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.
Aquatische Ökosysteme sind wegen ihrer Allgegenwart und ihren zahlreichen Funktionen auf unterschiedlichen Skalen von hoher Relevanz. Die Interaktion zwischen der Strömung und den flexiblen Blättern einer aquatischen Vegetationsschicht bestimmen das hydraulische Verhalten, sowie den Transport von Sediment, Nährstoffen und Verunreinigungen. Während Konfigurationen mit starren Elementen in vielen Laboruntersuchungen analysiert wurden, ist bisher wenig für den Fall sehr flexibler Strukturen bekannt, d.h. für den Fall hoher Cauchy-Zahlen. Dieses Defizit wird durch das vorliegende Projekt adressiert, bei dem sorgfältig abgestimmte Simulationen und Experimente eingesetzt werden, um deren hydromechanische Eigenschaften bei Rekonfiguration zu untersuchen, sowie deren Auswirkungen auf den Transport skalarer Größen. Ein wesentliches Feature des Projekts ist die enge Kopplung an ökologisch-relevante Bedingungen. Experimente und Simulationen werden für drei Typen von Konfigurationen durchgeführt: (1) Testkonfigurationen mit einer einzelnen Struktur oder mit wenigen zur Methodenentwicklung und Validierung, (2) homogene Anordnungen mit gleichartigen Strukturen hoher Flexibilität, (3) Konfigurationen mit Lichtungen, die die Patch-Skala adressieren. Daten zur Charakterisierung realer schlanker Wasserpflanzen und Patches werden im Projekt ermittelt, so dass eine optimale Wahl der Parameter in Experiment und Simulation gewährleistet ist. Diese werden zum Teil für dieselbe Konfiguration durchgeführt, wobei Simulationen z.B. nicht messbare Größen bereitstellen können. Zusätzlich werden die jeweiligen Vorzüge von Experiment und Simulation eingesetzt, um komplementäre Bereiche des Parameterraums abzutasten. So entsteht eine sehr verlässliche und reichhaltige Datenbasis. Für Experiment wie Simulation werden neuartige Methoden eingesetzt. Im Experiment werden PIV, PLIV eingesetzt, sowie ein Akustik Doppler Profilsensor. Damit ist die simultane Vermessung von Konzentrationen, Fluidgeschwindigkeiten und Strukturen möglich. Speziell der Profilsensor wurde bisher nicht für derartige Aufgaben verwendet. Er erlaubt die Messung instantaner Geschwindigkeitsprofile über der künstlichen Vegetationsschicht wie auch in ihrem Inneren simultan mit der Position der Strukturen. Überzeugende Simulationen von Vegetationsschichten mit flexiblen Elementen existieren bisher nicht. Hier wird eine innovative Methode verwendet, die eine IBM mit einem eigenen semi-impliziten Kopplungsalgorithmus und einem hoch effizienten Cosserat-Modell kombiniert. Damit können Simulationen für tausende Strukturen durchgeführt werden, die einen großen Datenreichtum liefern. Die gemeinsame Auswertung der Daten durch die Projektpartner erlaubt die ideale Kombination der interdisziplinären Kompetenz. Die Vision ist, ein detailliertes Verständnis der komplexen Prozesse zu generieren, die Vegetationsschichten mit hoher Cauchy-Zahl dominieren, und dieses Wissen für aquatische Ökosysteme bereitzustellen.
Meeressedimente enthalten schätzungsweise größer als 10^29 mikrobielle Zellen, welche bis zu 2.500 Meter unter dem Meeresboden vorkommen. Mikrobielle Zellen katabolisieren unter diesen sehr stabilen und geologisch alten Bedingungen bis zu einer Million mal langsamer als Modellorganismen in nährstoffreichen Kulturen und wachsen in Zeiträumen von Jahrtausenden, anstelle von Stunden bis Tagen. Aufgrund der extrem niedrigen Aktivitätsraten, ist es eine Herausforderung die metabolische Aktivität von Mikroorganismen unterhalb des Meeresbodens zu untersuchen. Die Transkriptionsaktivität von diesen mikroben kann seit Kurzem metatranskriptomisch untersucht werden, z.B. durch den Einsatz von Hochdurchsatzsequenzierung von aktiv transkribierter Boten-RNA (mRNA), die aus Sedimentproben extrahiert wird. Tiefseetone zeigen ein Eindringen von Sauerstoff bis zum Grundgebirge, welches auf eine geringe Sedimentationsrate im ultra-oligotrophen Ozean zurückzuführen ist. Der Sauerstoffverbrauch wird durch langsam respirierende mikrobielle Gemeinschaften geprägt, deren Zellzahlen und Atmungsraten sehr niedrig gehalten werden durch die äußerst geringe Menge organischer Substanz, die aus dem darüber liegendem extrem oligotrophen Ozean abgelagert wird. Die zellulären Mechanismen dieser aeroben mikroben bleiben unbekannt. Im Jahr 2014 hat eine Expedition erfolgreich Sedimentkerne von sauerstoffangereichertem Tiefseeton genommen. Vorläufige metatranskriptomische Analysen dieser Proben zeigen, dass der metatranskriptomische Ansatz erfolgreich auf die aeroben mikrobiellen Gemeinschaften in diesen Tiefseetonen angewendet werden kann. Wir schlagen daher vor diese Methode mit einem hohen Maß an Replikation, in 300 Proben von vier Standorten, anzuwenden. Dieser Einsatz wird es uns ermöglichen, Hypothesen in Bezug auf zelluläre Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens, mit einer beispiellosen statistischen Unterstützung, zu testen.Wir warden den aeroben Stoffwechsel, welcher die langfristige Existenz von Organismen in Tiefseetonen unterstützt, bestimmen, Subsistenzstrategien identifizieren in aeroben und anaeroben Gemeinden unterhalb des Meeresbodens, und extrazelluläre Enzyme und ihr Potenzial für den organischen Substanzabbau charakterisieren. Die folgenden Fragen werden damit beantwortet: Wie das Leben im Untergrund über geologische Zeiträume unter aeroben Bedingungen überlebt? Was die allgegenwärtigen und einzigartigen Mechanismen sind, die langfristiges Überleben in Zellen unter aeroben und anaeroben Bedingungen fördert? Was die Auswirkungen von Sedimenttiefe und Verfügbarkeit von organischer Substanz auf die mikrobielle Produktion von extrazellulären Hydrolasen unter aeroben und anaeroben Bedingungen sind? Dies wird sowohl ein besseres Verständnis dafür liefern, wie mikrobielle Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens verteilt sind und was ihre Rolle in biogeochemischen Zyklen ist, als auch wie das Leben über geologische Zeiträume unter extremer Energiebegrenzung überlebt.
Mikroorganismen sind im Boden, in kryptogamen Gemeinschaften und in der Atmosphäre von zentraler Bedeutung. Verschiedene Spezies von Bakterien, Pilzen, Flechten und Pollen wurden bereits als Eiskeime, welche eine Eisbildung bei relativ hohen Temperaturen initiieren können, identifiziert, und besonders biologische Bestandteile aus dem Boden sind eine vermutlich bedeutsame Quelle atmosphärischer Eiskeime. Die genauen Quellen biologischer Eiskeime in der Atmosphäre sind jedoch kaum bekannt, obwohl ein potentieller Beitrag dieser, zur Eis- und Niederschlagsbildung mittlerweile von verschiedenen Studien untermauert wird. Aktuelle Untersuchungen verschiedener Boden- und Luftproben zeigen Hinweise, dass verschiedene eisaktive Pilze unterschiedlicher Phyla nicht nur im Boden und in der Luft vorhanden sind, sondern auch häufig in der kultivierbaren Fraktion vorkommen können. Aus diesem Grund befasst sich das vorgeschlagene Projekt mit der Suche nach weiteren bisher unbekannten eisaktiven Mikroorganismen und Bestandteilen aus dem Boden, von Pflanzen und kryptogamen Gemeinschaften und mit der Erforschung ihres Einflusses auf die Eiskeimaktivität des Bodens. Die nötigen Methoden für ein Screening verschiedenster Kulturen z.B. von Cyanobakterien sind in unserem Labor gut etabliert. Zudem sollen die jeweiligen Eiskeime der neu gefundenen eisaktiven Organismen auf molekularer Ebene charakterisiert werden.
Die Grenzfläche zwischen Ozean und Atmosphäre ist durch einen allgegenwärtigen, < 1 mm dicken marinen Oberflächenfilm, den sogenannten sea-surface microlayer (SML), charakterisiert. Der SML ist nicht nur direkter UV-Strahlung und atmosphärischen Oxidantien ausgesetzt, sondern zeichnet sich im Vergleich zum unterliegenden Wasser auch durch höhere Konzentrationen an organischen Stoffen aus. Bisher ist unklar, welche Bedeutung die dadurch bedingten SML-spezifischen abiotischen Prozesse für die Umsetzung und die Emission organischer Stoffe insgesamt haben und wie man diese Prozesse parametrisieren kann. In diesem Projekt, das eng mit anderen Projekten der interdisziplinären Forschungsgruppe â€ÌBiogeochemische Prozesse und Ozean/Atmosphäre- Austauschprozesse in marinen Oberflächenfilmen (BASS)â€Ì verbunden ist, sollen daher molekulare Details SML-spezifischer Reaktionen (Photochemie, heterogene Oxidation, Radikalchemie) genauer untersucht werden. Ziel ist es, Reaktionsprodukte und -geschwindigkeiten quantitativ zu erfassen und Unterschiede zwischen Reaktionen im SML und in der freien Wassersäule herauszuarbeiten. Basierend auf der Expertise der drei beteiligten Arbeitsgruppen im Bereich Photochemie, Reaktionskinetik, Laserspektroskopie, Analytik und theoretischer Modellierung, soll ein molekulares Verständnis ausgewählter Reaktionen und des Einflusses der komplexen SML-Reaktionsumgebung erreicht werden. Dazu sollen experimentelle Verfahren wie Schwingungs-Summenfrequenzerzeugung, hochempfindliche Chromatographie-Massenspektrometrie und gepulste Laserphotolyse-Langwegabsorption mit Methoden der Quantenchemie und Molekulardynamik kombiniert werden. Arbeitsschwerpunkte bilden die Oxidationskinetik von Halogen- bzw. Hydroxyl-Radikalreaktionen in der flüssigen Phase, die Ozonolyse von Fettsäure-Monoschichten und die durch Photosensibilisatoren verstärkte Bildung von reaktiven Radikalen bzw. Zersetzung von organischen Schichten. Neben wohldefinierten Labor-Modellsystemen werden auch natürliche Proben analysiert werden. Dabei stellt sich z.B. die Frage nach den Einflussfaktoren der während einer Algenblüte zunehmenden Bildung von oberflächenaktiven Stoffen im SML und der Bedeutung der durch die Sonne bedingten Photolyse auf die abiotische Umsetzung organischer Stoffe. Flankierend werden im Projekt auch die eingesetzten Untersuchungsmethoden weiterentwickelt; das beinhaltet sowohl die Ausarbeitung von Messprotokollen zur Quantifizierung bestimmter organischen Substanzklassen (z.B. Carbonyle und Kohlenhydrate) im SML, die Synthese und Charakterisierung von neuartigen oberflächenaktiven Photosensibilisatoren (z.B. Benzoyl-Benzoesäure-funktionalisierte Lipide) sowie die Entwicklung und Erprobung mehrstufiger Modellierungsverfahren zur theoretischen Beschreibung von Struktur-Reaktivitätsbeziehungen der Fettsäure-Ozonolyse (z.B. Beschreibung des Einflusses sterischer und elektronischer Effekte der organischen Matrix).
Unter Zuhilfenahme von modernsten, webbasierten Technologien werden im Teilprojekt des Fraunhofer IGD interaktive Lehrmaterialien zum Thema Plastikmüll und Mikroplastik entwickelt werden. Die inhaltlichen Schwerpunkte liegen dabei auf der Vermittlung der ubiquitären Quellen von Mikroplastik sowie auf der anschaulichen Vermittlung der Ergebnisse aus den Arbeitspaketen der Partner (Modellierung von Quellen, Eintrittspfaden, Transportprozessen und Verbleib von Mikroplastik im Warnow-Einzugsgebiet, dem Warnow Ästuar und der angrenzenden Ostsee). Diese Inhalte sollen auf großformatigen Multi-Touch-Tischen Schülern pädagogisch aufbereitet nahegebracht werden. Mit vielen Interaktionsmöglichkeiten (z.B. Vergleiche verschiedener Szenarien, freies Bewegen in Raum und Zeit, 'Verfolgen' von Plastikmüll-Partikeln) soll das Interesse von Schülern geweckt, ihr Bewusstsein für die Thematik Plastikmüll sensibilisiert und die Ergebnisse der Forschungsarbeiten des IOW zum Thema vermittelt werden Die Arbeiten des IGD lassen sich grob in zwei größere Blöcke unterteilen, die parallel zu den anderen Arbeitspaketen umgesetzt werden. Insbesondere der 2. Block ist dabei inhaltlich an die Ergebnisse der anderen WPs gekoppelt und erfordert eine enge Zusammenarbeit mit den anderen Projektpartnern. Das Ziel ist die Entwicklung von zwei Multimedia-Modulen für einen Multi-Touch-Tisch, an dem sich über die vielfältigen Quellen von Plastikmüll und Mikroplastik in der Umwelt (speziell Strand) informiert werden kann. Über diese Module sollen die Modellierungs- und Simulations-Ergebnisse aus den WPs der Projektpartner zur Erfassung, Modellierung und Quantifizierung der Emissionen vermittelt werden. Am Ende des Projektes soll es eine Wanderausstellung geben, bei der die gesammelten Forschungsergebnisse des Projektes, der Öffentlichkeit vermittelt werden.
The EU population is increasingly exposed to new physical and chemical agents in the environment, some of which may be detrimental to public health. Of these, electromagnetic fields (EMF) are one of the most ubiquitous, with new EMF technologies and novel applications being actively developed and commercialised. To address pertinent questions on EMF and health, GERoNiMO proposes an integrated approach building upon existing European resources (epidemiological studies, exposure assessment techniques, mechanistic and animal models, expert networks), using, where appropriate, novel methods, to better understand potential mechanisms underlying possible health effects of EMF, to characterise population levels of exposure, and to further the state of knowledge on EMF and health. GERoNiMO will focus on radiofrequency fields (RF) - as understanding of possible health effects is insufficient and a large proportion of the general population is exposed, with commercial applications continuing to grow - and intermediate frequencies (IF) - as applications are increasing and information on potential health effects is sparse. GERoNiMO will address all aspects of the call by meeting the following four main objectives: i) evaluate possible health effects (cognitive and behavioural development, cancer risk, and reproductive effects) of exposure to RF and IF in children and adults; ii) better understand mechanisms of biological effects (behavioural and reproductive effects, cancer, ageing, and Alzheimer's disease) related to RF and IF; iii) collect better data on population exposure and improve health risk assessment for RF and IF; and iv) underpin policy development in Europe on RF and IF (including non-technological means of reducing exposure and best practices in risk communication to support EU policy makers). GERoNiMO represents a unique and timely opportunity for the development of a truly integrated approach to research into EMF and health in Europe.
Biological ice nucleators (IN) are the most abundant agents to catalyze ice formation at warm temperatures (greater than -10 oC). Yet, the relevance of biological ice nucleation for cloud processes, such as initiating precipitation, remains ambiguous. Very little is known about abundance and nucleation spectra of biological IN at tropospheric cloud altitudes. Equally unknown is the relative importance of different kinds of biological IN in this part of the atmosphere, its likely change with seasons, with weather and air mass origin. In this project we address four major questions to shed more light on these issues: What are the abundance and nucleation spectra of warm-temperature ice nuclei (active between -3 and -13 oC) at tropospheric cloud altitude? Do abundance and nucleation spectra correlate with (a) season / weather, (b) source region and/or (c) aerosol number-size distribution of air masses? What are the relative contributions to the total number of IN by intact micro-organisms and by biological residues on soil dust? Do we find Pseudomonas syringae, currently considered the most ubiquitous and most efficient warm-temperature ice nucleus, in air masses with high numbers of IN active at warm temperatures? Field work will take place at the High Alpine Research Station Jungfraujoch located in the Swiss Alps at 3580 m above sea level. Air masses surrounding the station are presumed to be representative for the lower troposphere above the continent (more precise characterisation will be done with our two atmospheric 222Rn monitors at Bern and on Jungfraujoch (http://radon.unibas.ch/) as part of ongoing work at the institute, but outside the scope of this proposal). The station is frequently within clouds. To address our questions, air will be sampled over two years during a total of 18 weeks with liquid impingers and analysed at the station in drop freeze tests for abundance and nucleus spectra (Question 1). High-resolution transport simulations (FLEXPART) by our collaborator Dr. Stefan Henne (Air Pollution / Environmental Technology, Empa, Switzerland) will enable us to identify the main source regions (Question 2b). Data on number-size distributions of total aerosol during our sampling campaigns (Question 2c) becomes available through the collaboration with Dr. Ernest Weingartner (Head, Aerosol Physics Group, Laboratory of Atmospheric Chemistry, PSI, Switzerland). Differentiation between bacteria, spores, and biological residues associated with soil dust (Question 3), and isolation of Pseudomonas syringae, (Question 4) is done in close collaboration with the group of Dr. Cindy Morris (Director, Plant Pathology Research, INRA, Avignon, France).
Aerosol particle formation is ubiquitous in the atmosphere. It can lead to large numbers of ultrafine particles (diam. less than 20 nm) which can grow by condensation to cloud condensation nuclei. These cloud condensation nuclei determine the properties of clouds and hence their climate impact. However, our current knowledge about particle formation processes is limited, mainly for technical reasons.In this application, we propose the development and application of a helicopter-borne aerosol measurement system to study particle formation events in the lower atmosphere (h less than 3 km). In order to resolve the fine structures of such events and to analyze the balance equation of the aerosol particles, a fast measurement system (greater than 10 Hz) is needed. Therefore, we will develop a new mixing-type condensation particle counter, which will be the central part of the new aerosol measurement system. Fast measurements of the whole submicrometer particle size distribution and turbulence parameters will assist the data interpretation. With the new system, particle formation events caused by mixing processes on small scales at inversion layers in the cloud-free atmosphere as well as on cloud edges can be investigated for the first time in detail.
Soil organic matter is considered the major source of bioavailable N, but the role of functionally different OM pools in N cycling is poorly understood. This project aims at highlighting the role of mineral?organic associations on accumulation, transformation, and bioavailability of organic nitrogen (ON) in soils of a temperate rainforest chronosequence in New Zealand. The soils developed over 120,000 years in silica-rich parent materials (schist, greywacke) giving rise to pronounced gradients in soil mineralogy and soil formation. This allows to study the mineralogical controls on changes in ON accumulation, its chemical composition, and bioavailability as well as the feedbacks of soil mineralogy on microbial composition and function. To reach this goal, we will (i) characterize the mineralogical composition of the soils, (ii) quantify the amount of ON held in mineral?organic associations, (iii) analyse respective ON forms by molecular biomarker, X-ray photoelectron and absorption spectroscopy, (iv) assess the consequences of mineral?ON interactions for N bioavailability, and (v) characterize the microbial communities involved in N cycling using real-time polymerase chain reaction for 16S rRNA and functional gene quantification, and enzyme activity measurements. This study will emphasize the ubiquitous role of minerals in the cycling of soil ON and thus add an important component to current N cycling models.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 23 |
| Europa | 2 |
| Wissenschaft | 14 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 21 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 2 |
| Offen | 21 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 11 |
| Englisch | 20 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 15 |
| Webseite | 8 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 20 |
| Lebewesen und Lebensräume | 23 |
| Luft | 14 |
| Mensch und Umwelt | 23 |
| Wasser | 15 |
| Weitere | 23 |