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Residence times across scales: from plot to catchment scale

Residence times is a key signature to characterize flow and transport at all temporal and spatial scales in different hydrological compartments. It is assumed that the spatial organisation of the landscape controls space-time organisation of the water cycle and related processes and hence the residence time. Combining flux and residence concentration data of natural tracers in water, stable isotopes, and artificial tracers will allow us to predict residence time and flow pathways in the different hydrological compartments as well as integrative for entire watersheds. We will investigate with different methods the fingerprint of hydrological processes found in the signal of isotopic composition and natural and artificial tracers of soil, ground and stream water in space and time. The temporal variability of isotopes in soil water, groundwater and stream water will be combined to benchmark transport and flow models and to derive a new functional form of short to long-term transit time distributions. The spatial patterns of stable isotopes in the saturated and unsaturated zone will be used to derive long-term flow pathways, mixing patterns and the proportion of evaporation to transpiration. Artificial tracer experiments using salt and electric resistivities will vizualize and quantify internal flow pathways in particular preferential flow pathways.

Wechselwirkungen zwischen saisonale arktische Meereisprozessen und Stabilität der Halokline – auf dem Weg zum Verständnis arktischer Gas- und Stoffflüsse

In Folge des globalen Klimawandels hat sich die Meereisdecke in der Arktis dramatisch verändert. Im derzeitigen Zustand spielt die arktische Eisdecke eine wichtige Rolle; so schirmt sie das Oberflächenwasser, die sogenannte arktische Halokline (Salzgehaltsschichtung), von der Erwärmung durch die sommerliche Sonneneinstrahlung ab. Zudem wird die Halokline durch die Salze, welches beim Gefrierprozess des Meerwassers aus der Kristallstruktur austritt, gebildet und stabilisiert. Gleichzeitig wirkt die Halokline als Barriere zwischen der Eisdecke und dem darunter liegenden warmen atlantischen Wasser und trägt so zum Erhalt der arktischen Meereisdecke bei. Dieses Gleichgewicht ist nun durch die insgesamt wesentlich dünnere arktische Meereisdecke und ihre verringerte sommerliche Ausdehnung gestört. Im Meerwasser sind zudem Gase und biogeochemisch wichtige Spurenstoffen enthalten. Diese werden durch die Gefrierprozesse eingeschlossen, beeinflusst und wieder ausgestoßen. So beeinflusst die Meereisdecke die Gas- und Stoffflüsse zwischen Atmosphäre, Eis und oberer Wasserschicht. Durch die Eisbewegung findet außerdem ein Transport statt z.B. in der sogenannten Transpolarendrift von den sibirischen Schelfgebieten, über den Nordpol, südwärts bis ins europäische Nordmeer. Nun wird mit den weitreichenden Veränderungen des globalen und arktischen Klimawandels bereits von der „neuen Arktis“ gesprochen, da angenommen wird, dass sich die Arktis bereits in einem neuen Funktionsmodus befindet. Dabei ist jedoch weitgehend unbekannt wie dieses neue System funktioniert, sich weiterentwickelt und wie sich dies auf die Eisbildungsprozesse und damit die Stabilität der Halokline und die damit verbundenen Gas- und Stoffflüsse auswirkt. Für solche Untersuchungen werden über den Jahresverlauf Proben der oberen Wassersäule und der Eisdecke benötigt. Ermöglicht wird dies durch die wissenschaftliche Initiative MOSAiC. Mithilfe der stabilen Isotope des Wassers (?18O und ?D) aus dem Eis und der Wassersäule kann Rückschlüsse auf die Herkunftswässer und den Gefrierprozess gezogen werden und diese Ergebnisse sollen in direkten Zusammenhang mit Gas- und biogeochemischen Stoffuntersuchungen (aus Partnerprojekten) gesetzt werden. Dabei können z.B. Stürme, Schmelzprozesse, Schneebedeckung, Teichbildung und Alterungseffekte des Eises eine Rolle spielen. Untersucht wird parallel die Veränderung der Wassersäule welche z.B. durch Wärmetransport, wiederum die Eisdecke beeinflussen kann.Diese prozessorientierten Untersuchungen der saisonalen Eisbildungsprozesse in Eis und Wassersäule der zentralen Arktis, werden einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Stabilität der arktischen Halokline und der arktischen Gas- und Stoffflüsse liefern. Da sich die Gase und Stoffe nicht-konservativ verhalten, während die Isotope im Gefrierprozess konservativ sind, erwarten wir aus der Diskrepanz wiederum wichtige Informationen z. B. über wiederholtes Einfrieren von Süßwasserbeimengungen ableiten zu können.

Verteilungs- und Wirkungsmechanismen von Salzen in Naturstein

Es sollen Antworten auf folgende Fragen gefunden werden: - Welche Rolle spielen verschiedenartige Salze bei der Verwitterung von Gesteinen (vor allem Sandstein)? - Wie erfolgt ihr Eintrag und wie ihr Transport innerhalb des Gesteins? - Welche Mechanismen spielen sich bei der Kristallisation der Salze im Porenraum der Gesteine ab? - Welche schaedigenden Wirkungen ergeben sich daraus fuer das Gesteinsgefuege?

Steuerprozesse ästuariner Trübungszonen in Gezeitenästuaren

Durch Sinkstoffakkumulation gebildete ästuarine Trübungszonen in der Wassersäule und am Boden sind ein allgegenwärtiges Phänomen in Gezeitenästuaren. Die prinzipielle Dynamik ästuariner Trübungszonen ist schon vor einigen Jahrzehnten verstanden worden: Im Bereich von Salzgradienten entlang der Ästuare wird ein landwärtiger Netto-Sinkstofftransport angetrieben, während der Sinkstofftransport im Süßwasserbereich typischerweise seewärts gerichtet ist, was insgesamt zu konvergenten Sinkstofftransporten am landwärtigen Ende der Salzintrusion und dort zu Sinkstoffakkumulation und damit zur klassischen ästuarinen Trübungszone führt. Im Falle von sehr intensiven Gezeiten, bei denen die Flutströmung stärker aber kürzer als die Ebbströmung ist, kann auch im Süßwasserbereich ein landwärts gerichteter Sinkstofftransport erzeugt werden, der zu einer Sinkstoffakkumulation im Süßwasserbereich und somit zu einer Trübungszone im (salzfreien) Gezeitenfluss führen kann. Ein kürzlich vom Antragsteller und Kollegen erstellter Bericht zum Stand der Forschung deckt allerdings erhebliche Wissenslücken im Bereich der Dynamik ästuariner Trübungszonen auf.Ein Schwerpunkt des vorgeschlagenen Projektes soll die Erweiterung der Total Exchange Flow (TEF) genannten Analyse-Methode in Richtung Sinkstoffflüsse werden (Q1). Mit TEF und weiteren Analysemethoden sollen die folgenden wichtigen Forschungsfragen beantwortet werden. Q2: Wie wechselwirken die schnelle Sinkstoffdynamik in der Wassersäule und die langsame Dynamik der Sinkstoffe am Boden und wie ergeben sich daraus die Positionen der Trübungszonen? Q3: Welches sind die Anpassungszeitskalen der Sinkstoffdynamik und der Ausbildung von Trübungszonen unter wechselnden hydrodynamischen Bedingungen? Q4: Welches sind die Anteile fluvialer und mariner Sinkstoffklassen in ästuarinen Trübungszonen? Um diese Fragen zu beantworten, wird ein numerisches Modellabor aufgebaut, bestehend aus einen dreidimensionalen Modell eines konvergenten Ästuars. Die Modellkonfiguration wird so kalibriert, dass sie multi-dekadische Beobachtungsdaten von Salz- und Sinkstoffprofilen entlang der Unterelbe und der Schelde reproduzieren kann. Das numerische Labor wird zunächst dazu verwendet, um systematisch die Sensitivität der Dynamik der Trübstoffzonen von über mehrere Dekaden beobachteten Antriebsbedingungen in der Unterelbe und der Schelde zu untersuchen. Anschließend werden Szenarios mit idealisierten Antriebsbedingungen untersucht, um die oben genannten Forschungsfragen für einen multi-dimensionalen Parameterraum zu beantworten.

Sustainable Water Resources Management in the Yanqi Basin, Sinkiang, China

Irrigation in the Yanqi Basin, Sinkiang, China has led to water table rise and soil salination. A model is used to assess management options. These include more irrigation with groundwater, water saving irrigation techniques and others. The model relies on input data from remote sensing.The Yanqi Basin is located in the north-western Chinese province of Xinjiang.This agriculturally highly productive region is heavily irrigated with water drawn from the Kaidu River. The Kaidu River itself is mainly fed by snow and glacier melt from the Tian Mountain surrounding the basin. A very poor drainage system and an overexploitation of surface water have lead to a series of environmental problems: 1. Seepage water under irrigated fields has raised the groundwater table during the last years, causing strongly increased groundwater evaporation. The salt dissolved in the groundwater accumulates at the soil surface as the groundwater evaporates. This soil salinization leads to degradation of vegetation as well as to a loss of arable farmland. 2. The runoff from the Bostan Lake to the downstream Corridor is limited since large amount of water is used for irrigation in the Yanqi Basin. Nowadays, the runoff is maintained by pumping water from the lake to the river. The environmental and ecological system is facing a serious threat.In order to improve the situation in the Yanqi Basin, a jointly funded cooperation has been set up by the Institute of Environmental Engineering, Swiss Federal Institute of Technology (ETH) , China Institute of Geological and Environmental Monitoring (CIGEM) and Xinjiang Agricultural University. The situation could in principle be improved by using groundwater for irrigation, thus lowering the groundwater table and saving unproductive evaporation. However, this is associated with higher cost as groundwater has to be pumped. The major decision variable to steer the system into a desirable state is thus the ratio of irrigation water pumped from the aquifer and irrigation water drawn from the river. The basis to evaluate the ideal ratio between river and groundwater - applied to irrigation - will be a groundwater model combined with models describing the processes of the unsaturated zone. The project will focus on the following aspects of research: (...)

basemap.de Digitale Topographische Karte 1 : 10 000 - 3145-SO Oranienburg - Malz

Die Digitalen Topographischen Karten (DTK) werden aus Digitalen Landschafts- und Geländemodellen sowie dem Amtlichen Liegenschaftskatasterinformationssystem ALKIS erzeugt und nach dem bundeseinheitlichen Signaturenkatalog der Präsentationsausgaben „basemap.de P10“ Raster visualisiert. Die DTK liegen flächendeckend und im einheitlichen geodätischen Bezugssystem und Kartenprojektion für das Land Brandenburg vor. Sie sind als Rasterdaten (farbig/grau) und als Webdienste, verfügbar. Bei Nutzung der Daten sind die Lizenzbedingungen zu beachten.

Gefahrenhinweisbereich großflächige Senkungsgebiete

Im Becken von Bad Reichenhall findet eine großräumige Senkung statt (Starzmann 1979:114). Die Abgrenzung dieses Senkungsgebiets erfolgte auf Grundlage des in dieser Veröffentlichung befindlichen Lageplans sowie aufgrund der geologischen und tektonischen Verhältnisse. Da die zitierten Nivellements nicht das gesamte Reichenhaller Becken abdecken, ist das mögliche Senkungsgebiet auf die potentiellen von Senkungen betroffenen Talbereiche zum Teil mit einem Sicherheitszuschlag ausgedehnt worden. Für eine ortsübliche Bebauung ist die Senkung dort üblicherweise ohne Bedeutung. Nur bei großen und empfindlichen Bauwerken sind Schäden durch Setzungsunterschiede nicht auszuschließen. Baugrund- und Gründungsgutachten haben dieser speziellen Problematik gegebenenfalls Rechnung zu tragen. Großräumige Senkungen sind auch aus dem Gebiet rund um den Grögern Weiher in Bayerisch Gmain bekannt. Die Abgrenzung dieses Gebietes erfolgte aufgrund der Aktenlage am LfU. Die dem LfU vorliegenden Unterlagen umfassen den Senkungsbereich nicht vollständig. Eine Abgrenzung, insbesondere nach Südwesten zu, ist somit nur vorläufig. Eine noch weiter reichende Ausdehnung des Senkungsgebietes ist möglich, es liegen aber keine konkreten Hinweise dafür vor. Im Senkungsgebiet Grögern Weiher wird auf jeden Fall die Erstellung von Baugrund- und Gründungsgutachten empfohlen, die dieser Problematik Rechnung tragen. Weiterführende Informationen zur Interpretation sowie zur Vorgehensweise bei der Erstellung der Gefahrenhinweiskarte sind in den Berichten zu den Gefahrenhinweiskarten zu finden: https://www.lfu.bayern.de/geologie/massenbewegungen_karten_daten/gefahrenhinweiskarten/index.htm

ATKIS - Digitales Basis-Landschaftsmodell - 3145-SO Oranienburg - Malz

Das Digitale Basis-Landschaftsmodell (ATKIS-Basis-DLM) ist ein digitaler, objektstrukturierter Vektordatenbestand. Er bestimmt die topographischen Objekte der realen Welt nach Lage und Form, nach Namen und Eigenschaften. Des Weiteren sind objektbezogene Sachdaten so verknüpft, dass der Datenbestand in einer GIS-Anwendung genutzt werden kann. Um eine bundesweite inhaltliche Einheitlichkeit der Daten zu erreichen, wird das Basis-DLM mit Hilfe eines aus dem AAA-Anwendungsschema abgeleiteten Objektartenkataloges (ATKIS-OK Basis-DLM), der Vorschriften zum Inhalt und zur Modellierung der topographischen Informationen für den AdV-Grunddatenbestand und die Länderlösungen enthält, definiert. Zum Inhalt gehören neben den Objekten der Objektartengruppen 'Siedlung', 'Verkehr', 'Vegetation', 'Gewässer', 'Administrative Gebietseinheiten' auch Bauwerke und Einrichtungen auf Siedlungsflächen und für den Verkehr sowie besondere Angaben zum Gewässer. Die Lagegenauigkeit beträgt für die wesentlichen linearen Objekte (Straßenachsen, Fahrbahnachsen, Bahnstrecken und Gewässerachsen) +/- 3m. Die Daten werden über automatisierte Verfahren oder durch Selbstentnahme kostenfrei bereitgestellt. Bei Nutzung der Daten sind die Lizenzbedingungen zu beachten.

basemap.de Topographische Karte 1 : 10 000 - 3145-SO Oranienburg - Malz

Die Topographischen Karten (TK) werden aus Digitalen Landschafts- und Geländemodellen sowie dem Amtlichen Liegenschaftskatasterinformationssystem ALKIS erzeugt und nach dem bundeseinheitlichen Signaturenkatalog der Präsentationsausgaben „basemap.de P10“ Raster visualisiert. Die TK liegen flächendeckend und im einheitlichen geodätischen Bezugssystem und Kartenprojektion für das Land Brandenburg vor. Sie sind als analoge Kartendrucke (Plots), als Rasterdaten und als Webdienste, verfügbar. Bei Nutzung der Daten sind die Lizenzbedingungen zu beachten.

INSPIRE: Geoscientific Map of Germany 1:2,000,000 - Important deposits (GK2000 Lagerstätten)

The GK2000 Lagerstätten (INSPIRE) shows deposits and mines of energy resources, metal resources, industrial minerals and salt on a greatly simplified geology within Germany on a scale of 1:2,000,000. According to the Data Specifications on Mineral Resources (D2.8.III.21) and Geology (D2.8.II.4_v3.0) the content of the map is stored in three INSPIRE-compliant GML files: GK2000_Lagerstaetten_Mine.gml contains mines as points. GK2000_ Lagerstaetten _EarthResource_polygon_Energy_resources.gml contains energy resources as polygons. GK2000_ Lagerstaetten _GeologicUnit.gml contains the greatly simplified geology of Germany. The GML files together with a Readme.txt file are provided in ZIP format (GK2000_ Lagerstaetten -INSPIRE.zip). The Readme.text file (German/English) contains detailed information on the GML files content. Data transformation was proceeded by using the INSPIRE Solution Pack for FME according to the INSPIRE requirements.

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