Unser Projekt zielt auf die Untersuchung der detaillierten Transportmechanismen von Erzmetallen inklusiver ihrer Aufstiegswege und Träger in akalinen porphyrisch-epithermalen Systemen. Die Studie fokussiert sich auf die Ladolam-Lagerstätte auf Lihir (Papua-Neuginea), die eine der größten und repräsentativsten Lagerstätten dieses Typs darstellt. Südlich von Lihir befindet sich ein junges, submarines Vulkanfeld, das als mögliches Analog zu einer Frühphase des Vulkansystems von Ladolam angesehen wird. Nur hier finden sich weniger entwickelte Gesteine und die Eruptionsbedingungen in >1 km Wassertiefe erlauben es den Metalltransport in magmatischen Sytemen zu studieren, die möglichst wenig durch magmatische Differentiation und Entgasung in flachen Krustenstockwerken beeinflusst sind. Epithermale Mineralisationen ähnlich zu Ladolam treten am Conical Seamount auf und Mantel- und Krustenxenolithe, die magmatische Prozesse von der Mantelquelle bis zur Eruption aufzeichnen, sind in den Laven des nahen Tubaf Seamounts häufig. Unser Forschungsprojekt fokussiert sich auf die detaillierte Rekonstruktion der thermobarometrischen Entwicklung während des Aufstiegs der Schmelzen und wie diese sich auf den Oxidationszustand sowie die Fähigkeit Metalle zu transportieren auswirkt. Hierfür planen wir mit einer grundlegenden petrologischen und geochemischen Charakterisierung der Gesteinsproben zu beginnen und diese mit hochauflösender Analyse von Volatilen und Spurenmetallen sowie Mikrothermobarometrie anhand von Fluid- und Glas-(vormals Schmelz-)einschlüssen zu kombinieren. Mit Hilfe dieser Daten wollen wir zu einem verbesserten Verständnis der Steuermechanismen für subvulkanische Intrusionen oder vulkanische Eruptionen in diesem speziellen Setting beitragen. Die Integration unserer Erkenntnisse zu den magmatischen Prozessen im Untergrund mit der Entwicklung der Silizium-untersättigten, hoch alkalinen Magmen, die nachweislich sehr fertil für die Entstehung ökonomisch relevanter porphyrischer Lagerstätten sind, ist daher von bedeutender Relevanz. Darüber hinaus werden unsere Abschätzungen zum lithostatischen Druck der Schmelzstagnation, der Aufstiegsraten, Eruptionsauslösern und möglicherweise zur Tiefe der Entmischung von Fluid und Schmelze als Datengrundlage direkt in das von PD Dr. Philipp Weis geführte Projekt zur Modellierung der physikalischen Bedingungen der Porphyrbildung in Ladolam eingehen. Weitere Anknüpfungspunkte innerhalb des SPP 2238 DOME ergeben sich zum Projekt von Dr. Andreas Audétat, das sich auf petrologische Experimente in Verbindung zu alkalinen Porphyren in kontinentalen Settings fokussiert.
Der Anstieg der Konzentrationen von gelöstem organischem Kohlenstoff (DOM) konnte in vielen Oberflächengewässern der temperierten Zonen der Nordhemisphäre nachgewiesen werden. Der Anstieg der DOM-Konzentrationen wird größtenteils auf die schnellere Zersetzung organischer Substanz und den erhöhten Austrag von DOM aus den Böden der Gewässereinzugsgebiete, hier speziell aus Torfmooren, in Flüsse und Seen zurückgeführt. Neben der Bedeutung des DOM im globalen Kohlenstoffkreislauf, auch im Zusammenhang mit Klimaveränderungen, verursacht die 'Gewässerverbraunung' Probleme im Zusammenhang mit der Trinkwassergewinnung. So vermindern hohe DOM-Gehalte, oft auch verbunden mit erhöhten Einträgen DOM-gebundener Schwermetalle, die Trinkwasserqualität und Erhöhen die Kosten der DOM-Entfernung. Obwohl die DOM-Zusammensetzung ein Schlüsselparameter für das Umweltverhalten von DOM ist, ist die Bedeutung seiner molekularen Zusammensetzung in Verbindung mit Landnutzung, Liefergebietsvegetation, Moorhydrologie und Schwermetalltransport kaum verstanden. Zusätzlich sind viele Waldgebiete und Moore in Mittelgebirgen aufgrund von jahrhundertelangem Bergbau oft mit Schwermetallen (Pb, Hg, Zn, etc.) und Arsen belastet. Im vorgeschlagenen Projekt soll das Phänomen des DOM-Anstiegs in Trinkwasserreservoiren am Beispiel der Eckertalsperre und seinem Liefergebiet im Harz untersucht werden. Der Anstieg der DOM-Konzentrationen wird dort bereits seit mehr als 10 Jahren beobachtet. Obwohl allgemein davon ausgegangen wird, dass eine erhöhte Torfzersetzung in Mooren die erhöhten DOM- und Schwermetallausträge verursacht, konnte dieses bisher nicht direkt nachgewiesen werden. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes soll die molekulare Zusammensetzung von DOM im Eckertalstausee und seiner Zuflüsse, die sowohl schwermetallkontaminierte Moorgebiete als auch Waldböden entwässern, über einen Zeitraum von 12 Monaten regelmäßig zu untersuchen. Ziel ist es, die saisonale und räumlich Variabilität der Austräge und Quellen von DOM und seine Rolle als Transportmedium für Spurenstoffe als Funktion der molekularen DOM-Zusammensetzung zu verstehen. Anders als in früheren Studien wird der Schwerpunkt der Bestimmung der molekularen DOM-Zusammensetzung auf Festphasenanalysen mittel Pyrolyse-GC-MS und Thermally assisted Hydrolysis and Methylation -GC-MS unterstützt von spektroskopischen Methoden und Spurenelementanalysen liegen. Das beantragte Projekt soll somit, durch die Nutzung des Eckertalstausee-Systems als natürliches Labor, durch die Identifizierung der wichtigsten DOM-Quellen und deren chemischer Variabilität eine Lücke im Verständnis des biogeochemischen Verhaltens von DOM in der Umwelt schließen.
Die meisten Ökosysteme der Erde kommen in der 'tiefen Biosphäre' in permanenter Dunkelheit vor. Die Verwitterungszone - der unterirdische Teil der 'Critical Zone' - bildet einen aktiven Teil dieses Lebensraums. Wir werden die Formung dieser Zone mittels innovativer Isotopen- und geochemischer Methoden erforschen. Dieses Vorhaben ist Teil der 'DeepEarthshape' Projektgruppe, die Geochemie, Mikrobiologie, Geophysik, Geologie und Biogeochemie verbindet. 'DeepEarthshape' beruht auf den Erkenntnissen der ersten EarthShape Phase. An allen vier untersuchten Standorten ist die Verwitterungszone so tief, dass deren Basis in keinem der Bodenprofile angetroffen wurde. Jedoch wurden im gesamten Saprolith beträchtliche Mengen an mikrobieller Biomasse gefunden.Die Frage ist nun: wie trägt Niederschlag und Pflanzenbedeckung entlang des Earthshape-Transekts zur Formung der tiefen Verwitterungszone bei? Folgende Hypothesen werden geprüft: 1) die Verwitterungsfronten an den EarthShape-Standorten sind heute aktiv; 2) die Massenverluste durch Erosion und chemische Verwitterung werden durch die Abtiefung der Verwitterungsfront ausgeglichen; und 3) die Verwitterungszone umfasst eine Reihe von unterscheidbaren, komplexen Fronten, die unterschiedliche biogeochemische Prozesse widerspiegeln (z. B. Wasserinfiltration, Eisenoxidation, mikrobielle Aktivität und organischem Kohlenstoffkreislauf).Im Mittelpunkt aller DeepEarthshape Projekte steht eine Bohrkampagne, die durch geophysikalische Bildgebung der tiefen 'Critical Zone' ergänzt wird. An allen vier Standorten werden wir Bohrkerne entnehmen, die durch Boden und Saprolith hindurch bis in das unverwitterte Ausgangsgestein führen. Durch die innovative Kombination von Methoden der Uran-Zerfallsreihen (Bestimmung der Abtiefunggeschwindigkeit der Verwitterungsfront) mit in situ kosmogenem Beryllium-10 (Bestimmung der Abtragungsrate) werden wir das Gleichgewicht zwischen der Produktion von verwittertem Material in der Tiefe und dessen Verlust an der Oberfläche ermitteln. Zusätzlich werden wir die Tiefenverteilung von meteorischem kosmogenen 10Be als Proxy für die Wasserinfiltration und die des stabilen 9Be als Proxy für die silikatische Verwitterung in der Tiefe verwenden. Wir werden die mineralogische und chemische Zusammensetzung der Kerne beschreiben und Elementabreicherung, Dichte, Porosität, Öberfläche und den Redoxzustand von Eisen messen, um die Verwitterungsfronten zu lokalisieren. Mit den Ergebnissen können wir den Einfluss von Klima und Vegetation auf die Bildungsmechanismen der einzelnen Verwitterungsfronten bestimmen. Der relative Einfluss dieser zwei Faktoren wird anhand eines Massenbilanzmodells ermittelt, welches Verwitterungskinetik und Nährstoffbedarf der nachwachsenden Pflanzenmasse verknüpft. Dieses Vorhaben leitet somit einen Beitrag, mit dem der Einfluss der tiefen Biosphäre und der tiefen 'Critical Zone' auf den CO2-Entzug aus der Atmosphäre und damit das Klima der Erde bilanziert werden kann.
Der Oman-Ophiolith ist weltweit das größte, best-aufgeschlossenste und am besten untersuchte Stück ozeanischer Lithosphäre an Land. Im Winter 2017/18 wurde im Rahmen des ICDP Oman Drilling Projects (OmanDP) in diesem Ophiolith erfolgreich der Übergang zwischen Kruste und Mantel durchbohrt. Die beiden gewonnenen Kerne CM1 und CM2 verfügen über eine Länge von 400 bzw. 300 Metern und wurden mit einer Recovery-Rate von nahezu 100% erbohrt, wodurch sie eine einzigartige, besondere Ressource darstellen, mit hohem Wert für zukünftige petrologische und geochemische Untersuchengen. Sie präsentieren ein kohärentes, ungestörtes Profil durch die Kruste/Mantel-Übergangszone, die aus einer Abfolge von Lagigen Gabbros mit eingeschaltetem Dunit, Troktolith und Wehrlit über einer 90 m mächtigen Zone aus massiven Dunit besteht, die tektonisiertem Mantel-Peridotit auflagert. Das eingereicht Projekt fokussiert auf wissenschaftlichen Themen, die zwei unterschiedlichen methodischen Ansätzen verfolgen: (1) In einer experimentelle Studie planen wir Gleichgewichs- und Fraktionierte Kristallisation zu simulieren, um die Phasenbeziehungen und frühe Differentiation in einem parentalen, MORB-typen System zu verstehen, das zwischen trockenen (relevant für den East Pacific Rise) und wasserhaltigen Bedingungen (entspricht früher Izu-Bonin-Mariana arc-type Kruste in einem Setting der Initialisierung einer Subduktionszone) vermittelt. In einem experimentellen Sub-Projekt möchten wir die Spurenelement-Verteilung zwischen Spinel/Chromit und einer wasserhaltigen MORB-Schmelze quantifizieren, die für das Verstehen der Bildung der massiven Dunite benötigt wird. (2) Der zweite methodische Ansatz verfolgt petrologische und geochemische Untersuchungen an den Gesteinen aus den CM-Kernen, um den genauen Mechanismus zu verstehen, wie die massiven Dunite am Übergang Kruste/Mantel entstehen und nach welchem Modus sich die Differenzierung/Fraktionierung in den primitive Schmelzen direkt über dem obersten Mantel vollzieht. Die kombinierten Ergebnisse aus beiden komplementären Ansätzen werden zu einem tiefen Verständnis über die Geodynamik des Kruste/Mantel-Übergangs unter schnell-spreizender ozeanischer Kruste führen, mit genauen Details über den Aufbaumechanismus der tiefen Kruste und die dabei ablaufenden magmatischen Differenzierungs-Prozesse führen, in einem Tiefenfenster, das in rezenter ozeanischer Lithosphäre unerreichbar erscheint.
Hydrothermale Erzlagerstätten stellen grosse Metallanreicherungen in der Erdkruste dar und die Bildung von weltweit bedeutenden Lagerstätten erfordert Extraktion von Metallen aus grossen Gesteinsvolumina, effizienten Transport durch hydrothermale Fluide und lokalisierte Metallabscheidung. Fluid-Mineral-Interaktionen sind hierbei wesentliche Prozesse, die zur Bildung von weltweit bedeutenden Lagerstätten wie magmatisch hydrothermale porphyrische Cu-Au-Mo und epithermale Ag-Au-As-Sb Lagerstätten, und sedimentgebundene Pb-Zn Lagerstätten. Geochemische Modellierung von Fluidprozessen ist eine wesentliche Methode, um konzeptionell neue Modelle für erzbildende hydrothermale Systeme zu entwickeln. Dies setzt robuste thermodynamische Daten voraus, um zuverlässig Metall- und Mineralöslichekeiten und Fluid-Mineral-Reaktionen zu simulieren. Das beantragte Projekt beinhaltet daher die Entwicklung eines intern-konsistenten thermodynamischen Modells für den hydrothermalen Transport von Pb-Zn Ag-Au-As-Sb, was unseren vorhandenen Datensatz wesentlich erweitern wird. Der neue Datensatz wird in numerischen Simulationen der für die Bildung von sedimentgebundenen Pb-Zn und epithermalen Ag-Au-As-Sb Lagerstätten kritischen Prozesse zur Anwendung kommen. Die Modellierung wird wichtige Fragestellungen zur Bildung weltweit bedeutender Lagerstätten-Typen beantworten, wie die relative Rolle von reduzierenden sauren und oxidierenden Fluiden in sedimentgebunden Pb-Zn Systemen, die Verbindung zwischen exhalativen und carbonatgebundenen Pb-Zn Lagerstätten, und die Bedeutung der Metalloide As und Sb für den hydrothermalen Transport von Cu, Pb, Zn, Ag und Au. Das Projekt besteht aus 3 Modulen, die gemeinsam zu einem fundamental besseren Verständnis der Bildung von hydrothermalen Pb-Zn und Ag-Au-As-Sb Lagerstätten führen werden. Modul A beinhaltet die Entwicklung eines intern-konsistenten thermodynamischen Modells für den hydrothermalen Transport von Pb-Zn-Ag-Au-As-Sb. Unter Anwendung einer neuen globalen Regressionsmethode werden alle Standard-Gibbsenergien der wässrigen Metallspezies aus kritisch ausgewählten experimentellen Löslichkeits- und Spektroskopie Daten simultan abgeleitet. In den Modulen B und C werden mittels geochemischer Modellierung mit der GEM3 Software die wesentlichen Prozesse simuliert, die zur Bildung von sedimentgebundenen Pb-Zn Lagerstätten und intrusionsgebundenen epithermalen Ag-Au-As-Sb Lagerstätten führen. Das Projekt wird wesentlich zu den Zielen des DOME Schwerpunktprogramms beitragen, durch Kooperation mit einem Partnerprojekt, das die Bildung epithermaler Lagerstätten untersucht, durch Erstellung des thermodynamischen Datensatzes, der für andere DOME-Projekte direkt anwendbar ist, und durch Modellierungsergebnisse, die unmittelbar in geländebasierten Studien anderer DOME Projekte getestet werden können.
In der Karte der Mineralisationen werden die für das Erzgebirge und Vogtland bekannten gang- und stockförmigen Lagerstätten und Mineralisationen von Metallen sowie von Fluorit/Baryt abgebildet. Dabei wird zwischen hydrothermalen Lagerstätten und Mineralisationen der verschiedenen Temperaturbereiche unterschieden. Weiterhin sind die Verbreitungsgebiete schichtgebundener Lagerstätten bzw. Mineralisationen und die Rohstoffinhalte in Form von Elementsymbolen dargestellt. Die Karte der Mineralisationen stellt einen vereinfachten Auszug aus »Mineralische Rohstoffe Erzgebirge-Vogtland/Krušné hory, Karte 2: Metalle, Fluorit-Baryt-Verbreitung und Auswirkung auf die Umwelt« (WASTERNACK et al., 1995) dar. Die Karte der Mineralisationen kann als Grundlage für die Einschätzung geogener Stoffgehalte in Böden und Gewässern herangezogen werden.
Der Abbau von Bodenschätzen wie etwa Kiese, Sande, Mergel, Ton, Lehm oder versch. Gesteine unterliegt dem Genehmigungsvorbehalt von § 17 des Niedersächsisches Naturschutzgesetzes (NNatG) bzw. § 119 des Niedersächsischen Wassergesetzes (NWG). Ausdrücklich darin gefordert werden die Vermeidung von Beeinträchtigungen der Natur und Landschaft bzw. deren Ausgleich bei der Gewinnung von Bodenschätzen gemäß den Grundsätzen nach § 2 Nr. 5 NNatG.
The Bushveld Complex in South Africa is the world’s largest mafic layered intrusion by far and it contains more than three-fourths of the global reserves of platinum group elements (PGE) and more than one-third of global chromium reserves. All of the chromium and much of the platinum are hosted by layers of chromitite in the so-called Critical Zone, a stratigraphic interval of variable thickness (ca 1000 to 1500 m) in the lower third of the 7000-8000 meter-thick intrusion. The data presented herein result from the German-South African project AMREP (Applied Mineralogy for Research Efficiency of Platinum Metals), which investigated the feasibility of extracting PGE from chromitite layers that were mined for chromium at the Thaba Cr mine. The data comprise in-situ mineral analyses by electron microprobe (EPMA data), whole-rock chemical analyses of the platinum-group element concentration (PGE assay data), and microtextural analysis of thin sections to determine the grain size and size distribution of chromite in the layers (CSD data: crystal size distribution).
Der Klimawandel bewirkt auch eine Erwärmung des Bodens, wodurch es zu einem verstärkten Abbau der organischen Substanz kommt. Dies könnte zu einem der stärksten Feedback-Mechanismen des Klimawandels werden, da durch diesen Prozess große Mengen CO2 emittiert würden. Ob tatsächlich Böden in sämtlichen Ökosysteme bei anhaltender Erwärmung zu Netto-CO2 Quellen werden, ist allerdings umstritten und sehr unsicher. Die am Umsatz der organischen Substanz beteiligten biogeochemischen Prozesse, und deren Änderung durch Erwärmung sind nicht im Detail verstanden. Dies liegt vor allem an den Schwierigkeiten der experimentellen Umsetzung von Bodenerwärmung. Besonders über lange Zeiträume, sowie in Unterböden, gibt es global kaum Beobachtungen zur Wirkung von Bodenerwärmung. Gerade ersteres erschwert die Abschätzung von neuen Gleichgewichtszuständen. Auch sogenannte Kipppunkte sind mit einer einzigen Erwärmungsstufe nicht zu ermitteln. Im Projekt AWESOME soll ein natürlicher (geothermaler) Erwärmungsgradient im kanadischen Yukon Territory genutzt werden, um wesentliche Erkenntnisse über die komplexen Wirkungen von Erwärmung auf die Interkation zwischen autotrophen und heterotrophen Organismen und der Mineralphase zu gewinnen. Erste Ergebnisse aus Voruntersuchungen zeigten, dass sich in dem geothermal erwärmten Boden unter subarktischem Laubwald Kohlenstoff um bis zu 22% reduziert war, während der Gesamtstickstoff im Boden unverändert blieb. Dabei kam es allerdings zu einer Stabilisierung des Stickstoffs in organischer Substanz an der Mineralphase. Vier Erwärmungsstufen mit einer Temperaturspanne von 8°C sind bereits etabliert und ein in-situ Mikrokosmenexperiment mit isotopisch markierter Streu wurde bereits im Sommer 2019 gestartet. Ein grundlegend verbessertes Verständnis dieser Beobachtungen und der Wirkung von jahrhundertelanger Erwärmung im Boden auf Umsetzungsprozesse der organischen Bodensubstanz soll durch dieses Projekt gewonnen werden. Sowohl Veränderungen der Vegetation und des Kohlenstoffeintrags, als auch der mikrobiellen Physologie, Gemeinschaft, deren Anpassung sowie der Qualität der organischen Bodensubstanz stehen im Fokus. Änderungen der Hydrologie (Bodenfeuchte) sowie der Mineralogie (Verwitterung) sollen als erklärende Variablen ebenfalls über den gesamten Erwärmungsgradienten abgebildet werden. Mit Hilfe mehrerer Kooperationspartner, modernsten Methoden der bodenkundlichen und mikrobiellen Forschung sowie einem idealen Versuchsstandort soll das Projekt AWESOME wichtige Fortschritte in einem zentralen Zukunftsthema liefern. Die Ergebnisse werden schließlich in Bezug zu einem weiteren geothermalen Erwärmungsexperiment auf Island gesetzt, um Unterschiede und Gemeinsamkeiten herauszuarbeiten.
Mit der Unterzeichnung des UNEP Minamata Vertrages in 2013 haben Regierungen weltweit die Gefahr und Toxizität von Quecksilber (Hg) anerkannt und Maßnahmen zur Kontrolle und Reduzierung von Hg festgelegt. Obwohl Quecksilber in der Umweltforschung schon seit Jahrzehnten ein wichtiges Thema ist, gibt es noch offene Fragen zu den grundlegendsten Prozessen im globalen Hg Kreislauf und auch bezüglich der Transformation von Hg Spezies. Der Anteil von Hg aus hydrothermalen Quellen könnte einer der bedeutsamsten, natürlichen Beiträge zum globalen Hg Kreislauf sein, jedoch unterscheiden sich die Schätzungen um mehrere Größenordnungen von 20 bis 2000 t pro Jahr. Es gibt, wenngleich widersprüchliche, Daten über Hg Konzentrationen in hydrothermalen Quellen in der Tiefsee, wogegen hydrothermale Quellen in flacher, küstennaher Umgebung bisher jedoch ignoriert wurden. Gerade diese haben jedoch einen großen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung der biologisch wichtigen Küstengewässer. Hydrothermale Quellen setzen nicht nur giftige Verbindungen frei, wie z.B. Schwefelwasserstoff und Arsenverbindungen, sondern liefern auch Nährstoffe wie Eisen und Kohlenstoffverbindungen und sind dadurch eine ökologische Nische für Organismen. Obwohl einige Studien diese hydrothermalen Systeme im Flachwasser als eine mögliche Quelle für Hg thematisierten waren die Ergebnisse nicht zufriedenstellend. Ein Grund könnte die herausfordernde Matrix der hydrothermalen Lösungen sein, sowie eine unzureichende Datenlage um Aussagen über den Gesamteintrag von Hg zu treffen. Noch wichtiger als die Gesamtmenge des Hg Eintrages ist die Verteilung der individuellen Hg-Spezies. Eine fundamentale Transformation ist die Methylierung von Quecksilber (MeHg) und die daraus resultierende Verstärkung der Toxizität. MeHg bioakkumuliert und biomagnifiziert sich innerhalb der marinen Nahrungskette und damit auch letztlich im Menschen. Die Methylierung von Quecksilber ist ein ozeanweites Phänomen. Die niedrigen Konzentrationen von Hg im offenen Gewässer machen das genaue Erforschen dieser biologisch-chemischen Reaktion jedoch schwierig. Hier können hydrothermale Quellen im Flachwasser als natürliche Laboratorien genutzt werden um die Umwandlungsraten von Hg-Spezies und deren Abhängigkeit von Umwelt Faktoren zu bestimmen. Dementsprechend schlagen wir vor, die Speziierung und den Eintrag von Hg für Flachwasser-Hydrothermalsysteme zu bestimmen, um damit bessere Schätzungen für den globalen Quecksilber Kreislauf zu bekommen. Die geplante Arbeit besteht aus 4 Teilen: (1) Probenahme an ausgewählten Standorten, (2) Vollständige Charakterisierung der freigesetzten Hg-Spezies (anorganisches Hg, MeHg und elementares Hg), (3) Bestimmung der Methylierungsrate und (4) eine Schätzung der mengenmäßigen Freisetzung von totalem und methyliertem Hg.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 852 |
| Kommune | 1 |
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| Wissenschaft | 29 |
| Type | Count |
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| Daten und Messstellen | 15 |
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| Text | 21 |
| unbekannt | 89 |
| License | Count |
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| geschlossen | 39 |
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| Resource type | Count |
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| Topic | Count |
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| Boden | 842 |
| Lebewesen und Lebensräume | 778 |
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