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Was bestimmt die Konzentration von Aerosolpartikeln in der marinen Grenzschicht über dem atlantischen Ozean?

Aerosolpartikel spielen eine wichtige Rolle für das regionale und globale Klima. Weltweit gibt es deshalb zahlreiche Messstationen, von denen allerdings nur ein kleiner Teil die marine Grenzschicht (MBL) erfasst, obwohl etwa 70% der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind. Dieses Projekt soll dazu beitragen, das Wissen über Quellen und Austauschprozesse von Aerosolpartikeln in der MBL mithilfe einer Messkampagne über den Azoren im Nordostatlantik, welche nahezu unbeeinflusst von lokalen Quellen sind, zu verbessern.Die zentrale Hypothese ist, dass sowohl Ferntransport aus Nordamerika, als auch Partikelneubildung in der freien Troposphäre (FT) und an Wolkenrändern mit anschließendem Vertikaltransport wesentlich zur Anzahlkonzentration der Aerosolpartikel in der MBL beitragen. Das Verständnis der Partikelquellen und Senken zusammen mit dem vertikalen Partikelaustausch zwischen MBL und FT ist daher eine Grundvoraussetzung für die Vorhersagbarkeit der Partikelanzahlkonzentration in den unteren Schichten der MBL wo sie z.B. für die Wolkenbildung von großer Bedeutung ist. Diese Prozesse sind bisher über dem offenen Ozean nur unzureichend quantifiziert. Zur Verifizierung der Hypothese sollen vertikale Austauschprozesse und Partikelquellen über den Azoren mit hoher räumlicher Auflösung untersucht werden. Dazu werden mit einer am TROPOS entwickelten hubschraubergetragenen Messplattform Partikelanzahlkonzentration und Vertikalwind mit einer zeitlichen Auflösung gemessen, die erstmalig eine direkte Bestimmung des vertikalen turbulenten Partikelflusses in verschiedenen Höhen ermöglicht. Die hierfür notwendigen schnellen Partikelmessungen von mind. 10 Hz werden durch den Einsatz eines schnellen Partikelzählers ermöglicht, welcher am TROPOS im Rahmen eines abgeschlossenen DFG-Projektes entwickelt und erfolgreich eingesetzt wurde. Durch dieses Gerät ist es ebenfalls möglich zu prüfen, ob auch in dieser Region regelmäßig die Neubildung von Aerosolpartikeln an Wolkenrändern stattfindet, wie es an Passatwolken auf Skalen von wenigen Dekametern beobachtet wurde. Weiterhin werden Anzahlgrößenverteilungen von Aerosolpartikeln sowie Absorptionskoeffizienten bei drei Wellenlängen bestimmt. Damit sind Rückschlüsse auf die Herkunft der untersuchten Aerosolpartikel möglich.Da die Hubschrauberflüge zeitlich begrenzt sind und damit nur Momentaufnahmen darstellen, werden zusätzlich kontinuierliche Messungen der Partikelanzahlgrößenverteilung an zwei bodengebundenen Stationen installiert. Eine dieser Stationen ist wenige Meter über Meeresniveau gelegen, die andere auf 2200 m und somit in der FT. Damit wird auf der Basis kontinuierlicher Messungen über einen Zeitraum von einem Monat die Untersuchung der Austauschprozesse zwischen MBL und FT ermöglicht. Mit Hilfe der gewonnen Datensätze können Einflüsse globaler Klimaänderungen auf das lokale Klima und mögliche Rückkopplungseffekte über den Einfluss von Aerosol auf Wolken in dieser Region besser eingeordnet werden.

Douglasie in Mitteleuropa und Südamerika: Ein kontinentübergreifende Lösung für eine integrative Waldbewirtschaftung oder eine mögliche Bedrohung heimischer Lebensgemeinschaften?

Um die Bereitstellung verschiedener Ökosystemdienstleistungen aufrechtzuerhalten, müssen Wälder an mögliche zukünftige Umweltbedingungen angepasst werden. Eine Anpassungsstrategie ist die Förderung nicht heimischer Baumarten, die vermutlich besser an die neuen klimatischen Bedingungen adaptiert sind. Der Anbau nichtheimischer Baumarten wird jedoch kritisch gesehen und kontrovers diskutiert, da sich die Dynamik von Waldökosystemen durch eine nichtheimische Art verändern kann. Eine Baumart, die aufgrund ihrer guten Wuchsleistung in vielen Teilen der Welt eingeführt wurde, ist die in Nordamerika beheimatete Douglasie (Pseudotsuga menziesii). Auch wenn sie oft in Reinbeständen angebaut wird, gibt es sowohl in Mitteleuropa (mit Fagus sylvatica) als auch in Südamerika (mit Nothofagus spec.) Erfahrungen mit dem Anbau von Douglasie in Mischung mit einheimischen Baumarten. Die ähnlichen Voraussetzungen in Mitteleuropa und Chile ermöglichen die Untersuchung allgemeiner Hypothesen zu Mischungseffekten zwischen einheimischen und nichtheimischen Baumarten. Darüber hinaus bietet ein solcher kontinentübergreifender Ansatz die Möglichkeit, die wichtigsten Invasionsmuster in unterschiedlichen Umweltbedingungen zu untersuchen - ein wichtiges Thema im Hinblick auf die Etablierung nichtheimischer Baumarten. Die drei Hauptziele dieses Projekts sind (1) die Analyse und Gegenüberstellung des invasiven Potenzials der Douglasie in Chile und Mitteleuropa, um die treibenden Kräfte und Hindernisse für die Etablierung dieser Art zu ermitteln, (2) die Gegenüberstellung und der Vergleich der Pflanzenartenvielfalt und ihrer Eigenschaften in Misch- und Reinbeständen aus einheimischen Laubbäumen und Douglasie in verschiedenen Ländern, um allgemeingültige Muster oder lokale Abhängigkeiten zu erkennen, und (3) eine Untersuchung der Mischungseffekte von Douglasie mit einheimischen Laubbaumarten auf die komplexe Beziehung zwischen Waldstruktur, Baum- und Bestandswachstum. Wir haben bereits ein Netz von Untersuchungsstandorten in Mitteleuropa (8 Standorte in Deutschland und 8 Standorte in der Schweiz) und Chile (9 Standorte) in Regionen mit Douglasien und einheimischen Laubbaumarten eingerichtet. Wir beantragen ein Projekt, das aus zwei Teilprojekten besteht, in denen die Auswirkungen der Douglasie in Rein- und Mischbeständen auf Bestands- und Landschaftsebene untersucht werden, wobei der Schwerpunkt auf der Invasivität (Teilprojekt 1), den Bestandsstrukturen (Teilprojekt 2) und den Auswirkungen der Douglasie auf die biologische Vielfalt und die Merkmalszusammensetzung (Teilprojekt 1) liegt. Die Teilprojekte sind eng miteinander verknüpft, indem kontinentübergreifend der Einfluss der Waldstruktur in Rein- und Mischbeständen auf die biologische Vielfalt untersucht wird. Durch ein besseres Verständnis der Mischungseffekte zwischen nichtheimischen und heimischen Arten auf verschiedene Waldfunktionen wird dieses Projekt zur Entwicklung eines anpassungsfähigen Waldmanagements beitragen.

Atomarer Sauerstoff in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre der Erde

Atomarer Sauerstoff (O) ist ein wichtiger Bestandteil der Erdatmosphäre. Er erstreckt sich von der Mesosphäre bis zur unteren Thermosphäre (Engl.: Mesosphere and Lower Thermosphere: MLT), d. h. von etwa 80 km bis über 500 km Höhe. O wird durch Photolyse von molekularem Sauerstoff durch UV-Strahlung erzeugt. Er ist die am häufigsten vorkommende Spezies in der MLT und eine wichtige Komponente in Bezug auf dessen Photochemie. Außerdem ist O wichtig für den Energiehaushalt der MLT, da CO2-Moleküle durch Stöße mit O angeregt werden und die angeregten CO2-Moleküle im Infraroten strahlen und die MLT kühlen. Dies bedeutet, dass sich der globale Klimawandel auch auf die MLT auswirkt, denn die Erhöhung der CO2-Konzentration in der MLT führt zu einer effizienteren Kühlung und damit zu deren Schrumpfen. Die O Konzentration wird außerdem durch dynamische Bewegungen, vertikalen Transport, Gezeiten und Winde beeinflusst. Daher ist eine genaue Kenntnis der globalen Verteilung von O und seines Konzentrationsprofils sowie der täglichen und jährlichen Schwankungen unerlässlich, um die Photochemie, den Energiehaushalt und die Dynamik der MLT zu verstehen. Das Ziel dieses Projekts ist es, Säulendichten und Konzentrationsprofile von O in der MLT durch Analyse der Feinstrukturübergänge bei 4,74 THz und 2,06 THz zu bestimmen. Die zu analysierenden Daten wurden mit dem Heterodynspektrometer GREAT/upGREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz frequencies) an Bord von SOFIA, dem Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, gemessen. Dies ist eine direkte Beobachtungsmethode, die genauere Ergebnisse liefern kann als existierende indirekte satellitengestützte Methoden, die photochemische Modelle benötigen, um O Konzentrationsprofile abzuleiten. Mit GREAT/upGREAT wurden seit Mai 2014 ca. 500.000 Spektren gemessen, die vier verschiedene Weltregionen abdecken, nämlich Nordamerika, Neuseeland, Europa und Tahiti/Pazifik. Zeitliche Variationen sowie der Einfluss von Sonnenzyklen, Winden und Schwerewellen werden ebenfalls im Rahmen des Projekts untersucht. Die Ergebnisse werden mit Satellitendaten, die für Höhen von 80 bis 100 km verfügbar sind, und mit Vorhersagen eines semi-empirischen Modells verglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Daten die ersten spektral aufgelösten direkte Messungen von O in der MLT sind. Dies ist eine vielversprechende Alternative zur Bestimmung der Konzentration von O im Vergleich mit indirekten satellitengestützten Methoden, die auf photochemischen Modellen beruhen.

Klimaschutz und Klimavulnerabilität

In laufenden Forschungsarbeiten werden inhaltliche Fragen und methodische Weiterentwicklungen aufgegriffen, um Aspekte des Klimaschutzes und der Klimavulnerabilität zu untersuchen. Neben der Frage geeigneter Methodenwerkzeuge, u.a. Geographische Informationssysteme, CRE kollaborativen Forschungsumgebungen, Netzwerkanalyse, Haushaltsbefragungen, Öffentlichkeitsarbeit widmet sich die Arbeitsgruppe der Ableitung von Indikatorensystemen. Besondere Beachtung finden auch transnationale Vergleiche bzw. Analysen. Bisherige Arbeiten bezogen sich regional auf Deutschland, die EU-Staaten, Nord- und Lateinamerika. Zusammen mit anderen Forschungseinrichtungen und Institutionen werden realitätsnahe und operationalisierbare Verfahren entwickelt. Bisherige Kontakte umfassen u.a. mehrere deutsche Kommunen und Stadtwerke, das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme Freiburg, das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, das Politikwissenschaftliche Institut der Universität Göteborg, Greater Vancouver Regional District in Burnaby, Puget Sound Clean Air Agency in Seattle.

Projekt Internationale Biodiversitätspolitik

Erstens wollen wir wissen, ob in den verschiedenen Ideen und Modellen zur Regulierung von access und benefit sharing eher ökonomische oder eher ökologische Aspekte dominieren und wie die Interessen der verschiedenen Interessengruppen darin repräsentiert sind. Wir wollen zeigen, wie internationale Politiken und die Nutzung genetischer Ressourcen durch verschiedene Interessengruppen von ökonomischen und politisch-institutionellen Prozessen abhängig sind. Zweitens sind wir an den Prozessen interessiert, in denen internationale Politiken auf nationaler und regionaler Ebene umgesetzt werden. Was ist das Verhältnis der verschiedenen Ebenen zueinander, welche ist dominant? Wie sind top down-Strategien verbunden mit bottom up-Prozessen? Dafür werden wir detaillierter den Fall der Nordamerikanischen Freihandelszone (NAFTA) und dort insbesondere Mexiko untersuchen. Schließlich soll ein Beitrag zur Diskussion über entstehende Formen einer Global Governance geleistet werden. Um diese Formen zu verstehen wollen wir eine kritische Theorie der 'Internationalisierung des Staates' entwickeln. Das bedeutet, dass der Nationalstaat zwar nicht verschwindet, dass aber auf den verschiedenen räumlichen Ebenen unterschiedliche Staatsfunktionen angesiedelt sind. Das Verhältnis dieser Ebenen - global, national, regional und lokal - zueinander ist entscheidend und bedarf einer stärkeren Erforschung.

Christine Schneider: „Wir müssen den Bienwald mit all seinen Funktionen erhalten“

Sommertour von Umwelt- und Forstministerin Christine Schneider – Besichtigung des Bienwalds mit Information über die Auswirkungen der Klimakrise auf den Wald und die Waldbewirtschaftung sowie seinen Beitrag für die Regionalentwicklung und den Artenschutz Im Rahmen ihrer Sommertour besichtigte Umwelt- und Forstministerin Christine Schneider den Bienwald und tauschte sich mit den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern von Landesforsten über die massiven Herausforderungen des Walderhalts in der Klimakrise aus. Der Bienwald liegt in einer der wärmsten Regionen Rheinland-Pfalz, die Niederschlagsmengen nehmen in der Vegetationsperiode (Frühjahr/Sommer) ab, Extremtemperaturen lassen die Bäume leiden. Unter diesen Bedingungen drohen Wald-Lebensraumtypen verloren zu gehen. Ganze Waldorte verlieren ihren so typischen Waldcharakter, da sie sich auflichten. Das Heranwachsen einer neuen Waldgeneration wird durch viele Faktoren erschwert. Invasive Arten, unter anderem die Kermesbeere aus Nordamerika, hemmen eine natürliche Waldentwicklung. Bekannt ist der Bienwald unter anderem auch für seine Waldmaikäfer, die massenhaft auftreten, weitere Waldareale durch die zunehmende Wärme neu besiedeln und deren Engerlinge (Larven im Boden) durch Wurzelfraß wiederum die Waldverjüngung stark gefährden. „Der Bienwald hat in den letzten Jahren massiv unter den Folgen der Klimakrise gelitten. Wenn aber dem Wald auch noch durch die Trockenheit, Hitze und Insekten die natürliche Verjüngungsfähigkeit genommen wird, ist es Fünf vor Zwölf. Wir müssen den Spagat schaffen, den Bienwald mit all seiner Vielfalt und seinen Funktionen für die Menschen und den Klimaschutz zu erhalten. Dazu zählt zum Beispiel die Grundwasserneubildung und Schaffung von Luftaustausch. Das ist wirkliche, existenzielle Daseinsvorsorge. Er trägt weiterhin einen wichtigen Teil zur Regionalentwicklung und zum nachhaltigen Tourismus in unserem Land bei“, sagte Ministerin Schneider. Der Bienwald bietet zahlreichen seltenen und gefährdeten Tier- und Pflanzenarten einen Lebensraum – mehr als 2.200 Käferarten, darunter ein Drittel aller Laufkäferarten Deutschlands. 143 Vogelarten, wovon 120 Arten im Gebiet regelmäßig brüten, 15 Fledermausarten und damit 75 Prozent aller in Deutschland vorkommenden Arten, 46 Libellenarten, darunter die Hälfte aller in Deutschland lebenden Arten. Auch der Heldbock, eine streng geschützte Käferart, findet hier geeignete Lebensbedingungen. Der Bienwald ist zudem für wandernde Arten wie Wildkatzen bedeutsam, da er die Rheinauen mit dem Pfälzerwald verbindet. Die Lebensraumvielfalt reicht von Flugsanddünen und Bach-Auwäldern über Moore bis hin zu Streuobstwiesen. Das kommt auch den Menschen zugute: „Der Bienwald ist ein sehr facettenreiches Waldgebiet in einer eng besiedelten Region mitten in Europa“, schloss Christine Schneider nach ihrem Besuch. Die Försterinnen und Förster gehen neue Wege, um den Bienwald in dieser Klimakrise zu unterstützen. Der Walderhalt ist das Gebot der Stunde. Verjüngung, die die Natur anbietet, soll gefördert werden und dies möglichst durch viele verschiedene Baumarten als Risikostreuung. Kleinflächige Ergänzungspflanzungen sind sinnvoll bis hin zur Aufzucht eigener Pflanzen im Pflanzgarten. Über den Austausch mit anderen Forstbetrieben in ähnlicher Situation und mit wissenschaftlichen Instituten lassen sich neue Arbeitsweisen und Erkenntnisse in die Region bringen. Ein Bewässerungsversuch soll beispielsweise Auskunft darüber geben, ob dies auch für den Wald eine sinnvolle Methode für den Ernstfall ist.

Phylogenie und Paläobiogeographie terrestrischer Wirbeltiere aus dem unteren und mittleren Jura Kirgisiens (Zentralasien)

Aus dem unteren und mittleren Jura sind bisher nur ganz wenige terrestrische Faunen mit Wirbeltieren bekannt. Insbesondere für die Phylogenie der Säugetiere ist dieser Zeitabschnitt von großer Bedeutung, da hier Stammlinienvertreter der modernen Säugetiere (Marsupialia und Placentalia) mit tribosphenischen Backenzähnen zu erwarten sind. Bisherige Untersuchungen deuten darauf hin, dass die tribosphenischen Säugetiere vermutlich in Asien entstanden sind und sich von dort nach Europa und Nordamerika ausbreiteten. Weite Gebiete Zentralasiens sind allerdings bisher wirbeltierpaläontologisch weitestgehend unerforscht. Erste vielversprechende Kleinwirbeltier-Funde in Kirgisien lassen auf das Potential dieser Region für die Aufklärung der Stammesgeschichte mesozoischer Säugetiere und anderer Wirbeltiergruppen schließen. Bei den geplanten Geländearbeiten und nachfolgenden Laboruntersuchungen werden grundlegende neue Erkenntnisse zur Phylogenie und Paläobiogeographie der Säugetiere, aber auch anderer Gruppen wie etwa der Amphibien, Squamaten und Dinosaurier erwartet.

Badhamia versicolor Lister Schleimpilze Gefährdung unbekannten Ausmaßes

Gefährdung durch Habitatverluste nicht auszuschließen. Hauptverbreitung eventuell in Nordamerika, bei uns vielleicht häufiger in Auwäldern an Bäumen mit basischer Rinde (z.B. Acer negundo). Angaben bei Jahn (1918) und Schinz (1920). Neuere Funde (vgl. Krieglsteiner, 1996) in den Donauauen bei Osterhofen in Ostbayern, außerdem bei Schweinfurt (Main) und Stuttgart (leg. U. Schwarz, det. L. Krieglsteiner).

Arsen- und Quecksilber- Grundwasserkontamination durch Abwässer aus der Öl- und Gasproduktion in der Niger-Delta-Region

Arsen und Quecksilber sind zwei hochgiftige Elemente, die das Grundwasser als Trinkwasserquelle weltweit gefährden. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation haben mindestens 140 Millionen Menschen in 50 Ländern arsenverseuchtes Wasser getrunken. Während beide Elemente in Asien, Süd- und Nordamerika und Europa ausgiebig untersucht wurden, hat man sich auf dem afrikanischen Kontinent kaum damit beschäftigt. Das Nigerdelta ist das Herz der Erdölindustrie in Nigeria. Nigeria ist der größte Erdgasproduzent in Afrika, der sechstgrößte Rohölexporteur weltweit und verfügt über die zweitgrößten Ölreserven auf dem afrikanischen Kontinent. In den letzten 50 Jahren sind in der Niger-Delta-Region schätzungsweise 13 Millionen Barrel Rohöl ausgetreten. Da bekannt ist, dass sowohl As als auch Hg im Rohöl vorkommen oder bei Ölaustritten ins Grundwasser gelangen, schlagen wir die erste Studie über As und Hg in Nigerias ölproduzierender Region vor, mit dem Ziel, wichtige Informationen für eine nachhaltige und sichere Nutzung des Grundwassers zu liefern. Dies stellt eine einzigartige Gelegenheit dar, die Grundwasserkontamination im Zusammenhang mit der umfangreichen Kohlenwasserstoffproduktion zu untersuchen und die Ergebnisse auf andere Standorte mit ähnlichem Vorkommen zu extrapolieren. Das Hauptziel wird sein, die Prozesse zu verstehen, die die Quelle, den Transport und den Verbleib von As und Hg im Grundwasser kontrollieren. Um dieses Ziel zu erreichen, werden Feld- und Laborstudien durchgeführt, um die Möglichkeit erhöhter As- und Hg-Konzentrationen im Grundwasser vorherzusagen. Außerdem werden wir Entfernungstechniken evaluieren, die einfach, aber effizient sind und im Haushaltsmaßstab eingesetzt werden können. Vier Hypothesen treiben die Studie an:1. Die Einleitung von Abwässern aus der Öl- und Gasproduktion in den Grundwasserleiter erhöht potenziell die Konzentration von As und Hg im Grundwasser2. Ein Konzentrationsanstieg von Hg und As im Grundwasser ist möglich, wenn die Grundwasserleitermatrix geogenes Hg und As enthält.3. Mobilisierung von geogenem Hg und As aus Sulfidmineralen (z. B. Pyrit) und natürlichem organischem Material aufgrund von Oxidation durch Sauerstoff, der entweder durch natürliche oder anthropogene Prozesse in den Grundwasserleiter eingebracht wird.4. Manuelle Filter aus Messinggranulat und Eisenoxid entfernen As und Hg aus dem Grundwasser.

Die Natur kehrt zurück

Die obere Illustration zeigt am Beispiel des Natur-Parks Südgelände die Phasen des über viele Jahrzehnte andauernden Entwicklungsprozesses der Flora und Fauna auf einem Areal. Unter dem Begriff “Sukzession” wird die Veränderung und zeitliche Abfolge unterschiedlicher Gemeinschaften aus Pflanzen und Tierarten auf derselben Fläche verstanden. Jedes Sukzessionsstadium ist durch charakteristische Tier- und Pflanzenarten bestimmt. Boden, Klima und Wasserversorgung beeinflussen die Entwicklung ebenso wie die Geschichte des Ortes. Das Endstadium ist ein Waldtyp, der den jeweiligen Standortbedingungen entspricht. Für den Rangierbahnhof Tempelhof wurde das Gelände mit mehreren Metern Sand, Kies, Schotter und Schlacke aufgeschüttet. Der Bau von Überführungsbauwerken, Ablaufbergen und Dämmen gibt dem Gelände ein ausgeprägtes Relief. Mit der Aufgabe der Bahnnutzung nehmen die Tiere und Pflanzen das Gelände wieder in Besitz. Auf Sanden und Schottern wachsen Kanadisches Berufkraut und Klatschmohn. Erste Gehölze fassen Fuß. Pionierarten wie Birke, Zitterpappel und die aus Nordamerika stammende Robinie beginnen ebenso zu keimen wie durch Tiere aus der Umgebung verschleppte Eicheln. Den Erstbesiedlern folgen Arten wie Natternkopf, Kronen-Nachtkerze, Wilde Möhre und Echter Steinklee. Die Arten der Sandtrockenrasen besiedeln trockene und nährstoffarme Standorte. Prägend sind Gräser wie der Rauhblattschwingel, die Rispen-Flockenblume und verschiedene Habichtskrautarten. Auf nährstoffreichen Standorten wachsen ruderale Staudenfluren, darunter der gelbblühende Rainfarn. Die angesiedelten Gehöl­ze entwickeln sich zu ausgedehnten Gebüschen und geschlossenen Waldbe­ständen. Robinie und Zitterpappel dringen mit ihren unterirdischen Ausläufern in die krautigen Vegetations­bestände vor und lösen diese allmählich ab. Im Unterholz wachsen Eiche, Buche und Ahorn als neue Baum­generation auf.

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