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Ozean und Kryosphäre im Klimawandel

Das Poster im Format DIN A0 veranschaulicht die Ursachen und Wirkungen von Treibhausgasemissionen und Erderwärmung auf die Ozeane und die Kryosphäre (gefrorener Teil der Erde, zum Beispiel polare Eisschilde, Meereis, Permafrost ). Die dargestellten Inhalte basieren auf dem Sonderbericht des Weltklimarates (IPCC ) zu Ozean und Kryosphäre vom September 2019. Quelle: http://www.umweltbundesamt.de/

Teilprojekt: Der Einfluss von Nährstoff- und Temperaturänderungen auf die Entwicklung der Korallenriffe in der Korallensee seit 12 Ma

Das Projekt "Teilprojekt: Der Einfluss von Nährstoff- und Temperaturänderungen auf die Entwicklung der Korallenriffe in der Korallensee seit 12 Ma" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fachgruppe für Geowissenschaften und Geographie, Lehrstuhl für Geologie und Paläontologie und Geologisches Institut durchgeführt. Weltweit erleben Korallenriffe einen Niedergang. Die langfristigen Folgen dieses Rückgangs der Korallenriffe sind noch ungewiss. Es ist dagegen klar, dass Millionen von Menschen für ihr Überleben auf dieses am weitesten entwickelte Ökosystem in niederen Breiten angewiesen sind. Anthropogen bedingte globale Veränderungen wie die globale Erwärmung, die Versauerung der Ozeane und die Verschlechterung der Wasserqualität (Eutrophierung) wurden als mögliche Schuldige für den Niedergang der Korallenriffe identifiziert. Das Zusammenspiel dieser Faktoren ist jedoch unbekannt und verschiedene Studien deuten darauf hin, dass sie die Entwicklung der Korallenriffe hemmen oder fördern können. Ein Problem ist das Fehlen von Langzeitaufzeichnungen von Meeresoberflächentemperatur (SST) und -produktivität aus Gebieten mit einer Korallen-Vergesellschaftung, die modernen Riffen ähnelt. In diesem Projekt planen wir diese Rekonstruktion für das Queensland Plateau, welches in der Nähe des heutigen Großen Barriere Riffs liegt. Es ist bekannt, dass sich die Korallenriffe in dieser Region bis zum späten Miozän (10-5,5 Ma) ausgedehnt haben. Danach kam es während der mittelpliozänen Warmzeit (3,0-3,5 Ma) zu einer Reduktion der Fläche des Riffsystems. Wir planen drei Biomarker (UK37', TEX86, LDI) zur Rekonstruktion der Meeresoberflächentemperatur zu verwenden. Zur Rekonstruktion der Produktivität werden neue, korallenspezifische Stickstoffisotope mit den Biomarkern und korallen-basierten Ba/Ca verglichen werden. Unsere Pilotdaten zeigen, dass sowohl Meeresoberflächentemperaturen als auch die Produktivität während des Mittel-Pliozäns hoch waren, während nur SSTs während des späten Miozäns hohe Werte zeigen. Diese vorläufigen Daten deuten darauf hin, dass hohe SSTs in Kombination mit einer erhöhten Produktivität während des mittleren Pliozäns die Reduktion des Riffwachstums auf dem Queensland Plateau verursacht haben könnten. Um diese Hypothese zu überprüfen ist es essentiell Daten in höherer Auflösung zu generieren, um die Wechselwirkung von Faktoren zu bestimmen, die zum Verlust von Korallenriffen in der Vergangenheit geführt haben und potentiell in der Zukunft führen werden.

Teilprojekt 2: Materialentwicklung / -herstellung und Optimierung für die CO2-Abtrennung aus Luft

Das Projekt "Teilprojekt 2: Materialentwicklung / -herstellung und Optimierung für die CO2-Abtrennung aus Luft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf durchgeführt. Thema des Vorhabens ist die effiziente, großtechnisch skalierbare Abtrennung von CO2 aus der Luft in Form eines reinen CO2-Stroms, der im Sinne einer Sektorkopplung in verschiedenen nachgelagerten Verwendungspfaden (z.B. als erneuerbarer Rohstoff für die Synthese von Basischemikalien und Kraftstoffen) zur Verfügung steht. Die DITF entwickeln neue, kostengünstige Absorbermaterialien für die CO2-Gewinnung aus Luft. Wobei die Trägermaterialen (Gewebe/Vliese) aus Cellulose als Ausgangsmaterial bestehen sollen. Die chemische Modifikation der Cellulose Materialien erfolgt über Amingruppen. Die funktionellen Amingruppen dienen als Anbindungsstellen für CO2. Die Arbeiten basieren auf den Materialentwicklungen in dem Vorläuferprojekt CORAL (FKZ 033RC005). Die so Hergestellten Materialen sollen aufgrund der Gewebe-/ Vliesträger einfach zu handhaben sein. Im weiteren Projektverlauf sollen die CO2-Bindematerialien optimiert und für einen Demonstrator des ZSWs Hochskaliert werden. Für die Optimierung des Bindermaterials werden die Ergebnisse aus den CO2-Adsorptionsmessungen des ZSWs berücksichtigt und anhand dieser die weiteren Schritte ausgelotet. Das hierbei neu zu entwickelnde Verfahren soll durch eine einfache Prozessführung hervorstechen. Weiterhin versorgt das DITF das ZSW im laufe des weiteren Projektes mit weiterem Absorbermaterial.

Sklerochronologie und Isotopie von Korallen in Belize, Zentralamerika

Das Projekt "Sklerochronologie und Isotopie von Korallen in Belize, Zentralamerika" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt, Fachbereich 11 Geowissenschaften,Geographie, Geologisch-Paläontologisches Institut durchgeführt. Vom größten Riffkomplex des Atlantischen Ozeans vor der Küste von Belize (Zentralamerika) liegen bislang keine historischen Klimadaten aus Korallen vor. In dem hier beantragten Projekt sollen 18 bereits vorliegende Bohrkerne aus massiven Korallen von Belize sklerochronologisch und geochemisch untersucht werden. Variationen der Wachstumsraten und Schwankungen in der isotopischen Zusammensetzung von Kohlenstoff und Sauerstoff in den Korallenskeletten sollen ermittelt werden, um eine Klimageschichte der letzten 150-200 Jahre für die Region aufzustellen. Da die Kerne in unterschiedlichen Rahmenbedingungen (offenmarine, lagunäre und landnahe Position; unterschiedliche Wassertiefen) genommen wurden, sollte es weiterhin möglich sein, Einflüsse lokaler Variationen von Umweltparametern wie Temperatur, Salinität, Nährstoffgehalten und Licht zu entziffern. Die Ergebnisse dieser Studie sollen mit publizierten historischen Klimadaten des COADS (comprehensive ocean-atmosphere data set) Datensatzes verglichen werden. Weiterhin ist geplant, die Daten mit anderen im Atlantik im Bereich der Sklerochronologie tätigen Arbeitsgruppen auszutauschen, um einen Beitrag zur Rekonstruktion der Veränderlichkeiten von Meeresströmungen und Klima im karibisch-atlantischen Raum zu leisten.

Teilprojekt 1: Entwicklung und Erprobung eines innovativen Bandapparates zur effizienten, skalierbaren CO2-Abtrennung aus Luft; Konzepte für die Power-to-X-Prozessintegration; Vergl. Bewertung der CO2-Langzeitbindung

Das Projekt "Teilprojekt 1: Entwicklung und Erprobung eines innovativen Bandapparates zur effizienten, skalierbaren CO2-Abtrennung aus Luft; Konzepte für die Power-to-X-Prozessintegration; Vergl. Bewertung der CO2-Langzeitbindung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Thema des Vorhabens ist die effiziente, großtechnisch skalierbare Abtrennung von CO2 aus der Luft in Form eines reinen CO2-Stroms, der im Sinne einer Sektorkopplung in verschiedenen nachgelagerten Verwendungspfaden (z.B. als erneuerbarer Rohstoff für die Synthese von Basischemikalien und Kraftstoffen) zur Verfügung steht. Das ZSW entwickelt eine neue Verfahrensvariante für die CO2-Gewinnung aus Luft basiert auf der Verwendung eines kostengünstigen CO2-Sorbens, (einem Absorbervlies/Gewebe auf Cellulosebasis) mit funktionellen Amingruppen zur CO2-Anbindung, wobei das mittels einer Art Bandapparat kontinuierlich umlaufende Vlies (ohne Gebläse) frei von der Luft angeströmt werden kann. Die CO2-Desorption erfolgt hierbei auf einem verhältnismäßig kurzen Abschnitt des Bandapparates, wo optimale Desorptionsbedingungen anliegen. Die Arbeiten basieren auf den Materialentwicklungen in dem Vorläuferprojekt CORAL (FKZ 033RC005). Das neu zu entwickelnde Verfahren ermöglicht insbesondere den kontinuierlichen, völlig orts-unabhängigen Betrieb (z.B. für den Einsatz in Gebieten mit hoher PV- oder Windstromerzeugung aber gleichzeitig fehlenden Kohlenstoffquellen) zur Abtrennung von CO2 aus der Atmosphäre zur längerfristigen Fixierung oder als Rohstoff für die Herstellung von CO2-neutralen Kohlenwasserstoffen. Über die Banddimensionierung, v.a. die Bandlänge, kann das Verfahren einfach auch in sehr große Leistungsklassen skaliert werden. Am ZSW erfolgt die Demonstration im Labormaßstab zur Vorbereitung einer industriellen Umsetzung. Am ZSW werden außerdem Konzepte für die effiziente Einbindung des Verfahrens in Power-to-X-Prozesse untersucht und analysiert. Am ZSW wird begleitend eine vergleichende Bewertung der netto CO2-Langzeitbindung des Verfahrens durchgeführt.

Field monitoring and geochemical study of paleoclimate signals and growth rates of tropical to cold-temperate coralline red algae

Das Projekt "Field monitoring and geochemical study of paleoclimate signals and growth rates of tropical to cold-temperate coralline red algae" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Geologie und Paläontologie durchgeführt.

Transplantation von Steinkorallenfragmenten auf elektrochemisch erzeugte Riffstrukturen

Das Projekt "Transplantation von Steinkorallenfragmenten auf elektrochemisch erzeugte Riffstrukturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität-Gesamthochschule Essen, Institut für Ökologie, Abteilung Hydrobiologie durchgeführt. Korallenriffe werden zunehmend mechanisch gestoert; die Bedeckung mit lebenden kalkabscheidenden Steinkorallen ist vielerorts unter die kritische Rate fuer das Riffwachstum gesunken. Zur Rehabilitation geschaedigter Korallenriffe wird in situ geeignetes Besiedlungssubstrat via Elektrolyses aus dem Meerwasser abgeschieden. Neben der Schaffung optimaler Ansiedlungsbedingungen fuer Korallenlarven sorgt eine zusaetzliche 'Aufforstung' mit lebenden Korallenfragmenten fuer die rasche Etablierung von Geruestbildnern. So koennen in veroedeten Arealen Trittsteinbiotope fuer die weitere Besiedlung und grossflaechige Bestandserholung geschaffen werden. Die Methode wurde im Kubikmetermassstab bei Aqaba im Roten Meer erfolgreich erprobt. Spezielle Anlagen fuer die Marikultur von Schwaemmen, Korallen und anderen wirtschaftlich interessanten Arten sowie der Einsatz bei der Schaffung spezieller Erlebnis- und Uebungsraeume fuer Tauchtouristen sind geplant.

Submarine Kohlendioxyd (CO2) Austritte als natürliche Laboratorien zur Erforschung von Korallenriffen in Bezug auf die Ozeanversauerung

Das Projekt "Submarine Kohlendioxyd (CO2) Austritte als natürliche Laboratorien zur Erforschung von Korallenriffen in Bezug auf die Ozeanversauerung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachgebiet Geochemie und Hydrogeologie durchgeführt. Durch die Aufnahme von anthropogenem CO2 ist eine Verringerung des ph Wertes im Ozean zu erwarten Dies könnte weitrechende Auswirkungen auf Korallenriffe haben und ist daher von großem wissenschaftlichen Interesse. Die Mehrzahl der bisher durchgeführten Studien zur Ozeanversauerung wurde anhand vereinfachter Systeme im Labor vorgenommen. Obwohl diese Studien wichtig und aufschlussreich waren, wiesen sie jedoch Einschränkungen auf, im Besonderen hinsichtlich natürlicher Veränderungen, Beobachtungsdauer, Altersverteilung, genetischer Vielfalt und Wechselbeziehungen zwischen einzelnen Korallenarten. Eine Möglichkeit diese Einschränkungen zu umgehen, ist die Untersuchung von Korallenriffen in der Umgebung von submarinen CO2-Austritten. Der erhöhte CO2 im Meerwasser dort sorgt für pH und Temperaturbedingungen wie sie als Folge der Ozeanversauerung bis zum Jahr 2100 vorausgesagt werden. Drei solche Korallenriffe in Papua Neu Guinea, Japan und den Nördlichen Marianen-Inseln wurden untersucht und interessanter Weise fiel die Auswirkung der Ozeanversauerung an jedem der Standorte unterschiedlich aus. Eine mögliche Erklärung für die beobachteten Unterschiede könnte sein, dass die Studien nicht alle Parameter berücksichtigten, die sich nachteilig auf die Gesundheit von Korallen auswirken. Im Allgemeinen werden submarine CO2-Austritte von submarinen Hydrothermalquellen mit Temperaturen bis zu 100 °C begleitet. Der hydrothermale Eintrag induziert steile Temperaturgradienten und erhöht die Konzentrationen von Schwermetallen in dem zu untersuchenden Gebiet. Diese zwei Effekte gilt es bei einer solchen Untersuchung zur Ozeanversauerung in Betracht zu ziehen. In diesem Sinne dient die geplante internationale Zusammenarbeit dem Ziel, ein Expertenteam aus der Aquatischen Chemie und der Korallenphysiologie zusammenzubringen, um detaillierte chemische und biologische Untersuchungen an Korallenriffen mit CO2-Austritten vorzunehmen, um die Auswirkungen der Ozeanversauerung besser zu verstehen.

Teilprojekt: Temperatursaisonalität des tropischen Pazifiks um den Schmelzwasserpuls 1A herum rekonstruiert anhand von Korallen der IODP Expedition 310

Das Projekt "Teilprojekt: Temperatursaisonalität des tropischen Pazifiks um den Schmelzwasserpuls 1A herum rekonstruiert anhand von Korallen der IODP Expedition 310" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Saisonalität spielt eine fundamentale Rolle im Erdklima, aber die Entwicklung des Jahresgangs der Temperatur an der Erdoberfläche ist für die Vergangenheit nicht hinreichend bekannt - insbesondere nicht für den tropischen Ozean, der eine Schlüsselrolle in der globalen Klimadynamik spielt. Es wird angenommen, dass die Amplitude des Temperaturjahresgangs auf längeren Zeitskalen durch Änderungen der Erdbahnparameter moduliert wird. Die Saisonalität ist von großer Bedeutung für verbesserte Modellprojektionen zukünftiger Klimaentwicklung anhand retrospektiver Simulationen vergangener Klimazustände, aber quantifizierbare Informationen des Temperaturjahresgangs aus geologischen Archiven sind spärlich. Fossile Flachwasserkorallen liefern ein einzigartiges, aber relativ seltenes Archiv für die Saisonalität der Meeresoberflächentemperaturen im tropischen Ozean und können mit der U-Th Methode präzise datiert werden. Aufkommende Korallenarbeiten aus dem Atlantik zeigen, dass die Temperatursaisonalität des tropischen Oberflächenozeans während Interglazialen in erster Linie durch Veränderungen der Sonneneinstrahlung aufgrund Änderungen der Erdbahnparameter gesteuert wird, selbst in Perioden erheblicher Klimaschwankungen und abrupten Meeresspiegelanstiegs. Vergleichbare Informationen zu Glazialen und Deglazialen fehlen jedoch bisher. Wir schlagen vor, die Temperatursaisonalität des tropischen Pazifiks während des letzten Deglazials, mit einem speziellen Fokus auf den Schmelzwasserpuls (MWP) 1A (ca. 14,5 ka vor heute), zu rekonstruieren und zu quantifizieren, indem geochemische Proxies in den Skeletten fossiler Flachwasserkorallen (Porites) der IODP Expedition 310 'Tahiti Sea Level' gemessen werden. Ergänzt durch eine neue Sammlung rezenter Tahiti Porites Korallen aus der Nähe der Expedition 310 Bohrlokationen, die als rezente Messlatte dienen um die Unsicherheiten in unseren Rekonstruktionen besser abzuschätzen, wollen wir folgende Hypothesen testen. Wurde die Temperatursaisonalität des tropischen Pazifiks (1) während des letzten Deglazials und insbesondere (2) während des MWP-1A, einem Zeitraum, der durch abrupten Meeresspieganstieg und Klimawandel sowie erhebliche Klimaschwankungen gekennzeichnet war, hauptsächlich durch Veränderungen der Sonneneinstrahlung aufgrund von Änderungen der Erdbahnparameter gesteuert. Unsere zu erwartenden Korallenergebnisse werden wertvolle Proxydaten für den Vergleich mit modernsten Klimamodellsimulationen liefern, z.B. denen der Deutschen Klimamodellierungsinitiative PALMOD 'Vom letzten Interglazial zum Anthropozän - Modellierung eines kompletten glazialen Zyklus', und werden zu einem verbesserten Verständnis der saisonalen Reaktion tropischer pazifischer Klimavariabilität auf abrupte Störungen auf Glazial-Interglazial Zeitskalen beitragen. Dies ist von großer Bedeutung für verbesserte Projektionen zukünftiger pazifischer Klimavariabilität und ihrer globalen Fernwirkungen auf gesellschaftsrelevanten Zeitskalen.

CORAL-HD: Catalyst Optimization Research for Stable Activity over Livetime in Heavy-Duty Fuel Cells

Das Projekt "CORAL-HD: Catalyst Optimization Research for Stable Activity over Livetime in Heavy-Duty Fuel Cells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. In CORAL-HD sollen Leistungsstarke und haltbare Platin-Kohlenstoff-Katalysatoren für den Einsatz in Brennstoffzellen für Schwerlastanwendungen entwickelt werden.

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