550 Geowissenschaften
Refine
Year of publication
Document Type
- Article (902)
- Doctoral Thesis (194)
- Contribution to a Periodical (32)
- Book (26)
- Working Paper (22)
- Part of Periodical (21)
- Conference Proceeding (18)
- Part of a Book (9)
- Diploma Thesis (8)
- diplomthesis (7)
- Other (5)
- Report (5)
- Master's Thesis (4)
- Review (4)
- Periodical (3)
- Bachelor Thesis (2)
- Habilitation (2)
- Preprint (2)
Language
Keywords
- climate change (11)
- Klima (8)
- Climate change (7)
- Klimaänderung (7)
- Modellierung (7)
- COSMO-CLM (6)
- Klimawandel (6)
- Palaeoclimate (6)
- precipitation (6)
- Atmospheric chemistry (5)
Institute
- Geowissenschaften (778)
- Geowissenschaften / Geographie (144)
- Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F) (62)
- Geographie (61)
- Senckenbergische Naturforschende Gesellschaft (56)
- Präsidium (44)
- Extern (28)
- Biowissenschaften (22)
- Institut für Ökologie, Evolution und Diversität (10)
- Physik (8)
We combined biostratigraphical analyses, archaeological surveys, and Glacial Isostatic Adjustment (GIA) models to provide new insights into the relative sea-level evolution in the northeastern Aegean Sea (eastern Mediterranean). In this area, characterized by a very complex tectonic pattern, we produced a new typology of sea-level index point, based on the foraminiferal associations found in transgressive marine facies. Our results agree with the sea-level history previously produced in this region, therefore confirming the validity of this new type of index point. The expanded dataset presented in this paper further demonstrates a continuous Holocene RSL rise in this portion of the Aegean Sea. Comparing the new RSL record with the available geophysical predictions of sea-level evolution indicates that the crustal subsidence of the Samothraki Plateau and the North Aegean Trough played a major role in controlling millennial-scale sea-level evolution in the area. This major subsidence rate needs to be taken into account in the preparation of local future scenarios of sea-level rise in the coming decades.
Die im Industriezeitalter und im globalen Mittel beobachtete Erwärmung der unteren Atmosphäre zeigt ausgeprägte regional-jahreszeitliche Besonderheiten (IPCC 2001, SCHÖNWIESE 2003, 2004). Dies gilt in noch höherem Maß für den Niederschlag (vgl. Kap. 3.1.2 und 3.1.8). Die Vermutung, dass eine solche Erwärmung zu einer Intensivierung des hydrologischen Zyklus führt, was im Prinzip zunächst richtig ist (vgl. Kap. 3.1.2), erweist sich jedoch als viel zu simpel, wenn daraus einfach auf eine generelle Niederschlagszunahme geschlossen wird. Dies gilt sogar innerhalb einer so kleinen Region wie Deutschland. Denn obwohl Deutschland im Mittel überproportional an der »globalen« Erwärmung teilnimmt (SCHÖNWIESE 2003, 2004), zeigen die Langzeitänderungen des Niederschlages im Detail ganz unterschiedliche Charakteristika. Dabei kann die hier vorgestellte Beschreibung der in Deutschland beobachteten Niederschlagtrends subregional noch wesentlich verfeinert werden, vgl. z.B. Analyse für Sachsen (FRANKE et al. 2004), da der Niederschlag eine nur geringe räumliche Repräsentanz aufweist (SCHÖNWIESE & RAPP 1997). Zeitliche Änderungen von Klimaelementen lassen sich nun in ganz unterschiedlicher Weise betrachten. Am meisten verbreitet sind lineare Trendberechnungen, wie sie auch einem Teil der hier vorliegenden Studie zugrunde liegen. Es können aber auch Trends anderer statistischer Kenngrößen als des Mittelwertes von Interesse sein, z.B. der Varianz. Häufigkeitsverteilungen, die in normierter Form Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen heißen, erlauben die Bestimmung solcher Kenngrößen in Form der Verteilungsparameter. Wird unter Nutzung geeigneter Verteilungen (z.B. Normal- oder Gumbelverteilung, vgl. unten Abb. 3.1.6-4) eine statistische Modellierung der jeweils betrachteten klimatologischen Zeitreihe vorgenommen, werden Aussagen über die Unter- bzw. Überschreitungswahrscheinlichkeiten bestimmter Schwellenwerte möglich, in verallgemeinerter Form für beliebige Schwellen und Zeiten (TRÖMEL 2004). Da dieser extremwertorientierte Aspekt von großer Wichtigkeit ist, soll auch ihm hier nachgegangen werden (vgl. alternativ Kap. 3.1.7 und 3.1.10). Die im Folgenden verwendeten Daten sind jeweils Monatssummen des Niederschlages 1901–2000 an 132 Stationen in Deutschland (teilweise unter Einbezug einiger Stationen in den angrenzenden Ländern), einschließlich der daraus abgeleiteten Flächenmittelwerte (sog. Rasterdaten; Quelle: Deutscher Wetterdienst, siehe u.a. MÜLLER-WESTERMEIER 2002; vgl. weiterhin RAPP & SCHÖNWIESE 1996, dort auch Hinweise zur Homogenitätsprüfung, sowie RAPP 2000).
Vor dem Hintergrund des globalen Klimawandels und der Diskussion menschlicher Einflussnahme („anthropogener Treibhauseffekt“) ist anhand von Beobachtungsdaten der bodennahen Lufttemperatur und des Niederschlags untersucht worden, welche Strukturen die Klimaveränderungen in Hessen erkennen lassen. Dabei umfasst das betrachtete Gebiet den Bereich 49°- 52° Nord / 7°-11° Ost und schließt somit auch Teilgebiete der angrenzenden Bundesländer mit ein. Zeitlich lag der Schwerpunkt der Betrachtung auf dem Intervall 1951-2000, da aus dieser Zeit bei weitem die meisten Daten verfügbar sind (Temperatur 53, Niederschlag 674 Stationen). Darüber hinaus wurden aber auch Untersuchungen für die Zeit 1901 bis 2000 bzw. 2003 sowie für 30-jährige Subintervalle durchgeführt. Die Analysemethodik umfasst die Berechnung linearer Trends, einschließlich ihrer räumlichen Strukturen (Trendkarten), Aufdeckung von Fluktuationen (spektrale Varianzanalyse), Extremwertanalysen und die Diskussion natürlicher bzw. anthropogener Einflussfaktoren (Signalanalyse mittels multipler schrittweiser Regression). Die aus Tages-, Monats-, jahreszeitlichen und jährlichen Daten gewonnenen Ergebnisse sind überaus vielfältig und heterogen. Für das Flächenmittel Hessen ergibt sich 1951-2000 insgesamt (Jahresdaten) ein Temperaturanstieg von 0,9 °C mit dem Schwerpunkt im Winter (1,6 °C) und der geringsten Erwärmung im Herbst (0,2 °C). 1901-2003 liegen an den erfassten Stationen die jährlichen Erwärmungen bei 0,7 bis 1,8 °C; 30-jährig treten zum Teil auch Abkühlungen auf, insbesondere wenn die regional-jahreszeitlichen bzw. monatlichen Strukturen erfasst werden. Diese Strukturen sind beim Niederschlag noch weit ausgeprägter. Im Flächenmittel Hessen beträgt 1951-2000 der jährliche Niederschlagsanstieg 8,5 %, mit Maxima im Herbst (25 %) und Winter (22 %; Frühling 20%), während im Sommer ein Rückgang um 18 % eingetreten ist (mit Schwerpunkten im Juni und insbesondere August). Bei den Fluktuationen dominieren mittlere Perioden von ca. 2,2, 3,3, 5,5 und 7,5-8 Jahren, beim Niederschlag auch ca. 4,5 Jahre. Der Sonnenfleckenzyklus spiegelt sich in den analysierten Klimadaten nicht wider. Zusammen mit den Extremwerten sorgen diese Fluktuationen für zeitliche Instabilitäten der Klimatrends, insbesondere wenn relativ kurze (z.B. 30-jährige) Zeitabschnitte betrachtet werden. Die wiederum sehr vielfältigen und unterschiedlichen Ergebnisse der Extremwertanalyse spiegeln bei der Temperatur weitgehend die Trends wider, da sich die Streuung der Daten kaum verändert hat: d.h. Zunahme der Überschreitungswahrscheinlichkeit extrem warmer Ereignisse (insbesondere Frühling, überwiegend auch Sommer und Winter, am wenigsten im Herbst) und Abnahme der Unterschreitungswahrscheinlichkeit extrem kalter Ereignisse (dies im Winter bei den Tagesdaten jedoch sehr uneinheitlich). Beim Niederschlag sind die Abnahme extrem feuchter Monate im Sommer und die Zunahme extrem feuchter Tage im Herbst und Winter am auffälligsten. Langfristig folgen daraus ganz markante Änderungen der Jährlichkeiten. So ist beispielsweise 1901-2001 in Alsfeld die Jährlichkeit eines extrem feuchten Winters von 100 auf 5,6 Jahre zurückgegangen, die entsprechende Jährlichkeit eines extrem feuchten Sommers in Bad Camberg dagegen fast bis zur Unmöglichkeit angestiegen. Bei der Ursachendiskussion lässt sich in den Temperaturdaten ein deutlicher anthropogener Einfluss („Treibhauseffekt“) ausfindig machen. Abschließend wird diskutiert, inwieweit es sinnvoll ist, die beobachteten Trends, im Vergleich mit Modellprojektionen, in die Zukunft zu extrapolieren.
Vorwort: Klima ist vor allem deswegen nicht nur von wissenschaftlichem, sondern auch von öffentlichem Interesse, weil es veränderlich ist und weil solche Änderungen gravierende ökologische sowie sozioökonomische Folgen haben können. Im Detail weisen Klimaänderungen allerdings komplizierte zeitliche und räumliche Strukturen auf, deren Erfassung und Interpretation alles andere als einfach ist. Bei den zeitlichen Strukturen stehen mit Recht vor allem relativ langfristige Trends sowie Extremereignisse im Blickpunkt, erstere, weil sie den systematischen Klimawandel zum Ausdruck bringen und letztere wegen ihrer besonders brisanten Auswirkungen. Mit beiden Aspekten hat sich unsere Arbeitsgruppe immer wieder eingehend befasst. Hinsichtlich der Extremereignisse bzw. Extremwertstatistik sei beispielsweise auf die Institutsberichte Nr. 1, 2 und 5 sowie die dort angegebene Literatur hingewiesen. Hier geht es wieder einmal um Klimatrends und dabei ganz besonders um die räumlichen Trendstrukturen. Der relativ langfristige und somit systematische Klimawandel läuft nämlich regional sehr unterschiedlich ab, was am besten in Trendkarten zum Ausdruck kommt. Solche regionalen, zum Teil sehr kleinräumigen Besonderheiten sind insbesondere beim Niederschlag sehr ausgeprägt. Zudem sind die räumlichen Trendstrukturen auch jahreszeitlich/monatlich sehr unterschiedlich. In unserer Arbeitsgruppe hat sich Herr Dr. Jörg Rapp im Rahmen seiner Diplom- und insbesondere Doktorarbeit intensiv mit diesem Problem beschäftigt, was zur Publikation des „Atlas der Niederschlags- und Temperaturtrends in Deutschland 1891-1990“ (Rapp und Schönwiese, 2. Aufl. 1996) sowie des „Climate Trend Atlas of Europe – Based on Observations 1891-1990“ (Schönwiese und Rapp, 1997) geführt hat. Die große Beachtung dieser Arbeiten ließ es schon lange als notwendig erscheinen, eine Aktualisierung vorzunehmen. Dies ist zunächst für den Klima-Trendatlas Deutschland geschehen, der nun für das Zeitintervall 1901-2000 vorliegt (Institutsbericht Nr. 4, 2005). Hier wird nun auch eine entsprechende Aktualisierung für Europa vorgelegt, und zwar auf der Grundlage der Berechnungen, die Reinhard Janoschitz in seiner Diplomarbeit durchgeführt hat. Dabei besteht eine enge Querverbindung zum Projekt VASClimO (Variability Analysis of Surface Climate Observations), das dankenswerterweise vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen von DEKLIM (Deutsches Klimaforschungsprogramm) gefördert worden ist (siehe Institutsbericht Nr. 6, in den vorab schon einige wenige Europa-Klima-Trendkarten einbezogen worden sind). Mit der Publikation des hier vorliegenden „Klima-Trendatlas Europa 1901-2000“ werden in insgesamt 261 Karten (davon 17 Karten in Farbdarstellung in den Text integriert) wieder umfangreiche Informationen zum Klimawandel in Europa vorgelegt. Sie beruhen vorwiegend auf linearen Trendanalysen hinsichtlich der bodennahen Lufttemperatur und des Niederschlags für die Zeit 1901-2000 sowie für die Subintervalle 1951-2000, 1961-1990 und 1971-2000, jeweils aufgrund der jährlichen, jahreszeitlichen und monatlichen Beobachtungsdaten. Die Signifikanz der Trends ist im (schwarz/weiß wiedergegebenen) Kartenteil durch Rasterung markiert. Da sich die Analyse eng an die oben zitierte Arbeit von Schönwiese und Rapp (1997) anlehnt, wo ausführliche textliche Erläuterungen zu finden sind (ebenso in Rapp, 2000) wurde hier der Textteil sehr knapp gehalten.
Vorwort zur 1. Auflage Klima ist vor allem deswegen nicht nur von wissenschaftlichem, sondern auch von öffentlichem Interesse, weil es veränderlich ist und weil solche Änderungen gravierende ökologische sowie sozioökonomische Folgen haben können. Im Detail weisen Klimaänderungen allerdings komplizierte zeitliche und räumliche Strukturen auf, deren Erfassung und Interpretation alles andere als einfach ist. Bei den zeitlichen Strukturen stehen mit Recht vor allem relativ langfristige Trends sowie Extremereignisse im Blickpunkt, erstere, weil sie den systematischen Klimawandel zum Ausdruck bringen und letztere wegen ihrer besonders brisanten Auswirkungen. Hier geht es um den erstgenannten Aspekt, zu dem nun noch die räumlichen Strukturen treten. Der relativ langfristige und somit systematische Klimawandel läuft nämlich regional sehr unterschiedlich ab, was am besten in Trendkarten zum Ausdruck kommt. Solche regionalen, zum Teil sehr kleinräumigen Besonderheiten sind insbesondere beim Niederschlag sehr ausgeprägt. Schließlich sind die räumlichen Trendstrukturen auch jahreszeitlich bzw. monatlich sehr unterschiedlich. In unserer Arbeitsgruppe hat sich Jörg Rapp im Rahmen seiner Diplom- und insbesondere Doktorarbeit intensiv mit diese Problem beschäftigt, was zur Publikation des „Atlas der Niederschlags- und Temperaturtrends in Deutschland 1891-1990“ (Rapp und Schönwiese, 2. Aufl. 1996) sowie des „Climate Trend Atlas of Europe – Based on Observations 1891-1990“ (Schönwiese und Rapp, 1997) geführt hat. Die große Beachtung, die insbesondere der Klimatrendatlas Deutschland gefunden hat, ließ es schon lange als notwendig erscheinen, eine Aktualisierung vorzunehmen. Dieser Aufgabe hat sich in Form eines Fortgeschrittenenpraktikums Herr Reinhard Janoschitz gewidmet und die Aktualisierung für die Zeit 1901-2000, einschließlich Subintervallen, vorgenommen. Zudem hat er für 1951-2000 noch das Klimaelement Sonnenscheindauer hinzugenommen. Zur Zeit ist er im Rahmen seiner Diplomarbeit mit einer Neubearbeitung des Europäischen Klimatrendatlas befasst. Mit der Publikation des hier vorliegenden „Klimatrend-Atlas Deutschland 1901-2000“ werden in insgesamt 178 Karten (davon 20 Karten auch in Farbdarstellung in den Text integriert) wieder umfangreiche Informationen zum Klimawandel in Deutschland vorgelegt, und zwar mit Hilfe einer linearen Trendanalyse hinsichtlich der boden-nahen Lufttemperatur, des Niederschlags und der Sonnenscheindauer für die Zeit 1901-2000 sowie für die Subintervalle 1931-1960, 1961-1990 und 1971-2000 – Sonnenscheindauer allerdings nur 1951-2000 und 1971-2000 –, jeweils aufgrund der jährlichen, jahreszeitlichen und monatlichen Beobachtungsdaten. Die Signifikanz der Trends ist im (schwarz/weiß wiedergegebenen) Kartenteil durch Rasterung markiert. Methodisch lehnt sich die Analyse somit eng an die oben zitierte Arbeit von Rapp und Schönwiese (1996) an, wo auch ausführliche textliche Erläuterungen zu finden sind (ebenso in Rapp, 2000); deswegen wurde hier der Textteil sehr knapp gehalten. Hingewiesen sei schließlich auf ebenfalls für Deutschland durchgeführte Analysen klimatologischer Extremereignisse, die ebenfalls in der Reihe unserer Instituts-mitteilungen publiziert sind (Jonas et al., 2005; Trömel, 2005). Frankfurt a.M., im Herbst 2005 Christian-D. Schönwiese Vorwort zur 2. Auflage Das erfreulich große Interesse hat eine 2. Auflage erforderlich gemacht, die neben kleineren redaktionellen Verbesserungen bzw. Aktualisierungen vor allem die Erweiterung der in Kap. 4 vorgestellten Zeitreihen und einen ergänzenden Tabellenanhang jeweils bis 2007 enthält. So erfüllt dieser Atlas hoffentlich auch weiterhin seinen Informations-zweck. Im übrigen ist der im Vorwort zur 1. Auflage erwähnte „Klima-Trendatlas Europa“ mittlerweile als Nr. 7 (2008) der Reihe unserer Institutsberichte erschienen. Frankfurt a.M., im Sommer 2008 Christian-D. Schönwiese
Temporal changes in the occurrence of extreme events in time series of observed precipitation are investigated. The analysis is based on a European gridded data set and a German station-based data set of recent monthly totals (1896=1899–1995=1998). Two approaches are used. First, values above certain defined thresholds are counted for the first and second halves of the observation period. In the second step time series components, such as trends, are removed to obtain a deeper insight into the causes of the observed changes. As an example, this technique is applied to the time series of the German station Eppenrod. It arises that most of the events concern extreme wet months whose frequency has significantly increased in winter. Whereas on the European scale the other seasons also show this increase, especially in autumn, in Germany an insignificant decrease in the summer and autumn seasons is found. Moreover it is demonstrated that the increase of extreme wet months is reflected in a systematic increase in the variance and the Weibull probability density function parameters, respectively.
Die Zunahme der Konzentration von CO2 und anderen "Treibhausgasen" in der Atmosphäre ist unzweifelhaft, und ebenso unzweifelhaft reagiert das Klima darauf. Christian-Dietrich Schönwiese, Professor für Meteorologische Umweltforschung und Klimatologie an der Universität Frankfurt am Main, sieht dringenden politischen Handlungsbedarf und plädiert gleichzeitig dafür, die Debatte rund um den Klimaschutz zu versachlichen.
Im Rahmen der Diskussion des globalen bzw. regionalen Klimawandels sind, neben Extremereignissen, Langfristtrends von besonderem Interesse. Doch erfordert die ausgeprägte Klimavariabilität in Zeit und Raum spezielle regionale Detailuntersuchungen. Daher wird hier eine solche Analyse für Deutschland und die Klimaelemente bodennahe Lufttemperatur sowie Niederschlag vorgestellt, mit besonderem Blick auf die jahreszeitlichen/monatlichen Besonderheiten der Trends in ausgewählten Zeitintervallen zwischen 1891 und 2000. Am auffälligsten ist dabei die sich verstärkende winterliche Temperatur- und Niederschlagszunahme, während im Sommer, unter ebenfalls Erwärmung, eine Trendwende von abnehmendem zu in den letzten Dekaden zunehmendem Niederschlag eingetreten ist.
Die öffentliche Klimadebatte scheint sich zu verselbständigen. Abgehoben von den Erkenntnissen der Fachwissenschaftler reden die einen von der "Klimakatastrophe", die uns demnächst mit voller Wucht treffen wird, wenn wir nicht sofort alles ganz anders machen; Panik ist ihnen das rechte Mittel, Aufmerksamkeit zu erregen. Die anderen sehen im "Klimaschwindel" einen Vorwand für Forschungsgelder und zusätzliche Steuerbelastung der Wirtschaft; ihre Strategie ist Verwirrung und Verharmlosung. Mit der Fixierung auf solche Extrempositionen werden wir den Herausforderungen der Zukunft sicherlich nicht gerecht. Höchste Zeit für eine Versachlichung und für einen klärenden Beitrag zum Verwirrspiel "Klima".
Vielleicht hätte sich außerhalb der Fachwissenschaft niemand für das Weltklimaproblem interessiert, wären da nicht zwei brisante, miteinander gekoppelte Fakten: Die Menschheit ist hochgradig von der Gunst des Klimas abhängig. Es kann uns daher nicht gleichgültig sein, was mit unserem Klima geschieht. Und: Die Menschheit ist mehr und mehr dazu übergegangen, das Klima auch selbst zu beeinflussen. Daraus erwächst uns allen eine besondere Verantwortung. ...
Wenn sich beim Klimagipfel in Den Haag [genauer bei der nun schon 6. Vertragstaatenkonferenz zur Klimaschutzkonvention der Vereinten Nationen] nun wieder die Delegationen aus fast allen Staaten der Welt treffen, um über Klimaschutzmaßnahmen zu beraten, dann schwingt auch immer die Frage mit: Sind solche Maßnahmen wirklich notwendig? Sollen wir nicht einfach warten, bis wir mehr, ja vielleicht alles wissen? ...
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.
Etwa 7 km südlich des Teutoburger Waldes bei Bad Iburg liegt im Gebiet der Laerer Heide ein großer, langgestreckter Hügelzug aus fluvioglazialen Kiesen und Sanden, der von KELLER(1951) als Kames-Bildung gedeutet worden ist. Aufgrund der durch großräumigen Abbau gekennzeichneten Aufschlußlage ergab sich im vergangenen Jahrzehnt wiederholt die Möglichkeit, die Lagerungsverhältnisse der Sedimente zu studieren. Dabei wurden, vor allem in einem im Frühjahr 1990 vorübergehend aufgeschlossenen Profil, sekundäre Lagerungsveränderungen beobachtet, deren Deutung den bisherigen Vorstellungen zur Entstehung des Kies-Sand-Rückens einige neue Aspekte hinzufügt.
Unter den Geschieben des Kies-Sand-Rückens ,Laer-Heide' (Landkreis Osnabrück) fand sich ein Geschiebe des ,grünlich-grauen Graptolithengesteins' mit Calymene orthomarginata SCHRANK 1970 und Leonaspis mutica (EMMRICH 1844) aus dem baltischen Silur. Es stammt vermutlich aus dem Gebiet der "North Mid-Sea Bank" SSW von Gotland und ESE der Südspitze Ölands. Stratigraphisch ist es dem Bereich des Unterwenlock bis unteren Oberwen lock zuzuordnen. Nach einem kurzen Überblick über den Fossilinhalt des Geschiebes und der systematischen Einordnung der gefundenen Trilobitentaxa werden folgende Larvalstadien von Trilobiten beschrieben: 1 Paraprotaspis-Stadium eines Odontopleuriden, das wahrscheinlich Leonaspis mutica zuzuordnen ist, 1 nahezu vollständiges frühes Meraspis-Stadium und eine Reihe frühmeraspider und spätmeraspider Cranidien und Pygidien, die Calymene orthomarginata zugeordnet werden. Abschließend werden einige Beobachtungen zur Ontogenie von Calymene orthomarginata während der meraspiden Phase dargelegt.
Die über dem letztinterglazialen Boden (Parabraunerde bzw. pseudovergleyte Parabraunerde) folgenden würmzeitlichen äolischen Sedimente können durch kennzeichnende Bodenhorizonte in 3 Abschnitte (Alt-, Mittel- und Jungwürm) gegliedert werden. Charakteristisch für das Altwürm sind Humuszonen, für das Mittelwürm neben einigen „Naßböden" braune Verlehmungszonen bis zu einer Mächtigkeit von 1,1 m und für das Jungwürm mehrere schwach ausgebildete, geringmächtige Verbraunungszonen und „Naßböden". Den wichtigsten Leithorizont des Jungwürms bildet das Kärlicher Tuffbändchen, das in jüngster Zeit auch in Nordhessen aufgefunden wurde. Abschließend wird das in Hessen aufgestellte Gliederungsschema mit den Würmlöß-Gliederungen in anderen Teilen Europas verglichen und eine Parallelisierung versucht.
Die lithologische Abfolge des höheren Malm in Nordwestdeutschland wird mit Hilfe von biostratigraphisch aussagekräftigen Ammonitenfunden datiert und mit der westfranzösischen Gliederung parallelisiert. Die Grenze zwischen der Mutabilis- und der Eudoxus-Zone liegt innerhalb der "Stollenbank". Der "Knollenkalk" mit dem "Yo-Lager" des "Mittel-Kimmeridqe" entspricht basalen Abschnitten der Caletanum-Subzone der Eudoxus-Zone. Die "Ballersteinbank" enthält den "caletanum-Faunenhorizont", eine jüngere Kalkbank innerhalb der "Virgula-Bänke" den "quercynum-Faunenhorizont". Höchstes gesichertes marines Ober-Kimmeridgium (Autissiodorensis-Zone, Irius-Subzone) liegt in Gestalt der sogenannten "Gigas-Schichten" von Holzen/lth vor. An der Porta Westfalica kann hingegen eine Schichtlücke an der Basis der dortigen "Gigas-Schichten" , dem untertithonischen Gravesienkalk, weiter untermauert werden. Die jüngsten mit Ammoniten datierbaren Jura-Schichten lassen sich in den "Gigas-Schichten" am Südrand des Deister nachweisen.
We apply seismic full waveform inversion to SH‐ and Love‐wave data for investigating the near‐surface lithology at an archaeological site. We evaluate the resolution of the applied full waveform inversion algorithm through ground truthing in the form of an excavation and sediment core studies. Thereby, we investigate the benefits of full waveform inversion in comparison with other established methods of near‐surface prospecting in terms of resolution capabilities and interpretation security. The study is performed in a presumed harbour area of the ancient Thracian city of Ainos. The exemplary target is the source of a linear magnetic anomaly oriented perpendicular to the coast, which was found in a previous magnetic gradiometry survey, suggesting a mole. The SH‐wave full waveform inversion recovered a subsurface SH‐wave velocity model with submeter resolution showing lateral and vertical velocity variation between 40 and 150 m/s. To tame the non‐linearity of the full waveform inversion, a sequential inversion of frequency bands has to be combined with time‐windowing in order to separate the Love wave from the reflected SH wavefield. We compare the full waveform inversion results with multichannel analysis of surface waves, standard seismic reflection imaging, electrical resistivity tomography and electromagnetic induction. It turns out that the respective depth sections are correlated to a certain degree with the full waveform inversion results. However, the structural resolution of the other geophysical methods is significantly lower than for the full waveform inversion. An exception is the reflection seismic imaging, which shows the same resolution as full waveform inversion but can only be interpreted together with the full waveform inversion–based velocity model. An archaeological excavation as well as coring data allows ground truthing and a direct understanding of the geophysical structures. The results show that the target was a sort of near‐surface trench of about 3–4 m width and 0.8 m to 1.0 m depth, filled with silty sediment, which differs from the layered surrounding in colour and composition. The ground truthing revealed that only SH‐wave full waveform inversion and seismic reflection imaging could image the trench and sediment structure with satisfying lateral and depth resolution. We emphasize that the velocity distribution from SH‐wave full waveform inversion agrees closely with the excavated subsurface structures, and that the discovered changes in seismic velocity correlate with changes in the sand content in the respective sediment facies sequences. The study demonstrated that SH‐wave full waveform inversion is capable to image structural and lithological changes in the near subsurface at scales as low as 0.5 m, thus providing the high resolution needed for archaeological and geoarchaeological prospection.
This article presents the findings from systematically reviewing 26 empirical research studies published from 2005 to 2014 on the use of GIS for learning and teaching. By employing methods of narrative synthesis and qualitative content analysis, the study gives evidence about the state of knowledge of competence‐based GIS education. The results explain what factors and variables effect GIS learning in terms of technology use, major subject contents, learning contexts, and didactic and pedagogical aspects. They also show what facets of knowledge, process skills, and affect the research literature has investigated. The analysis of the type and quality of the methods used indicates that current GIS education research is a heterogeneous field that needs a systematic research framework for future efforts, according to empirical education research.
This article presents the findings from systematically reviewing 26 empirical research studies published from 2005 to 2014 on the use of GIS for learning and teaching. By employing methods of narrative synthesis and qualitative content analysis, the study gives evidence about the state of knowledge of competence-based GIS education. The results explain what factors and variables effect GIS learning in terms of technology use, major subject contents, learning contexts, and didactic and pedagogical aspects. They also show what facets of knowledge, process skills, and affect the research literature has investigated. The analysis of the type and quality of the methods used indicates that current GIS education research is a heterogeneous field that needs a systematic research framework for future efforts, according to empirical education research.
Flow velocity in rivers has a major impact on residence time of water and thus on high and low water as well as on water quality. For global scale hydrological modeling only very limited information is available for simulating flow velocity. Based on the Manning-Strickler equation, a simple algorithm to model temporally and spatially variable flow velocity was developed with the objective of improving flow routing in the global hydrological model of Water- GAP. An extensive data set of flow velocity measurements in US rivers was used to test and to validate the algorithm before integrating it into WaterGAP. In this test, flow velocity was calculated based on measured discharge and compared to measured velocity. Results show that flow velocity can be modeled satisfactorily at selected river cross sections. It turned out that it is quite sensitive to river roughness, and the results can be optimized by tuning this parameter. After the validation of the approach, the tested flow velocity algorithm has been implemented into the WaterGAP model. A final validation of its effects on the model results is currently performed.
In late 2013, a whole air flask collection programme was started at Taunus Observatory (TO) in central Germany. Being a rural site in close proximity to the Rhine–Main area, Taunus Observatory allows assessment of emissions from a densely populated region. Owing to its altitude of 825 m, the site also regularly experiences background conditions, especially when air masses approach from north-westerly directions. With a large footprint area mainly covering central Europe north of the Alps, halocarbon measurements at the site have the potential to improve the database for estimation of regional and total European halogenated greenhouse gas emissions. Flask samples are collected weekly for offline analysis using a GC/MS system simultaneously employing a quadrupole as well as a time-of-flight mass spectrometer. As background reference, additional samples are collected approximately once every 2 weeks at the Mace Head Atmospheric Research Station (MHD) when air masses approach from the site's clean air sector. Thus the time series at TO can be linked to the in situ AGAGE measurements and the NOAA flask sampling programme at MHD. An iterative baseline identification procedure separates polluted samples from baseline data. While there is good agreement of baseline mixing ratios between TO and MHD, with a larger variability of mixing ratios at the continental site, measurements at TO are regularly influenced by elevated halocarbon mixing ratios. Here, first time series are presented for CFC-11, CFC-12, HCFC-22, HFC-134a, HFC-227ea, HFC-245fa, and dichloromethane. While atmospheric mixing ratios of the chlorofluorocarbons (CFCs) decrease, they increase for the hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) and the hydrofluorocarbons (HFCs). Small unexpected differences between CFC-11 and CFC-12 are found with regard to frequency and relative enhancement of high mixing ratio events and seasonality, although production and use of both compounds are strictly regulated by the Montreal Protocol, and therefore a similar decrease in atmospheric mixing ratios should occur. Dichloromethane, a solvent about which recently concerns have been raised regarding its growing influence on stratospheric ozone depletion, does not show a significant trend with regard to both baseline mixing ratios and the occurrence of pollution events at Taunus Observatory for the time period covered, indicating stable emissions in the regions that influence the site. An analysis of trajectories from the Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model reveals differences in halocarbon mixing ranges depending on air mass origin.
In late 2013, a whole air flask collection program started at the Taunus Observatory (TO) in central Germany. Being a rural site in close vicinity to the densely populated Rhein-Main area, Taunus Observatory allows to assess local and regional emissions. Owed to its altitude of 825 m, the site also regularly experiences background conditions, especially when air masses approach from north-westerly directions. With a large footprint area mainly covering central Europe north of the Alps, halocarbon measurements at the site have the potential to improve the data base for estimation of regional and total European halogenated greenhouse gas emissions. Flask samples are collected weekly for offline analysis using a GC-MS system employing a quadrupole as well as a time-of-flight mass spectrometer. As background reference, additional samples are collected approximately bi-weekly at the Mace Head Atmospheric Research Station (MHD) when air masses approach from the site’s clean air sector. Thus the TO time series can be linked to the in-situ AGAGE measurements and the NOAA flask sampling program at MHD. An iterative baseline identification procedure separates polluted samples from baseline data. While there is good agreement of baseline mixing ratios between TO and MHD, with a larger variability of mixing ratios at the continental site, measurements at TO are regularly influenced by elevated halocarbon mixing ratios. Here, first time series are presented for CFC-11, CFC-12, HCFC-22, HFC-134a, HFC-227ea, HFC-245fa, and dichloromethane. While atmospheric mixing ratios of the CFCs decrease, they increase for the HCFC and the HFCs. Small unexpected differences between CFC-11 and CFC-12 are found with regard to the occurrence of high mixing ratio events and seasonality, although production and use of both compounds are strictly regulated by the Montreal Protocol, and therefore a similar decrease of atmospheric mixing ratios should occur. Dichloromethane, a solvent about which recently concerns have risen regarding its growing influence on stratospheric ozone depletion, does not show a significant trend with regard to both, baseline mixing ratios and the occurrence of pollution events at Taunus Observatory for the time period covered, indicating stable emissions in the regions that influence the site. An analysis of HYSPLIT trajectories reveals differences in halocarbon mixing ranges depending on air mass origin.
Measurements of halogenated trace gases in ambient air frequently rely on canister sampling followed by offline laboratory analysis. This allows for a large number of compounds to be analysed under stable conditions, maximizing measurement precision. However, individual compounds might be affected during the sampling and storage of canister samples. In order to assess halocarbon stability in whole-air samples from the upper troposphere and lowermost stratosphere, we performed stability tests using the high-resolution sampler (HIRES) air sampling unit, which is part of the Civil Aircraft for the Regular Investigation of the atmosphere Based on an Instrument Container (CARIBIC) instrument package. The HIRES unit holds 88 lightweight stainless-steel cylinders that are pressurized in flight to 4.5 bar using metal bellows pumps. The HIRES unit was first deployed in 2010 but has up to now not been used for regular halocarbon analysis with the exception of chloromethane analysis. The sample collection unit was tested for the sampling and storage effects of 28 halogenated compounds. The focus was on compound stability in the stainless-steel canisters during storage of up to 5 weeks and on the influence of ozone, since flights take place in the upper troposphere and lowermost stratosphere with ozone mixing ratios of up to several hundred parts per billion by volume (ppbv). Most of the investigated (hydro)chlorofluorocarbons and long-lived hydrofluorocarbons were found to be stable over a storage time of up to 5 weeks and were unaltered by ozone being present during pressurization. Some compounds such as dichloromethane, trichloromethane, and tetrachloroethene started to decrease in the canisters after a storage time of more than 2 weeks or exhibited lowered mixing ratios in samples pressurized with ozone present. A few compounds such as tetrachloromethane and tribromomethane were found to be unstable in the HIRES stainless-steel canisters independent of ozone levels. Furthermore, growth was observed during storage for some species, namely for HFC-152a, HFC-23, and Halon 1301.
Stability of halocarbons in whole air samples from the upper
troposphere and lowermost stratosphere
(2019)
Measurements of halogenated hydrocarbons of ambient air frequently rely on canister sampling followed by offline laboratory analysis. This allows for a large number of compounds to be analysed under stable conditions, maximising measurement precision. However, individual compounds might be affected during storage of canister samples. In order to assess halocarbon stability in whole air samples from the upper troposphere and lowermost stratosphere, we performed stability tests using the air sampling unit High REsolution Sampler (HIRES) which is part of the CARIBIC (Civil Aircraft for the Regular Investigation of the Atmosphere Based on an Instrument Container) instrument package. HIRES holds 88 light-weight stainless steel cylinders that are pressurized in flight to 4.5 bar using metal bellows pumps. The HIRES sampling unit was first deployed in 2010, but has up to now not been used for regular halocarbon analysis with exception of chloromethane. The sample collection unit was tested for sampling and storage effects of 28 halogenated compounds. The focus was on compound stability in the stainless steel canisters during storage of up to five weeks and on the influence of ozone, since flights take place in the upper troposphere and lowermost stratosphere with ozone mixing ratios of up to several hundred ppbV. Most of the investigated (hydro)chlorofluorocarbons and long-lived hydrofluorocarbons were found to be stable over a storage time of up to five weeks and were unaltered by ozone being present during pressurization. Some compounds such as for example dichloromethane, trichloromethane and tetrachloroethene started to decrease in the canisters after a storage time of more than two weeks or exhibited lowered mixing ratios in samples pressurized with ozone present. Few compounds such as for example tetrachloromethane and tribromomethane were found to be not stable in the HIRES stainless-steel canisters independent of ozone levels. Also growth was observed during storage, namely for HFC-152a and HFC-23.
Mit dem Klimawandel könnte das Grundwasser künftig weltweit in vielen Regionen knapp werden. Das zeigt eine große internationale Studie, die vom Doktoranden Robert Reinecke und der Geographin Prof. Petra Döll initiiert wurde. Vielerorts könnte das zu Wassermangel führen oder einen bestehenden Wassermangel verschärfen. Gleichzeitig werden andere Regionen unter steigenden Grundwasserständen zu leiden haben. Ackerflächen könnten durch Vernässung verloren gehen.
Ice nucleating particles over the Eastern Mediterranean measured by unmanned aircraft systems
(2016)
During an intensive field campaign on aerosol, clouds and ice nucleation in the Eastern Mediterranean in April 2016, we have measured the abundance of ice nucleating particles (INP) in the lower troposphere from unmanned aircraft systems (UAS). Aerosol samples were collected by miniaturized electrostatic precipitators onboard the UAS at altitudes up to 2.5 km. The number of INP in these samples, which are active in the deposition and condensation modes at temperatures from −20 to −30 ◦C, were analyzed immediately after collection on site using the ice nucleus counter FRIDGE. During the one month campaign we encountered a series of Saharan dust plumes that traveled at several kilometers altitude. Here we present INP data from 42 individual flights, together with aerosol number concentrations, observations of lidar backscattering, dust concentrations derived by the dust transport model DREAM (Dust Regional Atmospheric Model), and results from scanning electron microscopy. The effect of the dust plumes is reflected by the coincidence of INP with the particulate mass (PM), the lidar signal and with the predicted dust mass of the model. This suggests that mineral dust or a constituent related to dust was a major contributor to the ice nucleating properties of the aerosol. Peak concentrations of above 100 INP std.l -1 were measured at −30 ◦C. The INP concentration in elevated plumes was on average a factor of 10 higher than at ground level. Since desert dust is transported for long distances over wide areas of the globe predominantly at several km altitude we conclude that INP measurements at ground level may be of limited significance for the situation at the level of cloud formation.
Ice nucleating particles over the eastern mediterranean measured by unmanned aircraft systems
(2017)
During an intensive field campaign on aerosol, clouds, and ice nucleation in the Eastern Mediterranean in April 2016, we measured the abundance of ice nucleating particles (INPs) in the lower troposphere from unmanned aircraft systems (UASs). Aerosol samples were collected by miniaturized electrostatic precipitators onboard the UASs at altitudes up to 2.5 km. The number of INPs in these samples, which are active in the deposition and condensation modes at temperatures from −20 to −30 °C, were analyzed immediately after collection on site using the ice nucleus counter FRIDGE (FRankfurt Ice nucleation Deposition freezinG Experiment). During the 1-month campaign, we encountered a series of Saharan dust plumes that traveled at several kilometers' altitude. Here we present INP data from 42 individual flights, together with aerosol number concentrations, observations of lidar backscattering, dust concentrations derived by the dust transport model DREAM (Dust Regional Atmospheric Model), and results from scanning electron microscopy. The effect of the dust plumes is reflected by the coincidence of INPs with the particulate matter (PM), the lidar signal, and the predicted dust mass of the model. This suggests that mineral dust or a constituent related to dust was a major contributor to the ice nucleating properties of the aerosol. Peak concentrations of above 100 INPs std L−1 were measured at −30 °C. The INP concentration in elevated plumes was on average a factor of 10 higher than at ground level. Since desert dust is transported for long distances over wide areas of the globe predominantly at several kilometers' altitude, we conclude that INP measurements at ground level may be of limited significance for the situation at the level of cloud formation.
Ice particle activation and evolution have important atmospheric implications for cloud formation, initiation of precipitation and radiative interactions. The initial formation of atmospheric ice by heterogeneous ice nucleation requires the presence of a nucleating seed, an ice-nucleating particle (INP), to facilitate its first emergence. Unfortunately, only a few long-term measurements of INPs exist, and as a result, knowledge about geographic and seasonal variations of INP concentrations is sparse. Here we present data from nearly 2 years of INP measurements from four stations in different regions of the world: the Amazon (Brazil), the Caribbean (Martinique), central Europe (Germany) and the Arctic (Svalbard). The sites feature diverse geographical climates and ecosystems that are associated with dissimilar transport patterns, aerosol characteristics and levels of anthropogenic impact (ranging from near pristine to mostly rural). Interestingly, observed INP concentrations, which represent measurements in the deposition and condensation freezing modes, do not differ greatly from site to site but usually fall well within the same order of magnitude. Moreover, short-term variability overwhelms all long-term trends and/or seasonality in the INP concentration at all locations. An analysis of the frequency distributions of INP concentrations suggests that INPs tend to be well mixed and reflective of large-scale air mass movements. No universal physical or chemical parameter could be identified to be a causal link driving INP climatology, highlighting the complex nature of the ice nucleation process. Amazonian INP concentrations were mostly unaffected by the biomass burning season, even though aerosol concentrations increase by a factor of 10 from the wet to dry season. Caribbean INPs were positively correlated to parameters related to transported mineral dust, which is known to increase during the Northern Hemisphere summer. A wind sector analysis revealed the absence of an anthropogenic impact on average INP concentrations at the site in central Europe. Likewise, no Arctic haze influence was observed on INPs at the Arctic site, where low concentrations were generally measured. We consider the collected data to be a unique resource for the community that illustrates some of the challenges and knowledge gaps of the field in general, while specifically highlighting the need for more long-term observations of INPs worldwide.
Ice-nucleating particle concentrations of the past: insights from a 600-year-old Greenland ice core
(2020)
Ice-nucleating particles (INPs) affect the microphysics in cloud and precipitation processes. Hence, they modulate the radiative properties of clouds. However, atmospheric INP concentrations of the past are basically unknown. Here, we present INP measurements from an ice core in Greenland, which dates back to the year 1370. In total 135 samples were analyzed with the FRIDGE droplet freezing assay in the temperature range from −14 to −35 ∘C. The sampling frequency was set to 1 in 10 years from 1370 to 1960. From 1960 to 1990 the frequency was increased to one sample per year. Additionally, a few special events were probed, including volcanic episodes. The typical time coverage of a sample was on the order of a few months. Historical atmospheric INP concentrations were estimated with a conversion factor, which depends on the snow accumulation rate of the ice core, particle dry deposition velocity, and wet scavenging ratio. Typical atmospheric INP concentrations were on the order of 0.1 L−1 at −25 ∘C. The INP variability was found to be about 1–2 orders of magnitude. Yet, the short-term variability from samples over a seasonal cycle was considerably lower. INP concentrations were significantly correlated to some chemical tracers derived from continuous-flow analysis (CFA) and ion chromatography (IC) over a broad range of nucleation temperatures. The highest correlation coefficients were found for the particle concentration (spherical diameter dp > 1.2 µm). The correlation is higher for a time period of seasonal samples, where INP concentrations follow a clear annual pattern, highlighting the importance of the annual dust input in Greenland from East Asian deserts during spring. Scanning electron microscopy (SEM) analysis of selected samples found mineral dust to be the dominant particle fraction, verifying their significance as INPs. Overall, the concentrations compare reasonably well to present-day INP concentrations, albeit they are on the lower side. However, we found that the INP concentration at medium supercooled temperatures differed before and after 1960. Average INP concentrations at −23, −24, −25, −26, and −28 ∘C were significantly higher (and more variable) in the modern-day period, which could indicate a potential anthropogenic impact, e.g., from land-use change.
Ice nucleating particle concentrations of the past: insights from a
600 year old Greenland ice core
(2020)
Ice nucleating particles (INPs) affect the microphysics in cloud and precipitation processes. Hence, they modulate the radiative properties of clouds. However, atmospheric INP concentrations of the past are basically unknown. Here, we present INP measurements from an ice core in Greenland, which dates back to the year 1370. In total 135 samples were analyzed with the FRIDGE droplet freezing assay in the temperature range from −14 ◦C to −35 ◦C. The sampling frequency was set to 1 in 10 years from 1370 to 1960. From 1960 to 1990 the frequency was increased to 1 sample per year. Additionally, a number of special events were probed, including volcanic episodes. The typical time coverage of a sample was on the order of a few months. Historical atmospheric INP concentrations were estimated with a conversion factor, which depends on the snow accumulation rate of the ice core, particle dry deposition velocity and the wet scavenging ratio. Typical atmospheric INP concentrations were on the order of 0.1 L -1 at −25 ◦C. The INP variability was found to be about 1 – 2 orders of magnitude. Yet, the short-term variability from samples over a seasonal cycle was considerably lower. INP concentrations were significantly correlated to chemical tracers derived from continuous flow analysis (CFA) and ion chromatography (IC) over a broad range of nucleation temperatures. The highest correlation coefficients were found for the particle concentration (dp > 1.2 µm). The correlation is higher for the seasonal samples, where INP concentrations follow a clear annual pattern, highlighting the importance of the annual dust input in Greenland from East Asian deserts during spring. Scanning electron microscopy (SEM) of single particles retrieved from selected samples found particles of soil origin to be the dominant fraction, verifying the significance of mineral dust particles as INPs. Overall, the concentrations compare reasonably well to present day INP concentrations, albeit they are on the lower side. However, we found that the INP concentration at medium supercooled temperatures differed before and after 1960. Average INP concentrations at −23 ◦C, −24 ◦C, −25 ◦C, −26 ◦C and −28 ◦C were significantly higher (and more variable) in the modern day period, which could indicate a potential anthropogenic impact or some post-coring contamination of the topmost, very porous firn.
Recently significant advances have been made in the collection, detection, and characterization of ice nucleating particles (INP). Ice nuclei are particles that facilitate the heterogeneous formation of ice within the atmospheric aerosol by lowering the free energy barrier to spontaneous nucleation and growth of ice from atmospheric water and/or vapor. The Frankfurt isostatic diiffusion chamber (FRIDGE) is an INP collection and offline detection system that has become widely deployed and shows additional potential for ambient measurements. Since its initial development FRIDGE has gone through several iterations and improvements. Here we describe improvements that have been made in the collection and analysis techniques. We detail the uncertainties inherent in the measurement method, and suggest a systematic method of error analysis for FRIDGE measurements. Thus what is presented herein should serve as a foundation for the dissemination of all current and future measurements using FRIDGE instrumentation.
Recently significant advances have been made in the collection, detection and characterization of ice nucleating particles (INPs). Ice nuclei are particles that facilitate the heterogeneous formation of ice within the atmospheric aerosol by lowering the free energy barrier to spontaneous nucleation and growth of ice from atmospheric water and/or vapor. The Frankfurt isostatic diffusion chamber (FRankfurt Ice nucleation Deposition freezinG Experiment: FRIDGE) is an INP collection and offline detection system that has become widely deployed and shows additional potential for ambient measurements. Since its initial development FRIDGE has gone through several iterations and improvements. Here we describe improvements that have been made in the collection and analysis techniques. We detail the uncertainties inherent in the measurement method and suggest a systematic method of error analysis for FRIDGE measurements. Thus what is presented herein should serve as a foundation for the dissemination of all current and future measurements using FRIDGE instrumentation.
Eiskeime (INP) sind Aerosolpartikel, die das Entstehen von Eiskristallen in der Atmosphäre zwischen 0 und -37°C ermöglichen, indem sie die zur Ausbildung der Eisphase nötige Energie gegenüber einem reinen Wassersystem stark herabsetzen. Dabei sind aktive Stellen auf der Oberfläche dieser Partikel für die erste Nukleation von Eis verantwortlich. In der Folge können die Eiskristalle zulasten von verdunstenden Wasserdampfmolekülen und Wassertröpfchen weiter anwachsen. Über Eismultiplikationsprozesse zersplittern und vervielfältigen sich die Eiskristalle und wachsen über Bereifung schließlich zu einer kritischen Größe heran, wodurch sie als Niederschlag zu Boden fallen können. Auch wenn der Anteil der zur heterogenen Eisnukleation fähigen Aerosole vergleichsweise gering ist, spielen INP eine entscheidende Rolle für die Entwicklung von Niederschlag und nehmen Einfluss auf Strahlungsprozesse, indem sie auf die Phase der Wolken und damit auf deren Strahlungseigenschaften einwirken. Viele Fragen im Forschungsgebiet der heterogenen Eisnukleation sind jedoch weiterhin nicht hinreichend genau geklärt. Ohne eine verbesserte Kenntnis von Konzentrationen, geographischer und vertikaler Verteilung, sowie zeitlicher Variation, Quellen und Natur von INP, sind noch vorhandene Wissenslücken im Strahlungsantrieb durch Wechselwirkungen von Aerosolen und Wolken nur zu einem gewissem Grad zu reduzieren. Dies ist nötig, um aktuelle Beobachtungsdaten der sich erwärmenden Atmosphäre besser verstehen und die zukünftigen Änderungen des Klimas sicherer vorhersagen zu können. In dieser Arbeit wird die Vakuumdiffusionskammer FRIDGE verwendet, um atmosphärische INP-Konzentrationen zu bestimmen. Aerosolpartikel werden dabei in einem ersten Schritt auf einem Silicium-Probenträger elektrostatisch niedergeschlagen. Die Effizienz des Sammelprozesses, also der Anteil der Partikel die tatsächlich auf dem Si-Substrat abgeschieden werden, wurde mittels zweier unabhängiger Methoden auf etwa 60% bestimmt. In einem zweiten Mess-Schritt werden die Proben in FRIDGE typischen Bedingungen von Mischphasenwolken ausgesetzt, wodurch Eiskristalle an den INP aktiviert werden und im Verlauf einer Messung anwachsen. Eine Kamera beobachtet die durch das Eiswachstum entstehenden Helligkeitsänderungen auf dem dunklen Probensubstrat. Die Kriterien, wann ein Objekt als Eiskristall identifiziert und gezählt wird, mussten im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelt werden. In der zu Beginn der Arbeit vorgefundenen Einstellung hatte bereits eine sehr geringe Helligkeitsänderung, wie sie durch das hygroskopische Wachstum von Aerosolpartikeln hervorgerufen wird, zu Signalen geführt, die fälschlicherweise als Eiskristalle gezählt wurden. Das reevaluierte Messverfahren von FRIDGE wurde im Zuge der FIN-02 Kampagne in einem groß angelegten Laborexperiment an der AIDA Wolkenkammer mit zahlreichen anderen INP-Zählern aus der ganzen Welt verglichen. Für den Großteil der Messungen der untersuchten Modell-Aerosoltypen konnte eine zufriedenstellende Übereinstimmung mit den anderen Instrumenten erzielt werden. In einer einmonatigen Feldmesskampagne im östlichen Mittelmeerraum konnten die ersten INP-Messungen an Bord eines unbemannten Flugzeugs durchgeführt werden. Während der Kampagne auf Zypern wurden mehrere Fälle von transportiertem Saharastaub beprobt, in denen die INP-Konzentration maßgeblich erhöht war. Lidar-Beobachtungen und ein Staubtransportmodell zeigten, dass sich das Maximum der Staubschichten zumeist in etwa 2-4 Kilometern Höhe befand. In der Höhe wurden INP-Konzentrationen gefunden, die im Mittel um einen Faktor 10 größer waren als auf Bodenniveau. Es wird gefolgert, dass INP-Messungen am Boden möglicherweise nur begrenzte Aussagekraft über die Situation nahe der Wolkenbildung besitzen. Im Rahmen BACCHUS-Projekts wurden zwischen August 2014 und Januar 2017 (mit Unterbrechungen) alle 1-2 Tage Proben an drei Reinluftstationen gesammelt (insgesamt über 900). Das INP-Messnetz mit einer geographischen Ausdehnung von der Arktis zum Äquator bestand aus Stationen in Spitzbergen, Martinique und im Amazonas. Die Station im brasilianischen Regenwald ist durch wechselnde Bedingungen von sauberer Regen- und verunreinigter Trockenzeit charakterisiert. In der Trockenzeit steigen die Partikelkonzentrationen durch starke Belastung aus Biomassenverbrennung um eine Größenordnung an; eine gleichzeitige Zunahme der INP-Konzentrationen konnte nicht beobachtet werden. Daraus kann vermutet werden, dass Partikel aus Feueremissionen keine ausgezeichneten Fähigkeiten zur Eisnukleation aufweisen. Die INP-Konzentrationen in der Karibik konnten mit dem Jahresgang von transportieren Saharastaub in Verbindung gebracht werden. In der Arktis wurden die niedrigsten INP-Konzentrationen der drei Stationen beobachtet. Zum Zeitpunkt des Erstellens dieser Arbeit können die determinierenden Einflussfaktoren, sowie der anthropogene Einfluss zur Zeit des arktischen Dunstes noch nicht abschließend geklärt werden.
Erfahrungen aus einer transdisziplinär angeleiteten Serie von Stakeholder-Workshops zur nachhaltigen Klima-Adaption von mitteleuropäischen Wirtschaftswäldern werden vorgestellt und hinsichtlich der Baumartenwahl, der Risikoreduktion und der Segregation von Funktionen ausgewertet. Eine vorhergehende Diskursfeldanalyse erleichterte sowohl die Auswahl der Stakeholder als auch die anschließende Analyse der durchgeführten Stakeholder-Prozesse. Die ausreichende Beteiligung gesellschaftlicher Anspruchsgruppen trägt nicht nur dazu bei, mögliche gesellschaftliche Anforderungen an die Klima-Adaption von Wirtschaftswäldern zu identifizieren, sondern sie auch so breit zu erörtern, dass damit deren Konkretisierung möglich wird. Soweit eine Atmosphäre gegenseitigen Lernens geschaffen werden kann, können dabei auch bekannte (oder vermutete) Frontstellungen aufgebrochen und Auswege zu einer konfliktvermeidenden Umsetzung (z.B. durch Aufbau einer fachübergreifende Begleitforschung) aufgezeigt werden.
The formation of particles from precursor vapors is an important source of atmospheric aerosol. Research at the Cosmics Leaving OUtdoor Droplets (CLOUD) facility at CERN tries to elucidate which vapors are responsible for this new-particle formation, and how in detail it proceeds. Initial measurement campaigns at the CLOUD stainless-steel aerosol chamber focused on investigating particle formation from ammonia (NH3) and sulfuric acid (H2SO4). Experiments were conducted in the presence of water, ozone and sulfur dioxide. Contaminant trace gases were suppressed at the technological limit. For this study, we mapped out the compositions of small NH3–H2SO4 clusters over a wide range of atmospherically relevant environmental conditions. We covered [NH3] in the range from < 2 to 1400 pptv, [H2SO4] from 3.3 × 106 to 1.4 × 109 cm−3 (0.1 to 56 pptv), and a temperature range from −25 to +20 °C. Negatively and positively charged clusters were directly measured by an atmospheric pressure interface time-of-flight (APi-TOF) mass spectrometer, as they initially formed from gas-phase NH3 and H2SO4, and then grew to larger clusters containing more than 50 molecules of NH3 and H2SO4, corresponding to mobility-equivalent diameters greater than 2 nm. Water molecules evaporate from these clusters during sampling and are not observed. We found that the composition of the NH3–H2SO4 clusters is primarily determined by the ratio of gas-phase concentrations [NH3] / [H2SO4], as well as by temperature. Pure binary H2O–H2SO4 clusters (observed as clusters of only H2SO4) only form at [NH3] / [H2SO4] < 0.1 to 1. For larger values of [NH3] / [H2SO4], the composition of NH3–H2SO4 clusters was characterized by the number of NH3 molecules m added for each added H2SO4 molecule n (Δm/Δ n), where n is in the range 4–18 (negatively charged clusters) or 1–17 (positively charged clusters). For negatively charged clusters, Δ m/Δn saturated between 1 and 1.4 for [NH3] / [H2SO4] > 10. Positively charged clusters grew on average by Δm/Δn = 1.05 and were only observed at sufficiently high [NH3] / [H2SO4]. The H2SO4 molecules of these clusters are partially neutralized by NH3, in close resemblance to the acid–base bindings of ammonium bisulfate. Supported by model simulations, we substantiate previous evidence for acid–base reactions being the essential mechanism behind the formation of these clusters under atmospheric conditions and up to sizes of at least 2 nm. Our results also suggest that electrically neutral NH3–H2SO4 clusters, unobservable in this study, have generally the same composition as ionic clusters for [NH3] / [H2SO4] > 10. We expect that NH3–H2SO4 clusters form and grow also mostly by Δm/Δn > 1 in the atmosphere's boundary layer, as [NH3] / [H2SO4] is mostly larger than 10. We compared our results from CLOUD with APi-TOF measurements of NH3–H2SO4 anion clusters during new-particle formation in the Finnish boreal forest. However, the exact role of NH3–H2SO4 clusters in boundary layer particle formation remains to be resolved.
The formation of particles from precursor vapors is an important source of atmospheric aerosol. Research at the Cosmics Leaving OUtdoor Droplets (CLOUD) facility at CERN tries to elucidate which vapors are responsible for this new particle formation, and how in detail it proceeds. Initial measurement campaigns at the CLOUD stainless-steel aerosol chamber focused on investigating particle formation from ammonia (NH3) and sulfuric acid (H2SO4). Experiments were conducted in the presence of water, ozone and sulfur dioxide. Contaminant trace gases were suppressed at the technological limit. For this study, we mapped out the compositions of small NH3-H2SO4 clusters over a wide range of atmospherically relevant environmental conditions. We covered [NH3] in the range from <2 to 1400 pptv, [H2SO4] from 3.3 × 106 to 1.4 × 109 cm−3, and a temperature range from −25 to +20 °C. Negatively and positively charged clusters were directly measured by an atmospheric pressure interface time-of-flight (APi-TOF) mass spectrometer, as they initially formed from gas-phase NH3 and H2SO4, and then grew to larger clusters containing more than 50 molecules of NH3 and H2SO4, corresponding to mobility-equivalent diameters greater than 2 nm. Water molecules evaporate from these clusters during sampling and are not observed. We found that the composition of the NH3-H2SO4 clusters is primarily determined by the ratio of gas-phase concentrations [NH3] / [H2SO4], as well as by temperature. Pure binary H2O-H2SO4 clusters (observed as clusters of only H2SO4) only form at [NH3] / [H2SO4]<0.1 to 1. For larger values of [NH3] / [H2SO4], the composition of NH3-H2SO4 clusters was characterized by the number of NH3 molecules m added for each added H2SO4 molecule n (Δm / Δn), where n is in the range 4–18 (negatively charged clusters) or 1–17 (positively charged clusters). For negatively charged clusters, Δm / Δn saturated between 1 and 1.4 for [NH3] / [H2SO4]>10. Positively charged clusters grew on average by Δm / Δn = 1.05 and were only observed at sufficiently high [NH3] / [H2SO4]. The H2SO4 molecules of these clusters are partially neutralized by NH3, in close resemblance to the acid-base bindings of ammonium bisulfate. Supported by model simulations, we substantiate previous evidence for acid-base reactions being the essential mechanism behind the formation of these clusters under atmospheric conditions and up to sizes of at least 2 nm. Our results also suggest that yet unobservable electrically neutral NH3-H2SO4 clusters grow by generally the same mechanism as ionic clusters, particularly for [NH3] / [H2SO4]>10. We expect that NH3-H2SO4 clusters form and grow also mostly by Δm / Δn>1 in the atmosphere's boundary layer, as [NH3] / [H2SO4] is mostly larger than 10. We compared our results from CLOUD with APi-TOF measurements of NH3-H2SO4 anion clusters during new particle formation in the Finnish boreal forest. However, the exact role of NH3-H2SO4 clusters in boundary layer particle formation remains to be resolved.
A 3d regional density-driven flow model of a heterogeneous aquifer system at the German North Sea Coast is set up within the joint project NAWAK (“Development of sustainable adaption strategies for the water supply and distribution infrastructure on condition of climatic and demographic change”). The development of the freshwater-saltwater interface is simulated for three climate and demographic scenarios.
Groundwater flow simulations are performed with the finite volume code d3f++ (distributed density driven flow) that has been developed with a view to the modelling of large, complex, strongly density-influenced aquifer systems over long time periods.
Die Geologie des Elsaß
(1940)
NASAs Stardust Mission ist die erste Mission, die - nach den Apollo Missionen zum Mond - Material von einem extraterrestrischen Körper erfolgreich für die Untersuchung auf der Erde, zurückgebracht hat. Desweiteren konnten erfolgreich Proben von einem Interstellaren Partikelstrom aufgesammelt werden, der das Sonnensystem derzeit passiert. Die Mission erlaubt einen Einblick in die Beschaffenheit der Kometenpartikel, die Rolle von Kometen im Sonnensystem sowie den Eintrag von Staub in die Zodiakalwolke. Desweiteren erlaubt die Analyse der Kometenpartikel den direkten Vergleich zu bereits untersuchten Meteoriten und Interplanetaren Staub Partikeln (IDPs) die auf der Erde bzw. deren Stratosphäre gesammelt wurden. Stardust ist die vierte ”Discovery” Mission und wurde am 7. Februar 1999 gestartet. Während des Fluges zum Kometen 81P/Wild 2 wurde ein interstellarer Partikelstrom beprobt und der Asteroid Annefrank passiert. Nach fünf Jahren kam es zum Zusammentreffen mit dem Kometen 81P/Wild 2 und über fünf Minuten, wurden Proben mit einer Auffangvorrichtung eingesammelt. Es dauerte weitere zwei Jahre bis die Stardust Sonde die Proben erfolgreich zur Erde zurückgebracht hat und zur Untersuchung freigegeben wurden. Interstellare und kometare Partikel wurden mit einer tennisschlägerartigen Auffangvorrichtung eingefangen, die aus einer Vielzahl von Aerogel Zellen aufgebaut ist. Das für die Stardust Mission verwendete Aerogel besteht aus SiO2 dessen dendritische Struktur zu 99,8 % aus Luft (Poren) besteht. Dadurch erscheint es nahezu transparent, was die optische Suche mit Mikroskopen nach den Einschlagsspuren der Körner vereinfacht. Die jeweiligen Partikel wurden auf unterschiedlichen Seiten der Vorrichtung eingefangen, da unterschiedliche Eigenschaften des Aerogels notwendig waren und um sie später voneinander unterscheiden zu können. Die Seite, in der die Kometenpartikel eingefangen wurde, musste Körner mit unterschiedlichen Grössen, Morphologien und niedrigeren Geschwindigkeiten abbremsen, während auf der interstellaren Seite die Körner von wesentlich höheren Geschwindigkeiten abgebremst werden mussten. Die Aerogelzellen haben ein variierendes Dichteprofil: an der Oberfläche ist die Dichte geringer (5 mg/ml) und erhöht sich mit der Tiefe auf 30-50 mg/ml. Dieses Dichteprofil ist notwendig, da beim Einschlag der Körner auf das Auffangmedium ein hoher Druck entsteht, der umso geringer ist, je niedriger die Dichte im Moment des Auftreffens ist. Die Aerogelzellen für die Kometenpartikel haben drei Lagen mit unterschiedlichen Dichten, die Zellen für die interstellaren Körner haben zwei unterschiedliche Dichten (Tsou et al., 2003)....