Unsere Motivation ist es, die Rolle von gelöstem organischem Material (DOM) in marinen Oberflächenfilmen (SML) als eine Schlüsselkomponente zu verstehen, die den Gasaustausch zwischen Atmosphäre und Meer, die Karbonatchemie, sowie die Ökophysiologie der assoziierten Organismen beeinflusst (Engel et al., 2017). Während unserer Vorarbeiten haben wir Hinweise auf einen bisher unbekannten Zusammenhang zwischen DOM und Karbonatchemie in der SML gefunden, sowie auf eine hohe räumlich-zeitliche Dynamik in der DOM-Zusammensetzung. Obwohl die hohe Heterogenität des SML-DOM-Geometabolom (d.h. die Gesamtheit des DOM-Pools, der durch biotische und abiotische Prozesse produziert und modifiziert wird) bekannt ist, gibt es wenige detaillierte Studien darüber. Insgesamt gibt es noch kein mechanistisches Verständnis darüber, unter welchen Bedingungen DOM in der SML in verschiedene chemische Fraktionen aufgeteilt wird. Dies liegt an der derzeit geringen Verfügbarkeit von Daten von einer größeren Anzahl von Untersuchungsstandorten unter unterschiedlichen Umwelt- und Versuchsbedingungen, sowie an einen Mangel an interdisziplinären Studien, die Physik, Geochemie und Biologie kombinieren. Mit anderen Worten, uns fehlen grundlegende (organo-)geochemische Informationen von der größten Luft-Wasser-Grenzfläche der Erde, mit unbekannten Konsequenzen für den damit verbundenen Austausch von klimarelevanten Gasen. In diesem Projekt streben wir an, diese Lücke durch sich ergänzende Messungen der DOM-Zusammensetzung und anorganischer Kohlenstoff-Systemparameter zu schließen. Die Relevanz für die Forschungseinheit BASS ergibt sich aus dem Ziel unseres Teilprojekts, die fehlenden grundlegenden biogeochemischen Informationen des SML-DOM-Inventars zur Verfügung zu stellen und sie in den Kontext der Ökosystemprozesse in der SML zu setzen, einschließlich der DOM-Produktion (SP1.1) sowie des mikrobiellen (SP1.2) und photochemischen (SP1.4) Umsatzes. Darüber hinaus werden wir den Beitrag des DOM-Geometaboloms zum Säure-Basen-Gleichgewicht der SML untersuchen, von dem wir erwarten, dass es die Gasgleichgewichte in der Grenzfläche - insbesondere im Kohlensäuresystem und damit auch die Treibhausgasflüsse - beeinflusst (SP2.1).
<p> <p>Etwa 45 Prozent der Siedlungs- und Verkehrsflächen sind in Deutschland aktuell versiegelt, das heißt bebaut, betoniert, asphaltiert, gepflastert oder anderweitig befestigt. Damit gehen wichtige Bodenfunktionen, vor allem die Wasserdurchlässigkeit und die Bodenfruchtbarkeit, verloren. Mit der Ausweitung der Siedlungs- und Verkehrsflächen nimmt auch die Bodenversiegelung zu.</p> </p><p>Etwa 45 Prozent der Siedlungs- und Verkehrsflächen sind in Deutschland aktuell versiegelt, das heißt bebaut, betoniert, asphaltiert, gepflastert oder anderweitig befestigt. Damit gehen wichtige Bodenfunktionen, vor allem die Wasserdurchlässigkeit und die Bodenfruchtbarkeit, verloren. Mit der Ausweitung der Siedlungs- und Verkehrsflächen nimmt auch die Bodenversiegelung zu.</p><p> Was ist Bodenversiegelung? <p>Bodenversiegelung bedeutet, dass der Boden luft- und wasserdicht abgedeckt wird, wodurch Regenwasser nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen versickern kann. Auch der Gasaustausch des Bodens mit der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/atmosphaere">Atmosphäre</a> wird gehemmt.</p> <p>Innerhalb der Siedlungs- und Verkehrsflächen ist ein Teil der Böden durch darauf errichtete Gebäude versiegelt. Auch unbebaute Flächen – wie Freiflächen, Betriebsflächen, Erholungsflächen und Verkehrsflächen – sind teilweise mit Beton, Asphalt, Pflastersteinen oder wassergebundenen Decken befestigt und damit ganz oder teilweise versiegelt.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/376/bilder/bodenversiegelung_thombal_fotolia_57905397_m.jpg"> </a> <strong> Fruchtbare Böden gehen weltweit verloren – etwa durch Versiegelung, Bebauung oder Übernutzung. </strong> Quelle: ThomBal / Fotolia.com </p><p> Ökologische Auswirkungen <p>Eine übermäßige Bodenversiegelung hat unmittelbare Auswirkungen auf den Wasserhaushalt: Zum einen kann Regenwasser weniger gut versickern und die Grundwasservorräte auffüllen. Zum anderen steigt das Risiko zu örtlichen Überschwemmungen, da bei starken Regenfällen die Kanalisation oder die Vorfluter die oberflächlich abfließenden Wassermassen nicht fassen können.</p> <p>Auch das Kleinklima wird negativ beeinflusst: Versiegelte Böden können kein Wasser verdunsten, weshalb sie im Sommer nicht zur Kühlung der Luft beitragen. Hinzu kommt, dass sie als Standort für Pflanzen ungeeignet sind. Diese fallen somit als Wasserverdunster und als Schattenspender aus.</p> <p>Vor allem wird die natürliche Bodenfruchtbarkeit durch eine Versiegelung der Böden massiv beeinträchtigt: Wenn der Boden dauerhaft von Luft und Wasser abgeschlossen ist, geht die Bodenfauna zugrunde, welche wiederum wichtige Funktionen für den Erhalt und die Neubildung von fruchtbaren Böden erfüllt.</p> <p>Schließlich ist Bodenversiegelung nur schwer und mit hohen Kosten wieder zu beseitigen. Auch im Anschluss an eine Entsiegelung bleibt die natürliche Struktur des Bodens gestört. Häufig bleiben Reste von Fremdstoffen (wie Beton- oder Asphaltbrocken, Kunststoffsplitter oder diverse Schadstoffe) im Boden zurück. Eine neue Bodenfauna bildet sich nur über längere Zeiträume, so dass auch die natürliche Bodenfruchtbarkeit verzögert und oft nicht in der vorherigen Qualität wieder herstellbar ist.</p> </p><p> Bodenversiegelung in Deutschland <p>Für Deutschland weist die amtliche Flächenstatistik 52.266 Quadratkilometer (km²) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltzustand-trends/flaeche-boden-land-oekosysteme/flaechennutzung-in-deutschland/siedlungs-verkehrsflaeche#anhaltender-flchenverbrauch-fr-siedlungs-und-verkehrszwecke-">Fläche für Siedlung und Verkehr</a> zum Ende des Jahres 2024 aus. Davon waren laut <a href="https://www.regionalstatistik.de/genesis/online?operation=statistic&levelindex=0&levelid=1741855725593&code=86321#abreadcrumb">Umweltökonomischen Gesamtrechnungen der Länder</a> etwa 45 % versiegelt. Bezogen auf die Gesamtfläche beträgt der Anteil der Siedlungs- und Verkehrsfläche 14,6 % und der Anteil der versiegelten Fläche 6,57 %. Es sei angemerkt, dass aufgrund dessen, dass für 2024 keine neuen Werte zur Bodenversiegelung für Nordrhein-Westfalen ausgewiesen sind, sich die Werte für Gesamtdeutschland auf 2023 beziehen.</p> <p>Zum Ende des Jahres 1992 lag der Anteil der Siedlungs- und Verkehrsfläche noch bei 11,5 % (38.669 km²) und der Anteil der versiegelten Fläche bei 5,3 % (17.839 km²) (siehe Abb. „Anteil der Siedlungs- und Verkehrsfläche an der Gesamtfläche Deutschlands“). Somit hat in den 30 Jahren von 1992 bis 2023 die Bodenversiegelung um insgesamt 5.594 km² zugenommen. </p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/2_Abb_Anteil-SuV-Gesamtflaeche-D_2026-03-26.png"> </a> <strong> Anteil der Siedlungs- und Verkehrsfläche an der Gesamtfläche Deutschlands </strong> Quelle: Umweltbundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_Abb_Anteil-SuV-Gesamtflaeche-D_2026-03-26.pdf">Diagramm als PDF (43,21 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_Abb_Anteil-SuV-Gesamtflaeche-D_2026-03-26.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (172,04 kB)</a></li> </ul> </p><p> Anstieg der versiegelten Siedlungs- und Verkehrsfläche <p>Während das Tempo in den Jahren bis etwa 2015 aufgrund baukonjunktureller Effekte etwas nachgelassen hat, ist aufgrund des steigenden Bedarfs an neuem Wohnraum zuletzt eine Stagnation zu erkennen. Dies zeigt sich u.a. auch an der grundlegenden Entwicklung des <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/flaeche-boden-land-oekosysteme/flaeche/siedlungs-verkehrsflaeche#-das-tempo-des-flachen-neuverbrauchs-geht-zuruck">Anstiegs der Siedlungs- und Verkehrsfläche</a>. Dennoch hat die jährliche Zunahme der versiegelten Siedlungs- und Verkehrsfläche im Vergleich zur Mitte der 1990er Jahre erheblich abgenommen (siehe Abb. „Zunahme der versiegelten Siedlungs- und Verkehrsfläche“). </p> <p>Im 4-Jahreszeitraum von 1993 bis 1996 wuchs die versiegelte Fläche um 201,6 km² pro Jahr. Von 2021 bis 2024 lag der Zuwachs der versiegelten Fläche dagegen bei 61,5 km² pro Jahr, wobei auch hier angemerkt sei, dass sich der Wert für Nordrhein-Westfalen auf den Zeitraum 2020 bis 2023 bezieht. </p> <p>Die Zunahme versiegelter Flächen ist vor allem auf das stetige Wachstum der Verkehrsflächen zurückzuführen, denn mit 50 bis 70 % weisen Verkehrsflächen einen relativ hohen Anteil versiegelter Fläche auf. </p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/3_Abb_Zunahme-versiegelte-SuV_2026-03-26.png"> </a> <strong> Zunahme der versiegelten Siedlungs- und Verkehrsfläche </strong> Quelle: Umweltbundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_Abb_Zunahme-versiegelte-SuV_2026-03-26.pdf">Diagramm als PDF (37,97 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_Abb_Zunahme-versiegelte-SuV_2026-03-26.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (27,07 kB)</a></li> </ul> </p><p> Ermittlung der Bodenversiegelung <p>Die Bodenversiegelung in einem Gebiet lässt sich mit Hilfe von Luftbildaufnahmen in guter Näherung ermitteln. Zur weiteren Absicherung der Daten können diese auch mit topographischen Karten, Katasterdaten, Bebauungsplänen oder anderen geographischen Informationen abgeglichen werden. Mit <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/unsicherheit">Unsicherheit</a> behaftet ist dabei vor allem die Bewertung teilversiegelter Flächen – also von Flächen, die mit lose verlegten Platten, Pflastern oder wassergebundenen Decken befestigt sind.</p> <p>In vielen Gemeinden wird inzwischen die Versiegelung von Baugrundstücken erhoben, um den Eigentümern bei der Berechnung der Abwassergebühren die Beseitigung von nichtversickertem Regenwasser anlasten zu können. Die diesbezüglichen Informationen verbleiben allerdings bei den Abwasserbetrieben und sind nicht öffentlich zugänglich. Eine flächendeckende, detaillierte Erfassung der Bodenversiegelung in Deutschland oder einzelnen Bundesländern gibt es daher nicht. Lediglich im Rahmen von diversen Forschungsvorhaben wurde in einigen ausgewählten Regionen die Bodenversiegelung flächendeckend in unterschiedlichem Detaillierungsgrad erfasst.</p> <p>Um dennoch eine Aussage über die Bodenversiegelung in Deutschland treffen zu können, hat der Länderausschuss für Bodenschutz (LABO) einen Arbeitskreis eingerichtet. In diesem haben Fachleute auf der Basis der vorliegenden Regionaldaten zur Bodenversiegelung ein Rechenmodell entwickelt, mit dem sich überschlägig die Bodenversiegelung innerhalb der Siedlungs- und Verkehrsfläche berechnen lässt. Dem Rechenmodell liegt die Beobachtung zugrunde, dass der Versiegelungsgrad innerhalb der Siedlungs- und Verkehrsfläche umso höher ist, je stärker die Region besiedelt ist. Mit anderen Worten: Je stärker die Besiedelung, desto knapper ist der Raum und desto intensiver sind die Bebauung und die Versiegelung der genutzten Flächen.</p> <p>Beispielsweise ist im dicht besiedelten Stadtstaat Berlin etwa 70 % der Verkehrsfläche versiegelt, während im dünn besiedelten Mecklenburg-Vorpommern nur etwa 50 % der Verkehrsfläche versiegelt ist. Zur Verkehrsfläche zählen unter anderem Straßen, Wege, Plätze und Eisenbahnen, aber auch Böschungen, Seiten- und Mittelstreifen und sonstigen Nebenflächen. Entsprechendes gilt auch für Gebäude- und Freiflächen, bei denen der Versiegelungsgrad zwischen 55 % in den Stadtstaaten und 45 % in den dünnbesiedelten Flächenländern variiert (siehe Tab. „Eckwerte und resultierende Parameter für die Berechnung der versiegelten Siedlungs- und Verkehrsfläche“). Die hier angegebenen Werte für das Jahr 2011 wurden auf Basis dieser Methode berechnet.</p> <p>Seit einiger Zeit weisen auch die Umweltökonomischen Gesamtrechnungen der Länder (UGRdL) Daten zu Versiegelungsanteilen der Siedlungs- und Verkehrsfläche auf Ebene der Bundesländer aus. Auch hier wird ein entsprechendes Schätzverfahren angewendet, welches im <a href="https://www.statistikportal.de/de/ugrdl/ergebnisse/flaeche-und-raum#methoden">Methodenbericht</a> auf den Internetseiten der UGRdL dokumentiert ist. Die hier angegebenen Werte für das Jahr 2024 greifen auf die UGRdL zurück.<br><br><em><strong>Exkurs 1: Wie wird der Anteil versiegelter Siedlungs- und Verkehrsfläche nach LABO berechnet?</strong></em><br>Die Berechnung des Anteils der versiegelten Siedlungs- und Verkehrsfläche in den Bundesländern in einem bestimmten Jahr in Abhängigkeit von der Nutzungsart erfolgt nach der Formel:<br><br><strong>Pn,b (t) = A1n * Db (t) + A0n</strong><br><br>Dabei sind<br><strong>t:</strong> das Bezugsjahr<br><strong>n:</strong> die Nutzungsart<br><strong>b:</strong> das Bundesland<br><strong>Db:</strong> der Anteil der SuV-Fläche im jeweiligen Bundesland in % (Siedlungs- und Verkehrsfläche/Landesfläche*100)<br><strong>Pn,b:</strong> der Prozentsatz der versiegelten Fläche in Abhängigkeit von Bundesland und Nutzungsart<br><strong>A1n, A0n:</strong> Parameter, die so gewählt sind, dass für das Jahr 2000 in den Bundesländern mit der höchsten bzw. geringsten Dichte (Berlin (BE) und Mecklenburg-Vorpommern (MV)) für die Versiegelungsanteile bestimmte Eckwerte eingehalten werden.<br><br><em><strong>Exkurs 2: Wie ist die Daten- und Berechnungsqualität einzuschätzen?</strong></em><br>Eine regelmäßige amtliche Erfassung des Versiegelungsgrades wird bislang nicht durchgeführt, weshalb die hier angegebenen Versiegelungsgrade anhand von Schätzverfahren ermittelt wurden. Insgesamt ist festzustellen, dass die Methoden nur eine ungefähre Abschätzung der Bodenversiegelung abbilden können. Die Ergebnisse sind für einen räumlichen Vergleich der Bundesländer geeignet. Die zeitliche Vergleichbarkeit ist allerdings durch die methodische Umstellung in der Flächenerhebung zum Berichtsjahr 2016 eingeschränkt.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/4_Tab_Eckwerte-Param-versieg-SuV_2026-03-26.png"> </a> <strong> Tab: Eckwerte und resultierende Parameter für die Berechnung der versiegelten SuV </strong> Quelle: Gunreben at al. Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_Tab_Eckwerte-Param-versieg-SuV_2026-03-26.pdf">Tabelle als PDF (38,80 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_Tab_Eckwerte-Param-versieg-SuV_2026-03-26.xlsx">Tabelle als Excel mit Daten (229,18 kB)</a></li> </ul> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>
Die Prozesse der Wasser- und Stoffbewegung sowie des Gasaustausches in Böden werdenmaßgeblich durch das an die Bodenstruktur gebundene Porensystem gesteuert. Die Funktionalität des Porensystems beruht hierbei sowohl auf den Anteilen unterschiedlicher Porengrößen als auch auf der Geometrie des Porenraumes. Während die Porengrößenverteilung mit bodenphysikalischen Standardmethoden unter der Annahme von Kapillarität quantifizierbar ist, lassen sich die realen Porenformen in ihrer räumlichen Anordnung (u.a. Kontinuität, Bottlenecks, Konnektivität, Tortuosität) nur durch optische Verfahren erschließen. Die präferentiellen Fließwege der Makro- und Grobporen (größer als 50 mym) wurden bereits in zahlreichen Studien in 2D und 3D analysiert. Für die mittleren Porengrößen (0,2 - 50 mym) mit hoher ökologischer Wirksamkeit in ungesättigten Böden liegen jedoch kaum morphologische Informationen vor. In diesem Projekt sollen die Verfahren der Kunstharzeinbettung und der Mikrofokus- Computertomographie (myCT) für eine qualitative und quantitative räumliche Analyse des Porensystems in verbesserter hoher Auflösung (bis zu 1 mym) eingesetzt werden. Die Darstellung der mittleren Porengrößen wird mit der neuesten hochauflösenden Technik der myCT bei gleichzeitiger Differenzierung von Matrix, Wasser und Luft realisiert. Die zu analysierenden Geometrieparameter unterschiedlicher Porengrößen werden mit den Funktionen der Wasser- und Luftleitfähigkeit korreliert. Die Darstellung der Wasserverteilung in realen Poren bei unterschiedlichem Entwässerungsgrad ermöglicht zudem eine Überprüfung der Kapillartheorie, die als allgemeine Grundlage für Wasserverteilung und Wasserfluss vorausgesetzt wird.
Die Geschwindigkeit des Austausches von Gasen zwischen Ozean und Atmosphaere ist fuer viele klimatologische Voraussagen von grosser Bedeutung. Das Projekt untersucht die Abhaengigkeit dieses Prozesses von der Windgeschwindigkeit, dem Wellenspektrum und der Kontamination der Oberflaeche des Meeres. Durchgefuehrt werden Laboruntersuchungen, Experimente in einem Wind-Wellen-Kanal und Messungen in der Nordsee. Die Versuche werden durch Modellrechnungen unterstuetzt. Quantitative Resultate liegen fuer den Windeinfluss und den Einfluss oberflaechenaktiver Substanzen auf die Ab-Desorptionsgeschwindigkeit von CO2 und O2 vor.
Die Akkumulation von Methan (CH4) in sauerstoffhaltigen Wasserschichten wurde kürzlich für viele Binnengewässern und Ozeangebiete beschrieben. In unserem DFG-Projekt Aquameth (GR1540/21-1) haben wir daher die wichtigste Literatur in einem Review zusammengefasst und die möglichen Mechanismen für dieses Phänomen im Stechlinsee evaluiert. Indem wir ein online System für CH4 Messungen entwickelt haben, konnten wir die enge Kopplung der räumlich-zeitlichen Dynamik von Algen (z.B. Blaualgen und Cryptophyten) und CH4 in den oxischen Wasserschichten des Sees zeigen. Obwohl der vor kurzem beschriebene Methylphosphonat-Metabolismus im See vorkommt, haben wir zahlreiche Hinweise, dass Algen das CH4 während der Photosynthese direkt produzieren. Jedoch sind die genauen Mechanismen sowie der Anteil des im sauerstoffreichen Wasser gebildeten CH4 am gesamten CH4 Fluss in die Atmosphäre unklar. Durch die Kombination der Expertise von zwei etablierten Arbeitsgruppen, die sich ideal ergänzen, möchten wir die genaue Chemie und Biologie der CH4 Bildungs- und Oxidations-prozesse untersuchen, um die Rolle von Seen für den regionalen und globalen CH4 Kreislauf besser zu verstehen. Daher soll das komplette CH4 Budget von zwei Seen detailliert quantifiziert werden, d.h. CH4-Quellen und -Senken werden mit einem Massenbalance-Ansatz untersucht und mit in situ Inkubationsexperimenten verknüpft. Unsere zwei ausgesuchten Seen (Stechlinsee und Willersinnweiher) repräsentieren zwei Hauptseentypen der gemäßigten Zone (tief/Nährstoff-arm und flach /Nährstoff-reich), die gut von beiden Institutionen untersucht und biogeochemisch charakterisiert wurden. In diesen Seen hängen die spezifischen Prozesse der CH4 Bildung, Akkumulation und Freisetzung in die Atmosphäre von dem komplizierten Wechselspiel von physikalischen, chemischen und biologischen Faktoren sowie bestimmten Organismen ab. Daher ist unser Hauptziel, dieses komplizierte Wechselspiel zwischen Umweltvariablen und den CH4 Prozessen und ihre globale Bedeutung zu entschlüsseln. Unser Hypothesen sind: (1) Die Methanproduktion ist direkt mit der Photosynthese verbunden und CH4 kann bei bestimmten Umweltbedingungen, z.B. Nährstofflimitation, direkt von photo-autotrophen Organismen gebildet werden. (2) Die Methanbildung ist von der -oxidation durch die räumlich-zeitliche Trennung der methanotrophen Aktivität in sauerstoffhaltigen Wasserkörpern entkoppelt. (3) Methan an der Temperatursprungschicht ist das Produkt aus einem komplizierten Wechselspiel von biologischen, chemischen und physikalischen Prozessen. (4) Die erhöhten CH4 Konzentration in der oberen oxischen Wasserschicht erleichtert den Gasaustausch mit der Atmosphäre. Obwohl die CH4 Anreicherung in den oberen Wasserschichten stark vernachlässigt wurde, könnte sie eine wichtige fehlende Verbindung im globalen CH4 Budget sein. Um diese Hypothesen zu überprüfen, sollen Feld- und Labormessungen gemeinsam durch beide Teams durchgeführt werden.
Die Konzentrationen vieler Luftinhaltsstoffe sind aufgrund vielfältiger menschlicher Aktivitäten in den letzten Jahren beträchtlich angestiegen. Als vegetationsgefährdende Komponente gewinnt dabei Ozon in der Bundesrepublik Deutschland zunehmend an Bedeutung, während z.B. Schwefeldioxid aufgrund der erfolgreichen Emissionsminderungsmaßnahmen in den Hintergrund tritt. Bei der Erstellung von Luftreinhalteplänen/Wirkungskatastern geht es darum, die räumliche und zeitliche Variabilität der Schadgaskonzentrationen im Hinblick auf eine mögliche Beeinträchtigung der Vegetation zu bewerten. Darüber hinaus gilt es, mögliche Entwicklungen der Immissionsbelastung prospektiv zu beurteilen, um frühzeitig evtl. notwendige Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Dies bedarf integrierender Konzepte, in denen physikalisch/chemische Messprogramme und Verfahren der Bioindikation miteinander verknüpft werden. Das gemeinsam mit dem Hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie durchgeführte Untersuchungsprogramm gliedert sich in fünf Schritte: - In einem ersten Schritt wurden potentielle Ertragsverluste durch Ozon anhand von Dosis-Wirkung-Funktionen aus der Literatur unter Verwendung hessischer Ozon-Messdaten für verschiedene Kulturpflanzen abgeschätzt. - In einem zweiten Schritt wurde eine flussorientierte Kenngröße für die Ozon-Belastung der Vegetation unter Verwendung von Messgrößen abgeleitet, die in den Ländermessnetzen erhoben werden. - In einem dritten Schritt wurde ein Modell für die Bestimmung des Gasaustausches zwischen Vegetation und bodennaher Atmosphäre entwickelt. - In einem vierten Schritt wurden sog. kritische absorbierte Ozon-Dosen (critical loads) für standardisiert exponierte Rezeptoren abgeleitet. - In einem fünften Schritt werden die aktuell in Europa diskutierten Grenzwerte zum Schutz der Vegetation vor Ozon und die ihnen zu Grunde liegenden Dosis-Wirkung-Funktionen auf ihre Übertragbarkeit auf bzw. Relevanz für die deutschen Verhältnisse untersucht. Die Methodik zur Ableitung kritischer absorbierter Ozon-Dosen (critical loads) wird weiterentwickelt sowie die Gefährdung der Vegetation durch Ozon auf regionaler Ebene realistisch abgeschätzt.
Gasblasen mit Grössen zwischen einigen Mikrometern bis Zentimetern sind allgegenwärtig in aquatischen Ökosystemen. Sie beeinflussen nicht nur die physikalischen Eigenschaften des Wassers, sie ermöglichen auch einen wichtigen Transportweg mit hoher Relevanz für globale biogeochemische Kreisläufe und das Klima. An der Luft-Wasser-Grenzfläche beschleunigen Blasen den Gasaustausch und beeinflussen damit den globalen Kohlenstoffkreislauf. Aus Sedimenten freigesetzte Blasen (Ebullition) sind ein wichtiger Transportweg für Methan in die Atmosphäre. Darüber hinaus transportieren Blasen nicht nur Gase, sondern auch Partikel, gelöste Stoffe und Bakterien auf ihren Oberflächen. Dieses Material, darunter Kohlenstoff, Nährstoffe und Schadstoffe, stammt aus den Sedimenten oder wurde während des Aufstiegs aus der Wassersäule entfernt. Trotz dieser potenziellen Bedeutung ist wenig über Gasblasen und ihre Eigenschaften in Süßwasserökosystemen bekannt, bestehendes Wissen basiert hauptsächlich auf Beobachtungen in marinen Systemen. In diesem Projekt untersuchen wir diejenigen Prozesse, welche das Vorkommen und die Eigenschaften von Gasblasen in Süßwasserökosystemen kontrollieren, sowie die Rolle der Blasen für den Transport von Gasen, gelösten Stoffen und Partikeln. Wir unterscheiden zwischen Luftblasen die an der Wasseroberfläche eingetragen werden, Blasen die durch Gasübersättigung in der pelagischen Zone entstehen, sowie Blasen die in Sedimenten gebildet werden. Wir gehen davon aus, dass diese drei unterschiedlichen Arten von Blasen unterschiedliche Eigenschaften haben. Auf der Grundlage von Feldmessungen und Laborexperimenten untersuchen wir die Entstehung, Alterung und das Schicksal dieser drei Arten von Blasen und der von ihnen transportierten Substanzen in unterschiedlichen aquatischen Systemen. Die Beobachtungen und Ergebnisse werden mit prozessbasierten Modellen verknüpft um einen theoretisch fundierten und empirisch validierten Rahmen für die Bewertung der Relevanz von Stofftransport durch Gasblasen in aquatischen Ökosystemen zu entwickeln. Dies erlaubt die Übertragung der Ergebnisse dieses Projekts auf eine Vielzahl von Fragestellungen in unterschiedlichen Bereichen der aquatischen Forschung, der Gewässerüberwachung und des Gewässermanagements.
Böden spielen im globalen Kreislauf von Treibhausgasen eine wesentliche Rolle. Der Gasaustausch zwischen Boden und Atmosphäre ist dabei von zentraler Bedeutung, aber in seiner räumlichen und zeitlichen Dynamik noch nicht hinreichend verstanden. Für die Messung der Gaskonzentration und die Bestimmung der Diffusivität von Böden (Ds) existieren etliche, kleinskalige Labor- und Feldmethoden. Aufgrund der räumlichen Heterogenität und der zeitlichen Dynamik der Bodenstruktur ist es aber kaum möglich, die Ergebnisse auf den Feldmaßstab zu übertragen. Zentraler Gegenstand des Projektes ist die Entwicklung eines Systems zur Messung der Gasdiffusivität (PeDiM) in landwirtschaftlich genutzten Böden, das über lokale Heterogenitäten mittelt und Ds auf der Feldskala misst. Es wurde bereits gezeigt, dass Gaskonzentrationen in porösen Medien mittels schlauchförmiger, nichtporöser, gasselektiver Membranen gemessen werden können. Das zugrundeliegende Messprinzip beruht dabei auf der selektiven Diffusion einzelner Gaskomponenten der Bodenluft in eine Anordnung von Membranschläuchen, die in definierter Länge im Boden verlegt werden. Unser Projekt baut hierauf auf und ein in-situ Mess- und Monitoringsystem für Ds wird entwickelt. Folgende Schritte sind vorgesehen: i) Das neu entwickelte Messprinzip wird für die quasi-kontinuierliche Bestimmung von Ds für einen PeDiM-Prototypen im Labormaßstab umgesetzt. ii) Für einen präzisen Einbau des Messsystems im Feld wird ein Installationsgerät entwickelt, das Störungen des Bodens auf ein Minimum reduziert. iii) Der PeDiM-Prototyp wird in 2D- und 3D-Mesokosmen mit unterschiedlichen Substraten unter kontrollierten Bedingungen getestet. Parallele Ds-Messungen mit etablierten Messverfahren erlauben dabei die PeDiM-Konfiguration zu optimieren. vi) Optimierte PeDiM-Messysteme werden in einem Ackerboden eingebaut und Ds im Oberboden in einem mehrmonatigen Feldversuch gemessen. Die Ergebnisse werden im Zusammenhang mit wetterabhängigen Wassergehaltsänderungen und dynamischen Veränderungen der Bodenstruktur interpretiert. Der direkte Vergleich mit etablierten, kleinskaligen Labor- und Profilmessmethoden erlaubt Skaleneffekte experimentell zu untersuchen und nachzuweisen.Im Erfolgsfall steht ein innovatives, für die Langzeitbeobachtung ausgelegtes Mess- und Monitoringsystem zur Verfügung, das es zum ersten Mal erlaubt, quasi-kontinuierlich Ds im Feldmaßstab zu messen. Damit wird eine für Transportprozesse wesentliche Größe in Abhängigkeit atmosphärischer Randbedingungen auf einer Skala erfasst, die für die Interaktion von Boden und Atmosphäre relevant ist. Interessant für insbesondere landwirtschaftlich genutzte Böden ist dabei der völlig neue Zugang zur Beurteilung der zeitlichen Dynamik und Wechselwirkung zwischen Bodenstruktur und Ds. Ein kontinuierliches Monitoring von Ds erlaubt außerdem eine Kopplung von Treibhausgasemissionen mit Umsatzprozessen in Böden, was schließlich die Entwicklung von prognosefähigen Modellen unterstützt.
Methane emissions from inland water bodies are of growing global concern since surveys revealed high emissions from tropical reservoirs and recent studies showed the potential of temperate water bodies. First preliminary studies at the River Saar measured fluxes that exceed estimates used in global budgets by one order of magnitude. In this project we will investigate the fluxes and pathways of methane from the sediment to the surface water and atmosphere at the River Saar. In a process-based approach we will indentify and quantify the relevant environmental conditions controlling the potential accumulation of dissolved methane in the water body and its release to the atmosphere. Field measurements, complemented by laboratory experiments and numerical simulations, will be conducted on spatial scales ranging from the river-basin to individual bubbles. We will further quantify the impact of dissolved methane and bubble fluxes on water quality in terms of dissolved oxygen. Special emphasize will be put on the process of bubble-turbation, i.e. bubble-mediated sediment-water fluxes. The project aims at serving as a reference study for assessing methane emissions from anthropogenically altered river systems.
Das Vorhaben umfasst Untersuchungen der inhibierenden Wirkung von Sonnenstrahlung auf die Photosynthese in tropischen Pflanzen und deren Akklimatisation an ambiente Lichtbedingungen. Die Reaktion des Photosyntheseapparats auf natürlichen 'Lichtstress' in Schatten- und Sonnenblättern wird mittels verschiedener Messparameter analysiert. Insbesondere werden spezifische Filter für ultraviolettes Licht (UV-B und UV-A) angewandt, um die Reaktion der Blätter auf die solare UV-Strahlung zu untersuchen. Im Vordergrund der Messungen steht der CO2-Gaswechsel, da Studien mit artifizellem UV-Licht eine bevorzugte Inhibition der CO2-Assimilation durch UV-B gezeigt haben. Daneben werden Änderungen der Aktivitäten der Photosysteme II und I durch Chlorophyllfluoreszenz- bzw. Absorptionsmessungen erfasst. Die Akklimatisation von Schattenblättern an tägliche Sonnenexposition wird mehrere Wochen lang anhand der Zusammensetzung der Photosynthesepigmente und Anreicherung von UV-absorbierenden Substanzen verfolgt. Modellversuche mit Mutanten von Arabidopsis thaliana sollen klären, ob das im Xanthophyllzyklus gebildete Zeaxanthin und die assoziierte thermische Dissipation von Anregungsenergie zum Schutz des Photosystems I beiträgt. Die Sonnenexpositions-Experimente und physikalischen Messungen werden weitgehend am Smithsonian Tropical Research Institute in Panama in Kooperation mit Dr. K. Winter durchgeführt. Pigmentanalysen und Datenverarbeitung sowie die Untersuchung einer C4-Pflanzenart und der Arabidopsis-Mutanten erfolgen am Institut für Biochemie der Pflanzen in Düsseldorf.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 420 |
| Europa | 11 |
| Kommune | 1 |
| Land | 41 |
| Weitere | 1 |
| Wissenschaft | 244 |
| Zivilgesellschaft | 11 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 13 |
| Förderprogramm | 416 |
| Gesetzestext | 1 |
| Text | 13 |
| Umweltprüfung | 1 |
| unbekannt | 16 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 13 |
| Offen | 442 |
| Unbekannt | 5 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 376 |
| Englisch | 143 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 5 |
| Bild | 4 |
| Datei | 10 |
| Dokument | 6 |
| Keine | 341 |
| Unbekannt | 1 |
| Webseite | 103 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 402 |
| Lebewesen und Lebensräume | 432 |
| Luft | 406 |
| Mensch und Umwelt | 460 |
| Wasser | 394 |
| Weitere | 457 |