem in Thueringen Kooperationsmoeglichkeiten anzubieten, die diese fuer die Entwicklung geeigneter Erzeugnisse, Verfahren und Anlagen nutzen koennen, um somit ihre Wettbewerbsfaehigkeit zu steigern.
Das Projekt "Untersuchung von Altholzproben aus sortierten 'unbehandelten Mischfraktionen' auf Wirksamkeit der Altholzverordnung unter Berücksichtigung der Fragen von Umwelt und Hygiene beim Einsatz dieser unbehandelten Mischfraktionen zur Herstellung von Holz..." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Otto-Graf-Institut, Materialprüfungsanstalt durchgeführt. In Deutschland fallen jährlich ca. 10-15 Mio. Tonnen Gebrauchtholz zur Entsorgung an. Der mengenmäßig größte Anteil ist Bau- und Abbruchholz sowie Möbel- und Verpackungsholz (Paletten, Obst- und Gemüsekisten). Je nach Verwendungszweck ist davon auszugehen, dass Teile dieser Hölzer mit Holzschutzmittel behandelt wurden. In der Regel werden die zur Entsorgung angelieferten Holzabfälle im Hinblick auf den späteren Verwendungszweck anhand einer Sichtkontrolle in die Fraktionen 'unbehandelte Mischfraktion' (naturbelassene Holzabfälle) und 'behandelte Mischfraktion' getrennt. Untersuchungen an sortierten und nicht sortierten Mischfraktionen haben gezeigt, dass die Gehalte ausgewählter Holzschutzmittel auch in der sortierten Fraktion, teilweise deutlich über den Gehalten von naturbelassenen Hölzern liegen. Die großen Inhomogenitäten der angelieferten Althölzer lassen zudem eine entsprechende Schwankungsbreite der Gehalte an Holzschutzmitteln erwarten. Im Rahmen des hier beantragten Projektes sollen die Gehalte der Holzschutzmittel (HSM) Pentachlorphenol, Dichlofluanid, DDT und dessen Abbauprodukte DDD und DDE, Chlornaphtalin und Formecyclox in sortierten Mischfraktionen zweier ausgewählter Entsorgungsbetriebe ermittelt werden. Neben der Bestimmung der HSM mittels GC/MS (hochauflösend) ist die Untersuchung der Holzproben mittels Röntgenfloureszens vorgesehen, um HSM auf Basis von Chrom, Kupfer oder Zinn erkennen zu können. Zur Erfassung der Schwankungsbreiten werden je nach anfallender Menge bei beiden Entsorgungsbetrieben 3 mal wöchentlich Mischproben aus der Fraktion 'unbehandelte Mischfraktion' entnommen. Die zu wählenden, leistungsfähigen Entsorgungsbetriebe müssen die regionalen Unterschiede, die sich aus der unterschiedlichen Anwendung von Holzschutzmitteln ergeben, repräsentieren. Es wird daher vorgeschlagen einen Betrieb in Ostdeutschland und einen Entsorgungsbetrieb in Süddeutschland auszuwählen. Da aus Kostengründen eine neutrale Entnahme von Proben beim jeweiligen Betrieb nicht möglich ist, wird vorgeschlagen seitens des Betriebs über einen Zeitraum von 10 Wochen jeweils 3 Proben pro Woche nach einer definierten Anweisung zu entnehmen und der untersuchenden Stelle zu übersenden. Aus diesen dann insgesamt pro Betrieb vorliegenden 30 Proben werden im Labor nach dem Zufallsprinzip insgesamt 20 Proben je Betrieb ausgewählt und untersucht, so dass die Ergebnisse für insgesamt 40 Proben zur Auswertung vorliegen. Jeweils zwei Proben werden durch die untersuchende Stelle als Kontrollproben entnommen.
Das Projekt "Aufklärung von Biotransformationswegen und von Mechanismen gentoxischer Wirkungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Kaiserslautern, Fachrichtung Lebensmittelchemie und Umwelttoxikologie, AK Prof. Gerhard Eisenbrand durchgeführt. Die Erkennung gesundheitlicher Risiken durch gentoxische Stoffe, die als Lebensmittelinhaltstoffe oder als Umweltkontaminanten Bedeutung haben, ist die Voraussetzung für Risikobewertung und Prävention. Bei Umweltkontaminanten gilt unser Interesse polycyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mit einer sogenannten Fjordregion, die besonders potente Kanzerogene darstellen. Außerdem interessieren uns Fullerene, die im Ruß vorkommen und deren biologische Wirkung bisher nur wenig untersucht ist. Das aus beruflicher Belastung durch bestimmte Nitrosamine potentiell gesundheitliche Risiko wird im Modellversuch untersucht. Schließlich beschäftigen wir uns mit der Toxikologie bestimmter a,b-ungesättigter Alkenale, die als Lebensmittelinhalts- und -Zusatzstoffe in z.T. beachtlichen Konzentrationen (bis 30 mg/kg) in Lebensmitteln vorkommen. Metabolische Veränderungen, die fremde Stoffe im Körper erfahren, beeinflussen ganz wesentlich deren Wirkung. Zur Aufklärung einzelner aktivierender oder entgiftender Stoffwechselwege werden transgene Säugerzellen eingesetzt, die bestimmte Enzyme (CYP) stabil exprimieren. Zusätzlich wird der Leberstoffwechsel mit Hepatozyten und Zellfraktionen (Mitochondrien, Mikrosomen) simuliert. Metabolite werden über GC/MS identifiziert und quantifiziert. Die gentoxische/mutagene Potenz von Ausgangsverbindungen und Metaboliten wird in-vitro an Säuger-Zellinien (z.B. humane Colonzellen) oder an primären Zellen (z.B. aus Gastrointestinaltrakt von Ratte/ Mensch) sowie in-vivo an der Ratte und ex-vivo an humanen Blutzellen geprüft. Gemessen werden: Gentoxizität in transfizierten Bakterien (Induktion von SOS-Repair), Mutagenität in Säugerzellen (HPRT-Test), Induktion von DNA-Schäden mittels Mikrogelelektrophorese und die Entstehung vonDNA-Addukten mittels 32P-Postlabelling-Verfahren. Zusätzlich werden zytotoxische Effekte (einschließlich Membranschäden und Apoptose-Induktion) in Zellkulturen erfasst.
Das Projekt "Schadstoffe und Mikroplastik-Residuen in Antarktischen Sturmschwalben und Walvögeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Tierökologie und Spezielle Zoologie - Tierökologie durchgeführt. Die globale Industrieproduktion und das Konsumentenverhalten führen zu einer immer stärkeren Verschmutzung der Ozeane. Daher ist ein Verständnis der Verbreitung von Schadstoffen und ihrer Auswirkungen auf Ökosysteme zunehmend wichtig. Das betrifft auch besonders entlegene, bisher als weitgehende unbelastet geltende Gebiete wie die Antarktis und den Südlichen Ozean. Um die Belastung mit Plastikrückständen von Antarktischen und Subantarktischen Seevögeln zu vergleichen, werden wir Weichmacher-Rückstände im Bürzeldrüsensekret mit einem kürzlich etablierten GC-MS Protokoll bestimmen. Zusätzlich werden wir von den gleichen Vögeln Quecksilber bestimmen, und dazu einerseits Federn nutzen, welche die Monate vor und während der Mauser repräsentieren, und andererseits Blutproben, um die Belastung während der Brutperiode zu erfassen. Wir werden unsere Analysen auf kleine Röhrennasen (Procellariiformes: Sturmschwalben, Walvogel und Blausturmvögel) fokussieren, und vergleichend ebenfalls Proben eines bekanntlich hoch mit Plastikmüll belasteten Gebiets im Nordost-Pazifik untersuchen. Wir werden daher Unterschiede in der Schadstoffexposition zwischen verschiedenen Verbreitungsgebieten und in Abhängigkeit von der trophischen Stufe (durch komponentenspezifische Stabilisotopenanalysen). Weiterhin werden wir die Weichmacher-Konzentrationen in der zeitigen und späten Antarktischen Brutsaison (November versus März) vergleichen, um Carry-Over-Effekte aus dem Überwinterungsgebiet in die Antarktis zu erfassen.
Das Projekt "Umsatzraten und Herkunft von Lipiden in Ackerböden: Zeitlich aufgelöste strukturelle und isotopische Charakterisierung der Lipidfraktionen einer natürlich markierten Schwarzerde" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Fachgruppe Geowissenschaften, Geographisches Institut durchgeführt. Lipide haben wahrscheinlich große Bedeutung für die Stabilisierung organischer Substanz in Böden, sie wurden aber bisher mittels moderner strukturchemischer und isotopischer Methoden nur wenig untersucht. Durch die Kombination dieser Methoden sollen erstmals gleichzeitg Aussagen über Herkunft (Pflanzen, Bakterien, Pilze) und Umsatzraten (d13C) der Lipide auf molekularer Ebene ermöglichen. Der Nutzungswechsel von Roggen- (C3-) zu Mais-Monokultur (C4-Pflanze) markierte die zugeführte Biomasse strukturell und isotopisch. Die Nutzung von Rückstellproben ermöglicht eine über vier Jahrzehnte zeitlich aufgelöste Auswertung dieses landwirtschaftlichen Freilandversuchs. Die Lipide sollen mit einer Kombination moderner struktureller, spektroskopischer und isotopischer Analysetechniken der Bodenchemie, organischen Geochemie und Biochemie untersucht werden. Untersuchungen sollen an Gesamtböden und ausgewählten PartikelgrößenFraktionen erfolgen. Die Bodenlipide werden erstmalig über eine automatisierte sequentielle Flüssigkeitschromatographie in folgende Fraktionen getrennt: a) Aliphaten, b) Ketone/Alkohole, c) Fettsäuren, d) Aromaten, e) basische Lipide und f) hochpolare Biopolymere. Diese Fraktionen sollen anschließend strukturell identifiziert (13C NMR, GC-MS) und die Fraktionen a) bis c) gesamt- und komponentenspezifisch (GC-irmMS) d 13C-isotopisch charakterisiert werden.
Das Projekt "Struktur- und isotopenchemische Untersuchungen zur Transformation organischer Kohlenstofffraktionen in ausgewählten Waldböden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Biogeochemie und Meereschemie durchgeführt. Im Forschungsvorhaben werden mikrobielle Umsetzungsreaktionen organischen Materials in Böden quantitativ und qualitativ untersucht. Ziel ist es, die genaue Strukturaufklärung der beteiligten organischen Komponenten durchzuführen und deren exakte Abbauwege zu kennzeichnen. Die angestrebten Untersuchungen auf molekularer Ebene erlauben neben der genauen Bilanzierung des Kohlenstoffumsatzes eine gezielte Strukturaufklärung der beteiligten Komponenten mittels konventioneller GC-MS und GC-Isotope-Ratio Technik. Durch den Einsatz von 13C-markierten Tracersubstanzen soll aufgezeigt werden, (1) inwieweit der Abbau der organischen Substanz direkt zur Bildung von CO2 führt, (2) welcher Anteil in mikrobielle Biomasse überführt wird und, als wichtigster Aspekt, (3) in welcher Form organische Substanzen und deren mikrobielle Transformationsprodukte als makromolekulare organische Fraktionen im Boden verbleiben. Die strukturchemischen Untersuchungen werden Indikationen zur Abgrenzung zwischen den Einträgen aus mikrobieller Biomasse und Streu liefern.
Das Projekt "Die superkritische Fluid Extraktion von Bodenproben als Methode einer fluorchlorkohlenwasserstofffreien Probenaufbereitung zur GC-MS-Bestimmung von Mineraloelkohlenwasserstoffen unter Feldbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle, Sektion Analytik durchgeführt.
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| Boden | 133 |
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