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This paper investigates the value of observed river discharge data for global-scale hydrological modeling of a number of flow characteristics that are e.g. required for assessing water resources, flood risk and habitat alteration of aquatic ecosystems. An improved version of the WaterGAP Global Hydrology Model (WGHM) was tuned against measured discharge using either the 724-station dataset (V1) against which former model versions were tuned or an extended dataset (V2) of 1235 stations. WGHM is tuned by adjusting one model parameter (γ) that affects runoff generation from land areas in order to fit simulated and observed long-term average discharge at tuning stations. In basins where γ does not suffice to tune the model, two correction factors are applied successively: the areal correction factor corrects local runoff in a basin and the station correction factor adjusts discharge directly the gauge. Using station correction is unfavorable, as it makes discharge discontinuous at the gauge and inconsistent with runoff in the upstream basin. The study results are as follows. (1) Comparing V2 to V1, the global land area covered by tuning basins increases by 5% and the area where the model can be tuned by only adjusting γ increases by 8%. However, the area where a station correction factor (and not only an areal correction factor) has to be applied more than doubles. (2) The value of additional discharge information for representing the spatial distribution of long-term average discharge (and thus renewable water resources) with WGHM is high, particularly for river basins outside of the V1 tuning area and in regions where the refined dataset provides a significant subdivision of formerly extended tuning basins (average V2 basin size less than half the V1 basin size). If the additional discharge information were not used for tuning, simulated long-term average discharge would differ from the observed one by a factor of, on average, 1.8 in the formerly untuned basins and 1.3 in the subdivided basins. The benefits tend to be higher in semi-arid and snow-dominated regions where the model is less reliable than in humid areas and refined tuning compensates for uncertainties with regard to climate input data and for specific processes of the water cycle that cannot be represented yet by WGHM. Regarding other flow characteristics like low flow, inter-annual variability and seasonality, the deviation between simulated and observed values also decreases significantly, which, however, is mainly due to the better representation of average discharge but not of variability. (3) The choice of the optimal sub-basin size for tuning depends on the modeling purpose. While basins over 60 000 km2 are performing best, improvements in V2 model performance are strongest in small basins between 9000 and 20 000 km2, which is primarily related to a low level of V1 performance. Increasing the density of tuning stations provides a better spatial representation of discharge, but it also decreases model consistency, as almost half of the basins below 20 000 km2 require station correction.
Long-term average groundwater recharge, which is equivalent to renewable groundwater resources, is the major limiting factor for the sustainable use of groundwater. Compared to surface water resources, groundwater resources are more protected from pollution, and their use is less restricted by seasonal and inter-annual flow variations. To support water management in a globalized world, it is necessary to estimate groundwater recharge at the global scale. Here, we present a best estimate of global-scale long-term average diffuse groundwater recharge (i.e. renewable groundwater resources) that has been calculated by the most recent version of the WaterGAP Global Hydrology Model WGHM (spatial resolution of 0.5° by 0.5°, daily time steps). The estimate was obtained using two state-of-the-art global data sets of gridded observed precipitation that we corrected for measurement errors, which also allowed to quantify the uncertainty due to these equally uncertain data sets. The standard WGHM groundwater recharge algorithm was modified for semi-arid and arid regions, based on independent estimates of diffuse groundwater recharge, which lead to an unbiased estimation of groundwater recharge in these regions. WGHM was tuned against observed long-term average river discharge at 1235 gauging stations by adjusting, individually for each basin, the partitioning of precipitation into evapotranspiration and total runoff. We estimate that global groundwater recharge was 12 666 km3/yr for the climate normal 1961–1990, i.e. 32% of total renewable water resources. In semi-arid and arid regions, mountainous regions, permafrost regions and in the Asian Monsoon region, groundwater recharge accounts for a lower fraction of total runoff, which makes these regions particularly vulnerable to seasonal and inter-annual precipitation variability and water pollution. Average per-capita renewable groundwater resources of countries vary between 8 m3/(capita yr) for Egypt to more than 1 million m3/(capita yr) for the Falkland Islands, the global average in the year 2000 being 2091 m3/(capita yr). Regarding the uncertainty of estimated groundwater resources due to the two precipitation data sets, deviation from the mean is 1.1% for the global value, and less than 1% for 50 out of the 165 countries considered, between 1 and 5% for 62, between 5 and 20% for 43 and between 20 and 80% for 10 countries. Deviations at the grid scale can be much larger, ranging between 0 and 186 mm/yr.
Irrigation is the most important water use sector accounting for about 70% of the global freshwater withdrawals and 90% of consumptive water uses. While the extent of irrigation and related water uses are reported in statistical databases or estimated by model simulations, information on the source of irrigation water is scarce and very scattered. Here we present a new global inventory on the extent of areas irrigated with groundwater, surface water or non-conventional sources, and we determine the related consumptive water uses. The inventory provides data for 15 038 national and sub-national administrative units. Irrigated area was provided by census-based statistics from international and national organizations. A global model was then applied to simulate consumptive water uses for irrigation by water source. Globally, area equipped for irrigation is currently about 301 million ha of which 38% are equipped for irrigation with groundwater. Total consumptive groundwater use for irrigation is estimated as 545 km3 yr−1, or 43% of the total consumptive irrigation water use of 1277 km3 yr−1. The countries with the largest extent of areas equipped for irrigation with groundwater, in absolute terms, are India (39 million ha), China (19 million ha) and the USA (17 million ha). Groundwater use in irrigation is increasing both in absolute terms and in percentage of total irrigation, leading in places to concentrations of users exploiting groundwater storage at rates above groundwater recharge. Despite the uncertainties associated with statistical data available to track patterns and growth of groundwater use for irrigation, the inventory presented here is a major step towards a more informed assessment of agricultural water use and its consequences for the global water cycle.
Irrigation is the most important water use sector accounting for about 70% of the global freshwater withdrawals and 90% of consumptive water uses. While the extent of irrigation and related water uses are reported in statistical databases or estimated by model simulations, information on the source of irrigation water is scarce and very scattered. Here we present a new global inventory on the extent of areas irrigated with groundwater, surface water or non-conventional sources, and we determine the related consumptive water uses. The inventory provides data for 15 038 national and sub-national administrative units. Irrigated area was provided by census-based statistics from international and national organizations. A global model was then applied to simulate consumptive water uses for irrigation by water source. Globally, area equipped for irrigation is currently about 301 million ha of which 38% are equipped for irrigation with groundwater. Total consumptive groundwater use for irrigation is estimated as 545 km3 yr−1, or 43% of the total consumptive irrigation water use of 1 277 km3 yr−1. The countries with the largest extent of areas equipped for irrigation with groundwater, in absolute terms, are India (39 million ha), China (19 million ha) and the United States of America (17 million ha). Groundwater use in irrigation is increasing both in absolute terms and in percentage of total irrigation, leading in places to concentrations of users exploiting groundwater storage at rates above groundwater recharge. Despite the uncertainties associated with statistical data available to track patterns and growth of groundwater use for irrigation, the inventory presented here is a major step towards a more informed assessment of agricultural water use and its consequences for the global water cycle.
Sesquiterpenes (C15H24) are semi-volatile organic compounds emitted by vegetation and are of interest in atmospheric research because they influence the oxidative capacity of the atmosphere and contribute to the formation of secondary organic aerosols. However, little is known about their emission pattern and no established parameterisation is available for global emission models. The aim of this study is to investigate a Central European spruce forest and its emission response to meteorological and environmental parameters, looking for a parameterisation that incorporates heat and oxidative stress as the main driving forces of the induced emissions. Therefore, a healthy ca. 80 yr old Norway spruce (Picea abies) tree was selected and a dynamical vegetation enclosure technique was applied from April to November 2011. The emissions clearly responded to temperature changes with small variations in the β-factor along the year (βspring = 0.09 ± 0.01, βsummer = 0.12 ± 0.02, βautumn = 0.11 ± 0.02). However, daily calculated values revealed a vast amount of variability in temperature dependencies ((0.02 ± 0.002) < β < (0.27 ± 0.04)) with no distinct seasonality.
By separating the complete dataset in 10 different ozone regimes, we found that in moderately or less polluted atmospheric conditions the main driving force of sesquiterpene emissions is the temperature, but when ambient ozone mixing ratios exceed a critical threshold of (36.6 ± 3.9) ppbv, the emissions become primarily correlated with ozone. Considering the complete dataset, cross correlation analysis resulted in highest correlation with ambient ozone mixing ratios (CCO3 = 0.63 ± 0.01; CCT = 0.47 ± 0.02 at t = 0 h for temperature) with a time shift 2–4 h prior to the emissions. An only temperature dependent algorithm was found to substantially underestimate the induced emissions (20% of the measured; R2 = 0.31). However, the addition of an ozone dependent term improved substantially the fitting between measured and modelled emissions (81% of the modelled emissions could be explained by the measurements; R2 = 0.63), providing confidence about the reliability of the suggested parameterisation for the spruce forest site investigated.
Sesquiterpenes (C15H24) are semi-volatile organic compounds emitted by vegetation and are of interest in atmospheric research because they influence the oxidative capacity of the atmosphere and contribute to the formation of secondary organic aerosols. However, little is known about their emission pattern and no established parameterization is available for global emission models. The aim of this study is to investigate a Central European spruce forest and its emission response to meteorological and environmental parameters, looking for a parameterization that incorporates heat and oxidative stress as the main driving forces of the induced emissions. Therefore, a healthy ca. 80 yr old Norway spruce (Picea abies) tree was selected and a dynamical vegetation enclosure technique was applied from April to November 2011. The emissions clearly responded to temperature changes with small variations in the β-factor along the year (βspring=0.09 ± 0.01, βsummer=0.12 ± 0.02, βautumn=0.11 ± 0.02). However, daily calculated values revealed a vast amount of variability in temperature dependencies ((0.02 ± 0.002)< β<(0.27 ± 0.04)) with no distinct seasonality.
By separating the complete dataset in 10 different ozone regimes, we found that in moderately or less polluted atmospheric conditions the main driving force of sesquiterpene emissions is the temperature, but when ambient ozone mixing ratios exceed a~critical threshold of (36.6 ± 3.9) ppbv, the emissions become primarily correlated with ozone. Considering the complete dataset, cross correlation analysis resulted in highest correlation with ambient ozone mixing ratios (CCO3=0.63 ± 0.01; CCT=0.47 ± 0.02 at t=0 h for temperature) with a time shift 2–4 h prior to the emissions. An only temperature dependent algorithm was found to substantially underestimate the induced emissions (20 % of the measured; R2=0.31). However, the addition of an ozone dependent term improved substantially the fitting between measured and modeled emissions (81 % of the measured; R2=0.63), providing confidence about the reliability of the suggested parameterization for the spruce forest site investigated.
Projections from coarse-grid global circulation models are not suitable for regional estimates of water balance or trends of extreme precipitation and temperature, especially not in complex terrain. Thus, downscaling of global to regionally resolved projections is necessary to provide input to integrated water resources management approaches for river basins like the Upper Danube River Basin (UDRB) and the Upper Brahmaputra River Basin (UBRB).
This paper discusses the application of the regional climate model COSMO-CLM as a dynamical downscaling tool. To provide accurate data the COSMO-CLM model output was post-processed by statistical means. This downscaling chain performs well in the baseline period 1971 to 2000. However, COSMO-CLM performs better in the UDRB than in the UBRB because of a longer application experience and a less complex climate in Europe.
Different climate change scenarios were downscaled for the time period 1960–2100. The projections show an increase of temperature in both basins and for all seasons. The values are generally higher in the UBRB with the highest values occurring in the region of the Tibetan Plateau. Annual precipitation shows no substantial change. However, seasonal amounts show clear trends, for instance an increasing amount of spring precipitation in the UDRB. Again, the largest trends for different precipitation statistics are projected in the region of the Tibetan Plateau. Here, the projections show up to 50% longer dry periods in the months June to September with a simultaneous increase of about 10% for the maximum amount of precipitation on five consecutive days. For the Assam region in India, the projections also show an increase of 25% in the number of consecutive dry days during the monsoon season leading to prolonged monsoon breaks.
We have analysed the microseismic activity within the Rwenzori Mountains area in the western branch of the East African Rift. Seismogram recordings from a temporary array of up to 27 stations reveal approximately 800 events per month with local magnitudes ranging from –0.5 to 5.1. The earthquake distribution is highly heterogeneous. The majority of located events lie within faults zones to the east and west of the Rwenzoris with the highest seismic activity observed in the northeastern area, where the mountains are in contact with the rift shoulders. The hypocentral depth distribution exhibits a pronounced peak of seismic energy release at 15 km depth. The maximum extent of seismicity ranges from 20 to 32 km and correlates well with Moho depths that were derived from teleseismic receiver functions. We observe two general features: (i) beneath the rift shoulders, seismicity extends from the surface down to ca. 30 km depth; (ii) beneath the rift valley, seismicity is confined to depths greater than 10 km. From the observations there is no indication for a crustal root beneath the Rwenzori Mountains. The magnitude frequency distribution reveals a b-value of 1.1, which is consistent with the hypothesis that part of the seismicity is caused by magmatic processes within the crust. Fault plane solutions of 304 events were derived from P-polarities and SV/P amplitude ratios. More than 70 % of the source mechanisms exhibit pure or predominantly normal faulting. T-axis trends are highly uniform and oriented WNW–ESE, which is perpendicular to the rift axis and in good agreement with kinematic rift models. At the northernmost part of the region we observe a rotation of the T-axis trends to NEN–SWS, which may be indicative of a local perturbation of the regional stress field.
Assessing the uncertainties of simulation results of ecological models is becoming of increasing importance, specifically if these models are used to estimate greenhouse gas emissions at site to regional/national levels. Four general sources of uncertainty effect the outcome of process-based models: (i) uncertainty of information used to initialise and drive the model, (ii) uncertainty of model parameters describing specific ecosystem processes, (iii) uncertainty of the model structure and (iv) accurateness of measurements (e.g. soil-atmosphere greenhouse gas exchange) which are used for model testing and development.
The aim of our study was to assess the simulation uncertainty of the process-based biogeochemical model LandscapeDNDC. For this we set up a Bayesian framework using a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method, to estimate the joint model parameter distribution. Data for model testing, parameter estimation and uncertainty assessment were taken from observations of soil fluxes of nitrous oxide (N2O), nitric oxide (NO), and carbon dioxide (CO2) as observed over a 10 yr period at the spruce site of the Höglwald Forest, Germany. By running four independent Markov Chains in parallel with identical properties (except for the parameter start values), an objective criteria for chain convergence developed by Gelman et al. (2003) could be used.
Our approach showed that by means of the joined parameter distribution, we were able not only to limit the parameter space and specify the probability of parameter values, but also to assess the complex dependencies among model parameters used for simulating soil C and N trace gas emissions. This helped to improve the understanding of the behaviour of the complex LandscapeDNDC model while simulating soil C and N turnover processes and associated C and N soil-atmosphere exchange.
In a final step the parameter distribution of the most sensitive parameters determining soil-atmosphere C and N exchange were used to obtain the parameter-induced uncertainty of simulated N2O, NO and CO2 emissions. These were compared to observational data of the calibration set (6 yr) and an independent validation set of 4 yr.
The comparison showed that most of the annual observed trace gas emissions were in the range of simulated values and were predicted with a high certainty (Residual mean squared error (RMSE) NO: 2.5 to 21.3 g N ha−1 d−1, N2O: 0.2 to 21.4 g N ha−1 d−1, CO2: 5.8 to 12.6 kg C ha−1 d−1). However, LandscapeDNDC simulations were sometimes limited to accurately predict observed seasonal variations in fluxes.
Assessing the uncertainties of simulation results of ecological models is becoming increasingly important, specifically if these models are used to estimate greenhouse gas emissions on site to regional/national levels. Four general sources of uncertainty effect the outcome of process-based models: (i) uncertainty of information used to initialise and drive the model, (ii) uncertainty of model parameters describing specific ecosystem processes, (iii) uncertainty of the model structure, and (iv) accurateness of measurements (e.g., soil-atmosphere greenhouse gas exchange) which are used for model testing and development.
The aim of our study was to assess the simulation uncertainty of the process-based biogeochemical model LandscapeDNDC. For this we set up a Bayesian framework using a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method, to estimate the joint model parameter distribution. Data for model testing, parameter estimation and uncertainty assessment were taken from observations of soil fluxes of nitrous oxide (N2O), nitric oxide (NO) and carbon dioxide (CO2) as observed over a 10 yr period at the spruce site of the Höglwald Forest, Germany. By running four independent Markov Chains in parallel with identical properties (except for the parameter start values), an objective criteria for chain convergence developed by Gelman et al. (2003) could be used.
Our approach shows that by means of the joint parameter distribution, we were able not only to limit the parameter space and specify the probability of parameter values, but also to assess the complex dependencies among model parameters used for simulating soil C and N trace gas emissions. This helped to improve the understanding of the behaviour of the complex LandscapeDNDC model while simulating soil C and N turnover processes and associated C and N soil-atmosphere exchange. In a final step the parameter distribution of the most sensitive parameters determining soil-atmosphere C and N exchange were used to obtain the parameter-induced uncertainty of simulated N2O, NO and CO2 emissions. These were compared to observational data of an calibration set (6 yr) and an independent validation set of 4 yr. The comparison showed that most of the annual observed trace gas emissions were in the range of simulated values and were predicted with a high certainty (Root-mean-squared error (RMSE) NO: 2.4 to 18.95 g N ha−1 d−1, N2O: 0.14 to 21.12 g N ha−1 d−1, CO2: 5.4 to 11.9 kg C ha−1 d−1). However, LandscapeDNDC simulations were sometimes still limited to accurately predict observed seasonal variations in fluxes.
Towards the goal to understand the role of land-surface processes over the Indian sub-continent, a series of soil-moisture sensitivity simulations have been performed using a non-hydrostatic regional climate model COSMO-CLM. The experiments were driven by the lateral boundary conditions provided by the ERA-Interim (ECMWF) reanalysis. The simulation results show that the pre-monsoonal soil moisture has a significant influence on the monsoonal precipitation. Both, positive and negative soil-moisture precipitation (S-P) feedback processes are of importance. The negative S-P feedback process is especially influential in the western and the northern parts of India.
Der Cornbrash (sandige Fazies des Bathonien) setzt sich im zentralen Teil des Niedersächsischen Beckens aus insgesamt 5 Teilschüttungen zusammen. Zwei Sandschüttungen erfolgten im Unter-Bathonien (Obere Württembergica-Sandsteine); im Ober-Bathonien können insgesamt drei Sandschüttungen ausgehalten werden (Aspidoides-Sandsteine). Während der Einschüttung der Württembergica-Sandsteine sowie der unteren Abteilung des Aspidoides-Sandsteins bildete der Bereich etwa östlich der Linie Steinhuder Meer-Minden eine stabile Plattform, auf der sich von Osten nach Westen Deltas vorbauten (obere Abteilung des Oberen Württembergica-Sandsteins) bzw. hochenergetische Sandplaten zur Ablagerung kamen (untere Abteilung des Oberen Württembergica-Sandsteins sowie des Aspidoides-Sandsteins). Westlich dieser Plattform kam es im Bereich des Wesertroges dagegen zu einem phasenweisen Absinken des Untergrundes. Dementsprechend wechselhaft ist hier die Sedimentation: tonige Schelfablagerungen, deckenförmige Sande eines flach-tiefen Subtidals, hochenergetische Sandplatenbildungen sowie tonige, Bryozoen- und Onkoiden-führende Tone eines geschützten Litorals bilden im höheren Dogger insgesamt 3 regressive Sedimentationszyklen ab. Den insgesamt N-S verlaufenden Beckenkonturen entsprechend war im offenen Schelfbereich (Weser-Wiehengebirge) während des Bathonien ein zum Beckenrand parallel vertautendescnach Norden gerichtetes - Meeresströmungssystem ausgebildet. In Beckenrandbereichen (Süntel) erzeugte dagegen die auflaufende Gezeitenwelle ein senkrecht zum Beckenrand orientiertes, E-W gerichtetes Strömungsmuster. Im höheren Ober-Bathonien erfolgte eine tiefgreifende Umgestaltung der südlichen Beckenteile. Verstärkte Hebungsvorgänge im Bereich der Westfälisch-Lippischen Schwelle führten zu Sandeinschüttungen aus südlichen Richtungen, gleichzeitig verloren die östlichen Liefergebiete an Bedeutung. Sandschüttungen aus Norden, die vermutlich während des gesamten Bathonien erfolgten, haben den Südrand des Niedersächsischen Beckens zu keiner Zeit erreicht.
Es werden einige Aufschlüsse auf dem Sonnenkamp in der Gemeinde Beim, 5 km östlich Osnabrück, beschrieben. Sie lassen erkennen, daß der drenthestadiale Vorstoß des Osnabrücker Gletschers hier eine lokale West-Ost-Richtung hatte. Zugleich lassen sie das Oszillieren einer Eisrandlage vermuten, die mit der Geschiebe-Akkumulation am Gattberg in Verbindung steht.
Die im Gebiet des mittleren Teutoburger Waldes auftretenden Sedimentationsanomalien der turbiditischen "Rothenfelder Grünsande" und der "submarinen Großgleitung im Raum Halle" werden in das Ober-Turon gestellt und feinstratigraphisch neu gedeutet. Dabei können die "Rothenfelder Grünsande" erstmals mit einer Lage im Steinbruch Foerth, Halle/ Westf., nachgewiesen werden. Unbekannt war auch bisher das Vorkommen einer submarinen Gleitung im Steinbruch Anneliese, Bad Laer, in der ein weiterer Turbidit eingeschaltet ist. Die turbiditischen Rothenfelder Grünsande gehören lithostratigraphisch in die hohe "Untere Plänerkalk-Einheit (Iower limestone unit)" (ERNST& WOOD& RASEMANN 1984), biostratigraphisch in die untere Subprionocyclus normalis - Ammonitenzone und in die untere Inoceramus aff. frechi & Inoceramus cf. websteri - Inoceramen-Faunenzone. Eventstratigraphisch sind sie durch ihre Lage von einigen Metern über dem Tuff F und dem Micraster-Event gekennzeichnet. Die Untergrenzen der submarinen Gleitungen von HalielWestf. und vom Steinbruch Anneliese, Bad Laer, befinden sich lithostratigraphisch in der "Grauweißen Wechselfolge" (WOOD& ERNST& RASEMANN 1984). Im Steinbruch Foerth, HalLe/Westf., liegt die Basis der submarinen Gleitungen nur knapp über dem Beginn der Grauweißen Wechselfolge. In den verrutschten Gesteinsmassen läßt sich eine stratigraphische Abfolge vom hohen Ober-Turon bis in das Mittel-Coniac erkennen. Die Basis der submarinen Gleitung von Bad Laer liegt einige Meter höher als in HalielWestf. Ihre Mächtigkeit beträgt nur 5 m im Gegensatz zu der weit über 100 m mächtigen Rutschung von Halle/Westf.
Durch sechs Bohrungen am S-Hang des Silberberges wurde der südliche Rand der "Silberberg-Großheide-Scholle" geologisch untersucht. Die Ergebnisse bestätigen im wesentlichen das von NIENHAUS (1953), LOTZE (1953), KELLER (1974) und HARMS (1981) gegebene Bild über den geologischen Aufbau dieses Gebietes: Die aus Zechstein- und Trias-Gesteinen aufgebaute Silberberg-Großheide-Scholieliegt schlüsselförmigauf einer geschlossenen Unterlage aus Jura-Tonstein.
16 moderne Gesteinsanalysen aus den z. T. eisenerzhaitigen Zechstein-Serien (Mutterflöz, Kupferschiefer und Zechsteinkalk) des Hüggels werden vorgestellt. Sie werden durch ältere Analysen von Gesteinen des "höheren" Zechsteins ("Plattiger- und Massiger- Dolomit") aus dem südlich des Hüggels gelegenen Silberberg-Gebiet ergänzt.
Dargestellt werden die Veränderungen eines Podsol-Braunerde-Standortes unter Wald hinsichtlich der Bodeneigenschaften und Vegetation nach ca. 20jähriger Verregnungvon Abwässern einer Stärkefabrik. Bei den chemischen Bodenparametern zeigten sich als Folge der Abwasserverregnung in sich schlüssige und z. T. extreme Auswirkungen auf die Acidität, die Kationengehalte, di~ Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorvorräte sowie die Mineralisationsdynamik. Die Überdüngung und Eutrophierung des Standortes wurde außerdem durch Vegetationsaufnahmen, die Auswertung ihrer mittleren ökologischen Zeigerwerte sowie Vegetationsanalysen belegt. Die hier beobachteten Folgewirkungen der Abwasserverregnung im Wald als auch die Auswertung entsprechender Berichte aus der Literatur lassen die Verwendung von Waldflächen zur Abwasserbeseitigung grundsätzlich bedenklich erscheinen.
Am 27. Januar 1981 verstarb an den Folgen eines tragischen Verkehrsunfalls das Ehrenmitglied des Naturwissenschaftlichen Vereins Osnabrück, Prof. Dr. GERHARD KELLER aus Ibbenbüren in seinem 77. Lebensjahr. Der Naturwissenschaftliche Verein Osnabrück gedenkt des Geologen und Naturwissenschaftlers GERHARD KELLER in seinem weit gespannten wissenschaftlichen Wirkungskreis und der besonderen Hinwendung zur Geologie seiner näheren Heimat, dem Osnabrücker Bergland und Teutoburger Wald.
Die Folgen der starken Emission von Schwefeldioxid und Stickstoffoxiden in die Atmosphäre wurden in den vergangenen Jahrzehnten immer deutlicher erkennbar: Saure Niederschläge gelangen in die Böden und verstärken die Tendenz ihrer Versauerung. Unter den negativen Wirkungen einer starken Bodenversauerung wird toxischer Überschuß von Aluminium-Ionen auf das Pflanzenwachstum besonders untersucht und diskutiert. Zu dieser Frage sind in dem vorliegenden Beitrag Versuchsergebnisse beschrieben worden. die im Rahmen eines Forschungsauftrages mit Gemüsearten als Testpflanzen in den Jahren 1966 bis 1968 erzielt werden konnten.
An der Basis einer Brekzie aus zechsteinzeitlichen Karbonatgesteinen konnten auf dem Hüggel-Horst Sedimente mit mariner Fauna (Ober-Miozän: Langenfelde-Gram) beobachtet werden. Ihre Fossilführung und Petrographie wird beschrieben. Sie sind in Höhlen, die bei Subrosion von Zechstein-Sulfaten entstanden, im küstennahen Bereich des Miozän-Meeres eingespült und abgelagert worden. Sie belegen, daß der Hüggel-Horst schon im Miozän gehoben und bis auf die Zechstein-Gesteine abgetragen worden war.
Ein nördlich von Sulingen (TK 3318 Sulingen) gefundenes Flintkonglomerat wird beschrieben. Es ist ein vermutlich saaleeiszeitliches Geschiebe und wird von Koniferenwurzelresten durchzogen. Die Erhaltungszustände der Wurzeln und deren Verteilung im Gestein weisen das Konglomerat als ein primär durchwurzeltes Sediment aus. Es wird versucht, aufgrund petrographischer, sedimentologischer und paläobotanischer Befunde die Entstehung des wurzelführenden Flintkonglomerates als festländische Bildung skizzenartig zu umreißen. Das Flintkonglomerat wird einer Gruppe ähnlicher Geschiebe zugeordnet, die ØDUMS 1968 sehr detailliert aus Jütland beschrieb. Der Verfasser stellt - aufgrund der Befunde des vorliegenden Flintkonglomerates und einiger Schlußfolgerungen aus Literaturhinweisen bezüglich der primär eingebetteten Fossilien - die Auffassung ØDUMS hinsichtlich der Entstehung des Flintkonglomerates als eines marinen Sedimentes in Frage. Abschließend werden die Ausführungen ØDUMS zur Frage der vermutlichen Lage des Anstehenden und die Angaben KOCHS zur Frage der stratigraphischen Einordnung der Flintkonglomerate als spät-tertiäre Bildungen kurz zusammengefaßt dargelegt.
Der vorliegende Beitrag stellt eine Analyse der Witterung für die Zeitspanne von 1974 bis 1980 dar. Alle Ergebnisse bestätigen die in früheren Jahrzehnten durchgeführten Messungen: Die Landschaft um Osnabrück gehört zum humiden, stark atlantisch beeinflußten Übergangsklima, das durch ein kühles, regenreiches und wechselhaftes Wetter gekennzeichnet ist.
Im Ibbenbürener Tal, das im Süden vom Teutoburger Wald und im Norden vom Schafberg begrenzt wird, wurden an hand von 91 Wasserproben die geohydrologischen Verhältnisse untersucht. Die dabei benutzte Chlorid-Methode ergab, daß an der Oberfläche geogenminerogenes Gruncwasserfehlt und die geogen-ombrogenen Wässer nur mit ca. 18% vorhanden sind. Über 80% der untersuchten Gewässer müssen als anthropogen eingestuft werden. Es wird eine Karte des Ibbenbürener Tales mit der flächenmäßigen Verteilung der einzelnen Wassertypen vorgelegt.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, neben einer Gliederung der Zechstein-Serien im Bereich des Hüggels die Genese der allochthonen Schollen (Silberberg-Großheide-Scholie und Heidberg-Jägerberg-Scholle) in seinem südlichen Vorland zu diskutieren. Die Zechstein-Gesteine liegen in dolomitischer Randfazies vor, die eine geilauere Untergliederung z. Zt, nur bedingt zuläßt. Vermutlich sind während des Werra- und Staßfurt-Zyklus Sulfate (A 1 - A 2) ausgefällt worden, die eine mächtige Anhydrit-Gesteinseinschaltung innerhalb der Zechstein-Serien bildeten. Hinweise auf nennenswerte salinare Bildungen im Bereich des Hüggels gibt es nicht. Die bislang für die Genese der allochthonen Schollen im südlichen Hüggel-Vorland erarbeiteten Modelle (NIENHAUS 1953; LATZE 1953; KELLER 1974) können nicht bestätigt werden. Stattdessen wird versucht, die Bildung der Schollen durch Schub- oder Gleitdeckentektonik zu erklären. Es wird angenommen, daß die Silberberg-Großheide-Scholie aus dem Dachbereich des Hüggel- Horstes stammt. Schubdecken-Modell: Die Heidberg-Jägerberg-Scholle und Kreide-Gesteine in Dolinen nördlich des Hüggels sind Reste einer Schubdecke, die von N kommend beim Übergleiten des Hüggel- Horstes dessen Dach (Silberberg-Großheide-Scholle) in das südliche Hüggel-Vorland schob. Gleitdecken-Modell: Während der Hebung des Hüggel-Horstes kam es an übersteilten Hängen zum gravitativen Abgleiten der beiden Schollen in das südliche Hüggel-Vorland.
Die küstennahe Ausbildung des Osningsandsteins bei Bad Iburg im Liegenden der Osningüberschiebung
(1979)
Vor der Küste der Rheinischen Masse liegen im Gebiet des nordwestlichen Teutoburger Waldes bei Bad Iburg im Querschnitt linsenartige feinkörnige Sandsteinmassen mit einer Mächtigkeit bis zu 260 m. Sie gehören der Unterkreide an und bilden die Fazies des Osningsandsteins. Seitlich und landeinwärts werden sie von wattähnlichen, zum Teil gröberen, mit 15-20 m geringmächtigen und glaukonitführenden, z. T. tonigen Sandsteinen vertreten, in denen im Falle des Dörenberges Anzeichen für eine vom Festland kommende ehemalige Stromrinne völlig fehlen. Der Befund am Hohnsberg spricht dafür, daß er eine durch Tiefenerosion hervorgerufene Rinnenausfüllung, der Form nach Seegatten der friesischen Küste vergleichbar oder mehr noch dem ausgefüllten Bett eines dem Meere zufließenden Stromes, ist. Die bisherige Annahme, in den mächtigen Sandsteinvorkommen ehemalige Flußdelten zu sehen, kann nicht mehr gelten.
Im Tecklenburger Land Nordwestfalens ist wie auch in anderen mitteleuropäischen Felslandschaften die Morphologie im großen und im kleinen durch ältere bruchtektonische und durch jüngere exogene, von der Verwitterung mit der Gravitation getragene Kräfte bestimmt. Sichtbare Zeichen für ihre Auswirkungen sind Lagestörungen im geschlossenen Gesteinskörper und an Felsen. Sie äußern sich in Texturen, bei denen zwischen Zeugen für bruchtektonische und für atektonische, felsmechanische Entstehung zu unterscheiden ist. Die bruchtektonischen Texturen treten als Längs- und Querklüfte und als Auf- und Oberschiebungen hervor, die im gewachsenen Gesteinskörper gebannt sind. Die felsmechanischen Texturen setzen über die heutige Erdoberfläche emporragende Felsen voraus, die in den Dörenther Klippen aus dem nach ihnen benannten Dörenther Sandstein der unterkretazischen Osning-Sandstein-Folge bestehen. Je nach dem Vorhandensein freier Flächen sind die Bewegung auslösenden felsmechanischen Texturen im oder gegen das Schichteinfallen und auch im Streichen angeordnet. Die Gravitation löste die Rißbildung aus und bestimmte den weiteren Verlauf und Zerfall nach Art der Hangzerreißung. Die felsmechanischen Bewegungen knüpfen teilweise an bruchtektonische Texturen an, die in reiner Form unter der Verwitterungszone im festen Gestein des Gravenhorster Sandsteins, ebenfalls der Osningsandstein-Folge zugehörig, erhalten sind. Abschließend wird die Entstehung der bruchtektonischen und der felsmechanischen Texturen in den geologischen Zeitablauf eingegliedert. Die Bruch-Tektonik fällt genetisch mit der Osning-Tektonik zusammen, die in der subherzynischen Faltungsphase am Ausgang der altalpidischen Faltungsära entstand. Die heute vorliegende Felsmechanik dürfte seit dem Abtauen des Saaleeises entstanden sein und bestimmt jetzt und weiter das morphologische Bild der Dörenther Klippen im Tecklenburger Land.
Im Rahmen von Flurbereinigungsmaßnahmen wurde bei Glandorf-Averfehrden
(Bad Laer, Landkreis Osnabrück) am NW-Hang des Hülsberges
ein großer Findling freigelegt (TK 25 Nr. 3913 Ostbevern, R: 342955, H:
577384). Er wurde am 2. Oktober 1979 gehoben und ca. 300 m südsüdwestlich
des Fundortes an der B 475 als Naturdenkmal aufgestellt.
Das Naturwissenschaftliche Museum Osnabrück ist in einer ehemaligen Villa untergebracht, die am Rande der Innenstadt an einer stark befahrenen
Straße liegt. Das dreistöckige Gebäude hat eine Gesamtfläche von
ca. 720 qm. Entsprechend der ursprünglichen Verwendung schwankt
die Raumgröße zwischen 20 und 30 qm.
Die Ausstellungsräume mit einer Gesamtfläche von 325 qm zeigen im
Parterre und 1. Stock Exponate aus den Gebieten der Mineralogie, Geologie
und Zoologie. Die Verwaltung ist im 2. Obergeschoß untergebracht.
Außerdem befindet sich dort die enthomologische Sammlung,
während die geowissenschaftlichen und ornithologischen Sammlungsbestände
im Keller lagern. Außerdem sind Teile der Sammlungsbestände
und die Präparationswerkstatt außerhalb des Hauses, in angemieteten
Räumen untergebracht.
In Sandgruben am Piesberg bei Osnabrück sind Vorschütt-Sedimente, Grundmoräne und Nachschütt-Sedimente der Saale-Eiszeit erschlossen. Einregelungsmessungen länglicher Gerölle in der Grundmoräne ergeben ein differenziertes Bild der Eisbewegung bei der Hauptvorstoßrichtung von N nach S. Die Geröllanalyse zeigt einen dominierenden heimischen Bestand in den Vorschütt-Sedimenten und der Lokal-Grundmoräne sowie einen höheren nordischen Anteil in den Nachschütt-Sedimenten. Bildungen einer Toteislandschaft mit Verzahnungen von Nachschütt-Sedimenten und Grundmoräne werden diskutiert.
Auf dem Piesberg bei Osnabrück konnten Gletscherschrammen beobachtet werden. Sie verlaufen überwiegend von NNE nach SSW. Diese Richtung stimmt gut mit Einregelungsmessungen an Geschiebe-Längsachsen in dem die Schrammenfläche bedeckenden Geschiebelehm überein. Gletscherschrammen und Geschiebelehm haben saalezeitliches Alter (Drenthe-Stadium).
Der Sudenfelder Sattel des Osningsandsteins bei Hagen a.T.W. (Landkreis Osnabrück) : (Teil I)
(1980)
Zur besseren lJbersicht wird an der bewährten Gliederung WEGNERs in den kalkigen oberkreidezeitlichen, vom Münsterland aus betrachtet 1. Teutoburger Wald-Kamm und in den dicht hinter ihm parallel verlaufenden 2. Teutoburger Wald-Kamm, in den sandigen unterkreidezeitlichen Teutoburger Wald-Kamm des Osningsandsteins, festgehalten. Von dieser Gliederung unterscheidet sich der Abschnitt westlich von Bad Iburg bis nach Tecklenburg auffällig derart, daß sich auf einer Längserstreckung von 17 km beide Kämme bis auf 2,5 km voneinander entfernen, um einen Raum mit einem Faltenbau des Osningsandsteins freizugeben.
Wer von Lengerich kommend nach Überquerung des Ober-Kreide-Kalkrückens des Teutoburger Waldes auf dem Hof Herkendorf nach den Herkensteinen fragt, ist überrascht zu erfahren, daß diese an ganz anderer Stelle liegen (Abb. 1). Nur wenigen bekannt, stehen sie im heute zu Tecklenburg gehörenden Ledde-Oberberge und sind vom Hof Herkendorf 2,5 km entfernt.
Bei Osnabrück glazial übertiefter tertiärer geologischer Graben. Im oberen Teil mit pleistozäner Sand- oder Kiesfüllung. Örtlichkeit für einen Stau- oder Grundwassersee? Niederschlags- und Verdunstungsverhältnisse. Oberirdischer Abfluß. Grundwasserspiegelpläne für maximale Grundwasserstände. Bedeutung des unterirdischen Abflusses. Geologisch-hydrologische Voraussetzungen ließen nur Grundwassersee, den heutigen Rubbenbruchsee, zu.
Die mit der Begrenztheit des Naturraumpotentials einhergehenden Zwänge (Rohstoff-, Energieträger-, Wasser-, lokale Nahrungsmittelverknappung, Deponieprobleme) haben zu einer Umorientierung von Teilen der geowissenschaftlichen Forschung geführt. Die prospektive Geologie betreibt vorausschauende Umweltforschung für die Daseinsvorsorge. In Ländern, die wie Niedersachsen trotz des relativen Reichtums an Bodenschätzen wegen der Vielgestaltigkeit und Kompliziertheit ohne Heranziehung entsprechenden Sachverstandes nicht planerisch angemessen geordnet werden können, muß die Geologie (im weiteren Sinne) ihren Platz in der Gesellschaft neu, und zwar weiter vorn als bisher, definieren. Das gilt sowohl für die Planung der akademischen Ausbildung und Forschung als auch für die politische Umsetzung wissenschaftlicher Erkenntnisse. Denn der Wert der Gesellschaftspolitik wird in Zukunft wesentlich durch naturraum- und rohstoffgerechte Wirtschaftspolitik geprägt, das heißt von der geowissenschaftlichen Forschung und ihrer Anwendung entscheidend beeinflußt.
Dr. phil. nat. FRIEDRICH HAMM wurde in Osnabrück, Krahnstraße 1, als Sohn des Sanitätsrates Dr. med. et Dr. phil. HERMANN HAMM und seiner Frau MARIA BRINKMANN-TO BROXEN am 12. April 1891 - einem Sonntag - geboren. Er überlebte seine 5 Geschwister, die alle vor dem Erreichen des 1. Lebensjahres starben.
Am Rande der Westfälischen Bucht liegen bei Versmold und Gütersloh zwei Drumlinfelder. Die zusammen über 60 Rücken, die aus Sand und Geschiebelehm bestehen, wurden durch einen Gletscher des Inlandeises geformt, der aus der Westfälischen Bucht gegen die Randhöhen des Teutoburger Waldes vordrang. Es handelt sich um die Erstbeschreibung von Drumlins im Altmoränengebiet Nordwestdeutschlands.
Numerous reactive volatile organic compounds (VOCs) are emitted into the atmosphere by vegetation. Most biogenic VOCs are highly reactive towards the atmosphere's most important oxidant, the hydroxyl (OH) radical. One way to investigate the chemical interplay between biosphere and atmosphere is through the measurement of total OH reactivity, the total loss rate of OH radicals. This study presents the first determination of total OH reactivity emission rates (measurements via the Comparative Reactivity Method) based on a branch cuvette enclosure system mounted on a Norway spruce (Picea abies) throughout spring, summer and autumn 2011. In parallel separate VOC emission rates were monitored by a Proton Transfer Reaction-Mass Spectrometer (PTR-MS), and total ozone (O3) loss rates were obtained inside the cuvette. Total OH reactivity emission rates were in general temperature and light dependent, showing strong diel cycles with highest values during daytime. Monoterpene emissions contributed most, accounting for 56–69% of the measured total OH reactivity flux in spring and early summer. However, during late summer and autumn the monoterpene contribution decreased to 11–16%. At this time, a large missing fraction of the total OH reactivity emission rate (70–84%) was found when compared to the VOC budget measured by PTR-MS. Total OH reactivity and missing total OH reactivity emission rates reached maximum values in late summer corresponding to the period of highest temperature. Total O3 loss rates within the closed cuvette showed similar diel profiles and comparable seasonality to the total OH reactivity fluxes.
Total OH reactivity fluxes were also compared to emissions from needle storage pools predicted by a temperature-only dependent algorithm. Deviations of total OH reactivity fluxes from the temperature-only dependent emission algorithm were observed for occasions of mechanical and heat stress. While for mechanical stress, induced by strong wind, measured VOCs could explain total OH reactivity emissions, during heat stress they could not. The temperature driven algorithm matched the diel course much better in spring than in summer, indicating a different production and emission scheme for summer and early autumn. During these times, unmeasured and possibly unknown primary biogenic emissions contributed significantly to the observed total OH reactivity flux.
A complete, well-preserved record of the Cenomanian/Turonian (C/T) Oceanic Anoxic Event 2 (OAE-2) was recovered from Demerara Rise in the southern North Atlantic Ocean (ODP site 1260). Across this interval, we determined changes in the stable carbon isotopic composition of sulfur-bound phytane (δ13Cphytane), a biomarker for photosynthetic algae. The δ13Cphytane record shows a positive excursion at the onset of the OAE-2 interval, with an unusually large amplitude (~7‰) compared to existing C/T proto-North Atlantic δ13Cphytane records (3–6‰). Overall, the amplitude of the excursion of δ13Cphytane decreases with latitude. Using reconstructed sea surface temperature (SST) gradients for the proto-North Atlantic, we investigated environmental factors influencing the latitudinal δ13Cphytane gradient. The observed gradient is best explained by high productivity at DSDP Site 367 and Tarfaya basin before OAE-2, which changed in overall high productivity throughout the proto-North Atlantic during OAE-2. During OAE-2, productivity at site 1260 and 603B was thus more comparable to the mid-latitude sites. Using these constraints as well as the SST and δ13Cphytane-records from Site 1260, we subsequently reconstructed pCO2 levels across the OAE-2 interval. Accordingly, pCO2 decreased from ca. 1750 to 900 ppm during OAE-2, consistent with enhanced organic matter burial resulting in lowering pCO2. Whereas the onset of OAE-2 coincided with increased pCO2, in line with a volcanic trigger for this event, the observed cooling within OAE-2 probably resulted from CO2 sequestration in black shales outcompeting CO2 input into the atmosphere. Together these results show that the ice-free Cretaceous world was sensitive to changes in pCO2 related to perturbations of the global carbon cycle.
Nach einem allgemeinen Überblick über Struktur, Genese und Bedeutung der städnschen Wärmeinsel wird die Untersuchungsmethode dargestellt, mit der die räumliche Temperaturverteilung in der Stadt Osnabrück bei strahlungsreichem Hochdruckwetter ermittelt wurde. Die zeitliche und räumliche Entwicklung des Temperaturfeldes wird an Hand von drei aufeinander folgenden Meßfahrten aufgezeigt und abschließend die mittlere Temperaturverteilung dargestellt.
In den vergangenen Jahren gab es verschiedene Initiativen, die auf die unzureichende Fördersituation der Schadstoffbezogenen Umweltwissenschaften in der Bundesrepublik Deutschland aufmerksam gemacht haben. Um eine objektive Analyse über die Fördersituation der Ökotoxikologie und Umweltchemie in Deutschland zu erhalten, wurde eine anonyme Online-Befragung ausgearbeitet. Mit Unterstützung der Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC) – German Language Branch und der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) – Fachgruppe für Umweltchemie und Ökotoxikologie wurde eine Einladung zur Teilnahme an der Befragung an alle Mitglieder dieser beiden maßgeblichen Verbände der Ökotoxikologie und Umweltchemie im deutschsprachigen Raum versendet. Nur leitende Mitarbeiter aus den Bereichen Forschung, Behörden und Industrie sollten an der Befragung teilnehmen. Die Befragung gliedert sich in eine Sektion zur sozioökonomischen Charakterisierung der Teilnehmer, eine zur Förderung der Forschung durch die DFG und eine zur Förderung durch andere Geldgeber. Insgesamt haben 71 Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen in leitenden Positionen aus verschiedenen Sparten an der Befragung teilgenommen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Teilnehmer als sehr leistungsstark eingestuft werden können. 48,5 % der Befragten hatten bereits einen Antrag bei der DFG gestellt. Ein Drittel der Befragten gaben an, eine Förderung durch die DFG erhalten zu haben. 64 % sind mit der Förderung Schadstoffbezogener Umweltwissenschaften durch die DFG nicht zufrieden, nur 7 % sind zufrieden. Es zeigte sich, dass die Anträge insgesamt sehr heterogen auf verschiedene Fachbereiche der DFG verteilt sind. Geowissenschaften, Wasserforschung und Chemie nehmen die ersten Ränge ein, vor Biologie und Ökologie. Im Gegensatz dazu gaben 91,2 % der Befragten an, dass Sie bereits Drittmittelanträge bei anderen Förderinstitutionen (außer der DFG) gestellt haben, und 83,6 % wurden bereits entsprechende Drittmittelanträge bewilligt. 62,3 % der Befragten sind der Meinung, dass sich die Fördersituation für die Schadstoffbezogenen Umweltwissenschaften in den letzten Jahren insgesamt verschlechtert oder sogar deutlich verschlechtert hat. Der überwiegende Anteil der Befragten (60,9 %) ist mit der Fördersituation durch Drittmittelgeber unzufrieden, nur 10,9 % sind damit zufrieden. Auf die Frage „Ist die Forschungsförderung im europäischen Ausland insgesamt besser als in Deutschland?“ antworteten 30 % mit „ja“, 9 % mit „nein“ und 61 % mit „ich weiß nicht“. Zusammenfassend ergab die Befragung, dass die Fördersituation der Ökotoxikologie und Umweltchemie in Deutschland insgesamt als steigerungsbedürftig, bei der DFG jedoch als problematisch zu bewerten ist. Die auffällige Unterrepräsentation der DFG im Vergleich zu anderen Drittmittelgebern verdeutlicht, dass die wichtigste Förderinstitution Deutschlands den Bedürfnissen der Schadstoffbezogenen Umweltwissenschaften nicht hinreichend Rechnung trägt. Insbesondere die Antworten auf die offenen Fragen bezüglich Verbesserungsmöglichkeiten der Forschungsförderung sollten als Grundlage für einen offenen Dialog der Schadstoffbezogenen Umweltforschung mit den Drittmittelgebern DFG, BMBF und DBU bzw. den entsprechenden Institutionen in CH und A genutzt werden.
Im Wiehengebirge (Osnabrücker Bergland) wurden die lithostratigraphisch gegliederten Gesteinsfolgen des Oberjura (Oxford, Kimmeridge, Gigas-Schichten bis Eimbeckhäuser Platten kalk) in zwei Tagesaufschlüssen am Linken-Berg bei Preußisch Oldendorf und am Osterberg bei Wehrendorf mit einer Gamma-Sonde nach dem Scintillometer-Prinzip vermessen. Oie synthetisch erzeugten Gamma- Kurven lassen sich eindeutig mit den Gamma-ray-Kurven der in der Nähe niedergebrachten Bohrungen vergleichen.
A hygroscopicity tandem differential mobility analyzer (HTDMA) was used to measure the water uptake (hygroscopicity) of secondary organic aerosol (SOA) formed during the chemical and photochemical oxidation of several organic precursors in a smog chamber. Electron ionization mass spectra of the non-refractory submicron aerosol were simultaneously determined with an aerosol mass spectrometer (AMS), and correlations between the two different signals were investigated. SOA hygroscopicity was found to strongly correlate with the relative abundance of the ion signal m/z 44 expressed as a fraction of total organic signal (f44). m/z 44 is due mostly to the ion fragment CO2+ for all types of SOA systems studied, and has been previously shown to strongly correlate with organic O/C for ambient and chamber OA. The analysis was also performed on ambient OA from two field experiments at the remote site Jungfraujoch, and the megacity Mexico City, where similar results were found. A simple empirical linear relation between the hygroscopicity of OA at subsaturated RH, as given by the hygroscopic growth factor (GF) or "ϰorg" parameter, and f44 was determined and is given by ϰorg = 2.2 × f44 − 0.13. This approximation can be further verified and refined as the database for AMS and HTDMA measurements is constantly being expanded around the world. The use of this approximation could introduce an important simplification in the parameterization of hygroscopicity of OA in atmospheric models, since f44 is correlated with the photochemical age of an air mass.
A hygroscopicity tandem differential mobility analyzer (HTDMA) was used to measure the water uptake (hygroscopicity) of secondary organic aerosol (SOA) formed during the chemical and photochemical oxidation of several organic precursors in a smog chamber. Electron ionization mass spectra of the non-refractory submicron aerosol were simultaneously determined with an aerosol mass spectrometer (AMS), and correlations between the two different signals were investigated. SOA hygroscopicity was found to strongly correlate with the relative abundance of the ion signal m/z 44 expressed as a fraction of total organic signal (f44). m/z 44 is due mostly to the ion fragment CO2+ for all types of SOA systems studied, and has been previously shown to strongly correlate with organic O/C for ambient and chamber OA. The analysis was also performed on ambient OA from two field experiments at the remote site Jungfraujoch, and the megacity Mexico City, where similar results were found. A simple empirical linear relation between the hygroscopicity of OA at subsaturated RH, as given by the hygroscopic growth factor (GF) or "κorg" parameter, and f44 was determined and is given by κorg=2.2×f44−0.13. This approximation can be further verified and refined as the database for AMS and HTDMA measurements is constantly being expanded around the world. The use of this approximation could introduce an important simplification in the parameterization of hygroscopicity of OA in atmospheric models, since f44 is correlated with the photochemical age of an air mass.
During the measurement campaign FROST 2 (FReezing Of duST 2), the Leipzig Aerosol Cloud Interaction Simulator (LACIS) was used to investigate the influence of various surface modifications on the ice nucleating ability of Arizona Test Dust (ATD) particles in the immersion freezing mode. The dust particles were exposed to sulfuric acid vapor, to water vapor with and without the addition of ammonia gas, and heat using a thermodenuder operating at 250 °C. Size selected, quasi monodisperse particles with a mobility diameter of 300 nm were fed into LACIS and droplets grew on these particles such that each droplet contained a single particle. Temperature dependent frozen fractions of these droplets were determined in a temperature range between −40 °C ≤T≤−28 °C. The pure ATD particles nucleated ice over a broad temperature range with their freezing behavior being separated into two freezing branches characterized through different slopes in the frozen fraction vs. temperature curves. Coating the ATD particles with sulfuric acid resulted in the particles' IN potential significantly decreasing in the first freezing branch (T>−35 °C) and a slight increase in the second branch (T≤−35 °C). The addition of water vapor after the sulfuric acid coating caused the disappearance of the first freezing branch and a strong reduction of the IN ability in the second freezing branch. The presence of ammonia gas during water vapor exposure had a negligible effect on the particles' IN ability compared to the effect of water vapor. Heating in the thermodenuder led to a decreased IN ability of the sulfuric acid coated particles for both branches but the additional heat did not or only slightly change the IN ability of the pure ATD and the water vapor exposed sulfuric acid coated particles. In other words, the combination of both sulfuric acid and water vapor being present is a main cause for the ice active surface features of the ATD particles being destroyed. A possible explanation could be the chemical transformation of ice active metal silicates to metal sulfates. The strongly enhanced reaction between sulfuric acid and dust in the presence of water vapor and the resulting significant reductions in IN potential are of importance for atmospheric ice cloud formation. Our findings suggest that the IN concentration can decrease by up to one order of magnitude for the conditions investigated.