Das Projekt "Teilprojekt 5: Simulationen der glazialen Kohlenstoffisotope mit dem Modell CESM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Das Vorhaben soll zu einem tieferen Verständnis der Rückkopplungseffekte zwischen dem Klima und den biogeochemischen Prozessen im Meer während eiszeitlicher Klimaschwankungen beitragen. Das oberste Ziel ist es, den Beitrag des Meeres zu der deutlichen Abnahme der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration von 278 ppmv vor der Industrialisierung auf 190 ppmv während des letzten Hochglazials aufzuklären. Wesentliche Hinweise stammen aus dem Kohlenstoffkreislauf selbst in Gestalt der Kohlenstoffisotope C-13 und C-14, die direkt mit den Paläodaten verglichen werden können, die in Arbeitsgruppe 3 der PalMod Initiative (PalMod 3) zusammengetragen werden. Die Kohlenstoffisotope belegen die Belüftung des Meeres durch Tiefenwasser, das entweder auf der Nord- oder der Südhalbkugel gebildet wird. Ein besonderes Augenmerk soll bei der Untersuchung der Modellergebnisse auf der angenommenen scharfen Grenze zwischen dem glazialen nordatlantischen Zwischenwasser und dem antarktischen Bodenwasser während des letzten Hochglazials liegen. Ein biogeochemisches Sedimentmodell mit Kohlenstoffisotopen ähnlich dem im Hamburg Ocean Carbon Cycle Model (HAMOCC) soll in das Community Earth System Model (CESM) eingebaut werden. Das CESM ist das vom MARUM in PalMod Arbeitsgruppe 1 (PalMod 1) verwendete Erdsystemmodell. Im Anschluss sollen Simulationen unter vorindustriellen und eiszeitlichen Randbedingungen sowie erste transiente Simulationen zur letzten Abschmelzphase durchgeführt werden. Anfangsbedingungen für die Gesamtalkalinität können Reservoirmodellen und Modellen mittlerer Komplexität wie dem CLIMBER-2 in PalMod 2.1 entnommen werden. Die Ergebnisse der Simulationen sollen mit den anderen Modellen in PalMod 1 und PalMod 2 und den Paläodaten aus PalMod 3 verglichen werden. Darüber hinaus soll die neue Modellkomponente in der Zustandsschätzung mit dem CESM in PalMod 3.3 eingesetzt werden.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung eines 3,5 Millionen Jahre langen Index der Dipolvariabilität im Indischen Ozean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Potsdam, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Der Indische Ozean Dipol (IOD) ist der bestimmende Modus der jährlichen Variabilität der Meeresoberflächentemperaturen (SST) im tropischen Indischen Ozean. Der IOD repräsentiert warme (positive) und kalte (negative) SST-Schwankungen zwischen dem westlichen und östlichen Teil des Indischen Ozeans. Vom IOD verursachte extreme Klimaereignisse (z.B: Dürren in Australien, Überschwemmungen in Ostafrika) werden, angetrieben durch die Zunahme von Treibhausgasen, voraussichtlich in Zukunft häufiger auftreten. Trotz potentiell tiefgreifender Auswirkungen auf die angrenzenden Regionen mit mehr als 2 Milliarden Einwohnern ist die die postulierte Sensitivität des IOD gegenüber CO2 Variationen unzureichend erforscht. Hier könnte die Erforschung der IOD-Variabilität während geologischer Zeitintervalle mit höheren CO2-Gehalten einen wichtigen Beitrag leisten. Bisher fehlen jedoch geeignete paläoklimatologische Datensätze aus der Kernregion des IOD im Indischen Ozean weitgehend.Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, IOD-Veränderungen während der letzten 3,5 Millionen Jahre mittels eines neuen IOD-Proxies zu entschlüsseln. Dieser Zeitraum war durch erhebliche Schwankungen im globalen CO2-Gehalt gekennzeichnet und umfasst die Spät-Pliozäne Warmphase, die als Analogon für den künftigen Klimawandel gilt. Im Zentrum dieses Projekts steht die Hypothese, dass IOD-bedingte Schwankungen der Oberflächenwinde die tiefe meridionale Umwälzungszirkulation im Indischen Ozean beeinflussen. Basierend auf rezenten Beobachtungsdaten verursacht die Schwächung (Verstärkung) des Ekman-Transports während positiver (negativer) IOD-Phasen eine geringere (verstärkte) Belüftung des Tiefwasserregimes und folglich ein Aufsteigen (Absinken) der Lysokline. Diese neuen hydrografischen Erkenntnisse eröffnen somit einen völlig neuen Weg für die Erforschung vergangener IOD-Veränderungen. Daher zielt dieses Projekt darauf ab, Änderungen der Tiefenwasserbelüftung im westlichen Indischen Ozean als Index für die IOD-Variabilität heranzuziehen. In diesem Projekt sollen daher speziell zwei Hypothesen getestet werden:1) Karbonatlösungsszyklen sind Indikatoren für Veränderungen der Tiefenwasserbelüftung im westlichen Indischen Ozean und repräsentieren ein Maß für die Intensität des IOD,2) Die Amplitude des IOD ist linear korreliert mit Änderungen des globalen CO2-Gehalts.Um die Variabilität der Tiefwasserventilation in hoher zeitlicher Auflösung zu entschlüsseln, wird der Sedimentkern ODP 709 aus dem westlichen äquatorialen Indischen Ozean, einer Schlüsselregion des IOD, untersucht. Dabei werden Daten aus zeitlich hochaufgelösten XRF-Messungen mit stabilen Isotopen und Mg/Ca-basierend Meeresoberflächentemperaturen anhand von benthischen und planktischen Foraminiferen kombiniert. Die Synthese der gesammelten Daten erlaubt die Entwicklung deines Vergleichsindex der IOD-Variabilität für die letzten 3,5 Millionen Jahre.
Das Projekt "Hypolimnetic Al- and CaCO3-application for restoration of a stratified eutrophic hardwater lake (lake Tiefwarensee, Mecklenburg-Vorpommern, Germany)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Zur Restaurierung eines dimiktischen Sees wurde eine hypolimnische Zugabe von Al und CaCO3 mit Tiefenwasserbelüftung und einem leitbildorientierten Fischereimanagement kombiniert. Die Zugabe erfolgte mittels Tiefenwasser-Belüftungs-Technologie während 2 bzw. 3 jährlichen Zugabezyklen von jeweils einem Monat Dauer. Zwischen 2001 und 2003 wurden je m Sedimentoberfläche etwa 100 g Al3+ als NaAl(OH)4-Lösung und 115 g Ca2+ in Form einer Ca(OH)2-Suspension eingebracht. Dadurch wurde auf dem Sediment eine Deckschicht mit hoher P-Bindungskapazität erzeugt, die die P-Rücklösung ins überstehende Wasser fast vollständig verhindert. Als Folge sanken die hypo- und epilimnischen PKonzentrationen kontinuierlich, 3 Jahre nach Beginn der Maßnahme um mehr als 80 Prozent. Der trophische Zustand veränderte sich im gleichen Zeitraum von hocheutroph zu mesotroph.
Das Projekt "Gewässergütesimulation und gutachterliche Stellungnahme zur Prognose der Wasserqualität im und unterhalb des geplanten HRB Straßberg im Einstaufall" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Institut für Grundbau-, Abfall- und Wasserwesen, Abteilung Bauingenieurwesen, Lehr- und Forschungsgebiet Wasserwirtschaft und Wasserbau durchgeführt. Für die Verbesserung des Hochwasserschutzes im Einzugsgebiet der Selke soll ein Hochwasserrückhaltebecken ohne Dauerstau ( Grünes HRB ) errichtet werden. Aus den wasserwirtschaftlichen Berechnungen geht hervor, dass im Einstaufall und in Abhängigkeit von der Jährlichkeit eine Stauhöhe von bis zu 16 Metern, eine überstaute Fläche von bis zu 40 ha und ein Volumen von bis zu 3 Mio. m erreicht werden kann. Damit erreicht das HRB auch aus der Sicht der Gewässergüte vorübergehend Talsperrencharakter. Die maximale Einstaudauer kann dabei bis zu 16 Tage andauern. Die Dynamik bzw. der zeitliche Ablauf des Einstaus hängt von der Zuflussganglinie und der Steuerung ab. Während dieser Einstauzeiten laufen biologische und biochemische Reaktionen im Wasserkörper und am Gewässergrund ab, die für ein Fließgewässer untypisch sind. Dies liegt daran, dass der Wasserkörper nach einigen Tagen eine stabile Schichtung erreicht und dass so der Sauerstoffzehrung im Tiefenwasser keine ausreichende Belüftung über die Wasseroberfläche gegenübersteht. Bei lang anhaltendem Überstau kann gegebenenfalls der Sauerstoff im Wasserkörper des Hochwasserrückhaltebeckens auf unzulässig niedrige Werte aufgezehrt werden. Beim Ein- und Abstau des HRB besteht daher prinzipiell die Möglichkeit der nachteiligen Beeinflussung des ökologischen Zustandes des Unterwassers. In diesem Forschungsprojekt sollte das Ausmaß dieser möglichen Belastung abgeschätzt werden. Wegen der Zeitdauer des Einstaus, die zwar deutlich länger ist als der Hochwasserzeitraum selbst, aber noch nicht zu Verhältnissen eines stationären Dauerstaus führt, wurde eine dynamische Betrachtung mit Zeitschritten auf Tages- und Stundenbasis durchgeführt. Dabei sollten sowohl die Reaktionsgeschwindigkeiten der biochemischen Abläufe in Abhängigkeit vom Bewuchs, die mögliche hydrodynamisch bedingte Vermischung als auch Szenarien unterschiedlicher meteorologischer Randbedingungen, insbesondere bestehend aus Strahlung, Wärme und Wind, betrachtet werden.
Das Projekt "Neue Ansätze zur Bewertung dimiktischer Seen - Ökologische Rolle phototropher Schwefelbakterien und Nutzung natürlicher Potentiale bei der Sanierung von Gewässern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Institut für Biowissenschaften, Lehrstuhl Aquatische Ökologie durchgeführt. Infolge der hohen Nährstoffeinträge aus punktuellen und diffusen Quellen kommt es zur rasanten Eutrophierung der Gewässer. Um den natürlichen bzw. naturnahen Zustand dieser Gewässer wieder zu erreichen finden Maßnahmen der Seensanierung/Seenrestaurierung ihre Anwendung. Als Grundlage der Restaurierung wird angesehen, dass im Hypolimnion der Seen (über dem Sedimentgrund) ganzjährig Sauerstoff vorhanden und eine oxische Sediment-Wasser-Grenzschicht ausgebildet ist. Die bisher eingesetzten Verfahrenstechniken (u.a. Tiefenwasserbelüftung, Nitratzugaben, Zwangszirkulation) sind sehr kostenintensiv und wirken meistens nicht nachhaltig. Die Zielsetzung dieses Forschungsvorhabens ist die Einbeziehung metalimnischer Mikrobengemeinschaften in die Bewertung von dimiktischen Seen. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen dabei phototrophe Schwefelbakteriengemeinschaften, welche bereits in meromiktischen Seen als 'Phosphatfilter' identifiziert wurden. Die derzeitigen Verfahren der Seenrestaurierung mit der Zielsetzung eines aeroben Hypolimnions verhindern die Entwicklung dieser Mikrobengemeinschaft in den Seen. Hier stellt sich die Frage, ob nicht eine Förderung der anaeroben phototrophen Mikrobengemeinschaft eine Stabilisierung und Selbstregulation des Gewässers ermöglichen. Neben dieser praxisrelevanten Fragestellung werden aber auch die Umweltentlastungspotentiale hinsichtlich Ökophysiologie und Verbreitung dieser phototrophen Schwefelbakteriengemeinschaften in dimiktischen Seen charakterisiert. Die Aufgabenstellung des Projektes umfasst die Charakterisierung der rezenten Mikrobengemeinschaften in der saisonalen und räumlichen Variabilität hinsichtlich ihrer Lichtabhängigkeit in zwei Seen Norddeutschlands. Weiterhin werden durch die zeitlich hochauflösenden Freilanduntersuchungen die P-Speicherung dieser Organismen und somit der Einfluss auf die P-Retention in den dimiktischen Seen untersucht. Zur Klärung dieser Fragestellungen sollen ökophysiologische Laboruntersuchungen die Freilandergebnisse untermauern. Dafür werden in Batchversuchen sowohl der Einfluss des Lichtklimas als auch die P-Speicherkapazität von Mikrobengemeinschaften in Abhängigkeit vom Licht- und P-Angebot untersucht. Mit Hilfe molekularbiologischer Untersuchungen (DNA-Sequenzierungen) sollen die Mikrobengemeinschaften in den beiden Seen sowie aus den Laboruntersuchungen taxonomisch identifiziert werden.
Das Projekt "Eiszeitrelikte in NO-deutschen Seen: Habitatmerkmale von Eurytemora lacustris (Copepoda, Calanoida)." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Freilandbeobachtungen und Literaturdaten wurden benutzt, um die Habitatansprüche von Eurytemora lacustris, einer limnischen calanoiden Copepodenart, zu erfassen. Niedrige Temperatur und hohe Sauerstoffkonzentration im Tiefenwasser thermisch geschichteter Seen sind die wichtigsten Faktoren, welche die lokalen Vorkommen der Art in ihrem Verbreitungsgebiet bestimmen. E. lacustris ist hauptsächlich auf tiefe, oligotrophe und mesotrophe Seen beschränkt (Z max größer gleich 30 m). Deren hypolimnische Temperatur steigt im Sommer nicht über 10 Grad C, die minimalen Sauerstoffgehalte sinken nicht unter 1-3 mg L-1. Deswegen wird die Art in nur wenigen Seen angetroffen, obwohl sich ihre Verbreitung über große Teile Europas erstreckt. Im Stechlinsee finden sich während der Sommerstagnation durchschnittlich 87 Prozent der Nauplien- und 72 Prozent der Copepoditenbiomasse unterhalb der 10 Grad C-Isotherme. Im Schmalen Luzin wurde E. lacustris nur noch sporadisch nachgewiesen. Tiefenwasserbelüftung führte jedoch zur Wiederausbreitung. Wegen ihrer besonderen Habitatansprüche darf E. lacustris als ein Glazialrelikt aufgefasst werden. Die Art ist besonders empfindlich gegen hohe Temperaturen und niedrige Sauerstoffkonzentrationen.
Das Projekt "Dynamik der Tiefenwassermischung im Genfer See" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Institut d'Hydraulique et d'Energie durchgeführt. Deep water mixing in the Leman has important consequences for the development of the trophic state of a lake. A multi-annual heating trend of the Leman has been observed which leads to progressive oxygen depletion in the deep layers coupled to an increasing phosphorous release from the bottom sediment. Since 1986, the LRH-EPFL has regularly (about each month) taken high precision profiles of water density parameters at several stations in the Leman. This data base together with high quality atmospheric boundary layer data from Cointrin airport will serve to investigate two deep water mixing mechanisms for the Leman: vertical mixing and inter-basin density currents. The origin, the seasonal dynamics and spatial variability of these mechanisms will be addressed. This data base will be supplemented by taking data of the same type for specific situations and in addition, a set of micro-scale water density profiles. The latter will make it possible to express deep water mixing in terms of mixing coefficients which is not possible on the basis of the present data. Subsequently the concepts derived from this data analysis will be applied to adapt a numerical model of seasonal heat flux dynamics (DYRESM) to the Leman. The results of the project will help to improve the understanding of the deep-water dynamics in the Leman. They will be directly applicable to ecological modelling where deep water processes are presently ill-defined. They will help in management planning aspects to counteract deep water oxygen depletion through measures such as artificial aeration.
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