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Die Veränderung der Sedimentstabilität und der Charakteristika aufgewirbelter Sedimentflocken durch mikrobiell produzierte extrazelluläre polymere Substanzen (EPS)

Das Projekt "Die Veränderung der Sedimentstabilität und der Charakteristika aufgewirbelter Sedimentflocken durch mikrobiell produzierte extrazelluläre polymere Substanzen (EPS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. Sedimenterosion und -transport ist von zentraler Bedeutung für ökologische und ökonomische Belange aquatischer Lebensräume. In den letzten Jahren wurde zunehmend deutlich daß benthische Mikroorganismen in Interaktion mit physiko-chemischen Sedimenteigenschaften den Erosionswiderstand des Sedimentes entscheidend beeinflussen ('Ökosystem Ingenieure'). Dabei spielen die mikrobiell ausgeschiedenen extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) eine bedeutende Rolle, indem sie die interpartikulären Bindungskräfte in feinen Sedimenten erhöhen und damit Stabilität und Charakteristika der später resuspendierten Flocken prägen. Das beantragte Forschungsvorhaben zielt auf die funktionelle Kapazität heterotropher Bakterien, Cyanobakterien und eukaryotischer Mikroalgen zur Veränderung von Sedimenten im Süßwasser hinsichtlich des Sedimenterosions- und transportverhalten. Das Potential und die Relevanz dieses wichtigen 'Ökosystem Service' von natürlichen Biofilmen so ll für verschiedene Nischen im Süßwasserhabitat untersucht werden. Dabei werden Unterschiede in der EPS 'Qualität' und 'Quantität' in Beziehung gesetzt zur Kohäsion von Sediment und Flocken sowie zur Biofilm Zusammensetzung, Sedimentcharakteristik (z.B. organischer Gehalt), und schwankenden abiotischen Variablen im Wasserkörper (z.B. Licht, hydrodynamisches Regime). Die vorgeschlagene interdisziplinäre Forschung wird zu einem konzeptionellen Verständnis der mikrobiellen Sedimentmodifizierung beitragen, welche eine wichtige Ökosystemfunktion im aquatischen Lebensraum darstellt. Diese Forschung hat weitreichende Auswirkungen hinsichtlich der Wasserrahmenrichtlinie und des Sedimentmanagement.

Margarete von Wrangell Habilitations-Stipendium

Das Projekt "Margarete von Wrangell Habilitations-Stipendium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. In der Dynamik von kohäsiven Gewässersedimenten spielt die Sedimentstabilität eine zentrale Rolle, die im Zusammenspiel mit den hydraulischen Bedingungen bestimmt, wann und bis zu welchem Ausmaß es zur Sedimenterosion kommt. Traditionell wurden physiko-chemische Parameter als entscheidend für die Sedimentstabilität angesehen. Erst in jüngerer Zeit wurde die Bedeutung der Biostabilisierung erkannt, vor allem durch die mikrobiell produzierte Matrix aus extrazellulaeren polymeren Substanzen (EPS). Ein umfassendes Wissen um die komplexen Vorgänge im Sediment kann es nur bei Berücksichtigung der Interaktionen von Sedimentologie und Biologie, gerade auch über die Tiefe, geben. Erste Studien deuten darauf hin, dass die EPS auch entscheidend die Charakteristika der erodierten Sedimentflocken prägen (Größe, Absorptionseigenschaften) und somit den Transport und die Deposition resuspendierten Materials und potentiell assoziierter Schadstoffe beeinflussen. Obwohl unsere Kenntnisse zur Biostabilisierung und Beeinflussung des Flockungsverhaltens im Süßwasser weit hinter denen im marinen Bereich zurückliegen, konnten erste eigene Untersuchungen signifikante EPS Konzentrationen in Flusssedimenten sowie Effekte auf deren Stabilität nachweisen. Die mikrobiell produzierten polymeren Substanzen nehmen vermutlich auch in Binnengewaessern eine Schlüsselstellung im ETDC Zyklus (Erosion-Transport-Deposition-Consolidation) ein. Vor dem Hintergrund der weltweit registrierten Altlasten in Oberflaechengewässern und dem zu erwartenden Klimawandel (vermehrte und heftigere Hochwasser / Erosionsereignisse) müssen genauere Vorhersagen über Sediment - und Schadstoffmobilität getroffen werden, die als Handlungsbasis fuer ein nachhaltiges Sediment-Management dienen können. Die hierfür notwendige Datenbasis für numerische Modelle zum Sedimenttransport muss daher auch die Biologie berücksichtigen, kann aber nur bei einem gesamtheitlichen Ansatz solide s ein. Dieser Habilitations-Antrag soll hier einen entscheidenden Beitrag leisten mit tiefergehenden Untersuchungen zur Beeinflussung von Sedimentstabilität und Charakteristik / Transportdynamik erodierter Flocken durch quantitative und qualitative Variationen mikrobiell produzierter EPS im Zusammenspiel mit sedimentologischen Faktoren.

Geschiebetransportmodellierung Salzach und Saalach

Das Projekt "Geschiebetransportmodellierung Salzach und Saalach" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. Aufgrund der Einengung der Salzach in den letzten zwei Jahrhunderten und dem fehlenden Geschiebenachschub aus den Zuflüssen hat sich die Salzach massiv eingetieft. Die Kombination aus Geschiebedefizit und die unter dem Schotterkörper anstehenden Seetone verschärfen die Problematik. Basierend auf den vorgeschlagenen Varianten in der Wasserwirtschaftlichen Rahmenuntersuchung Salzach (WRS) sind Sanierungslösungen unter Einbeziehung der Wasserkraftnutzung und parallel dazu Minimalmaßnahmen zur Stützung der Sohle zu prüfen. Hierfür sind exakte Kenntnisse über die Geschiebetransportvorgänge im Freilassinger Becken und im Unterlauf der Saalach notwendig, die mit Hilfe eines zwei-dimensionalen Geschiebetransportmodells simuliert werden sollen. Insbesondere sollen mittels der aus der Modellierung gewonnenen Kenntnisse die langfristige Sohlentwicklung abgeschätzt und die Wirkungsnachweise der erforderlichen Sohlstützmaßnahmen eruiert werden.

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