Sediment erosion and transport is critical to the ecological and commercial health of aquatic habitats from watershed to sea. There is now a consensus that microorganisms inhabiting the system mediate the erosive response of natural sediments ('ecosystem engineers') along with physicochemical properties. The biological mechanism is through secretion of a microbial organic glue (EPS: extracellular polymeric substances) that enhances binding forces between sediment grains to impact sediment stability and post-entrainment flocculation. The proposed work will elucidate the functional capability of heterotrophic bacteria, cyanobacteria and eukaryotic microalgae for mediating freshwater sediments to influence sediment erosion and transport. The potential and relevance of natural biofilms to provide this important 'ecosystem service' will be investigated for different niches in a freshwater habitat. Thereby, variations of the EPS 'quality' and 'quantity' to influence cohesion within sediments and flocs will be related to shifts in biofilm composition, sediment characteristics (e.g. organic background) and varying abiotic conditions (e.g. light, hydrodynamic regime) in the water body. Thus, the proposed interdisciplinary work will contribute to a conceptual understanding of microbial sediment engineering that represents an important ecosystem function in freshwater habitats. The research has wide implications for the water framework directive and sediment management strategies.
<p>Im Schnitt nutzt jede Person in Deutschland täglich 126 Liter Trinkwasser im Haushalt. Für die Herstellung von Lebensmitteln, Bekleidung und anderen Bedarfsgütern wird dagegen so viel Wasser verwendet, dass es 7.200 Litern pro Person und Tag entspricht. Ein Großteil dieses indirekt genutzten Wassers wird für die Bewässerung von Obst, Gemüse, Nüssen, Getreide und Baumwolle benötigt.</p><p>Direkte und indirekte Wassernutzung</p><p>Jede Person in Deutschland verwendete im Jahr 2022 im Schnitt täglich 126 Liter <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/wasserwirtschaft/oeffentliche-wasserversorgung">Trinkwasser</a>, etwa für Körperpflege, Kochen, Trinken, Wäschewaschen oder auch das Putzen (siehe Abb. „Trinkwasserverwendung im Haushalt 2023“). Darin ist auch die Verwendung von Trinkwasser im Kleingewerbe zum Beispiel in Metzgereien, Bäckereien und Arztpraxen enthalten. Der überwiegende Anteil des im Haushalt genutzten Trinkwassers wird für Reinigung, Körperpflege und Toilettenspülung verwendet. Nur geringe Anteile nutzen wir tatsächlich zum Trinken und für die Zubereitung von Lebensmitteln.</p><p>Die tägliche Trinkwassernutzung im Haushalt und Kleingewerbe ging von 144 Liter pro Kopf und Tag im Jahr 1991 lange Jahre zurück bis auf täglich 123 Liter pro Kopf im Jahr 2016. 2019 wurden von im Schnitt täglich 128 Liter pro Person verbraucht, 2022 waren es 126 Liter. Der Anstieg im Vergleich zu 2016 begründet sich durch den höheren Wasserbedarf in den jeweils heißen und trockenen Sommermonaten (siehe Abb. „Tägliche Wasserverwendung pro Kopf“).</p><p>Doch wir nutzen Wasser nicht nur direkt als Trinkwasser. In Lebensmitteln, Kleidungstücken und anderen Produkten ist indirekt Wasser enthalten, das für ihre industrielle Herstellung eingesetzt wurde oder für die Bewässerung während der landwirtschaftlichen Erzeugung. Dieses Wasser wird als virtuelles Wasser bezeichnet. Virtuelles Wasser zeigt an, wie viel Wasser für die Herstellung von Produkten benötigt wurde.</p><p>Deutschlands Wasserfußabdruck</p><p>Das virtuelle Wasser ist Teil des <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/wasser-bewirtschaften/wasserfussabdruck">„Wasserfußabdrucks“</a>, der die direkt und indirekt verbrauchte Wassermenge einer Person, eines Unternehmens oder Landes angibt. Das Besondere des Konzepts ist, dass die Wassermenge, die in den Herstellungsregionen für die Produktion eingesetzt, verdunstet oder verschmutzt wird, mit dem Konsum dieser Waren im In- und Ausland in Verbindung gebracht wird. Der Wasserfußabdruck macht deutlich, dass sich unser Konsum auf die Wasserressourcen weltweit auswirkt. Der durch Konsum verursachte, kurz konsuminduzierte Wasserfußabdruck eines Landes, wird auf folgende Weise berechnet; in den Klammern werden die Werte des Jahres 2021 für Deutschland in Milliarden Kubikmetern (Mrd. m³) ausgewiesen:</p><p><strong>Nutzung heimischer Wasservorkommen – Export virtuellen Wassers (= 30,66 Mrd. m³) + Import virtuellen Wassers (188,34 Mrd. m³) = konsuminduzierter Wasserfußabdruck (219 Mrd. m³)</strong></p><p>Bei einem Wasserfußabdruck von 219 Milliarden Kubikmetern hinterlässt jede Person in Deutschland durch ihren Konsum einen Wasserfußabdruck von rund 2.628 Kubikmetern jährlich – das sind 7,2 Kubikmeter oder 7.200 Liter täglich. 86 % des Wassers, das man für die Herstellung der in Deutschland konsumierten Waren benötigt, wird im Ausland verbraucht. Für Kleidung sind es sogar nahezu 100 %.</p><p>Grünes, blaues und graues Wasser</p><p>Beim Wasserfußabdruck wird zwischen „grünem“, „blauem“ und „grauem“ Wasser unterschieden. Als „grün“ gilt natürlich vorkommendes Boden- und Regenwasser, welches Pflanzen aufnehmen und verdunsten. Als „blau“ wird Wasser bezeichnet, das aus Grund- und Oberflächengewässern entnommen wird, um Produkte wie Textilien herzustellen oder Felder und Plantagen zu bewässern. Vor allem Agrarprodukte haben einen großen Anteil am blauen Wasserfußabdruck von Deutschland (siehe Abb. „Sektoren mit den höchsten Beiträgen blauen Wassers zum Wasserfußabdruck von Deutschland“). Der graue Wasserfußabdruck veranschaulicht die Verunreinigung von Süßwasser durch die Herstellung eines Produkts. Er ist definiert als die Menge an Süßwasser, die erforderlich ist, um Gewässerverunreinigungen so weit zu verdünnen, dass die Wasserqualität die gesetzlichen oder vereinbarten Anforderungen einhält.</p><p>Bei den nach Deutschland eingeführten Agrarrohstoffen und Baumwollerzeugnissen sind die Anteile an grünem, blauem und grauem Wasser auch bei gleichen Produkten je nach Herkunft unterschiedlich hoch:</p><p>Bei der Entnahme von blauem Wasser zur Bewässerung von Plantagen kann es zu ökologischen Schäden und lokalen Nutzungskonflikten kommen. Ein bekanntes Beispiel ist der Aralsee: Der einst viertgrößte Binnensee der Erde war im Jahr 1960 mit einer Fläche von 67.500 Quadratkilometern nur etwas kleiner als Bayern. Heute bedeckt er aufgrund gigantischer Wasserentnahmen für den Anbau von Baumwolle und Weizen nur noch etwa 10 % seiner ehemaligen Fläche. Bis 2014 verlor er 95 % seines Wasservolumens bei einem gleichzeitigen Anstieg des Salzgehalts um das Tausendfache. Auch in weiteren Gebieten auf der ganzen Welt trägt der Konsum in Deutschland dazu bei, dass deren Belastbarkeit überschritten wird (siehe Karte „Hotspots des Blauwasserverbrauchs mit Überschreitung der Belastbarkeitsgrenzen durch Konsum in Deutschland“).</p>
Die Veränderung des globalen Wasserkreislaufs durch den Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen für die Gesellschaft, da trockene Regionen trockener und feuchte Regionen feuchter werden. Das Problem besteht darin, dass 85 % der Verdunstung und 77 % der Niederschläge über den Ozeanen stattfinden und der globale Wasserkreislauf aufgrund der schwierigen Beobachtungsbedingungen über den Ozeanen nur unzureichend verstanden wird. Der Austausch von Süßwasser zwischen dem Ozean und der Atmosphäre findet jedoch in einer obersten dünnen Schicht der Meeresoberfläche statt, den so genannten Oberflächenfilm. Die Verdunstung von Wasserdampf aus den Oberflächenfilmen erhöht deren Salzgehalt, während der Niederschlag den Salzgehalt in den Oberflächenfilmen verringert. Das Hauptziel dieses Forschungsprojekts ist ein umfassendes Verständnis der Dynamik und der Veränderungen des Salzgehalts und der damit zusammenhängenden thermischen Felder in den ozeanischen Oberflächenfilmen und der oberflächennahen Schicht (NSL) sowie deren Zusammenhang mit den verdunstenden Süßwasserflüssen zu erzielen. Einer der Hauptpunkte dieser Arbeit ist, dass Süsswasserflüsse (Verdunstung minus Niederschlag) direkt auf die Meeresoberfläche einwirkt und daher vorwiegend den Salzgehalt der Oberflächenfilme quasi-instant beeinflusst, während die derzeitigen Methoden, die den Salzgehalt der gemischten Schicht verwenden, sich auf dekadischen Skalen beziehen. Eine umfassende Reihe von Experimenten wird in einer großmaßstäblichen Mesokosmenanlage an der Universität Oldenburg durchgeführt, in der die treibenden Kräfte für die Verdunstung kontrolliert werden können (Wassertemperatur, Windgeschwindigkeit, turbulente Vermischung, Lufttemperatur und -feuchtigkeit). Im Mittelpunkt steht eine Expedition in den Mittelatlantik mit seinem hohen Oberflächensalzgehalt, d. h. Verdunstungsraten übersteigen die Niederschlagsraten. Während der Expedition kommt ein funkgesteuertes Katamaran zum Einsatz, der in der Lage ist, Oberflächenfilme zu sammeln. Die Beobachtungen werden durch Messungen von Bojen, schiffsbasierten Messungen und Satelliten unterstützt. Die Arbeiten ergänzen die laufenden Aktivitäten zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen dem Salzgehalt der Oberflächenfilme und den Niederschlägen. Diese Arbeit ist ein erster Schritt, um zu verstehen, wie der Salzgehalt der Oberflächenfilme und der oberflächennahe Salzgehalt verwendet werden können, um dynamische Süsswasserflüsse zu integrieren und Parametrisierungen zur Extrapolation von Süsswasserflüssen unter Verwendung von satellitengestützten Salzgehaltsdaten zu entwickeln.
Grönland beheimatet, abgesehen von seinem großen Eisschild, eine Vielzahl von weitaus kleineren peripheren Gletschern. Der Anteil dieser Gletscher am gesamten Eismassenverlust Grönlands geht weit über den Anteil hinaus, den diese Gletscher an der gesamten Eismasse und –fläche einnehmen. Da sie sich meist in gebirgigem Gelände entlang der Küsten befinden, erfordern numerische Modelle dieser Eismassen geeignete räumliche Auflösungen, die nicht von Eisschildmodellen erreicht werden können. Kalbende Gletscher tragen in besonderem Maße zum Gesamtmassenverlust bei. Über den Zeitraum 2003-2008 trugen die peripheren Gletscher 14% zum grönlandweiten Eismassenverlust bei. Ihr Beitrag zum Meeresspiegelanstieg wird Prognosen zufolge in Zukunft weiter ansteigen, wobei aktuell verfügbare Projektionen unter Annahme einer Klimaentwicklung entlang des RCP 8.5 einen Eismassenverlust von bis zu ~50% im 21. Jahrhundert vorhersagen. Es existiert eine deutliche regionale Variabilität, die eine komplexe Kombination von atmosphärischen und ozeanischen Antriebsmechanismen widerspiegelt. Nichtsdestotrotz ist keines der aktuell verfügbaren regionalskaligen Gletschermodelle in der Lage, ozeanische Einflüsse auf die Frontalablation an den kalbenden Gletscherzungen explizit aufzulösen. Abgesehen von zwei Modellen wird Frontalablation sogar vollständig ignoriert. Folglich existieren auch bisher keinerlei Abschätzungen bezüglich der Mengen von Frontalablation an Grönlands peripheren Gletschern, weder für Vergangenheit, Gegenwart, noch Zukunft.Das Ziel des Projektes ist die Erstellung von CMIP6-basierten Projektionen der zukünftigen Entwicklung von Grönlands peripheren Gletschern im 21. Jahrhundert unter besonderer Berücksichtigung von kalbenden Gletschern. Wir werden sowohl Schmelzwasserabflüsse als auch Beiträge zum Meeresspiegelanstieg quantifizieren. Wir werden das Open Global Glacier Model (OGGM) dahingehend weiterentwickeln, dass es in seinem Frontalablationsmodul ozeanische Antriebsmechanismen berücksichtigt. Dies wird durch spezielle Downscaling-Routinen für Klima- und Ozeandaten unterstützt werden. Wir werden die Modelperformance von OGGM in Abhängigkeit von verschiedenen räumlichen Auflösungen der Antriebsdaten im Detail evaluieren, um herauszufinden, ob und inwieweit die Anwendung optimierter Skalenübergänge von der großen synoptischen hinunter auf die kleinere, lokale Skala der peripheren Gletscher dazu beiträgt, die Modelperformance zu steigern. Die Ergebnisse des Projektes werden ein gesteigertes Maß an Verständnis bezüglich der atmosphärischen und ozeanischen Einflüsse auf die Entwicklung der peripheren Gletscher Grönlands liefern. Weiterhin werden wird Empfehlungen bezüglich der optimalen Komplexität zukünftiger, regionalskaliger Gletschermodellierungen abgeben und dabei besonders kalbende Gletscher berücksichtigen.
Es soll durch Mesokosmosexperimente und ergänzende Laborversuche mit Modellsystemen untersucht werden, welche Auswirkungen die unterschiedliche Zusammensetzung des Mesozooplanktons im Meer (überwiegend Copepoden) und im Süßwasser (überwiegend Cladoceren) auf die Struktur des mikrobiellen Nahrungsnetzes hat und inwieweit sich Prädationseffekte des Zooplanktons über die Protozoen bis zur Bakterienebene fortsetzen. Für diesen Vergleich stehen folgende Fragestellungen im Vordergrund: 1) Welchen Prädationseifluß haben limnische und marine Vertreter von cladoceren- und copepoden-dominiertem Zooplankton auf die verschiedenen funktionellen Gruppen heterotropher und mixotropher Protozoen? 2) Gibt es vom Mesozooplankton ausgehende direkte und indirekte (über die Protozoen) Wirkungen auf die Diversität, phänotypische Ausprägung und die Aktivitätsmuster des Bakterienplanktons? 3) Gibt es Unterschiede in den phänotypischen Anpassungen (z.B. Morphologie, Oberflächeneigenschaften, Exopolymere) planktischer Bakterien an Protozoenfraßdruck im limnischen und marinen Bereich?.
Organotin and especially butyltin compounds are used for a variety of applications, e.g. as biocides, stabilizers, catalysts and intermediates in chemical syntheses. Tributyltin (TBT) compounds exhibit the greatest toxicity of all organotins and have even been characterized as one of the most toxic groups of xenobiotics ever produced and deliberately introduced into the environment. TBT is not only used as an active biocidal compound in antifouling paints, which are designed to prevent marine and freshwater biota from settlement on ship hulls, harbour and offshore installations, but also as a biocide in wood preservatives, textiles, dispersion paints and agricultural pesticides. Additionally, it occurs as a by-product of mono- (MBT) and dibutyltin (DBT) compounds, which are used as UV stabilizer in many plastics and for other applications. Triphenyltin (TPT) compounds are also used as the active biocide in antifouling paints outside Europe and furthermore as an agricultural fungicide since the early 1960s to combat a range of fungal diseases in various crops, particularly potato blight, leaf spot and powdery mildew on sugar beet, peanuts and celery, other fungi on hop, brown rust on beans, grey moulds on onions, rice blast and coffee leaf rust. Although the use of TBT and TPT was regulated in many countries world-wide from restrictions for certain applications to a total ban, these compounds are still present in the environment. In the early 1970s the impact of TBT on nontarget organisms became apparent. Among the broad variety of malformations caused by TBT in aquatic animals, molluscs have been found to be an extremely sensitive group of invertebrates and no other pathological condition produced by TBT at relative low concentrations rivals that of the imposex phenomenon in prosobranch gastropods speaking in terms of sensitivity. TBT induces imposex in marine prosobranchs at concentrations as low as 0,5 ng TBT-Sn/L. Since 1993, for the littorinid snail Littorina littorea a second virilisation phenomenon, termed intersex, is known. In female specimens affected by intersex the pallial oviduct is transformed of towards a male morphology with a final supplanting of female organs by the corresponding male formations. Imposex and intersex are morphological alterations caused by a chronic exposure to ultra-trace concentrations of TBT. A biological effect monitoring offers the possibility to determine the degree of contamination with organotin compounds in the aquatic environment and especially in coastal waters without using any expensive analytical methods. Furthermore, the biological effect monitoring allows an assessment of the existing TBT pollution on the basis of biological effects. Such results are normally more relevant for the ecosystem than pure analytical data. usw.
The goal of this project is to quantify freshwater fluxes in the ocean, and improve our understanding of their temporal and spatial changes in terms of the interaction between ocean transport processes, surface net freshwater fluxes and river run-off, as well as mixing processes in the ocean. In particular, we aim at combining all available ocean salinity/freshwater data (including novel satellite-based salinity retrievals and ARGO data), surface freshwater fluxes (including HOAPS and NCEP net surface freshwater fluxes) and river discharge with a numerical model to improve our understanding of net surface sources of freshwater, near-surface freshwater budgets, and full-depth ocean freshwater transports. Respective sub-goals entail: -Improving the quality of SMOS and Aquarius surface salinity data and estimating respective error information required for their subsequent analysis and assimilation. - Expansion of the GECCO data assimilation system to incorporate surface salinity fields. - Evaluation of the sensitivity of subsurface salinity to freshwater fluxes (incl. run-off), surface salinity fields and subsurface salinity changes. - Estimates of surface and subsurface salinity fields, ocean transports of freshwater (including surface freshwater fluxes) from monthly mean SMOS and Aquarius fields, ARGO salinities and underway salinity measurements. - Quantifying the role of surface forcing (E-P-R) versus lateral transports and mixing of freshwater in modulating the freshwater content as function of depths and geographical position. Providing a best possible description of salinity changes and underlying processes in the Atlantic Ocean.
An indicator comparing water use versus renewable freshwater resources as percentage in a given area and time resolution e.g. annual water scarcity at country level.
Zielsetzung: Das Vorhaben hat das Ziel, ein innovatives, dezentrales IoT-System zu entwickeln, das die Bewässerung und Agrarprozesse im Weinbau sowie in anderen landwirtschaftlichen Betrieben revolutionieren soll. Mithilfe hochmoderner Sensorik und Künstlicher Intelligenz (KI) soll der Trockenstress von Pflanzen in Echtzeit überwacht werden , um datenbasierte, intelligente Bewässerungsentscheidungen zu treffen. Dadurch soll der Wasserverbrauch signifikant reduziert werden - Schätzungen zufolge um bis zu 30 %, was Millionen von Litern Wasser jährlich entspricht. Dies trägt nicht nur zur Schonung wertvoller Süßwasserressourcen bei, sondern schützt auch die Grundwasserqualität und unterstützt die nachhaltige Nutzung von Ressourcen. Der Anlass für das Projekt liegt in den zunehmenden Herausforderungen, vor denen die Landwirtschaft angesichts des Klimawandels steht. Längere Trockenperioden, steigende Temperaturen und die globale Wasserknappheit setzen traditionelle Bewässerungsmethoden unter Druck, die oft ineffizient und verschwenderisch sind. Laut dem Weltwasserbericht der Vereinten Nationen von 2021 werden etwa 69 % des weltweit verfügbaren Süßwassers in der Landwirtschaft genutzt, wobei ineffiziente Praktiken wie Großflächenberegnung erhebliche Verluste verursachen. Besonders in Weinbauregionen führt die übermäßige Nutzung von Wasser zu ökologischen und wirtschaftlichen Problemen. Das Vorhaben möchte diese Problematik adressieren, indem es innovative Technologien einsetzt, die den Wasserverbrauch optimieren und die landwirtschaftliche Produktivität erhöhen. Darüber hinaus verfolgt das Projekt einen umfassenden Ansatz: Neben der Entwicklung und Erprobung von Sensorik und Hardware wird eine KI-basierte Bewässerungssteuerung entwickelt , die in realen landwirtschaftlichen Betrieben getestet wird. Das IoT-System ermöglicht eine präzise und ressourcenschonende Bewässerung in der Landwirtschaft. Dazu werden Sensoren zur Messung von Bodenfeuchtigkeit, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Pflanzenzustand in einer Pilotanlage installiert. Die erfassten Daten werden über eine drahtlose Infrastruktur in eine Cloud übertragen, wo sie verarbeitet und analysiert werden. Eine KI wertet die Daten aus, erkennt Zusammenhänge zwischen den Messwerten und dem Trockenstress der Pflanzen und steuert die Bewässerung automatisch.
Salzpflanzen koennen auch in Industriewaessern wachsen; koennen sie auch eliminieren? Gezeiten sind ganz wesentlich; Verfahren in hochbelasteten Binnengewaessern angewendet.
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