Das übergeordnete Ziel des geplanten Projektes besteht darin, vom Menschen verursachte Luftverschmutzung in Ballungsräumen besser zu verstehen. Die Untersuchung von Stickstoffdioxid (NO2) und Aerosolen wird sich dabei auf spektrale Messungen mit zwei MAX-DOAS (Multi-Axiale Differentielle Optische Absorptionsspektroskopie) Instrumenten an zwei verschiedenen Standorten in Wien stützen. Die MAX-DOAS Methode wird zur Messung von Streulicht in verschiedenen Blickrichtungen verwendet, aus denen die horizontale und vertikale Verteilung von Spurengasen und Aerosolen in der Troposphäre abgeleitet werden kann. Die Datenauswertung wird sich auf eine schnelle geometrische Annäherung sowie die exaktere Methode der Optimal Estimation stützen und troposphärische Säulen und Vertikalprofile von NO2 und Aerosolen ergeben. Die Vertikalprofile liefern eine wichtige Datengrundlage, die für den Vergleich mit bestehenden in-situ Messungen verwendet werden kann. Die aus den MAX-DOAS Messungen abgeleiteten troposphärischen Vertikalsäulen ermöglichen zusammen mit meteorologischen Messungen (z.B. Windgeschwindigkeit, Windrichtung) die Überwachung von Luftschadstoffen über städtischem Hintergrund, stark befahrenen Straßen, und industriellen Punktquellen auf horizontaler Ebene. Die geplanten Langzeitmessungen (über zwei Jahre) liefern einen wertvollen Datensatz für die Analyse der zeitlichen Variabilität von Luftschadstoffen (NO2 und Aerosole) über Wien. Ein Vergleich der in Wien erhobenen Daten mit vergleichbaren MAX-DOAS Messungen in Athen, Griechenland, oder Bremen, Deutschland, wird Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den verschmutzten Standorten mit andersartigen meteorologischen und photochemischen Bedingungen aufzeigen. Die troposphärischen NO2-Säulen ermöglichen die Validierung von Satellitenmessungen der OMI, GOME-2, und TROPOMI Instrumente sowie den Vergleich mit Modellsimulationen (z.B. aus dem COPERNICUS Atmosphärenbeobachtungsdienst). Da sich bei den beiden Messgeräten Blickfelder einzelner azimutaler Richtungen teilweise überschneiden und die ergänzenden Messungen von in-situ Instrumenten eine Vielzahl an Information zur räumlichen Ausbreitung von NO2 bieten, soll versucht werden, ein räumlich aufgelöstes Bild der Luftverschmutzung über Wien mit Hilfe der tomographischen Darstellung zu entwickeln. Die Ergebnisse des Projektes werden wichtige Erkenntnisse zur horizontalen und vertikalen Ausbreitung von NO2 und Aerosolen liefern. Neben der Verbesserung der troposphärischen NO2 Auswertung werden die Ergebnisse wichtige Daten für Atmosphärenmodelle bereitstellen, da die Vertikalprofile von NO2 und Aerosolen eine nützliche Ergänzung zu den Punktmessungen von in-situ Messgeräten darstellen.
Phosphorus inputs from the eight largest sewage treatment plants on the German Baltic Sea coast (about 70% of direct dischargers) decreased by 98% between 1990 and 2008. In the same period, nitrogen input decreased by 89% (about 90% of direct dischargers). A comparison of the periods 1986/90 and 2004/08 shows that riverine discharges of total phosphorus decreased by 61%, primarily due to reduced inputs from point sources. Nitrogen input, mostly from diffuse sources, decreased only by 13%, half of the decrease being attributable to lower runoff. The distribution pattern of phosphate concentrations in winter shows that levels in the inner coastal waters are in the same order of magnitude as in the open sea. By contrast, nitrate concentrations are 50 - 70 times higher than in the open sea due to the fact that diffuse sources prevail in the drainage area and that nitrate levels are closely coupled to runoff in the inner coastal waters, especially in the estuaries of the river Odra including Haff and Peenestrom, the rivers Warnow and Trave. These reduced inputs are also reflected in the decline of total phosphorus and nitrogen concentrations, both in the inner coastal waters and in the adjacent Baltic Sea waters. The strongest decline was recorded up to the mid-1990s, after which concentrations have fluctuated at a relatively stable level, often associated with runoff. Nevertheless, all areas still have to be considered eutrophied, in accordance with the HELCOM classification (HELCOM [2009]). Water quality in the open sea areas (western Belt Sea, Kiel Bight, Arkona Basin, Zingst outer coast) is classified as moderate, whereas waters closer to the coast and in more enclosed areas (Flensburg Fjord, southern Kiel Bight, Lübeck Bight, Wismar Bight, and Pomeranian Bight) have to be classified as -bad- applying the WFD assessment criteria. Eutrophication is particularly high in the inner coastal waters (Schlei, Lower Trave, Lower Warnow, Darss-Zingst Bodden Chain, Jasmund Bodden, Peenestrom, Kleines Haff). The orientation values for inner coastal waters are exceeded several times and apparently have been set too low, especially because of their missing gradients toward the open Baltic Sea. They require scientific review.#locale-ger:
Der Phosphoreintrag aus den acht wichtigsten Kläranlagen an der deutschen Ostseeküste (ca. 70% der Direkteinleiter) hat sich zwischen 1990 und 2008 um 98% verringert. Der Stickstoff-Eintrag ging im gleichen Zeitraum um 89% zurück (ca. 90% der Direkteinleiter). Der flussbürtige Eintrag von Gesamtphosphor ist um 61% zurückgegangen, vergleicht man die Zeiträume 1986/90 und 2004/08, vor allem bedingt durch verringerte Frachten aus Punktquellen. Der vorwiegend aus diffusen Quellen stammende Stickstoffeintrag hat sich nur um 13% verringert, wovon die Hälfte der Abnahme dem geringeren Abflussgeschehen geschuldet ist. Die Verteilungsmuster der winterlichen Phosphatkonzentrationen zeigen, dass die Werte in den inneren Küstengewässern in der gleichen Größenordnung liegen wie in der offenen See. Dagegen verursacht die Dominanz diffuser Quellen im Einzugsgebiet und die enge Kopplung ans Abflussgeschehen in den inneren Küstengewässern, insbesondere in den Ästuaren der Oder mit Haff und Peenestrom, der Warnow und der Trave, Nitratkonzentrationen, die teilweise um das 50- bis 70-fache über den Werten der offenen See liegen. Die reduzierten Einträge spiegeln sich auch im Rückgang der Gesamtphosphor- und Stickstoffkonzentrationen, sowohl in den inneren Küstengewässern als auch in der vorgelagerten Ostsee wider. Der stärkste Rückgang fand bis Mitte der 1990er Jahre statt, danach schwanken die Werte auf einem relativ stabilen Niveau, häufig an das Abflussgeschehen gekoppelt. Trotzdem müssen alle Gebiete nach wie vor als eutrophiert bewertet werden, was in Übereinstimmung mit den HELCOM-Bewertungen steht (HELCOM [2009]). Dabei weisen die offenen Meeresgebiete (Westliche Beltsee, Kieler Bucht, Arkonabecken, Zingster Außenküste) einen mäßigen Gewässerzustand auf. Die küstennahen und mehr abgeschlossenen Regionen (Flensburger Förde, südliche Kieler Bucht, Lübecker Bucht, Wismarbucht und Pommernbucht) müssen gemäß den WRRL-Bewertungskriterien dagegen als schlecht bewertet werden. Einen besonders hohen Eutrophierungsgrad weisen die inneren Küstengewässer auf (Schlei, Untertrave, Unterwarnow, Darß-Zingster Boddenkette, Jasmunder Bodden, Peenestrom, Kleines Haff). Die Orientierungswerte für die inneren Küstengewässer werden um ein Vielfaches überschritten und erscheinen als zu niedrig angesetzt, auch und besonders wegen ihrer fehlenden Gradienten bis zur offenen Ostsee, und bedürfen einer wissenschaftlichen Überarbeitung.
Die Messung von Substanz-spezifischer Stabilisotopenfraktionierung in Grundwasserschadstoffen (Compound-Specific Isotope Analysis, CSIA) ist ein etablierter Indikator für Abbau stromabwärts von Kontaminationsquellen in Altlasten. Laufende Forschungsarbeiten konzentrieren sich darauf, diesen Ansatz nun auch für diffuse (d.h. nicht Punktquellen) Kontaminanten wie das Pestizid Atrazin im niedrigen µg/L bis sub-µg/L Konzentrationsbereich vorzuspuren. Hier bietet CSIA einen machtvollen Ansatz, Abbau sogar über Zeitskalen sichtbar zu machen, die sonst Untersuchungen gar nicht zugänglich wären, oder wenn fluktuierende Konzentrationen eine Abschätzung erschweren. Der Ansatz beruht auf der Beobachtung, dass sich Isotopenwerte von Atrazin während Biotransformation ändern und somit ein Konzentrations-unabhängiges Indiz für Abbau liefern. Für einen Durchbruch von Spurenschadstoff CSIA im Feld sind jedoch kritische methodologische Fortschritte nötig. (1) Niedrige Schadstoffkonzentrationen (sub-µg/L) in Grundwasser treten in Gegenwart viel höherer Konzentrationen (mg/L) von gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) auf, was selektive und sensitive Spurenschadstoff CSIA stark limitiert. Mit Bakkours Expertise in selektiven Anreicherungs- und Aufreinigungstechniken zielen wir auf entscheidende Verbesserungen für empfindliche CSIA von Spurenschadstoffen in Grundwasserproben. (2) Isotopenfraktionierung in Laborexperimenten wird typischerweise bei viel höheren Konzentrationen (mg/L) als im Grundwasser (sub-µg/L) bestimmt. Mit Elsners Expertise in Chemostat und Fed-Batch Experimenten werden wir Isotopenfraktionierung von Atrazin im niedrigen Konzentrationsregime hinterfragen, als belastbare Basis für Feldinterpretationen. (3) Um als Indikator für Spurenschadstoffabbau zu dienen, müssen die Abbau-induzierten Änderungen in Isotopenwerten größer sein als die Bandbreite in kommerziellen Produkten. In Israel, wo Atrazin noch routinemäßig eingesetzt wird, werden wir daher in einer gemeinsamen Anstrengung Atrazinisotopenwerte (d13C, d15N) im Küstenaquifer analysieren und mit kommerziellen Atrazinprodukten vergleichen. (4) Um solche Isotopen-basierten Feldergebnisse kritisch zu hinterfragen, nutzen wir Bernsteins Expertise in mikrobiologischen Methoden der Hydrologie. Die vereinten Fortschritte werden es uns ermöglichen, die Anwendbarkeit von Spurenschadstoff CSIA für niedrige Konzentrationen im Grundwasser grundlegend zu erforschen.