Degradation of particulate organic carbon (POC) such as leaf litter might deplete dissolved oxygen within the upper layers of bank filtration, an efficient and robust barrier for pathogens and for various organic micro-pollutants (OMP) in water supply systems worldwide. The degradation of OMP during bank filtration depends on the redox conditions. The present study aimed at identifying the impacts and fates of different local leaves on the oxygen consumption and the possible biological degradation of indicator OMP. Oxygen concentrations initially decreased within the columns from around 8 mg/L in the influent to low concentrations indicating extensive consumption within a short travel distance. Still a substantial oxygen consumption was observed after 250 days. OMP concentrations were not significantly affected by the microbial processes. A layer of calcium carbonate crystallites was observed on the POC layer. Some leaf fragments appeared to be persistant towards degradation and the carbon content relative to nitrogen and sulfur contents decreased within 250 days. The results demonstrate that trees at bank filtration sites might have a strong long-term impact on the subsurface redox conditions. © 2018 Elsevier Inc. All rights reserved.
Das Projekt "Aerobic mikrobielle Aktivität in der Tiefsee abyssal Ton" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Fakultät für Geowissenschaften, Department für Geo- und Umweltwissenschaften durchgeführt. Meeressedimente enthalten schätzungsweise größer als 10^29 mikrobielle Zellen, welche bis zu 2.500 Meter unter dem Meeresboden vorkommen. Mikrobielle Zellen katabolisieren unter diesen sehr stabilen und geologisch alten Bedingungen bis zu einer Million mal langsamer als Modellorganismen in nährstoffreichen Kulturen und wachsen in Zeiträumen von Jahrtausenden, anstelle von Stunden bis Tagen. Aufgrund der extrem niedrigen Aktivitätsraten, ist es eine Herausforderung die metabolische Aktivität von Mikroorganismen unterhalb des Meeresbodens zu untersuchen. Die Transkriptionsaktivität von diesen mikroben kann seit Kurzem metatranskriptomisch untersucht werden, z.B. durch den Einsatz von Hochdurchsatzsequenzierung von aktiv transkribierter Boten-RNA (mRNA), die aus Sedimentproben extrahiert wird. Tiefseetone zeigen ein Eindringen von Sauerstoff bis zum Grundgebirge, welches auf eine geringe Sedimentationsrate im ultra-oligotrophen Ozean zurückzuführen ist. Der Sauerstoffverbrauch wird durch langsam respirierende mikrobielle Gemeinschaften geprägt, deren Zellzahlen und Atmungsraten sehr niedrig gehalten werden durch die äußerst geringe Menge organischer Substanz, die aus dem darüber liegendem extrem oligotrophen Ozean abgelagert wird. Die zellulären Mechanismen dieser aeroben mikroben bleiben unbekannt. Im Jahr 2014 hat eine Expedition erfolgreich Sedimentkerne von sauerstoffangereichertem Tiefseeton genommen. Vorläufige metatranskriptomische Analysen dieser Proben zeigen, dass der metatranskriptomische Ansatz erfolgreich auf die aeroben mikrobiellen Gemeinschaften in diesen Tiefseetonen angewendet werden kann. Wir schlagen daher vor diese Methode mit einem hohen Maß an Replikation, in 300 Proben von vier Standorten, anzuwenden. Dieser Einsatz wird es uns ermöglichen, Hypothesen in Bezug auf zelluläre Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens, mit einer beispiellosen statistischen Unterstützung, zu testen.Wir warden den aeroben Stoffwechsel, welcher die langfristige Existenz von Organismen in Tiefseetonen unterstützt, bestimmen, Subsistenzstrategien identifizieren in aeroben und anaeroben Gemeinden unterhalb des Meeresbodens, und extrazelluläre Enzyme und ihr Potenzial für den organischen Substanzabbau charakterisieren. Die folgenden Fragen werden damit beantwortet: Wie das Leben im Untergrund über geologische Zeiträume unter aeroben Bedingungen überlebt? Was die allgegenwärtigen und einzigartigen Mechanismen sind, die langfristiges Überleben in Zellen unter aeroben und anaeroben Bedingungen fördert? Was die Auswirkungen von Sedimenttiefe und Verfügbarkeit von organischer Substanz auf die mikrobielle Produktion von extrazellulären Hydrolasen unter aeroben und anaeroben Bedingungen sind? Dies wird sowohl ein besseres Verständnis dafür liefern, wie mikrobielle Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens verteilt sind und was ihre Rolle in biogeochemischen Zyklen ist, als auch wie das Leben über geologische Zeiträume unter extremer Energiebegrenzung überlebt.
Das Projekt "Highly-resolved imaging in artificial and natural soils to yield dynamics and structure of interfaces from oxygen, pH and water content" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Potsdam, Institut für Erd- und Umweltwissenschaften durchgeführt. In soils and sediments there is a strong coupling between local biogeochemical processes and the distribution of water, electron acceptors, acids, nutrients and pollutants. Both sides are closely related and affect each other from small scale to larger scale. Soil structures such as aggregates, roots, layers, macropores and wettability differences occurring in natural soils enhance the patchiness of these distributions. At the same time the spatial distribution and temporal dynamics of these important parameters is difficult to access. By applying non-destructive measurements it is possible to overcome these limitations. Our non-invasive fluorescence imaging technique can directly quantity distribution and changes of oxygen and pH. Similarly, the water content distribution can be visualized in situ also by optical imaging, but more precisely by neutron radiography. By applying a combined approach we will clarify the formation and architecture of interfaces induces by oxygen consumption, pH changes and water distribution. We will map and model the effects of microbial and plant root respiration for restricted oxygen supply due to locally high water saturation, in natural as well as artificial soils. Further aspects will be biologically induced pH changes, influence on fate of chemicals, and oxygen delivery from trapped gas phase.
Das Projekt "Sauerstoffdynamik in großen Talsperren: Ein mechanistisches Verständnis zur Entstehung metalimnischer Sauerstoffminima?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Department Geographie und Geowissenschaften, Geozentrum Nordbayern, Lehrstuhl für Angewandte Geologie durchgeführt. Der gesunde und nachhaltige Umgang mit unseren Binnengewässern stellt eine Angelegenheit von höchstem öffentlichem Interesse dar. Gelöster Sauerstoff (DO) stellt eine Schlüsselgröße beim Wasserqualitätsmanagement in Seen und Stauhaltungen dar. Zu niedrige Konzentrationen begrenzen die Eignung für Trinkwasser und andere Nutzungen. Wir schlagen ein Forschungsprogramm von Wissenschaftlern aus führenden chinesischen und deutschen Institutionen in der Gewässerforschung vor, um die Dynamik des Sauerstoffs in Standgewässern in Raum und Zeit besser zu verstehen. Sowohl numerische Simulationsprogramme wie auch Feldmessprogramme und-experimente werden auf dem neuesten Stand eingesetzt. Von dieser Zusammenarbeit versprechen wir uns ein verbessertes Prozessverständnis, einen intensiven fachlichen Austausch zu modernen Methoden in Monitoring und Modellierung und schließlich detaillierte Einblicke, wie man neue Erkenntnisse in Wasser- und Talsperrenmanagement im jeweils anderen Land umsetzt. Sauerstoff reagiert sehr empfindlich auf Umweltstressoren, wie organische Verschmutzung, Eutrophierung oder Klimaänderung. Die Voraussage von Konzentrationsveränderungen stellt eine Herausforderung dar wegen der komplexen Verflechtung von ökologischen, biogeochemischen und physikalischen Vorgängen. Während man die Entwicklung von DO im Hypolimnion (Tiefenwasser) schon eingehender untersucht hat und viele Prozesse mit einiger Genauigkeit vorhersagen kann, versteht man bis heute die Entwicklung von DO im Metalimnion (d.h. in der Schicht zwischen dem warmen, oberflächennahen Epilimnion und dem kalten darunterliegenden Hypolimnion) weit weniger gut. Metalimnische Sauerstoffminima (MOM) sind sowohl aus Binnengewässern wie marinen Systemen bekannt. Sie entstehen aus einer Kombination von erhöhtem Sauerstoffbedarf und eingeschränktem vertikalem Austausch. Über die Ursachen für den erhöhten Sauerstoffbedarf im Metalimnion ist man sich nicht völlig im Klaren und Prozesse wie eingetragenes allochthones Material, Sauerstoffzehrung an trüben Einträgen und schließlich die Zersetzung von sedimentierendem organischem Material werden diskutiert. Ziel dieses Projektes ist es, ein hochauflösendes DO-Monitoring in einer deutschen und einer chinesischen Talsperre (Rappbodetalsperrre und Panjiakou Reservoir) zu betreiben, wobei parallel verschiedene Feld- und Labormessungen zum Test der verschiedenen Hypothesen zu den Ursachen der Sauerstoffzehrung durchgeführt werden. Die Resultate aus den Feld- und Laborexperimenten sowie hochauflösenden Monitoringansätzen werden in mathematische Prozessbeschreibungen übergeführt und in 1D und 3D Seenmodelle eingefügt, um die Dynamik des DO in Abhängigkeit der hydrodynamischen und biogeochemischen Prozessen zu simulieren Seenmodelle verbinden. Die entwickelten Modelltools werden in Form von Open-Source-Codes frei zur Verfügung gestellt.
Das Projekt "Sauerstoffzehrung von Gewaessersedimenten und Sauerstoffproblem bei der Umlagerung von Baggermaterial im Tidebereich" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Gewässerkunde durchgeführt. Zweck und Ziel: Aufgabe ist es, die verkehrswasserwirtschaftlichen Rahmenbedingungen fuer die Umlagerung von Baggermaterial im Tidebereich (Ems-Weser-Aestuar) und im Brackwasser der Ostsee durch gezielte Untersuchungen zu quantifizieren und insbesondere Vorschlaege fuer eine Risikominderung zu formulieren. Ausfuehrung: Fuer die Frage nach der Auswirkung einer Umlagerung von Baggermaterial auf den Sauerstoffhaushalt sind folgende systematische Untersuchungen erforderlich: 1. Kartierung der zur Baggerung anstehenden Sedimente hinsichtlich ihrer Zehrungseigenschaften; 2. Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs von Baggermaterial in Suspension im Saug-Baggerbetrieb, einschliesslich der Sauerstoffzehrung des ueberfliessenden Spuelwassers; 3. In-situ-Messungen (Sauerstoffgehalt, Truebungskonzentration) bei der Baggerung und Umlagerung; 4. Erfassung der stoffwechseldynamischen Situation und Berechnungen zum Sauerstoffhaushalt im Tidebereich. Ergebnisse: Eine Reihe weiterer Sedimentuntersuchungen im Weser-Aestuar und an der Ostseekueste (Flensburger Foerde, Kieler Foerde, Hafen Neustadt) wurden gutachterlich bearbeitet. Es zeigt sich immer deutlicher, dass feinkoernige Sedimente aus dem inneren Teil der Ostseefoerden vielfach stark anaerob sind und dementsprechend eine hohe Sauerstoffzehrung aufweisen. Im Falle einer Umlagerung dieser Baggersedimente wird zur Minimierung negativer Auswirkungen auf den Sauerstoffhaushalt eine moeglichst kompakte Ablagerung empfohlen. Feinkoernige Sedimente aus dem Weser-Aestuar zwischen Brake und Bremerhaven sind hingegen weniger zehrungsintensiv und durchweg aerob.
Das Projekt "Der Sauerstoffverbrauch von Gefluegelembryonen als Indikator fuer Fitness, Reproduktionsleistung und Verhalten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Tierzucht und Haustiergenetik durchgeführt. Sauerstoffverbrauch und mitochondriale Atmungsaktivitaet verschiedener Gewebe koennen als Kenngroessen des konstitutionellen Leistungsniveaus von Tieren dienen.Das Forschungsvorhaben soll Zusammenhaenge zwischen dem embryonalen Energiemetabolismus und dem Leistungsvermoegen im adulten Stadium aufzeigen. Das Interesse gilt insbesondere den Zusammenhaengen mitVitalitaet, Lege- und Mastleistung von Huehnern und Fasanen, aber auch den Beziehungen zu genetisch fixierten Verhaltensmerkmalen bei Japanischen Wachteln. Schliesslich dienen die Studien der Etablierung eines Systems zur Evaluierung der Einwirkung externer, chemischer und physikalischer Noxen toxikologischer und produktionstechnischer Natur auf den Gefluegelembryo. Die Untersuchungen werden an Bruteiern von Huehnern, Fasanen und Japanischen Wachteln durchgefuehrt. Die Erfassung des embryonalen Sauerstoffverbrauchserfolgt mit Hilfe einer eigens hierfuer entwickelten Variante der polarographischen Sauerstoffmessung mittels Clark- Zellen. Die Ergebnisse zeigen signifikante Zusammenhaenge zwischen embryonalem Sauerstoffverbrauch und den Schlupfraten, sowie den zu erwartenden Legeleistungen der adulten Tiere. Auch ein Zusammenhang mit genetisch determinierten Verhaltensmerkmalen bei Japanischen Wachteln konnte nachgewiesen werden. Moegliche Anwendungsbereiche der Methodik liegen in einer vorgezogenen und verkuerzten Leistungspruefung fuer Legehennen. Diese Moeglichkeit wird derzeit ueberprueft. Darueber hinaus laesst das System Moeglichkeiten zur Beurteilung chemisch- physikalischer Noxen und zur Optimierung von Produktionstechniken erwarten.
Das Projekt "Rekonstruktion des marinen Karbonatsystems während des letzten glazial-interglazialen Überganges aus Bor-Isotopen und -Konzentrationen Foraminiferen." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Störungen des Kohlenstoffkreislaufs, sowohl natürlichen als auch anthropogenen Ursprungs, führen zu globale Erwärmung, Ozeanversauerung (OA) und Sauerstoffzehrung des Tiefenwassers. Natürliche Störungen des Kohlenstoffkreislaufs sind als Hauptursache von mindestens 4 von 5 Massensterben in der Erdgeschichte identifiziert wurden (z.B. Hönisch et al, 2009, Bijma et al.., 2013).Anthropogene Aktivitäten setzten CO2 zehnmal schneller frei als jedes andere Ereignis in den letzten 65 Mio. Jahren - vielleicht sogar während der letzten 300 Mio Jahren. Dies macht den heutigen CO2 Ausstoß zu einer der größten gesellschaftlichen Herausforderungen. Um die Auswirkungen der anthropogenen Störungen vorhersagen zu können, ist es zwingend erforderlich, die natürlichen Speicher und Dynamik des Kohlenstoffsystems zu verstehen. Dies erfordert die genaue Rekonstruktion der marinen Karbonatchemie für Zeiträume mit natürlichen Änderungen. In diesem Projekt wollen wir Veränderlichkeit am Übergang Glazial/Interglazial untersuchen weil die Änderungen der Karbonatchemie in der gleichen Größenordnung wie heute lagen. Da das Reservoir an anorganischem Kohlenstoff im Ozean ungefähr 60 mal größer ist als das der Atmosphäre, sind Rekonstruktionen der Veränderungen der Kohlenstoffsenke/-speicherung in der Tiefsee ein Schlüssel, um die glazialen/interglazialen Schwankungen im atmosphärischen CO2 - wie sie in Eisbohrkernen beobachtet werden - zu erklären. Prozesse im Südozean, wo der Großteil des Tiefenwassers ventiliert wird, spielen hierbei vermutlich eine zentrale Rolle. Man vermutet, dass der träge glaziale Süd Ozean mehr Kohlenstoff einlagern konnte, die Biologische Pumpe effektiver war und dass eine höhere Wassermassen-Stratifizierung das Entweichen von CO2 in die Atmosphäre verringert hat. Nach dem glazialen Maximum wird mit dem Rückzug des Meereises die Tiefsee Kohlenstoff - Pumpe wieder mit der Atmosphäre verbunden und führt zu einer erhöhten CO2-Freisetzung. Bislang ist dies, wenn auch von Indizienbeweisen unterstützt, nur eine Hypothese, zum Beweis bedarf es der Rekonstruktionen der glazialen/interglazialen variierenden Karbonatchemie. Dies ist das übergreifende Ziel unseres Antrags. Auf dem Weg zur Rekonstruktion des glazialen/interglazialen Kohlenstoffpools liegen 3 Zwischenziele: 1) Rekonstruktion von Oberflächenwasser-Tiefsee- CO2-Gradienten, glaziale Kohlenstoffspeicherung und deglaziale Entgasung mittels Bor-Isotopen und B/Ca fossiler Foraminiferen als Hauptvariablen. 2) Erstellen der ersten Kalibrationen von Bor-Isotopen und B/Ca Ratio für Cibicides wuellerstorfi (Tiefseeforaminifere) unter in-situ Druck. 3) Entwicklung von analytischen Methoden, welche die Analyse von einzelnen Foraminiferen Schalen erlauben.
Das Projekt "Teilprojekt: Hochauflösende Simulation der Denitrifikation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Mathematik, Arbeitsgruppe Wissenschaftliches Rechnen durchgeführt. Auch in aeroben Böden finden Denitrifikationsprozesse statt, aller Voraussicht nach in heterogen verteilten anoxischen Mikrobereichen. Lokal anaerobe Bedingungen sind dabei entweder das Ergebnis einer limitierten Sauerstoffnachlieferung oder von besonders hohem Sauerstoffverbrauch bei der mikrobiellen Zersetzung von leicht abbaubarer organischer Substanz. Die Dynamik des Stickstoffumsatzes wird durch ein Zusammenspiel von mikrobieller Aktivität und abiotischen Bedingungen gesteuert, die eng mit der Bodenstruktur zusammenhängen. Denitrifikation ist ein Mehrskalenprozess, bei dem die biogeochemischen Prozess in einzelnen Poren stattfinden, während die relevante Skala für den Transport von Sauerstoff und organischer Substanz Millimeter bis Dezimeter ist. Schließlich werden für Klimasimulationen die aggregierten Produktflüsse für Gebiete mit einer Fläche von mindestens einigen Quadratkilometern benötigt. Diese enorme Spanne von mindestens drei Skalen über mehr als 9 Größenordnungen soll in diesem Projekt durch Modellierung und numerische Simulation mit einer Hierarchie von drei verschiedenen Modellen überbrückt werden. Ein dreidimensionales porenskaliges Modell wird zur Simulation einzelner Aggregate verwendet, ein ebenfalls dreidimensionales kontinuumskaliges Modell zur Simulation von Experimenten in Boden-Mesokosmen und ein drittes, eindimensionales Modell zum Testen von Upscaling-Konzepten, die später Eingang in Simulationen für ganze Landschaften finden sollen. Die Modelle werden mit Batchexperimenten parametrisiert und durch Untersuchung ihrer Fähigkeit zur Prognose der zeitlichen Dynamik der Denitrifikation und der Stöchiometrie der Produkte für Experimente mit unterschiedlichen Materialien (von künstlichen porösen Medien bis zu ungestörten Böden) und Randbedingungen validiert. Die Hierarchie von Modellen wird dann verwendet um verbesserte effektive Modelle der Denitrifikation auf der Macroskala zu entwickeln. Die betrifft insbesondere die Bildung, Ausdehnung und Auswirkung anaerober Mikrozonen.
Das Projekt "Toxizitaet hoher Fluoriddosen (Natriumfluorid) bei Ratten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wien, Institut für Allgemeine und Experimentelle Pathologie durchgeführt. Orale Dosen von Natriumfluorid (a. Einzeldosis von 100 mg/kg, b. tgl. Dosen von 30 mg/kg ueber eine Woche) werden an Ratten verabreicht. Wirkungen auf den Sauerstoffverbrauch und verschiedene Parameter des Fettstoffwechsels werden untersucht. Bisherige Hauptergebnisse: Die oben angegebenen Dosen hemmen die Lipolyse, steigern die Fettsaeuresynthese in der Leber und setzen den Grundumsatz signifikant herab.
Das Projekt "Aerobe Nachreinigung anaerob vorbehandelter Abwaesser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Wien, Institut für Wassergüte und Landschaftswasserbau durchgeführt. Anaerob vorbehandelte Abwaesser koennen nicht unmittelbar in Vorfluter eingeleitet werden. In jedem Fall muss noch eine aerobe Nachreinigung erfolgen. Dabei treten eine Reihe von Problemen auf (Faellungsreaktionen, Hemmwirkung von NH3, Geruchsprobleme, Schlammanfall, Sauerstoffverbrauch).
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 59 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 58 |
| unbekannt | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 1 |
| offen | 58 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 52 |
| Englisch | 14 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 49 |
| Webseite | 10 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 48 |
| Lebewesen & Lebensräume | 50 |
| Luft | 38 |
| Mensch & Umwelt | 59 |
| Wasser | 53 |
| Weitere | 59 |