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Optimierung des Ressourceneinsatzes bei Schweißkonstruktionen durch die automatisierte in-line Lebensdauerbewertung auf Basis von 3D-Scans, Teilvorhaben: Quantifizierung von Einflussgrößen auf in-line Aufnahme von 3D-Daten durch Laserscannen bei Schweißen

Manuelles oder automatisiertes Schweißen ist in der metallverarbeitenden Industrie das maßgebende Fertigungsverfahren. Aufgrund ihrer geringeren Ermüdungsfestigkeit und Lebensdauer im Vergleich zum Grundwerkstoff stellen Schweißverbindungen immer strukturelle Schwachpunkte dar. Die benötigten Blechdicken in geschweißten und zyklisch beanspruchten Bauteilen und Konstruktionen und der damit verbundene Ressourcenbedarf werden dabei stets über den geringen Ermüdungswiderstand der Schweißverbindung vorgegeben. Ein wesentlicher Anteil daran ist maßgeblich auf die Kerbwirkung bzw. Spannungskonzentration am Schweißnahtübergang zurückzuführen. Aus zahlreichen Untersuchungen ist bekannt, dass die lokale Nahtgeometrie in hohem Maße für die Ermüdungsfestigkeit der Verbindung relevant ist und Risse von einzelnen Schwachstellen mit hoher Kerbwirkung initiieren. Die Identifizierung von geometrischen Schwachstellen mit hoher Kerbwirkung ermöglicht zudem die gezielte Nacharbeit. Ziel des Projekts ist der Aufbau eines Konzeptes für ein automatisierbaren und anwenderunabhängiges Verfahren zur in-line (oder nachfolgenden) Inspektion und individuellen Lebensdauerbewertung von Schweißverbindungen auf Basis von 3D-Scans zu entwickeln. Besonderes Augenmerk wird auf die Erarbeitung einer technischen Lösung zur Erstellung von 3D-Scans und deren Auswertung an Schweißverbindungen aus Baustahl (S355) durch Metallaktivgasschweißen (MAG) gelegt. Das Unternehmen Quelltech GmbH entwickelt in Zusammenarbeit mit den Liebherr Werken Biberach ein Verfahren zur in-line Digitalisierung von Schweißnahtoberflächen direkt während des MAG-Schweißprozesses. Durch konstruktive und softwaretechnische Maßnahmen soll der Einfluss von Störgrößen (u.a. Rauch, UV-Licht, Spritzer) auf die generierten 3D-Daten minimiert werden. Dies ermöglicht eine effiziente und anwenderunabhängige Kontrolle der Schweißnahtoberflächen.

Verzögerte Antwort der Ionosphäre auf Variationen des solaren EUV (DRIVAR)

Das ionosphärische Plasma reagiert auf Änderungen der ionosphärischen EUV und UV-Strahlung auf der Zeitskala der solaren Rotation mit einer Verzögerung von 1-2 Tagen. Es wird angenommen, dass diese Verzögerung auf Transportprozesse von der unteren Ionosphäre in die F-Region zurück zu führen ist, doch wurden bislang nur begrenzte Modelluntersuchungen durchgeführt, um diesen Zusammenhang zu belegen. Innerhalb von DRIVAR sollen die Prozesse, die für die ionosphärische Verzögerung verantwortlich sind, durch umfassende Datenanalyse und Modellierung untersucht werden. Verschiedene solare Proxies sowie spektral aufgelöste EUV- und UV-Flüsse aus Satellitenmessungen werden verwendet und zusammen mit ionosphärischen Parametern analysiert, welche aus GPS-Radiookkultationsmessungen, Ionosondenmessungen und GPS-Gesamtelektronenmessungen stammen. Letztere haben sowohl den Vorteil einer globalen Abdeckung als auch einer z.T. räumlich hoher Auflösung. Die ionosphärsche Verzögerung wird auf verschiedenen Zeitskalen ionosphärischer Variation (Tage, solare Rotation, saisonal) untersucht, und regionale Abhängigkeiten werden analysiert.Wegen des komplexen Charakters der involvierten Prozesse in der Thermosphäre und Ionosphäre werden Experimente mit numerischen Modellen benötigt, um die der Verzögerung zugrundeliegenden Prozesse physikalisch zu untersuchen. Wir verwenden das Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere Electrodynamics (CTIPe), um die Verzögerung zu simulieren und führen Sensitivitätsstudien durch um die zur ionosphärischen Verzögerung führenden Prozesse im Detail zu analysieren. Zusätzliche Experimente werden mit dem Upper Atmosphere Model (UAM) durchgeführt.Die Ergebnisse von DRIVAR werden zu einem verbesserten Verständnis ionosphärischer Prozesse führen und werden insbesondere in der Vorhersage ionosphärischer Variabilität Anwendung finden, z.B. bei der Analyse und Vorhersage von GNSS- Positionsfehlern.

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<p><strong>Für alle Filme gilt die Creative Commons-Lizenz mit Quellenangabe</strong></p><p><a href="https://support.google.com/youtube/answer/2797468">https://support.google.com/youtube/answer/2797468</a></p><p>Die Filme lassen sich mit Klick auf die rechte Maustaste &gt; "Ziel speichern unter" im mp4-Format herunterladen.</p><p>Ob Straßenverkehr, Nachbarn oder Luftverkehr: Drei von vier Menschen in Deutschland fühlen sich durch Lärm gestört oder belästigt. Wo überall Lärm entsteht, welche Folgen Lärm hat und wie wir ihn verringern können, erklärt unser Film.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=ycIz0Hxo8sM&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=4"><i></i> UBA-Erklärfilm "Lärm" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/umweltbundesamt_-_laerm.mp4">UBA-Erklärfilm "Lärm" zum Download</a> </p><p>Was ist Stickstoff, was ist reaktiver Stickstoff? Warum ist zu viel davon ein Problem für Mensch und Umwelt? Und was können wir dagegen tun? Unser Film gibt Antworten.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=XYAUiOZ-BDY&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=6"><i></i> UBA-Erklärfilm "Stickstoff" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/umweltbundesamt_erklaerfilm_stickstoff.mp4">UBA-Erklärfilm "Stickstoff" zum Download</a> </p><p>Wenn die Kopfschmerztablette abgelaufen ist und das Rheuma-Gel angetrocknet - wohin damit? Über die richtige Entsorgung von alten Medikamenten informieren wir in unserem Film. Spoiler: Nicht in den Abfluss!</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=nLH6s5fPUDA&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=12"><i></i> UBA-Erklärfilm "Medikamente" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/erklaerfilm_-_medikamente_richtig_entsorgen.mp4">UBA-Erklärfilm "Medikamente" zum Download</a> </p><p>Wer kennt das nicht: Auf der Waschmittelpackung sind unterschiedliche Dosierungen für die verschiedenen Wasserhärten angegeben. Doch was ist eigentlich Wasserhärte? Was unterscheidet „hartes von weichem Wasser“? Wie hart ist mein Trinkwasser? Und was muss ich bei hartem Wasser beachten? Dieser Erklärfilm gibt Antworten.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=kwzBGUy7OEk&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=11"><i></i> UBA-Erklärfilm "Wasserhärte" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/erklaerfilm_-_wasserhaerte.mp4">UBA-Erklärfilm "Wasserhärte" zum Download</a> </p><p>In unseren Städten herrscht jede Menge Verkehr. Das eigene Auto ist dabei immer noch ein beliebtes Verkehrsmittel. Unser Erklärfilm zeigt zu welchen Problemen der urbane Verkehr führt und wie Lösungen aussehen können.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=Auky8CGiU34&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=5"><i></i> UBA-Erklärfilm "Verkehr" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/umweltbundesamt_-_erklaerfilm_-_verkehr_in_der_stadt.mp4">UBA-Erklärfilm "Verkehr" zum Download</a> </p><p>Wir leben in einer Zeit von „Fast Fashion“. Jede und jeder Deutsche kauft im Schnitt zwölf Kilogramm Kleidung im Jahr. Wie sehr ein günstiges T-Shirt Mensch und Umwelt belastet, steht leider nicht auf dem Preisschild. Unser Erklärfilm zeigt diese Belastungen und bietet Lösungen für einen nachhaltigen Umgang mit Textilien.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=EYoz-3No-54&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=2"><i></i> UBA-Erklärfilm "Mode" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/umweltbundesamt_erklaerfilm_textil.mp4">UBA-Erklärfilm "Mode" zum Download</a> </p><p>In der Atmosphäre, in etwa 20 bis 30 Kilometern Höhe, schützt uns die Ozonschicht vor krebserregenden UV-Strahlen. Doch auf der Erde, am Boden, ist Ozon ein Problem. Denn hier belastet das farblose und giftige Gas Mensch und Umwelt.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=FlEQpZOnIyc&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=3"><i></i> UBA-Erklärfilm "Ozon" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/uba-erklaerfilm_ozon.mp4">UBA-Erklärfilm "Ozon" zum Download</a> </p><p>Warum gibt es einen Handel für oder mit Emissionen? Wer setzt die Rahmenbedingungen und wie funktioniert der Emissionshandel eigentlich? Ein Erklärfilm gibt kurze und prägnante Antworten auf diese Fragen und erläutert, welchen Beitrag der Emissionshandel zum Klimaschutz leistet.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=wChY_DrebYw&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=8"><i></i> UBA-Erklärfilm "Emissionshandel" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/421/dokumente/erklaerfilm_-_emissionshandel.mp4">UBA-Erklärfilm "Emissionshandel" zum Download</a> </p><p>Der Klimawandel und seine Folgen kennen keine Ländergrenzen. Deshalb muss effektiver Klimaschutz global angegangen werden. Der UBA Erklärfilm beschreibt die wichtigsten internationalen Abkommen und wie Treibhausgas-Emissionen erfasst und berichtet werden. Die Ermittlung der nationalen Emissionen ist ein komplexer und aufwändiger Prozess. Doch nur auf Basis dieser Daten können klimaschützende Maßnahmen geplant und gezielt umgesetzt werden.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=A_Fkori-Vho&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=9"><i></i> UBA-Erklärfilm "THG-Berichterstattung" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/erklaerfilm_treibhausgase_-_abkommen_und_berichterstattung.mp4">UBA-Erklärfilm "THG-Berichterstattung" zum Download</a> </p><p>Trinkwasser ist unserer wichtigstes Lebensmittel. Und wie bei anderen Lebensmitteln spielen Verpackung, Haltbarkeit und Temperatur eine wichtige Rolle. Der Erklärfilm beschreibt, welchen Einfluss die Trinkwasserinstallation auf die Qualität unseres Leitungswassers hat und auf was Hauseigentümer und Nutzer beim täglichen Umgang mit Trinkwasser achten sollten.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=isjuUsLh2V4&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=10"><i></i> UBA-Erklärfilm "Trinkwasserinstallation" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/erklaerfilm_trinkwasser-installation.mp4">UBA-Erklärfilm "Trinkwasserinstallation" zum Download</a> </p><p>CO2 sparen – auch eine Frage des Konsums? Je nach Lebensstil kann der persönliche CO2-Fußabdruck sehr unterschiedlich sein. In welchen Bereichen entstehen besonders viele Treibhausgase? Und wie können wir klimafreundlicher konsumieren und weniger CO2 im Alltag verursachen?</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=l7HYrM3apsI&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e"><i></i> UBA-Erklärfilm "Klimaneutral im Alltag" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/klimaneutral_leben_im_alltag.mp4">UBA-Erklärfilm "Klimaneutral im Alltag" zum Download</a> </p><p>Was ist der Treibhauseffekt, und welche Gase spielen dabei eine Rolle? Wie verändern die anthropogenen Treibhausgasemissionen die Erdatmosphäre, und was muss passieren, damit die Erderwärmung noch begrenzt werden kann?</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=eI8L3wV3pBo&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=7"><i></i> UBA-Erklärfilm "Treibhausgase" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/thg_einfuehrung.mp4">UBA-Erklärfilm "Treibhausgase" zum Download</a> </p><p>Öffentliche Verwaltungen beschaffen Waren und Dienstleistungen für rund 500 Milliarden Euro pro Jahr. Durch die Beschaffung umweltfreundlicher Produkte und Dienstleitungen werden Umweltbelastungen reduziert und das Angebot entsprechender Produkte wird erhöht. Der Film geht auf die Vorteile einer umweltfreundlichen Beschaffung ein und zeigt, wie diese in der Praxis umgesetzt werden kann.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=R_A-uMCSrwg&amp;list=PLd2kshRyXxRSHLbnGkQiZ-x6eSyx2M32e&amp;index=20"><i></i> UBA-Erklärfilm "Umweltfreundliche Beschaffung" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/erklaerfilm_umweltfreundliche_beschaffung.mp4">UBA-Erklärfilm "Umweltfreundliche Beschaffung" zum Download</a> </p><p>Wie wirkt sich der Klimawandel künftig auf die Natur, unseren Alltag, unsere Lebensgrundlagen, Gesundheit und Wirtschaft aus? Wo können wir durch Anpassung die Klimarisiken verringern? Und wo müssen wir dringend etwas tun? Die 2021 veröffentlichte Klimawirkungs- und Risikoanalyse (KWRA) des Bundes gibt Antworten und zeigt künftige Risiken des Klimawandels in Deutschland.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=UZCIoYoqlNI"><i></i> UBA-Erklärfilm "Klimawirkungs- und Risikoanalyse" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/2294/dokumente/erklaerfilm_klimawirkungs_und_-risikoanalyse.mp4">UBA-Erklärfilm "Klimawirkungs- und Risikoanalyse" zum Download</a> </p><p>Fliegen ist die klimaschädlichste Art sich fortzubewegen. Welche Wirkung haben Flugreisen für das Klima und welche Alternativen gibt es?</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=qXAEseBheWs"><i></i> UBA-Erklärfilm "Flugreisen &amp; Klimawirkung" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/421/dokumente/uba_flugreisen.mp4">UBA-Erklärfilm "Flugreisen &amp; Klimawirkung" zum Download</a> </p><p>Der Erklärfilm zeigt auf anschauliche Weise den aktuellen Zustand unserer Flüsse, Seen und des Grundwassers. Es werden die wesentlichen Nutzungen und Belastungen aber auch Maßnahmen zur Verbesserung erklärt.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=CyqRx8BuL3E"><i></i> UBA-Erklärfilm "Zustand der Gewässer in Deutschland" bei YouTube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/421/dokumente/zustand_der_gewaesser.mp4">UBA-Erklärfilm Zustand der Gewässer in Deutschland</a> </p><p>Wenn von Klimaschutz die Rede ist, fliegen oft viele Begriffe durcheinander. Produkte werden als „klimaneutral“ oder „treibhausgasneutral“ bezeichnet. „CCS“ wird mit „negativen Emissionen“ gleichgesetzt. Doch was bedeuten diese Begriffe eigentlich und wie lassen sie sich in wirksamen Klimaschutz einordnen? Unser Erklärfilm und dieser Artikel sollen helfen, den Durchblick zu behalten.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=DXoLTznetOc"><i></i> UBA-Erklärfilm "Klimaschutzbegriffe" bei Youtube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/421/dokumente/uba_langversion_h264_v2.mp4">UBA-Erklärfilm "Klimaschutzbegriffe"</a> </p><p>Meere sind wichtig für uns Menschen. Viele Belastungen der Meeresumwelt haben ihren Ursprung bereits an Land. Welche Belastungen sind das? Ein neues Erklär-Video des UBA zeigt am Beispiel der Elbe, dass Meeresschutz uns alle angeht.</p><p> <a href="https://www.youtube.com/watch?v=zcRLSghackk"><i></i> UBA-Erklärfilm "Meeresschutz" bei Youtube</a> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/421/dokumente/uba-erklaerfilm_meeresschutz.mp4">UBA-Erklärfilm "Meeresschutz"</a> </p>

Biologische Wirkungen langwelliger UV-Strahlung

Es wird die Wirkung langwelliger ultravioletter Strahlung (300-400 mm) an den Objekten E. coli und Saccaromyces cerevisiae untersucht. Parameter sind hierbei das Ueberlebensverhalten sowie das Auftreten von Mutationen. Besonderen Raum nimmt das Studium von Fotosensibilatoren sowie der Einfluss von Sauerstoff ein.

Immunologischer Nachweis von Strahlenschaeden

Es wird eine Methode entwickelt, welche den empfindlichen Nachweis durch UV und Roengenstrahlen induzierter Veraenderungen in der DNS ermoeglicht. Dazu werden in Kaninchen nach Injektionen bestrahlte DNS Antikoerper gebildet. Strahlenschaeden koennen mit ihrer Hilfe durch einen Radioimmunoverdraengungsassay in sehr geringen Mengen auch dort nachgewiesen werden, wo eine Markierung der DNS nicht moeglich ist.

Atomarer Sauerstoff in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre der Erde

Atomarer Sauerstoff (O) ist ein wichtiger Bestandteil der Erdatmosphäre. Er erstreckt sich von der Mesosphäre bis zur unteren Thermosphäre (Engl.: Mesosphere and Lower Thermosphere: MLT), d. h. von etwa 80 km bis über 500 km Höhe. O wird durch Photolyse von molekularem Sauerstoff durch UV-Strahlung erzeugt. Er ist die am häufigsten vorkommende Spezies in der MLT und eine wichtige Komponente in Bezug auf dessen Photochemie. Außerdem ist O wichtig für den Energiehaushalt der MLT, da CO2-Moleküle durch Stöße mit O angeregt werden und die angeregten CO2-Moleküle im Infraroten strahlen und die MLT kühlen. Dies bedeutet, dass sich der globale Klimawandel auch auf die MLT auswirkt, denn die Erhöhung der CO2-Konzentration in der MLT führt zu einer effizienteren Kühlung und damit zu deren Schrumpfen. Die O Konzentration wird außerdem durch dynamische Bewegungen, vertikalen Transport, Gezeiten und Winde beeinflusst. Daher ist eine genaue Kenntnis der globalen Verteilung von O und seines Konzentrationsprofils sowie der täglichen und jährlichen Schwankungen unerlässlich, um die Photochemie, den Energiehaushalt und die Dynamik der MLT zu verstehen. Das Ziel dieses Projekts ist es, Säulendichten und Konzentrationsprofile von O in der MLT durch Analyse der Feinstrukturübergänge bei 4,74 THz und 2,06 THz zu bestimmen. Die zu analysierenden Daten wurden mit dem Heterodynspektrometer GREAT/upGREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz frequencies) an Bord von SOFIA, dem Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, gemessen. Dies ist eine direkte Beobachtungsmethode, die genauere Ergebnisse liefern kann als existierende indirekte satellitengestützte Methoden, die photochemische Modelle benötigen, um O Konzentrationsprofile abzuleiten. Mit GREAT/upGREAT wurden seit Mai 2014 ca. 500.000 Spektren gemessen, die vier verschiedene Weltregionen abdecken, nämlich Nordamerika, Neuseeland, Europa und Tahiti/Pazifik. Zeitliche Variationen sowie der Einfluss von Sonnenzyklen, Winden und Schwerewellen werden ebenfalls im Rahmen des Projekts untersucht. Die Ergebnisse werden mit Satellitendaten, die für Höhen von 80 bis 100 km verfügbar sind, und mit Vorhersagen eines semi-empirischen Modells verglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Daten die ersten spektral aufgelösten direkte Messungen von O in der MLT sind. Dies ist eine vielversprechende Alternative zur Bestimmung der Konzentration von O im Vergleich mit indirekten satellitengestützten Methoden, die auf photochemischen Modellen beruhen.

Messungen von vulkanischen Schwefel- und Kohlenstoffemissionen mit hoher Zeitauflösung

Dies ist ein Antrag auf Reisekosten für eine Reise von Deutschland nach Argentinien zum Besuch der Vulkane Copahue and Peteroa, dort planen wir zusammen mit Forschern aus Argentinien in-situ Messungen von vulkanischem SO2 mit einem neuartigen Instrument. In Kombination mit in-situ CO2 Messungen erwarten wir einen Datensatz von CO2/SO2 Verhältnissen mit bisher unerreichter Genauigkeit und Zeitauflösung.Obwohl Fernerkundungsmessungen von SO2 sich mittlerweile in der Vulkanologie weit verbreitet haben, stellen bodengebundene und Flugzeug-getragene in-situ-Messungen immer noch eine wichtige Quelle ergänzender Information dar. Heutzutage werden in-situ Messungen von SO2 häufig mittels elektrochemischer Sensoren vorgenommen, diese weisen allerdings eine Reihe von Nachteilen auf, insbesondere (1) relativ lange Ansprechzeiten (ca. 20 s und mehr), (2) Interferenzen durch eine Reihe anderer reaktiver Gase, die sich in Vulkanfahnen finden (und die schwer zu quantifizieren bzw. unbekannt sind), (3) Die Notwendigkeit häufiger Kalibration. Wir lösen diese Probleme mit einem neuentwickelten, optischen in-situ SO2-Sensor Prototypen, der nach dem Prinzip der nicht-dispersiven UV-Absorption arbeitet (PITSA, Portable in-situ Sulfurdioxide Analyser). Die preisgünstige Anwendung des Prinzips für SO2 - Messungen wurde durch die Entwicklung von UV-LEDs ermöglicht. Die Probenluft wird durch eine Glasröhre gesaugt und dort der kollimierten Strahlung einer UV-LED (ca. 290nm) ausgesetzt, in diesem Wellenlängenbereich absorbiert (von den relevanten Vulkangasen) praktisch nur SO2. Daher ist die Abschwächung der Strahlungsintensität nach Durchgang durch die Messzelle ein Mass für den SO2-Gehalt der Messluft. Das PITSA Instrument wird mit einem kommerziellen CO2 Sensor kombiniert, damit werden SO2 und CO2 Messungen mit 0.1 ppm bzw. 1 ppm Genauigkeit möglich. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten in der Vulkanologie.

Charakterisierung von Schiffsemissionen und ihr Eintrag ins Meer

PlumeBaSe beschäftigt sich mit der detaillierten Analyse der Zusammensetzung organischer Aerosole, freigesetzt während der Verbrennung fossiler Treibstoffe durch Schiffe, und deren weiterem Weg in der marinen Umwelt. Durch die hochaufgelöste Beprobung der Aerosole und ihrer Transformationsprodukte vom Schiffsschornstein bis in die Ostsee wird eine Brücke zwischen Atmosphären- und Meeresforschung geschlagen. Der zunehmende globale Warentransport auf dem Wasserweg erhöht den Druck auf marine Ökosysteme. Große Schiffe emittieren, zusätzlich zu gasförmigen Schadstoffen, große Mengen an Partikeln reich an Spurenmetallen und organischen Schadstoffen zunächst in die Atmosphäre von wo aus die Schadstoffe ins Meer gelangen. Negative Auswirkungen saurer Oxide und organischer Schadstoffe sind bekannt, weniger hingegen wurde bisher die Deposition der Schiffsaerosole und deren Beitrag zur Meeresverschmutzung untersucht. Besonders lückenhaft ist das Verständnis für die Alterungsprozesse während des atmosphärischen Transports sowie in der Wassersäule, beispielweise durch UV-Strahlung oder reaktive Sauerstoffspezies, obwohl die Transformationsprodukte sehr unterschiedliche Auswirkungen auf Biota haben und die Molekülstruktur den weiteren Weg in der Umwelt maßgeblich beeinflussen können.Um diese Wissenslücken zu schließen, soll in PlumeBaSe durch eine vielschichtige Umweltbeprobung eine neuartige, umfassende Erhebung des Emissionstransports und der Aerosolalterung erreicht werden. Die Projektpartner des Leibniz Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), der Universität Rostock (UR) und der Karls-Universität Prag (CU) befassen sich mit den folgenden zentralen Hypothesen: (H1) Schiffsemissionen tragen signifikant zur Verschmutzung des Oberflächenwassers bei, der Eintrag ist besonders hoch entlang der Hauptschifffahrtsrouten. (H2) Während des atmosphärischen und marinen Transports ändern sich die physikalischen (Partikelgrößenverteilung) und chemischen (molekulare Profile) Eigenschaften der emittierten Aerosole, was ihren weiteren Weg in der Umwelt beeinflusst. (H3) Die Veränderungen auf molekularer Ebene können verfolgt und genutzt werden um Schadstoffeinträge über die Atmosphäre von den über Nassabscheider eingebrachte Verschmutzungen zu unterscheiden.Diese angestrebten Zielsetzungen werden in drei Arbeitspaketen adressiert via I. Zeitlich und räumlich hochaufgelöster Analyse von Partikelgrößenverteilungen direkt in den Abgasfahnen der Schiffe unter Nutzung eines unbemannten Luftschiffes, kombiniert mit hochsensitiven gerichteten und ungerichteten chemischen Analysen der II. atmosphärischen Schadstoffe in Partikeln unterschiedlicher Größe, sowie der III. Schadstoffe im Meerwasser. Die Ostsee stellt durch die hohe Schiffsverkehrsdichte, gute Erreichbarkeit und Regulation der Schiffsemissionen ein ideales Untersuchungsgebiet dar, welches sich auch als Modellsystem für die Beeinflussung küstennaher Ozeane durch Schiffsverkehr weltweit eignet.

Auswirkungen von variabler solarer Aktivität auf die neutrale exosphärische Wasserstoffdichte der Erde auf Zeitskalen von halben Stunden bis zum solaren Zyklus

Basierend auf 10 Jahren globaler Lyman-a Beobachtungen von TWINS wird vorgeschlagen, in 3D die Variation der neutralen Exosphäre der Erde verursacht von Variabilität der solaren Aktivität (nur Sonnenwind oder UV und beide gemeinsam) auf Zeitskalen von Jahren (solarer Zyklus) über Tage (27 Tage solare Rotation) bis zu Stunden (geomagnetische Stürme) zu untersuchen.Die Exosphäre ist die äußerste Region der Atmosphäre und besteht vor allem aus neutralem Wasserstoff (H). Als Übergang in den interplanetaren Raum spielt sie eine wichtige Rolle für die gesamte Entwicklung der Erdatmosphäre von der urzeitlichen Vergangenheit bis in die Zukunft, z.B. durch Verlust von H aus Oberflächenwasser in den Weltraum. Da unmittelbar der UV-Strahlung und solaren Aktivität ausgesetzt können Space Weather-Ereignisse (wie geomagnetische Stürme) signifikante Effekte auf die neutrale Exosphäre haben. Über die quantitativen Einflüsse und die relevanten physikalischen Prozesse ist bislang nur wenig bekannt.Exosphärische H-Atome streuen resonant solare Lyman-a Strahlung zurück. Die gestreute Intensität ist proportional zur lokalen H-Dichte im optisch dünnen Bereich oberhalb von 3 Re (Erdradien). Die TWINS Daten enthalten einzigartige kontinuierliche exosphärische Lyman-a Messungen in 3D aus 10 Jahren und sind erst teilweise analysiert.Es wird vorgeschlagen, mittels tomographischer und kinetischer Modelle in 3D die dynamische H-Dichtevariationen verursacht durch variierendes Space Weather auf verschiedenen Zeitskalen bei 3-8 Re zu untersuchen.Erstens soll die Entwicklung der H-Dichteverteilung über den solaren Zyklus 2008-2018 in 3D charakterisiert werden, insbesondere wie totale H-Dichte, radiale Profile und regionale Asymmetrien rund um die Erde (polar/äquatorial, Tag/Nacht usw.) an den solaren Zyklus gekoppelt sind.Zweitens soll die hoch dynamische Reaktion auf geomagnetische Stürme erstmals in 3D mit Zeitauflösung von Stunden bis ~30 min auf Basis der einzigartig großen Menge an Stürmen in den TWINS-Daten analysiert werden. Durch Monte Carlo Simulationen sollen beitragende physikalische Mechanismen bestimmt und quantifiziert werden.Drittens wird vorgeschlagen, den alleinigen Einfluss von solaren UV-Variationen bei relativ konstantem Sonnenwind zu untersuchen anhand der solaren 27 Tage UV-Variation sowie eruptiver solare UV-Ausbrüche. Im Fokus stehen hier die Effekte durch periodische und eruptive Variationen des Strahlungsdrucks bzw. der Photoionisation, insbesondere auf orbitierende H-Atome in größeren Distanzen.Die Verfügbarkeit eines 3D H-Dichtemodells mit Berücksichtigung dynamischer Variationen durch veränderliches Space Weather wäre ein großer Fortschritt im Verständnis der neutralen Exosphäre. Es besitzt auch eine große Bedeutung für kommende Missionen zur Erforschung der Magnetosphäre (wie SMILE, LEXI oder STORM) auf Basis von ENA- bzw. Soft Röntgen-Messungen, die zur Invertierung korrekte lokale exosphärische H-Dichten zu einer beliebigen Zeit benötigen.

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