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Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Paläoklimatische Indikatoren und zyklostratigraphische Untersuchungen der Sedimente des tropischen Lake Towuti's anhand geophysikalischer Bohrlochmessdaten

Eine Gruppe internationaler Wissenschaftler hat im Frühjahr 2015 an dem pazifischen Tropensee Towuti (Sulawesi, Indonesien) ein umfangreiches Forschungsprojekt begonnen. Aus einem vollständigen Sedimentprofil sollen die Umweltbedingungen der vergangenen fünf bis sechs Glazial-Interglazial-Zyklen (ca. 650.000 Jahre) untersucht und die tektonische und evolutionäre Geschichte des Sees erforscht werden. Vorstudien an seebodennahen Sedimenten zeigten, dass Klimaschwankungen von niederschlagsreichen (warmen) zu trockenen (kalten) Perioden innerhalb der letzten 60.000 Jahren anhand geophysikalischer und geochemischer Parameter nachgewiesen werden können. Um diese Studien bis auf den Zeitpunkt der frühen Seeablagerungen auszuweiten, wurden im Rahmen des Lake Towuti Bohrprojektes an drei Lokationen Kernbohrungen bis zu einer Tiefe von 174 m unter Seeboden abgeteuft. Um wichtige Sedimentparameter auch unter in situ Bedingungen bestimmen zu können, wurden an zwei der Bohrlokationen Bohrlochmessungen durchgeführt. Im Rahmen des Projektes sollen die dabei gewonnenen Bohrlochdaten mit Hilfe von paläoklimatischen Untersuchungen ausgewertet werden. Als potentiell geeignete Proxies eignen sich mit hoher Wahrscheinlichkeit die Gehalte an K und U sowie magnetische Suszeptibilität und spezifischer elektrischer Widerstand. Im Rahmen einer umfassenden Multi-Proxy-Studie sollen die gewonnenen Ergebnisse der verschiedenen Arbeitsgruppen evaluiert und zu einem einheitlichen Bild zusammengefasst werden.Darüber hinaus sollen klimasensitive Parameter mit Hilfe von zyklostratigraphischen Analysen untersucht werden. Das Ziel dabei ist das Erstellen eines Alter-Tiefen-Modells unter Berücksichtigung von Datierungsergebnissen (z.B. an Tephren). Eine Herausforderung bei der Analyse der Lake Towuti Sedimente ist die gelegentliche Unterbrechung der kontinuierlichen, pelagischen Sedimentation durch Tephra-Schichten. Erfahrungen aus dem früheren Projekt Lake Van in der Türkei zeigen jedoch, dass eine erfolgreiche zyklostratigraphische Analyse trotz zahlreicher Tephra-Schichten möglich ist. Weitere, insbesondere für die Projektgruppe, wertvolle Datenauswertungen umfassen: a) die Erstellung eines kontinuierlichen lithologischen Profils mit dem z.B. Datenlücken bei Kernverlusten geschlossen werden können, b) die Identifizierung von Tephra-Schichten, die wichtige Zeitmarker für das Altersmodell darstellen, c) die Korrektur von Kernteufen, die durch Bohrungsartefakte oder Druckentlastung ungenau sein können und d) die Kalibrierung der Seeseismik (Transformation von seismischen Laufzeiten in Tiefen) aus seismischen Messungen im Bohrloch.

Towards pollen accumulation rates as a measure of plant abundance a case study in NE-Germany

The aim of my study is to calibrate PAR from small lakes against tree biomass, which can be used to achieve quantitative estimates of biomass in the past. Furthermore, the relation between pollen percentages and plant abundance will also be investigated. As study area, the state Brandenburg was chosen, because it has a large number of lakes and is covered by different plant communities, like conifer forest, mixed forest, deciduous forest and open land. These are situated on a range of soil types in a terrain with little altitudinal differences. Lakes in different types of landscape were selected. They were of almost uniform size, mostly ranging from 100-300 m in diameter and without inflow and outflow. Deeper lakes in proportion to the lake size were preferred, to avoid lakes with a high pollen redeposition. In order to have an effective fieldwork and to get the broadest possible data spectrum for modeling, the relevant pollen source area of pollen (Sugita, 1994) was estimated, based on the map CORINE. The calculation shows that the pollen source area is approximately 5-6 km. However, we also sampled lakes which are situated closer together, especially when the landscape structure was very heterogenic at the small scale. From the surface samples of 50 lakes, the pollen percentages of different taxa will be compared with the information from the forest inventory data for different distances around the lakes to evaluate theoretical considerations of pollen source area. These data are available at the data base Datenspeicher Wald, which contains information about cover, age and biomass for the different tree species. This information was collected during the time of the German Democratic Republic (DDR) and is in the most continued. Concurrently, 15 of the short cores are selected for dating by 210Pb. PAR will be calculated based on the sedimentation rates obtained for these cores, so that PAR can be compared to tree biomass for different time slices over the past 50 years.

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.

Erfassung oekologischer Grundlagen fuer den Aufwuchs von Riffkorallen in tropischen Hafenanlagen (Beispiel Eilat)

In tropischen Meeren stellen vielraeumig gegliederte Hafenanlagen z.T. gute Ansiedlungsmoeglichkeiten fuer Korallen dar. Die natuerlich und anthropogen bedingten Voraussetzungen fuer Entwicklung und Nichtgedeihen von Riffkorallen-Gemeinschaften werden an verschiedenen Hafenanlagen bei Eilat untersucht. Messung von Stroemung, Licht, O2, Sedimentation mit Hilfe der Tauchmethode. Ergaenzende Experimente an der Ruhr-Universitaet. Besonderes Augenmerk gilt dem Einfluss der Sedimentation auf das Korallenwachstum.

Erprobung einer ringförmigen Zulaufkonstruktion zur Verbesserung der Sedimentationsleistung von Nachklärbecken mit Senkenströmung am Beispiel der Abwasserreinigungsanlage Niedermittlau

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Vom Rand zum Zentrum durchströmte runde Nachklärbecken haben gegenüber zentrisch beschickten Becken den Vorteil, dass die darin stattfindende beschleunigte Bewegung des Wassers stabiler und weniger störungsanfällig ist. Bei gleichen Beckendimensionen können so bessere Reinigungsleistungen und geringere Gewässerbelastungen erzielt werden. Die Nachklärung der Kläranlage Niedermittlau sollte daher im Projekt so umgebaut werden, dass sich eine um den Beckenumfang gleichmäßige Belastung einstellt. Die Strömungs- und Sedimentationsmuster sollten messtechnisch erfasst und denen zentrisch beschickter Becken gegenübergestellt werden. Ebenso waren die sich ergebenden Abscheide- und Eindickleistungen der Becken mit Senkenströmung unter verschiedenen Randbedingungen zu untersuchen. Fazit: Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass mit der neuartigen Zulaufkonstruktion eine eindeutige Senkenströmung erreicht werden kann. Die umweltrelevanten Auswirkungen dieser Durchströmung - geringere Trübung und damit geringere Feststoffbelastung des Klarablaufs, bessere Schlammeindickung sowie insbesondere die Vermeidung von Schwimmschlamm - sind nachweisbar. Da das Schlammvolumen nur in engen Grenzen schwankte, konnten die Strömungscharakteristika bei unterschiedlicher Lage des Schlammspiegels nicht erarbeitet werden. Überlastversuche mit über das übliche Maß hinausgehenden Oberflächenbeschickungen konnten aufgrund betrieblicher und baulicher Einschränkungen nicht realisiert werden.

Genese und Klassifikation von kalkfreien, initialen Roh- und Klei- oder Brackmarschen

In diesem Forschungsvorhaben wird eine umfassende pedologische Untersuchung der initialen Marschböden Spiekeroogs vorgeschlagen. Zum einen soll der Frage nachgegangen werden, welche Prozesse die von der Regel abweichenden Merkmale in diesen Böden hervorrufen. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse sollen darüber hinaus weitere Erkenntnisse zu ehemaligen Bildungsbedingungen von Marschböden erzielt werden. Denn auch für die Brackmarschen kann ein relativ langsamer Sedimentzuwachs angenommen werden und somit im Gegensatz zu den bisherigen Auffassungen (Müller, 1954; Brümmer, 1968; Giani, 1983) eine Entwicklung aus kalkhaltigen Sedimenten, die aber bereits in der geo-pedogenen Phase entkalkten. Neben neuen Aspekten und Kenntnissen in der Diskussion über die Marschengenese werden wesentlich verbesserte Vorschläge zur Klassifikation erwartet.

Dynamik und Bilanzierung holozäner Sedimentumlagerungen und Stoffflüsse im Bereich des nördlichen Oberrheins

Im Rahmen des PAGES Projektes LUCIFS sollen im Teilprojekt RheinLUCIFS für das gesamte Rheineinzugsgebiet Sediment- und Stoffflüsse modelliert werden. Im beantragten Vorhaben soll an einem Teileinzugsgebiet beispielhaft gezeigt werden, auf welchen methodischen und inhaltlichen Grundlagen eine quantitative Modellierung und Bilanzierung von Bodenabtrag, zwischengespeichertem Material und Austrag durchgeführt werden kann. Ziel ist die Modellierung des Sedimenttransfers auf der Basis bereits vorliegender Untersuchungsergebnisse und digitaler Flächendaten, die durch gezielt zu erhebende Daten ergänzt werden sollen. Es wurde ein Testgebiet ausgewählt, das als charakteristisch für den Bereich des nördlichen Oberrheins erkannt wurde. Das Projektgebiet 'Hammelshäuser Graben' weist eine für die Beckenlandschaften des nördlichen Oberrheingebietes typische physiographische Ausstattung und Kulturgeschichte auf. Nach erfolgter Modellierung soll geprüft werden, ob entsprechende Ergebnisse hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Fehlerbereiche auch auf der Basis der allgemein verfügbaren Daten (ohne weitere eigene Ergänzungen) erzielt werden könnten. Dies ist als Grundlage für die im LUCIFS(G)-Projekt angestrebte Modellierung groesserskaliger Einzugsgebiete anzusehen.

Sicherung der natürlichen Sedimentationsprozesse im Wattenmeer für Artenvielfalt und Menschen, Vorhaben: Sedimentdynamik im Wattenmeer und ihre Bedeutung für filtrierende Organismen

Jungholozäne fluviale Dynamik und Kulturlandschaftsentwicklung am Rio Grande de Nazca, Süd-Peru

Für die ariden Grenzbereiche der Ökumene wird eine besonders enge Kopplung zwischen physischen Umweltfaktoren und gesellschaftlicher Entwicklung diskutiert. Für die nordperuanische Küstenwüste deuten zahlreiche Arbeiten auf einen Zusammenhang zwischen Einschnitten in der kulturellen Entwicklung und El Nino induzierten, episodisch auftretenden katastrophalen Hochwasserereignissen, die den Bewässerungsfeldbau in Mitleidenschaft gezogen haben. Auch aus der süd-peruanischen Küstenwüste gibt es erste Hinweise auf klimainduzierte extreme Naturereignisse. Im Rahmen des beantragten Vorhabens soll über die geomorphologische Analyse der fluvialen Ablagerungen von 1. ausgewählten Fremdlingsflüssen und 2. autochthonen episodisch durchflossenen Tiefenlinien eine Hochwasserchronologie für das Einzugsgebiet des Rio Grande de Nazca (14 Grad 30'S) erarbeitet werden. Um mögliche Auswirkungen auf den Bewässerungsfeldbau zu belegen, wird drittens in Transekten die Verzahnung von Hochwasserablagerungen und Sedimenten, die dem Bewässerungsfeldbau zuzuordnen sind, untersucht. Die Untersuchungen werden dazu beitragen, die Klimaentwicklung und die Mensch-Umwelt-Interaktion in der peruanischen Küstenwüste im Jungholozän besser zu fassen.

Die Wirkung der makromolekularen Adsorption auf die Stabilitaet von Suspensionen

Aufklaerung des Zusammenhangs zwischen der Struktur adsorbierter Polymerschichten auf suspendierten Partikeln und der Stabilitaet dieser Suspensionen. Untersuchungsmethoden: A) zur Adsorption: Spektroskopie (IR, NMR), Ellipsometrie, Kalorimetrie. B) zur Stabilitaet: Viskositaet, Sedimentation, Elektrophorese, Photokorrelationsspektroskopie.

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