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Biogeochemie von Spurenelementen im Südost-Atlantik; ein deutscher Beitrag zum internationalen GEOTRACES-Programm

Unsere bewilligte Forschungsfahrt M121 mit FS Meteor im Südostatlantik wird im November/Dezember 2015 stattfinden. Mit dem vorliegenden Antrag beantragen wir Mittel für Personal zur Teilnahme an der Fahrt und Kosten für die Auswertephase nach der Fahrt. Der Fokus des Projektes liegt auf der Biogeochemie und chemischen Ozeanographie von Spurenmetallen, wofür aber auch physikalische und biologisch-ozeanographische Informationen gesammelt werden. Die Untersuchungsschwerpunkte sind die detaillierte Erfassung der Verteilung von Spurenelementen in der Wassersäule des Südostatlantiks, die Untersuchung von Eintrags- und Austragsmechanismen, die biogeochemischen Zyklen dieser Spurenelemente, und deren Zusammenhänge mit dem Stickstoffkreislauf im Untersuchungsgebiet. Die Ausfahrt wird als offizieller Bestandteil in das international koordinierte GEOTRACES-Programm eingebettet sein. Der erste Schwerpunkt wird die detaillierte Untersuchung der Verteilung der Spurenelemente in der Wassersäule des Benguela-Auftriebs sein, von denen einige als limitierende Mikronährstoffe der Bioproduktivität und der Diazotrophie fungieren. Wir werden die Beziehung zwischen Makro- und Mikronährstoffkonzentrationen und den Flüssen dieser Nährstoffe untersuchen sowie die Beziehung zur biologischen Produktivität und dem Stickstoffzyklus. Die Spurenmetallverteilung soll auch mit der Verteilung und Mischung der Wassermassen im Benguela-Auftriebsgebiet und deren Eigenschaften in Verbindung gebracht werden, insbesondere den Sauerstoffgehalten und dem Austausch mit dem anoxischen Schelf. Weiterhin werden wir den Eintrag und die Eintragswege der Spurenmetalle über Staub (Wüste Namib), Sediment und große Flüsse (hauptsächlich Orange und Kongo) erfassen. Den Abschluss der Projektarbeiten wird die Verteilung der Spurenmetalle in der gesamten Wassersäule im offenen Ozean des Südostatlantiks als Funktion der großskaligen Ozeanzirkulation und Wassermassenmischung sein; diese Arbeiten werden in enger Kooperation mit J. Scholten und M. Frank (Kiel) stattfinden, die einen komplementären Antrag einreichen. Die Arbeiten dieses Projektes haben eine Bedeutung für das globale Verständnis der Rolle unterschiedlicher Prozesse, die die chemischen Umweltbedingungen im Ozean, mit dem Fokus auf Spurenmetalle, steuern und in denen die Ökosysteme funktionieren.

Einrichtung und Betrieb einer Sauerstoffanreicherungsanlage in einem Wasserkraftwerk

Zweck und Ziel: Bei der Einfuehrung der Abflussregelung des Mains hat die WSV dafuer zu sorgen, dass der Mindestsauerstoffgehalt an der Stauhaltung der WSV-Wasserkraftwerke mindestens 5 g/m3 betraegt. Nach den kontinuierlich gemessenen Sauerstoffwerten der letzten 5 Jahre ist dies nicht immer gewaehrleistet und daher eine kuenstliche Sauerstoffanreicherung erforderlich. Nach den Erfahrungen und Untersuchungen der BfG soll ein Sauerstoffanreicherungssystem geschaffen werden, welches nachtraeglich in Wasserkraftwerke eingebaut werden kann. Dabei wird ein optimaler und moeglichst kostenguenstiger Betrieb der Anlage angestrebt. Ausfuehrung: 1. Datenerhebung von Sauerstoffmesswerten; 2. Ermittlung von Grundlagen (Modellversuche) fuer die Sauerstoffanreicherungsanlage; 3. Dimensionierung der Anlage aufgrund der Datenerhebung; 4. Aufstellen eines genehmigungsfaehigen Entwurfes und Beratung bei der Ausschreibung; 5. Durchfuehrung eines Messprogrammes zur Erprobung und Optimierung der Anlage, sowie Erstellung einer Betriebsanleitung. Ergebnisse: Fuer die Dimensionierung der Sauerstoffanreicherungsanlagen in den WSV-Wasserkraftwerken Eddersheim und Griesheim wurden die kontinuierlichen Sauerstoffmessungen der LfU von der BfG aufbereitet. Der nachtraegliche Einbau dieser Anlagen machte es erforderlich, ein voellig neues Eintragssystem zu entwickeln, was mit geringem Wartungsaufwand und guenstigen Betriebskosten betrieben werden kann. Hierfuer wurden von der BfG ausfuehrliche Grundsatzuntersuchungen im Modellmassstab durchgefuehrt. Nach den Untersuchungsergebnissen und Berechnungen ist die Anlage konzipiert worden und kann vollautomatisch betrieben werden. Dem

Diffusion von Tritium

Wasserstoff zeigt im Vergleich zu anderen Elementen eine sehr hohe Beweglichkeit in Metallen. Allerdings werden bei der Bestimmung der Diffusionskoeffizienten oftmals erhebliche systematische Fehler beobachtet. So weichen die von verschiedenen Arbeitsgruppen fuer die Wanderung von Wasserstoff in Zirkon bestimmte Diffusionskoeffizienten im mittleren Temperaturbereich von 200 - 600 Grad C bis zu etwa zwei Groessenordnungen voneinander ab. Es schien moeglich, dass diese Abweichungen auf den Einfluss sauerstoffhaltiger Oberflaechenschichten zurueckzufuehren sind, da der Wasserstoff bei allen bisherigen Untersuchungen durch mindestens eine solche Schicht hindurchdiffundieren musste. Die Diffusionskoeffizienten fuer Tritium in diesen Oberflaechenschichten sind im Vergleich zur Beweglichkeit im Metall um mehr als sieben Groessenordnungen kleiner, so dass bereits duenne Schichten eine erhebliche Verzoegerung in der Diffusion bewirken koennen. Es wurde deshalb eine neue Methode entwickelt, bei der die Diffusion in den Oberflaechenschichten vermieden wird. Ausserdem wurde der Einfluss der Sauerstoff-Konzentration auf die Beweglichkeit von Tritium in Zircaloy bestimmt. Diese Arbeiten, welche auch fuer die Kernbrennstoff-Wiederaufbereitung von erheblicher Bedeutung sind, werden fortgesetzt. Im Vordergrund stehen dabei die Untersuchungen ueber den Einfluss von Fremdstoffen und Strahlenschaeden auf die Tritium-Diffusion in Zirkon und Zirkon-Legierungen.

Mathematische Guetemodelle zur Prognose des Stoffhaushalts von Fliessgewaessern

Zweck und Ziel: Simulation und Prognose des Stoffhaushaltes abwasserbelasteter Fliessgewaesser zur Beurteilung der Auswirkungen wasserwirtschaftlicher und wasserbaulicher Massnahmen, einschliesslich Eutrophierungserscheinungen und Auswirkungen von Verklappungsmassnahmen. Ausfuehrung: Weiterentwicklung des von Dr. G. Huthmann in der BfG aufgebauten Modells, welches weitgehend empirische Zusammenhaenge verwendet, zu einem fuer verschiedene Anwendungen aussagekraeftigen Modell. Dabei werden die biologischen Vorgaenge - soweit erforderlich - mit Hilfe deterministischer Ansaetze formuliert. Die Modellentwicklung enstsprechend den Ergebnissen von Gewaesseruntersuchungen, Laborexperimenten und Literaturstudien. Ergebnisse: Das Modell besteht jetzt aus einem hydrologischen Modell, einem Temperaturmodell und dem eigentlichen Guetemodell. Folgende Stoffkonzentrationen werden berechnet: C-BSB5 (Biochemischer Sauerstoffbedarf der organischen Kohlenstoffverbindungen), CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf, Bichromatoxidation), organischer Stickstoff, Ammoniumstickstoff, Nitratstickstoff, geloester Phosphor, ungeloester Phosphor, geloester Sauerstoff, Truebung. Ferner werden die Biomassen derjenigen langsam wachsenden Organismen berechnet, welchen einen wesentlichen Einfluss auf den Stoffhaushalt ausueben (Nitrifikanten, Algen, Zooplankter). Neuere Guetemodellrechnungen zum Sauerstoffhaushalt der Saar nach Ausbau zeigen, dass besonders in den Sommermonaten in den mittleren Stauhaltungen Lisdorf, Rehlingen und Mettlach mit Sauerstoffmangelsituationen zu rechnen ist. Um Fischsterben zu vermeiden, muss deshalb - beim jetzigen Sanierungszustand der Einleiter - kuenstlich

Trends in der Makrofaunabesiedlung von Sand- und Schlickboeden im Sublitoral der Deutschen Bucht als Anzeichen langfristiger Milieuveraenderungen: Rueckgang in der Artenmannigfaltigkeit. Veraenderlichkeit der Bodenfauna in der Deutschen Bucht

Forschungen ueber die Veraenderungen der sand- und schlickbewohnenden Bodenfauna, insbesondere ueber einen schon mehrere Jahre andauernden Verarmungstrend im Gebiet vor Elbe- und Wesermuendung. Herausarbeitung grundsaetzlicher Unterschiede bei Schlick- und Sandfauna, insbesondere im Hinblick auf Sauerstoffverhaeltnisse und Substratveraenderungen durch Sturmeinfluesse. Forschungen ueber die Veraenderungen der sand- und schlickbesiedelte Bodenfauna in der Deutschen Bucht ueber lange Zeitraeume an Dauerstationen (Populations- und Assoziationsdynamik). Durch internationale Zusammenarbeit (europaeische LOST-Aktion 47) sollen ueberregional wirksame Einflussgroessen und Entwicklungen in den Tierbestaenden erkannt und in ihrer Bedeutung abgeschaetzt werden, so dass vom Menschen bedingte Veraenderungen sicherer beurteilt werden koennen. Die Forschungen zur Populationsdynamik dienen darueber hinaus zur Abschaetzung von Produktionsleistungen wichtiger Benthosarten.

Messstelle 2515 Ingelheim am Rhein, Quelle in der Floßwiese (Messstellen-Nr: 2517221100)

Die Messstelle 2515 Ingelheim am Rhein, Quelle in der Floßwiese in Rheinland-Pfalz dient der Überwachung von Quellen. An der Messstelle werden Zeitreihen abiotischer Parametern gemessen.

Messstelle 1452 Böhl-Iggelheim, Böhl (Messstellen-Nr: 2391264500)

Die Messstelle 1452 Böhl-Iggelheim, Böhl in Rheinland-Pfalz dient der Überwachung von Grundwasserstände. Zeitreihen abiotische Parameter werden derzeit nicht gemessen.

Messstelle 1235 Harthausen (Messstellen-Nr: 2378111700)

Die Messstelle 1235 Harthausen in Rheinland-Pfalz dient der Überwachung von Grundwasserstände. Zeitreihen abiotische Parameter werden derzeit nicht gemessen.

Messstelle 1457 I Bruchweiler-Bärenbach (Messstellen-Nr: 2372102400)

Die Messstelle 1457 I Bruchweiler-Bärenbach in Rheinland-Pfalz dient der Überwachung von Grundwasserstände. Zeitreihen abiotische Parameter werden derzeit nicht gemessen.

Messstelle 3040 I Heltersberg, Johanniskreuz (Messstellen-Nr: 2642100500)

Die Messstelle 3040 I Heltersberg, Johanniskreuz in Rheinland-Pfalz dient der Überwachung von Grundwasserstände. Zeitreihen abiotische Parameter werden derzeit nicht gemessen.

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