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Untersuchung des Einflusses vulkanischer Eruptionen auf stratosphärische Aerosole und den Strahlungsantrieb

Das Projekt VolARC ist eines von fünf Projekten des Antrags für die zweite Phase der DFG Forschungsgruppe VolImpact (FOR 2820), deren erste Phase im Frühjahr 2019 begann. VolARC befasst sich mit wichtigen und offenen Fragen vulkanischer Effekte auf stratosphärische Aerosole und deren Einfluss auf die Strahlungsbilanz des Erdsystems. Basierend auf den Arbeiten der laufenden Phase I sollen in Phase II folgende drei Themen bearbeitet werden:(1) Konsolidierung des Verständnisses der Entwicklung stratosphärischer Aerosolparameter nach Vulkanausbrüchen und Untersuchung der Gründe für die verbleibenden Unterschiede zwischen beobachteten und modellierten stratosphärischen Aerosolparametern (Aerosolextinktionsprofile, optische Tiefe und insbesondere die Teilchengrößenverteilung stratosphärischer Aerosols), sowie Behebung der Ursachen für die Unterschiede. Insbesondere die zeitliche Entwicklung der Aerosolgrößenverteilung soll besser verstanden werden. (2) Untersuchung des Einflusses von Modellauflösung und Transport auf die Entwicklung vulkanischer Aerosolwolken in der Stratosphäre. In Phase II wird ein “Seamless Simulation”-Ansatz verwendet, der mittels mehrerer Nests eine konsistente Modellierung aller relevanten Prozesse auf den entsprechenden Skalen ermöglicht, von der initialen Entwicklung der Vulkanwolke bis hin zu globalen und längerfristigen Skalen. (3) Untersuchung der Fähigkeit von Limb- und Okkultationsinstrumenten, vulkanische Sulfataerosole in der Stratosphäre nach stärkeren Vulkanausbrüchen zu erfassen. Bereits bei relativ moderaten optischen Tiefen wird die Sichtlinie in Limb-Geometrie optisch dicht und eine robuste Bestimmung der Aerosolextinktion problematisch. Außerdem wird untersucht, ob aktuelle Satelliteninstrument in der Lage sind, eine im Rahmen von Geoengineering Aktivitäten künstliche verstärkte stratosphärische Aerosolschicht zu erfassen und zu überwachen. Diese Themen werden durch die Synergy globaler Satellitenbeobachtung stratosphärischer Aerosolparameter im optischen Spektralbereich und globaler Modellsimulationen mit expliziter Aerosolmikrophysik untersucht. Wir werden u.a. unsere eigenen Algorithmen verwenden um aus Messungen vergangener, aktueller und zukünftiger Satelliteninstrumente (bsp. OMPS-LP, SAGE III and SCIAMACHY) Aerosolparameter abzuleiten. Die Modellsimulationen werden hauptsächlich mit ICON-ART durchgeführt, aber auch MAECHAM-HAM-Simulationen werden zum Vergleich mit Messdaten und ICON-ART-Simulationen zum Einsatz kommen. Das VolARC-Projekt ist sehr gut mit den anderen vier VolImpact-Projekten vernetzt, insbesondere durch die definierten übergreifenden Forschungsthemen an denen jeweils mehrere VolImpact-Projekte beteiligt sind. Diese Themen sind: (1) die Aerosolteilchengrößenverteilung, (2) vulkanische H2O-Injektionen in die mittlere Atmosphäre und (3) Strahlungsantrieb durch vulkanische Effekte. Darüber hinaus wird VolARC alle Aktivitäten zur Seamless-Simulation in VolImpact koordinieren.

Sind permeable Sedimente in Küstengebieten Hotspots für die Bildung von nicht-flüchtigem gelöstem organischem Schwefel (DOS) im Meer?

Organische Schwefelkomponenten sind abundant in marinen Sedimenten. Diese Verbindungen werden v.a. durch die abiotische Reaktion anorganischer Schwefelverbindungen mit Biomolekülen gebildet. Wegen seiner Bedeutung für globale Stoffkreisläufe, für die Nutzung von Erdöllagerstätten und für die Erhaltung des Paleorecords, gibt es eine Vielzahl von Studien zum Thema. Sehr wenig Aufmerksamkeit wurde allerdings wasserlöslichen Komponenten geschenkt, die beim Prozess der Sulfurisierung entstehen und als gelöster organischer Schwefel (DOS) in die Meere gelangen können. Anhand der wenigen verfügbaren Informationen ist Schwefel vermutlich das dritthäufigste Heteroelement im gelösten organischen Material (DOM) der Meere, nach Sauerstoff und Stickstoff. Einige Schwefelverbindungen, insbesondere Thiole, sind für die Verbreitung von Schadstoffen aber auch essenzieller Spurenstoffe verantwortlich. Wichtige klimarelevante Schwefelverbindungen entstehen aus DOS. Daher spielt der marine DOS-Kreislauf eine Rolle für die Meere und Atmosphäre. Trotz seiner Bedeutung sind die Quellen marinen DOS, seine Umsetzung im Meer und Funktion für Meeresbewohner unbestimmt. Auch ist die molekulare Zusammensetzung von DOS unbekannt. In diesem Projekt werden wir Pionierarbeit in einem neuen Forschungsfeld der marinen Biogeochemie leisten. Wir wollen grundlegende Fragen bzgl. der Bildung und Verteilung von nicht-flüchtigem DOS im Meer beantworten. Unsere wichtigsten Hypothesen:* Bildung von DOS:(1) Sulfatreduzierende Sedimente sind wesentlich für die Bildung von DOS.(2) Reduzierte Schwefelverbindungen (v.a. Thiole) dominieren in Zonen der DOS-Entstehung.(3) DOS wird v.a. über abiotische Sulfurisierung in der Frühdiagenese gebildet.* Transport und Schicksal von DOS im Ozean:(4) DOS wird von sulfat-reduzierenden intertidalen Grundwässern an das Meer abgeben.(5) In der Wassersäule oxidiert DOS schnell (z.B. zu Sulfonsäuren).(6) DOS aus intertidalen Sedimenten ist in oxidierter Form auf den Kontintentalschelfen stabil.Neben dem wissenschaftlichen Ziel der Beantwortung dieser Hypothesen, wird das Projekt drei Promovierenden (eine in Deutschland und zwei in Brasilien) die außergewöhnliche Gelegenheit bieten, ihre Doktorarbeiten im Rahmen eines internationalen Projektes durchzuführen. Wir werden die Stärken beider Partner in Feld- und Laborstudien und Elementar-, Isotopen- und molekularen Analysen kombinieren. Wir werden unterschiedliche Regionen im deutschen Wattenmeer und in brasilianischen Mangroven (Rio de Janeiro and Amazonien) beproben, sowie die benachbarten Schelfmeere. Sulfurisierungsexperimente werden die Feldstudien ergänzen. Zur quantitativen Bestimmung und molekularen Charakterisierung von DOS werden wir neue Ansätze anwenden, die von den beiden Arbeitsgruppen entwickelt wurden. Dabei kommen u.a. ultrahochauflösende Massenspektrometrie (FT-ICR-MS), und andere massenspektrometrischen und chromatographischen Methoden zu Anwendung.

Sonderforschungsbereich Transregio 129 (SFB TRR): Oxyflame - Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre, Teilprojekt A03: Experimentelle Bestimmung von Reaktionskinetiken zur Freisetzung von Chlor- und Schwefelverbindungen und zur Umwandlung der Spezies in der Gasphase

In Teilprojekt A3 werden Modelle zur Beschreibung der Chlor- und Schwefelchemie bei der Oxyfuel-Verbrennung entwickelt, mit denen die Bildung Cl- und S-haltiger Minoritätenspezies vorhergesagt werden kann, um so die Rückwirkung von Cl- und S-haltigen Spezies auf die Verbrennung zu berücksichtigen. Experimentellen Untersuchungen hierzu erfolgen in einem Flugstromreaktor sowie mittels thermogravimetrischer Analyse. Eine extraktive Messtechnik mit Massenspektrometer für hochreaktive S- und Cl-Spezies wird entwickelt und erprobt.

Schwefelverbindungen in der Atmosphaere

Dieses Projekt umfasst zum einen Untersuchungen zur Verweilzeit des SO2 in der Atmosphaere, zum anderen die Messung sehr niedriger SO2 und H2S Konzentrationen. Zur Bestimmung des Ausscheidungsgrades des SO2 am Boden wurden Vertikalprofile (parallel zu Feuchte und Windprofilen) an einem meteorologischen Turm aufgenommen; zur Untersuchung der Oxidationsgeschwindigkeit wurde die Schwefel-38 Aktivitaet (Halbwertszeit 4 h, Produktion durch Hoehenstrahlung) im SO2 und Sulfat gemessen.

Waldzustand: Kronenverlichtung

<p> <p>Wälder sind Lebensraum für Pflanzen und Tiere, filtern Schadstoffe aus der Luft, schützen vor Erosion und Lawinen, wirken regulierend im Wasserhaushalt, dienen dem Menschen als Ort für Erholung und liefern den Rohstoff Holz. Diese vielfältigen Funktionen im Naturhaushalt und für den Menschen können nur gesunde Wälder erfüllen. Die Kronenverlichtung zeigt den Gesundheitszustand von Waldbäumen an.</p> </p><p>Wälder sind Lebensraum für Pflanzen und Tiere, filtern Schadstoffe aus der Luft, schützen vor Erosion und Lawinen, wirken regulierend im Wasserhaushalt, dienen dem Menschen als Ort für Erholung und liefern den Rohstoff Holz. Diese vielfältigen Funktionen im Naturhaushalt und für den Menschen können nur gesunde Wälder erfüllen. Die Kronenverlichtung zeigt den Gesundheitszustand von Waldbäumen an.</p><p> Ergebnisse der Waldzustandserhebung <p>Die Abbildung „Entwicklung der mittleren Kronenverlichtung“ zeigt die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/mittlere-kronenverlichtung">mittlere Kronenverlichtung</a> für die vier Hauptbaumarten (Fichte, Kiefer, Buche, Eiche) in deutschen Wäldern sowie für die Kategorie „Gesamt/alle Baumarten“. Diese erfasst neben den Hauptbaumarten auch andere Laub- und Nadelbaumarten. Je kleiner die Werte für die Kronenverlichtung ausfallen – also je belaubter oder benadelter die Baumkronen – desto besser ist der Kronenzustand. Während bei den meisten Baumarten in den Jahren von 1990 bis 2017 überwiegend kein klarer Trend der Verbesserung oder Verschlechterung des Kronenzustands zu erkennen war, erhöhte sich die Kronenverlichtung in den Folgenjahren bis 2020 deutlich und ist auch aktuell auf einem vergleichbar hohen Niveau. Im Jahr 2024 lag die mittlere Kronenverlichtung der Buche bei 29&nbsp;%; bei der Eiche bei 29&nbsp;%. Die Fichte wies eine mittlere Kronenverlichtung von 27&nbsp;% auf. Die Kiefer ist seit Beginn der 1990er Jahre die Hauptbaumart mit der geringsten Kronenverlichtung. Die mittlere Kronenverlichtung der Kiefer betrug im Jahr 2024 rund 23&nbsp;%. Weitere Informationen zur Kronenverlichtung und zum Waldzustand finden Sie in den vom Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/bmleh">BMLEH</a>) veröffentlichten Themenseite zur <a href="https://www.bmleh.de/DE/themen/wald/wald-in-deutschland/waldzustandserhebung.html">Waldzustandserhebung</a> (WZE).</p> <p>Im Jahr 2020 erreichte die Kategorie „Gesamt/alle Baumarten“ den bislang höchsten Wert für die mittlere Kronenverlichtung seit Beginn der Erhebung im Jahr 1984. Durch die feuchtere <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/witterung">Witterung</a> des Jahres 2021 hat sich der Zustand der Kategorie „Gesamt/alle Baumarten“ leicht verbessert. Es ist jedoch nicht von einer generellen Erholung auszugehen, da die Waldökosysteme vielerorts langfristig geschädigt sind. Die mittlere Kronenverlichtung der Laubbäume liegt aktuell innerhalb der Schwankungsbreite der letzten 20 Jahre. Bei den Arten Kiefer und Fichte hat die mittlere Kronenverlichtung seit 2017 stark zugenommen.</p> <p>Die in einigen Regionen Deutschlands eingetretenen schweren Waldschäden durch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/duerre">Dürre</a> und Schädlingsbefall werden durch den <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/indikator">Indikator</a> „mittlere Kronenverlichtung“ nicht abgebildet. Die noch nie so hohen Absterberaten der Fichte im Jahr 2020, wie in den <a href="https://www.bmleh.de/SharedDocs/Downloads/DE/_Wald/ergebnisse-waldzustandserhebung-2020.html">Ergebnissen der Waldzustandserhebung 2020</a> dokumentiert, gaben jedoch einen Hinweis darauf.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/2_abb_kronenverlichtung_2025-08-29.png"> </a> <strong> Entwicklung der mittleren Kronenverlichtung </strong> Quelle: Umweltbundesamt aus Daten des Bundesministeriums für Landwirtschaft / Ernährung und Heimat Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_abb_kronenverlichtung_2025-08-29.pdf">Diagramm als PDF (376,15 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_abb_kronenverlichtung_2025-08-29.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (30,45 kB)</a></li> </ul> </p><p> Ursachen der Kronenverlichtung als Wirkungskomplex <p>Generell lassen sich die Kronenverlichtung und andere Schadsymptome an Waldbäumen nicht eindeutig auf einzelne Einflussfaktoren zurückführen. Es ist davon auszugehen, dass immer verschiedene abiotische und biotische, also vom Menschen verursachte und natürliche Faktoren als Schadursachen zusammenwirken. Wichtige Einflussgrößen sind:</p> <ul> <li>Die atmosphärische <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/deposition">Deposition</a> (Ablagerung) von Stickstoff- und Schwefelverbindungen und die damit verbundenen Bodenveränderungen – vor allem <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/versauerung">Versauerung</a> und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/eutrophierung">Eutrophierung</a> (Nährstoffanreicherung);</li> <li>die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/witterung">Witterung</a> (zum Beispiel lange Trockenperioden);</li> <li>Insekten- und Krankheitsbefall;</li> <li>andere biologische Ursachen, wie die überdurchschnittliche Ausbildung von Früchten (zum Beispiel in sog. Mastjahren bei Eiche und Buche), die zur lichteren Ausbildung der Baumkrone führen;</li> <li>das Alter des Baumes: ältere Bäume sind in der Regel stärker verlichtet als jüngere.</li> </ul> <p>Die einzelnen Faktoren wirken nicht unabhängig voneinander: So können zu hohe Stickstoffeinträge das Wachstum von Bäumen fördern, aber auch die Anfälligkeit gegenüber Witterungsextremen sowie Insekten- und Krankheitsbefall erhöhen. Auch der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/klimawandel">Klimawandel</a> dürfte die Wirkung der einzelnen Faktoren beeinflussen.</p> </p><p> Methodik der Waldzustandsbewertung <p>Die Bundesländer erheben jährlich den Waldzustand auf einem systematischen Stichprobennetz im Raster von 16 × 16 Quadratkilometer. Das Thünen-Institut für Waldökosysteme berechnet daraus das Ergebnis für Deutschland insgesamt. Um den Gesundheitszustand der einbezogenen Probebäume zu bewerten, schätzen Forstexperten vom Boden aus die Nadel- oder Blattverluste als Abweichungen von voll belaubten Baumkronen ein. Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/mittlere-kronenverlichtung">mittlere Kronenverlichtung</a> ist der gewichtete Mittelwert der in 5-Prozent-Stufen geschätzten Kronenverlichtung aller Probebäume. Daneben werden weitere Schadsymptome erfasst. Die Erhebung erfolgt nach dem bundesweit abgestimmten <a href="https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/dn059504.pdf">Leitfaden</a> zur Waldzustandserhebung.</p> <p>Ein Teil der Daten wird an das Internationale Kooperativprogramm zur Bewertung und Überwachung der Wirkung von Luftschadstoffen auf Wälder (ICP Forests) der Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/unece">UNECE</a>) übermittelt. Das dafür europaweit abgestimmte Erhebungsverfahren wird in Teil IV des <a href="https://www.icp-forests.net/monitoring-and-research/icp-forests-manual">Methodenhandbuchs </a>des ICP Forests näher beschrieben.</p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Untersuchungen zum Einsatz von Druckluft als umweltschonendes Kuehlmittel beim Einlippen- und Zweilippenbohren

Durch Einlippentiefbohren (ELB) koennen tiefe Bohrungen mit kleineren Durchmessern hergestellt werden. Der Durchmesserbereich betraegt zZt 0,9 bis 40 mm. Die Bohrtiefe kann ca das 50 bis 100-fache des Bohrungsdurchmessers erreichen. Zur Kuehlung und Schmierung der Schneiden und Stuetzleisten eines ELB-Werkzeuges wird durch den Werkzeugschaft ueblicherweise ein fluessiger Kuehlschmierstoff gefoerdert, der mit Spaenen vermischt aussen in einer Sicke des Schaftes abfliesst und so einen kontinuierlichen Bohrvorgang ermoeglicht. Aufgrund der hohen Kosten fuer die Kuehlschmierstoffanlage und fuer die Beschaffung, Pflege und Entsorgung von konventionellen Kuehlschmierstoffen sowie der Behandlung der Werkstuecke und Spaene besteht in der Industrie die Forderung, ohne Tiefbohroele oder -emulsionen tiefzubohren. Hinzu kommt neben der Forderung nach einer Erhoehung der Wirtschaftlichkeit auch der Wunsch nach gesteigerter Umweltvertraeglichkeit der Fertigung sowie die modifizierte Umweltschutzgesetzgebung. Aus diesen Gruenden wird am Institut fuer Spanende Fertigung versucht, die bisher verwendeten Mineraloele mit den teilweise toxischen Additiven - Chlor-, Phosphor- und Schwefelverbindungen - zu substituieren, um die weitere Verbreitung umweltfeindlicher Fertigungshilfstoffe zu verhindern. Dazu koennen entweder konsequentes Trockenbohren, ein Minimalmengenkonzept oder biologisch abbaubare Kuehlschmierstoffe eingesetzt werden. In den bisher durchgefuehrten Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass Einlippentiefbohren von Grauguss mit Druckluft als Kuehlmittel moeglich ist. Eine Verbesserung der Verschleissbestaendigkeit wird jedoch durch eine zusaetzliche...

Entschwefelung von anellierten Thiophenen

Mit Oxidationsreaktionen soll die Entschwefelung anellierter Thiophene nach 1) und auch anderer Systeme, die Modellsubstanzen fuer Schwefelverbindungen in hoeheren Erdoelfraktionen sind, studiert werden. Die Entschwefelungsprodukte sollen durch spektroskopische und chromatographische Daten, insbesondere durch MS- und HPLC-Daten charakterisiert werden.

Methodenentwicklung zur Charakterisierung von Wärmespeichermaterialien für die sensible Wärmespeicherung in der Industrie bei Temperaturen von 300 °C - 800 °C

Bestimmung von Schadstoffen in der Umwelt und Untersuchungen ihrer Wanderung, Wirkung und Umwandlung

Entwicklung massenspektrometrischer Verfahren zur Bestimmung von Luftschadstoffen. Luftschadstoffmessung Quecksilber, halogenierter Kohlenwasserstoffe, organischer Schwefelverbindungen.

Messungen im Rahmen des ECE-Programmes ueber den weitraeumigen Transport von Luftverunreinigungen

Die Hintergrundmesstelle Illmitz dient zur Erfassung der Hintergrundbelastung im Osten Oesterreichs bezueglich Schwefelverbindungen. Die Messungen erfolgen im Rahmen des europaweiten EMEP-Messprogrammes der ECE. Die Daten dienen als Grundlage zur Erstellung und Verifizierung von Ausbreitungsmodellen fuer den Schadstofftransport. Darueber hinaus dienen sie zur Kontrolle der Erfuellung der internationalen Vereinbarung zur Reduktion der SO2- und NOx-Emissionen. Eine Erweiterung des Programmes auf Stickstoffverbindungen ist in Ausarbeitung. An Messtellen in St. Koloman (Salzburg) und Achenkirch (Tirol) erfolgen Analysen des Niederschlages auf die sauren Bestandteile. Auch diese Daten werden der internationalen Zentrale des Programmes, die sich in Norwegen befindet, uebermittelt.

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