Das Projekt "Sub project: MIneral dust variability in the Southern Ocean (MISO)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Polar ice cores represent the only direct archive for the deposition of aeolian dust particles in the past, with mineral dust being transported over long-distances from desert regions to the polar ice sheets. While the total dust deposition is a first order measure of dust mobilization, hence climate conditions in the dust source regions, particle size distributions allow for a quantification of transport efficiency. Here we will combine latest Antarctic dust records from the EPICA ice core from Dronning Maud Land and a coupled state-of-the art Global Climate model (ECHAM5) with an implicit aerosol scheme (HAM) to quantify paleoclimatic changes in dust mobilization, transport and deposition. High-resolution ice core dust analysis on atmospheric dust concentration and particle size distribution will be performed for selected time slices in the Holocene, MIS 5.5 and during the transition into the warm periods in parallel to time slice model runs. Appropriate boundary conditions for the high simulation atmosphere only simulations will be taken from long simulations with an earth system model. In return the effect of dust on past climate changes will be assessed. The time scales addressed by both model and ice core data range from seasonal changes, interannual variability to long-term changes in dust mobilization and transport, constraining potential dust source regions and their temporal changes as well as spatiotemporal variability in Circumantarctic circulation patterns.
Das Projekt "Umwelt- und Klimaaufzeichnungen aus grosser Hoehe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. The general objective of this proposal - environmental and climate records from High Elevation Alpine Glaciers (ALPCLIM) - embraces the aquisition, evaluation and validation of climatic relevant ice core records from cold Alpine glaciers along with the prospecting of the potential of these unique archives for climatic studies. This includes the recovering of representative high resolution ice core records from several drill sites in the Monte Rosa and Mont Blanc summit region, partly entering far into the pre-industrial era and generally refering to the following ice core signals: 1) Isotope-temperature changes. 2) Aerosol related species (sulphate, nitrate, ammonium, mineral dust) as well as. 3) Long lived trace gases (methane, carbon monoxide) and combustion aerosol components (black carbon, DOC) not investigated yet in Alpine ice cores. The evaluation of these records is focussed on the assessment of their significance in reflecting net atmospheric changes against the respective variability during the pre-industrial era. This challenge dictates a thorough investigation of glaciological aspects of cold Alpine glaciers in view of their sampling characteristics and climatic evidence for the englacial temperature distribution which is performed by field observation and modelling. Constraining the climatic significance of the climatic ice core proxy records is attempted by decoding the englacial borehole temperature as well as by assimilating long term precipitation and temperature records from relevant instrumental archives. The project is based on teams specialized in glacio-chemistry, environmental isotopes, Alpine glaciology as well as Alpine climatology. The proposed ice core activities are mainly based on recently drilled deep ice cores.
Das Projekt "Unloesliche Bestandteile in der fluessigen Phase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Fachbereich Physik, Institut für Meteorologie durchgeführt. Die unloeslichen Bestandteile in Wolken-, Nebel- und Niederschlagswasser sind nur in Ansaetzen bekannt. Die Partikel entstammen dem atmosphaerischen Mineralstaub, biogenen Quellen und Verbrauchsprodukten Russ, Flugasche etc. In diesem Projekt sollen physikalische und chemische Parameter dieser Komponenten bestimmt werden, wie z.B. Groessenverteilung und elementare Zusammensetzung. Fuer die Probenahme muessen neue Sammler entwickelt werden, bei der Analytik der Teilchen werden Licht- und Elektronenmikroskopie eingesetzt werden. Messungen an Bergstationen und in Flugzeugen sind vorgesehen. Die Resultate dieser Untersuchung sollen Eingang in Wolken-Modelle finden.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Numerische Simulation des Staubkreislaufs mit CESM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist ein besseres Verständnis des Mineralstaubkreislaufs hinsichtlich seiner Rolle und Rückkopplung in Eiszeit-Warmzeit-Zyklen und der damit einhergehenden Mechanismen. Im Rahmen des Vorhabens soll das numerische CESM-Erdsystemmodell (Community Earth System Model) um die Module erweitert werden, die für die Darstellung des Mineralstaubkreislaufs nötig sind. Dies stellt die Voraussetzung dafür dar, dass die im Rahmen von PalMod geplanten Simulationen der letzten 20.000 Jahre unter Berücksichtigung von Mineralstaub durchgeführt werden können, und ermöglicht die Analyse des Effekts von Staub im gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Landeis-System. Zunächst werden in enger Abstimmung mit PalMod-1-1-TP4 und Palmod-4-2-TP4 alle technischen Implementierungen vorgenommen, die für eine umfassende Staubkreislauf-Komponente des CESM-Erdsystemmodells erforderlich sind (z.B. zeitlich variable Land-See-Maske und Landoberflächentypen und somit zeitlich variable Quellregionen für Mineralstaub, Kopplung mit den anderen Modellkomponenten wie Atmosphäre, Ozean und Inlandeis). Im Zuge von Sensitivitäts- und Optimierungstests soll ferner sichergestellt werden, dass das Mitrechnen von Staubprozessen im CESM nicht zu einem unverhältnismässig großen Anstieg der benötigten Ressourcen auf dem Höchstleistungsrechner führt. Basierend auf diesen Ergebnissen soll für PalMod - Modul 1 eine Staubmodul-Konfiguration zur Verfügung gestellt werden, mit welcher der transiente Klimalauf für die letzten 20.000 Jahre durchzuführen ist. In Zusammenarbeit mit PalMod-1 wird basierend auf diesem Lauf die Analyse von Staubeffekten durchgeführt, d.h. des direkten Strahlungseffekts von Staub wie auch des Effekts von Staubdeposition auf kontinentalen Eisschilden.
Das Projekt "Messprogramm zur Evaluierung der Quarzfeinstaubemissionen an Anlagen zur Gewinnung und Aufbereitung von Quarzsanden und Quarzit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Müller-BBM Gesellschaft mit beschränkter Haftung durchgeführt. A) Ausgangslage: Quarzfeinstaub (kristallines Siliziumdioxid in der alveolengängigen PM4-Fraktion) wurde als krebserregender Stoff von der LAI in die Klasse III der Nummer 5.2.7.1.1 der TA Luft (Emissionswert 1mg/m3) eingeordnet. Die Ergebnisse eines Bund-Länder-Messprogrammes zur Validierung dieser LAI-Entscheidung zeigen jedoch, dass Anlagen zur Gewinnung- und Aufbereitung von quarzhaltigen Steinen und Erden, insbesondere Quarzsanden und Quarzit, diese Anforderungen nicht immer einhalten können. Da die vorhandene Datenlage für eine abschließende Beurteilung dieser Anlagen nicht ausreicht, soll diese durch ein neues Bund-Länder-Messprogramm zur gezielten Untersuchung der Quarzfeinstaubemissionen an verschiedenen Anlagen in Deutschland verbessert werden, um die Möglichkeiten der Minderung der Quarzfeinstaubemissionen an diesen Anlagen zu eruieren. B) Zielstellung: Mit den Ergebnissen dieses Messprogrammes, eines Fachgesprächs und weiteren Informationen der Länder zu einzelnen Anlagen werden dann ausreichend Daten vorliegen, um der LAI eine konsistente Entscheidungsgrundlage zum immissionsschutzrechtlichen Umgang mit diesen Anlagen zur Verfügung stellen zu können. C) Methodik des Vorhabens: Gemessen werden soll die Gesamtstaubkonzentration, der PM4-Anteil am Gesamtstaub und der Anteil von kristallinem Quarz am PM4-Staubanteil an 11 Anlagen der quarzsandaufbereitenden Industrie bzw. an Aufbereitungsanlagen für quarzhaltige Gesteine. Ergebnis sollte ein empirischer Zusammenhang zwischen Gesamtstaubkonzentration und Quarzfeinstaubkonzentration (PM4-Fraktion an kristallinem Quarz) sein, um eine immissionsschutzrechtliche Regelung für Quarzfeinstaub anhand der Überwachung des Gesamtstaubs zu ermöglichen.
Das Projekt "Gutachten zur Klassierung von Quarzfeinstaubemissionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungs- und Beratungsinstitut Gefahrstoffe GmbH (FoBiG) durchgeführt. Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) reguliert im Abschnitt 5.2.7.1.1 die im Abgas enthaltenen Emissionen krebserzeugender Stoffe (Substanzen, die der Verordnung zum Schutz vor gefährlichen Stoffen (GefStoffV) als Kanzerogene eingestuft oder von anerkannter wissenschaftlicher Gremien so bewertet wurden). Krebserzeugende Stoffe werden dabei in drei Klassen eingeteilt, für die unterschiedlich hohe Massenkonzentrationen bzw. Massenströme im Abgas einzuhalten sind. Die Zuordnung zu den einzelnen Klassen erfolgt unter Berücksichtigung der kanzerogenen Potenz der einzelnen Stoffe. Stoffe mit stärkerer kanzerogener Wirkung sind stärker reguliert als Stoffe mit einer schwächeren Potenz. Mit Wirkung vom Mai 2002 wurde kristallines Siliziumdioxid in Form von Quarz und Cristoballit (alveolengängiger Staubanteil, aerodynamischer Partikeldurchmesser kleiner oder gleich 12 mym) durch den Ausschuss für Gefahrstoffe des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales als beim Menschen bekanntermaßen krebserzeugend, d.h. Kanzerogen Kategorie 1, eingestuft. Eine Regulierung der Quarzfeinstaubemission unter Nummer 5.2.7.1.1 der TA Luft wird nun angestrebt. Mit dem Gutachten soll entsprechend den Vorgaben der TA Luft Quarzfeinstaub hinsichtlich seiner kanzerogenen Potenz bewertet und ein Klassierungsvorschlag zu erarbeiten.
Das Projekt "Mineralstaub und Troposphaerenchemie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Kernphysik durchgeführt. Objective/Problems to be solved: This project focuses on the transformation of atmospheric pollutants from Europe in the presence of mineral dust over S. Europe and Africa. Mineral dust is the single most abundant aerosol. It is injected into the atmosphere by the action of surface winds on dry soils from cultivated regions as well as arid regions, especially over Southern Europe, North Africa and in Asia. Estimations of the global source strength vary from ' 200 to 5000 Mt/yr, representing about 50 per cent of the total production of tropospheric aerosols by natural and anthropogenic sources together. At the global scale, the most important regions of dust emission are located near industrial regions with fast growing anthropogenic emissions of precursors of ozone and aerosols. Examples are the Sahel/Sahara (close to the Mediterranean Area) and the S. E. Asia deserts (close to Japan and to Eastern China). Reactions on the surface of aerosol particles (i.e. heterogeneous reactions) taking place in the troposphere can affect the radiative budget and alter the atmospheric content of key atmospheric species. Predicting the impact of changing anthropogenic emissions on atmospheric composition and climate, in Southern Europe and the Mediterranean Basin, requires an understanding of dust/pollution interactions. A few model studies have investigated atmospheric chemistry when dust and anthropogenic emissions interact showing a substantial effect on nitrate, sulfate and ozone. There is however a chronical shortage of laboratory data to back-up the (heterogeneous) reaction schemes used in present modeling studies. Furthermore, there is a lack of specific field data to show unambiguously the effect of dust/gas interactions: We propose a multi-disciplinary approach that involves a high degree of synergy between laboratory studies, two field experiments and a modeling strategy. This project will eventually perform a study of how the gas/dust interactions studied affect the IPCC (2000) estimates of radiative forcing by ozone and anthropogenic aerosols. Scientific objectives and approach: The project main objectives are: first, to quantify the impact of mineral dust on tropospheric photochemical cycles leading to ozone production and destruction, second to quantify the specific direct radiative effect of secondary aerosol (e.g. sulfate and organics) in the present of mineral dust. This results in an enhancement in our understanding and predictive capabilities regarding atmospheric composition change and climate. The multi-disciplinary approach of the project enables us to determine the efficiency and mechanism of the interaction of mineral dust with a number of important trace gases using laboratory experiments... Prime Contractor: Centre National de la Recherche Scientifique, Laboratoire des Sciences du Climat et de Environnement, Unite Mixte CEA-CNRS; Gif-sur-Yvette/France.
Das Projekt "Regionale Modellierungvon Staubtransport in der Sahara (Mineralstaub)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. The core of this project is the development of a physically based predictive mesoscale model system of the northern African dust cycle by integrating and adapting several existing and newly developed sub-models describing various aspects of dust emission, transport and deposition to simulate the spatial and temporary evolution of northern African dust properties. In addition, we will evaluate atmospheric response to the radiative forcing by Saharan dust, and simulate the influence of long-range transported African dust on cloud microphysics by accompanying Lagrangian process studies. Northern Africa is the major source of dust emissions under modern climate conditions. As part of the Research Group 'saharan Mineral dust experiment'SAMUM the project will capitalize on the planned field campaign, which will provide extensive datasets to validate and constrain the dust model. It is necessary to develop a fully mechanistic model in order to be able to predict future changes in the northern African dust cycle, which could, e.g., impact on the radiative budget and hence climate of Mediterranean Europe. However, as part of our model validation strategy, we will make simulations in which key components (e.g., source areas, vegetation cover) are prescribed using satellite derived and field derived data. This will enable us to determine how well individual components are simulated and provide guidelines for further model development. We will explore how the lessons learned in this modeling exercise can be reapplied in global models through extensive sensitivity tests examining methods of parameterizing small-scale variability in inputs and processes. An important issue of the project is the performance of process studies on the influence of long-range transported Saharan dust on atmospheric radiation and microphysics.
Das Projekt "Einfluss von Quarzstaub auf die Entstehung von Bronchialkarzinomen bei Beschäftigten der WISMUT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Berufsgenossenschaftliches Forschungsinstitut für Arbeitsmedizin durchgeführt. Anlass/Ziel: Quarzfeinstaub wurde als krebserzeugend für den Menschen eingestuft. Der Ärztliche Sachverständigenbeirat hat 2001 empfohlen, Lungenkrebs durch Einwirkung von Quarzfeinstaub bei nachgewiesener Silikose oder Silikotuberkulose als neue Berufskrankheit 4112 anzuerkennen. Vor diesem Hintergrund soll die Einstufung der krebserzeugenden Wirkung von Quarzfeinstaub geprüft werden. Offene Forschungsfragen sind hierbei: Dosis-Wirkungs-Beziehung bei geringen Staubbelastungen Rolle der Silikose als Begleiterkrankung oder zusätzlicher Risikofaktor Assoziation mit der Entstehung unterschiedlicher histologischer Subtypen Synkanzerogenese von Quarzstaub mit Arsen, Strahlung und weiteren Faktoren Methoden: Expositionsbewertung und statistische Datenanalyse der Dosis-Wirkungsbeziehung von Quarzfeinstaub und Lungenkrebsrisiko nach Fall-Subgruppen unter Nutzung der WISMUT-Datenbank, der Berufsanamnesen und einer Job-Expositions-Matrix zur Abschätzung der Exposition gegenüber Quarzfeinstaub, Gesamtstaub, Strahlung und Arsen auf die histologischen Subtypen von Lungenkrebs unter Berücksichtigung von Silikose und Silikotuberkulose. Prüfung der Verwendbarkeit von modernen molekularbiologischen Methoden zur Analyse des historischen Probenmaterials. In Abhängigkeit von der Verwendbarkeit sollen dann Untersuchungen von Proteinexpressionsmustern und möglichen charakteristischen genomischen Defektmustern im Tumorgewebe erfolgen. Konsequenzen: Dosis-Wirkungsbeziehungen von Quarzfeinstaub, Rolle der Silikose und der Mechanismen bei der Entstehung von Lungenkrebs.
Das Projekt "Phosphor Speziation in Mineral Staub und Marineaerosol Partikeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. Makronährstoffe, wie Phosphor, sind wichtig für das Wachstum von Meeresmikroorganismen, wie Phytoplankton. Diese sind sehr bedeutsam für die marine Nährstoffkette und Biologie. Verschiedene Phytoplanktonarten emittieren klimarelvante organische Verbindungen, z.B. DMS, welches in der Atmosphäre zu Schwefelsäure oxidiert wird und anschließend zur Bildung neuer Aerosolpartikel beiträgt. Diese können weiterhin als potentielle Wolkenkondensaktionskeime dienen. Informationen über die Verfügbarkeit von Phosphor für diese Mikroorganismen sind somit essentiell für ein besseres Verständnis der Ozean-Atmosphären-Wechselwirkung. Der Haupteintrag von Phosphor in den offenen Ozean erfolgt vorwiegend über atmosphärische Deposition. Informationen über atmosphärische Phosphorkonzentrationen, die Bioverfügbarkeit und Quellen sind notwendig, um den Verbleib in den Ozeanen zu verstehen. Dabei werden vor allem in den Regionen des tropischen Nord- und Südost-Atlantik immer noch Daten benötigt. Die wenigen verfügbaren Daten basieren zumeist auf kurzzeitigen Schiffsmessungen, die in ihrer Anwendung auf langfristige Prognosen und jahreszeitlichen Zyklen sehr begrenzt sind. Um das Verständnis über die Phosphorverfügbarkeit, -quellen, und -bioverfügbarkeit in diesen ozeanischen Gebieten zu verbessern, sollen größenaufgelöste Langzeitmessungen zur Bestimmung des Phosphorgehalts von Aerosolpartikeln durchgeführt werden. Weiterhin werden analytische Methoden entwickelt und optimiert (basierend auf der Kombination von drei Techniken). Diese sollen eine empfindliche Bestimmung von löslichem als auch dem Gesamtphosphor in feinen Partikeln ermöglichen, aufgrund der geringen Aerosolmasse in dieser Größenfraktion. Die ermittelten Daten werden benutzt, um wichtige Quellen des Phosphors in diesen Regionen zu charakterisieren, die Rolle von unterschiedlichen Quellen wie Mineralstaub, Biomassenverbrennung, sowie anthropogenen Verbrennungsaerosols auf die Speziation (organische und anorganische Zusammensetzung), Löslichkeit und atmosphärische Prozessierung des Phosphors, sowie ihre saisonale Variabilität zu untersuchen. Darüber hinaus soll eine regionale Staubmodellsimulation angewendet werden, um den Aerosoltransport und die Staupdeposition in diesen Regionen besser zu beschreiben. Die Ergebnisse sind wichtig für kombinierte Modelle zur Ozean-Atmosphäre Wechselwirkung und das Verständnis der wichtigsten Faktoren, die den Verbleib von atmosphärischem Phosphor im Ozean beeinflussen.