Forschungsprojekte

Für die Vorplanung von erdverlegten Hochspannungskabeln hinsichtlich der Themen Bodenschutz, Wärmeableitung und HHD-Planungen ist eine bodenkundliche Grundlage essenziell. Dazu sind in diesem Projekt digitale Bodeninformationen aufzubereiten und zu homogenisieren. Berechnungskonzepte sind auszuarbeiten. Diese Berechnungskonzepte sind dann auf die Bodendaten zur Erstellung von digitalen Karten anzuwenden. Am Ende ist ein GIS-Projekt zu erstellen, in welchem flächendeckend für die Untersuchungsbereiche Wärmeleitfähigkeiten und andere essenzielle Bodenparameter (Basisdaten der digitalen Bodenkarte und berechnete Parameter) dargestellt werden. Außerdem sind weitere Themenkarten in das GIS-Projekt einzubinden (Geologische Karte, Hydrologische Karten). Zusätzlich ist ein Layer mit Punktinformationen zu den verfügbaren Bohrdaten zu erstellen, über den die Bohrprotokolle verknüpft sind.

Mafische Magmen in Subduktionszonen stagnieren in verschiedenen Tiefen beim Aufstieg durch die kontinentale Kruste und die Prozesse der fraktionierten Kristallisation, Assimilation und Mischung bestimmen die Zusammensetzung der Magmen. Die Variation der Dichte der mafischen bis intermediären Magmen führt zum Lagenbau der kontinentalen Kruste, wobei mafische Magmen überwiegend in der unteren Kruste stagnieren. Sulfidsättigung in den mafischen Magmen führt vermutlich zu einer Verarmung von chalcophilen Elementen wie Cu und Au in der oberen Kruste. In diesem Projekt sollen Gesteine und Sulfide von zwei mafischen bis ultramafischen Intrusionen im Svecofennischen Vammala Ni-Cu Gürtel in Südfinnland untersucht werden, um die Entwicklung von Magmen und assoziierten magmatischen Sulfiden an einer Proterozoischen Subduktionszone zu bestimmen. Die Ergebnisse werden wichtige Einblicke in die Prozesse der fraktionierten Kristallisation und die Wichtigkeit von Assimilationsprozessen bei der Sulfidsättigung von Magmen sowie der Fraktionierung von chalcophilen Elementen ergeben. Da die Ozeane während des Proterozoikums vermutlich anoxisch und sulfidisch waren, waren die Magmen an Subduktionszonen in dieser Zeit möglicherweise ebenfalls reduzierter als die im Phanerozoikum. Wir wollen prüfen, ob es in den Mineralen der Vammala Gesteine Hinweise auf reduzierendere Bedingungen in den Magmen als in heutigen Subduktionsgesteinen gibt und inwieweit diese Bedingungen die Magmenentwicklung und den Transport von Metallen beeinflussen.

The Danube River Basin (DRB) host 79 million inhabitants. As the Danube River Management Plan indicates the majority (52%) of all rivers do not meet the criteria of good chemical status, moreover all monitored indicators deteriorated. The Danube River is an artery of the ecosystems of the whole DRB and the region with significant environmental impact. The river also has an important economic utilization supporting SMEs, and creating jobs for locals as well as having a cultural importance. To properly manage this complex and fragile ecosystem we must think of a river basin and harmonize our actions from the Black Forest to the Black Sea.
The project DALIA (Danube Region Water Lighthouse Action) is comprised of 22 expert organizations – including universities, authorities, SMEs and NGOs – from 8 different Danube EU and Associated countries accumulating an outstanding set of knowledge, covering not only the basin geographically but all different fields of expertise necessary to deal with the multidisciplinary issues from source to sea.
The project brings to DRB integrated DALIA tool, which will be integrated into DAnube Mission Hub for better decision making to improve DRB restoration of fresh and transitional water ecosystems. The project also provides options for strategies and policies that concern freshwater ecosystem protection and ecosystem connectivity in the DRB and improved protection of local communities and ecosystems from extreme events and pollution threats.
The DALIA project will contribute directly to the establishment of EU and UN initiatives, related to the further execution on the Water Framework Directive by the execution of innovative actions across a variety of geographies, their scaling and the multiplication of outcomes with a wider network of ecosystems and related EU Missions and project actions throughout framework.

Knochendefekte resultierend aus Traumata, Tumorentfernungen oder Knocheninfektionen stellen eine große gesellschaftliche Herausforderung dar, verstärkt durch den steigenden Anteil älterer Patient/innen aufgrund der stetig zunehmenden Lebenserwartung. Die möglichst effektive Behandlung derartiger Knochendefekte zur Verbesserung der Lebensqualität der Betroffenen ist daher von hoher Relevanz. Trotz der beeindruckenden Fortschritte in der Entwicklung synthetischer Materialien zur Knochenregeneration bleiben einige klinische Probleme nach wie vor ungelöst. Ziel des beantragten Forschungsprojekts ist daher die Entwicklung von 3D-gedruckten Nanokompositen bestehendaus Brushitzement und Seidenfibroin (SF), welche hohes Potential zur Erfüllung der strukturellen und biologischen Anforderungen des menschlichen Knochens und damit zur Knochenregeneration aufweisen.

Two of the biggest challenges in sedimentary geology are (i) the identification of tectonic and climatic perturbations – particularly in relation to down-system propagation in both modern deep-time sedimentary systems, and (ii) the reconstruction of paleo-sediment fluxes in ancient Sediment Routing Systems (SRS) (Caracciolo, 2020). Tectonic and climatic forcings perturbate the steady state of geological landscapes which in turn adapt to the increase/decrease of erosion rates, water discharge, sediment flux, downstream sedimentfining, and sediment partitioning. Furthermore, lithological controls (e.g. how different lithologies react to weathering and sediment production) are commonly overlooked or oversimplified, hence, the calculation of sediment flux in deep-time is often imprecise. Key information relevant to the reconstruction of ancient SRS can be extracted from mineralogy and compositional signatures of sediments. Detrital provenance signatures are possibly the most reliable tool in deep-time research as they faithfully record the provenance of source lithologies. While post-depositional overprinting can destroy pristine, compositionally diagnostic signatures (e.g. mineral dissolution during weathering and/or diagenesis), complete destruction of the compositional signature is unlikely (Caracciolo, 2020, Caracciolo et al., 2020; Chew et al, 2020).

The Permian-Triassic transition is of general interest since it witnessed the most devastating mass extinction in the Phanerozoic (Erwin, 1994; Hallam and Wignall, 1997). About 95% of marine species and 75% of terrestrial species, both plants and animals went extinct.The general models for continental sedimentation converge towards increasing aridity from the Permian to the Early Triassic, with potential increase of sediment flux being related to (i) increase of precipitations in the catchment area, or (ii) increased runoff due to the lack of vegetation (Ward et al., 2000; Newell et al., 2011; Bourquin et al., 2011; Wilson et al., 2019; Zhu et al., 2020). However, several studies suggested that global warming across the P-T transition (Joachimski et al. 2012, 2020) greatly enhanced continental weathering thus providing more nutrients to the ocean. Excessive nutrients are assumed to have stimulated primary productivity, leading to widely observed anoxia-euxinia in Early Triassic oceans (Algeo et al., 2010; Algeo et al., 2011).The implications from proving and especially quantifying an increase in sediment flux are important. Firstly, because the PTB is one of the most critical time intervals in Earth history, and the interplay of tectonics, climate, and changes in the sediment flux are currently poorly understood. Secondly, enhanced silicate weathering could have effectively contributed to the sequestration of atmospheric CO2 emitted by Siberian Trap volcanism instead climate regulation by silicate weathering may have failed in case of no major change in weathering and extensive volcanic degassing (see Kump, 2018).

The main aims of the project are to (i) establish a reliable methodology integrating paleodrainage, cosmogenic nuclides, and Quantitative Provenance Analysis to constrain the evolution of SRS in deep-time, (ii) quantify erosion rates and sediment flux and disentangle the role of tectonics, climate, and drainage lithologies on the generation and transfer of sediments across the PTB, (iii) prove/disprove the climate regulation through silicate weathering across the PTB. In this project, a systematic approach to quantify landscape modifications to climatic and tectonic perturbations, and the correspondent variations in sediment flux is proposed.

CO2-Einbau in Mineralphasen. Optimierung der Stabilität und Bestimmung der Umwandlungsraten von Calciumaluminat-Zement-Injektionsmörteln.

Materialklassen, die den natürlichen Zähnen ähneln, wie polykristalline Keramiken, Glaskeramiken und Keramik-Methacrylat-Komposite werden seit einiger Zeit für den Zahnersatz bevorzugt. Das erste kommerzielle Produkt basierte auf einem nicht-stöchiometrischen Mehrkomponentensystem SiO2-Li2O-Al2O3-K2O-P2O5-ZrO2-ZnO, das vorkristallisiert und anschließend aufgeschmolzen und in eine Form aus feuerfestem Material gespritzt wurden. Die resultierende Glaskeramik erreichte einen Kristallisationsgrad von ~70 Vol.-% mit länglichen Li2Si2O5-Kristalliten und weist sehr gute mechanische Eigenschaften auf.

Der Forschungsansatz ermöglicht es, Beziehungen zwischen den mechanischen Eigenschaften, der Zusammensetzung und der Mikrostruktur, entweder in der Glaskeramik oder im Restglas zu ermitteln. Dazu wird der Einflusss des SiO2/Li2O-Molverhältnisses auf das Kristallisationsverhalten von Li2SiO3- und Li2Si2O5-Phasen analysiert und der Effekt der ZrO2-Zugabe bei konstantem SiO2/Li2O-Verhältnissen auf Kristallisationskinetik und Netzwerkstruktur des Restglases untersucht.

Nichtmischbare Sulfidschmelzen sind in der ozeanischen Kruste als magmatische Sulfide erhalten und zeichnen die Entwicklung von S und chalkophilen Elementen im magmatischen System auf. Neuste Ergebnisse zeigen systematische Unterschiede in deren Mineralogie und Chemie zwischen konvergenten und divergenten Plattengrenzen, die Prozesse die hierfür verantwortlich sind, sowie deren Einfluss auf die Verteilung chalkophiler Elemente sind jedoch weitestgehend unbekannt. Faktoren die die Löslichkeit von S in Silikatschmelzen kontrollieren beinhalten: (1) Temperatur, (2) Druck, (3) Sauerstofffugazität und (4) Fraktionierungsgrad. Die Bedingungen bei der Aufschmelzung des oberen Mantels und der Differentiation von Magmen in der Kruste unterscheiden sich zwischen Mittelozeanischen Rücken und Subduktionszonen, der Einfluss dieser Prozesse auf die Verteilung von S, Metallen und Halbmetallen in Magmen ist jedoch schlecht verstanden. Diese Prozesse kontrollieren die Entwicklung und den Kreislauf von S und chalkophilen Elementen in der ozeanischen Lithosphäre, die Zusammensetzung hydrothermaler Sulfide am Meeresboden, die Bildung der kontinentalen Kruste, die Zusammensetzung von vulkanischen Gasen und möglicherweise von epithermal-porphyrischen Lagerstätten.

Diese Fragen sollen im Rahmen des Projekts bearbeitet werden, indem der magmatische Fluss von Metallen und Halbmetallen (z.B. Co, Ni, Cu, Se, Ag, Te, PGE, Au, Bi) durch die ozeanische Lithosphäre an Mittelozeanischen Rücken und ozeanischen Subduktionszonen untersucht wird. Neuste Methoden ermöglichen es die Spurenelementgehalte in magmatischen Sulfiden aus allen Abschnitten der ozeanischen Lithosphäre erstmals aus einer globalen Perspektive und unter Berücksichtigung des plattentektonischen Milieus und der zeitlichen Entwicklung des Systems zu messen. Proben die die initiale Phase ozeanischer Spreizung beim Zerbrechen eines Kontinents, sowie heutige vulkanische Aktivität an Mittelozeanischen Rücken dokumentierend ermöglichen es zusammen mit einer Abfolge von den jüngsten Laven am Meeresboden zu den ältesten am Übergang zu den Sheeted Dykes, die zeitliche Entwicklung des magmatischen Systems in hoher Auflösung zu untersuchen. Hierfür ist eine kontinuierliche Beprobung vom oberen Lithosphärenmantel bis in die oberste Kruste notwendig, was nur mit Bohrkernen aus DSPD, ODP und IODP Expeditionen möglich ist. Wir haben entsprechende Bohrkerne identifiziert und zusammen mit Proben vom Meeresboden und aus alter ozeanischer Lithosphäre (z.B. Troodos Ophiolith) kann ein vollständiges Spektrum von Perdiotiten des oberen Mantels, Grabbros der unteren Kruste, Sheeted Dykes und Laven basaltischer bis rhyolitischer Zusammensetzung untersucht werden. Magmatische Sulfide sind in vielen dieser Proben bekannt. Durch diesen Ansatz können erstmals Modelle entwickelt werden die den magmatischen Kreislauf chalkophiler Spurenelemente durch die gesamte ozeanische Lithosphäre an konvergenten und divergenten Plattengrenzen abbilden.

Der Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung spiegelt das Pariser Klimaschutzabkommen vom Dezember 2015 als nationale Verpflichtung wider, mit dem Ziel bis ins Jahr 2030 die Treibhausgasemissionen um 55% gegenüber 1990 zu senken. Die weitgehende Treibhaus-gasneutralität für Deutschland wird bis 2050 angestrebt. Einen maßgeblichen Anteil an den entstehenden Emissionen hat mit ca. 20% der Sektor Industrie, wobei ca. 5% der CO₂-Emissionen auf die Zementindustrie entfallen. Diese Emissionen haben ihre Ursache zum einen im prozessbedingten Verbrauch von Brennstoffen und Energie, vor allem aber im Einsatz von primärem Kalkstein bei der Herstellung des Zementklinkers. Vor diesem Hintergrund hat die Zementindustrie während der letzten Jahre bereits große Anstrengungen unternommen, die energetisch bedingten CO₂-Emissionen zu minimieren und die CO₂-Bilanz der Zemente durch eine Verringerung des Klinkeranteils bei gleichzeitiger Erhöhung des Anteils von Zumahlstoffen zu verbessern.

Bei der Herstellung des Portlandzementklinkers selbst ist die Komponente „Kalkstein“ ein bisher unverzichtbarer Bestandteil des Rohmehls, da es derzeit keine andere natürliche Kalziumquelle in vergleichbarer Menge und globaler Verteilung gibt. Dem Rohmehl werden zur Einstellung des gewünschten Mineralphasenbestandes weitere Materialien zur Bereitstellung von Silizium, Aluminium und Eisen zugegeben. Dies sind i.d.R. tonhaltige Gesteine, Quarzsande und industrielle Nebenprodukte wie Aschen sowie Hütten- und Gießereisande. Das Rohmehl wird im anschließenden Klinkerbrennprozess thermisch entsäuert. Aus diesem Schritt resultieren rund 63% der bei der Zementklinkerherstellung freigesetzten CO₂-Emissionen. Anders ausgedrückt führt die Kalzinierung von Kalkstein zu ca. 530 kg CO₂ pro Tonne Klinker, bei einer Gesamtemission von ca. 840 kg CO₂ pro Tonne Klinker.

Ein Material, das bisher als Rohmehlkomponente und potentieller Ersatz für primären Kalkstein kaum Beachtung fand, ist hydratisierter, erhärteter Zementstein in Altbeton, sogenannter RCP (Recycled Concrete Paste). Dieser kann während des Recyclings von Abbruchbeton und selektiver Trennung von Grobzuschlag und Sandfraktion gewonnen werden. Der im Beton vorliegende, hydratisierte Zementstein hat eine dem Klinker ähnliche chemische Zusammensetzung und ist potenziell in großen Mengen verfügbar. Auch wenn sich bereits Technologien für eine verbesserte selektive Trennung abzeichnen, wird die Trennung des Zementsteins von feinstem Sand und Füllstoffen nicht zu 100% möglich sein und die Zusammensetzung des Rezyklats auf einen kalkärmeren Chemismus hinauslaufen. Pro Tonne produziertem Portlandzementklinker besteht ein Bedarf an ca. 1,2 Tonnen primärem Kalkstein als Rohmehlkomponente. Jede Tonne Kalkstein emittiert hierbei ca. 440 Tonnen CO₂. Bei der Herstellung von Portlandzementklinker ist ein Ersatz von Kalkstein durch RCP auf ca. 25% limitiert, u.a. aufgrund der Anforderungen an den kalkreichen Chemismus. Dies würde unter Berücksichtigung einer Vorkarbonatisierung von 20% zu einer CO₂-Ersparnis von ca. 105 kg pro Tonne Klinker führen.

Mit diesem Vorhaben werden zwei wesentliche Ziele verfolgt. Zunächst soll mit einer Zeitauflösung von ca. 10 min die Entwicklung der relevanten, die Rheologie definierenden, Parameter während der frühen Zementhydratation verfolgt und evaluiert werden. Dabei spielt die Entwicklung der Oberfläche der Klinkerphasen, die Morphologie und Menge der sich bildenden Hydratphasen sowie der verbleibende Gehalt und die Verfügbarkeit an ungebundenem und rheologisch wirksamem Wasser eine maßgebliche Rolle. Diese und weitere Parameter werden mit einer Kombination aus verschiedenen physikalischen, chemischen und rheologischen Messmethoden verfolgt und quantifiziert. Wichtig ist dabei auch hervorzuheben, dass die vorgeschlagenen Methoden mitunter überlappende Informationen liefern, sodass eine wechselseitige Validierung die Konsistenz der Messdaten bestätigen kann. Im zweiten Abschnitt soll dann der Einfluss verschiedener rheologisch aktiver Additive auf die zuvor genannten Parameter evaluiert werden. Dabei sind wichtige Informationen zur Wirkungsweise bauchemischer Additive und den grundsätzlichen Mechanismen der Überlagerung der Zementhydratation und der zeitlichen Entwicklung der Baustoffrheologie zu erwarten. Diese Informationen bilden die unverzichtbare Grundlage für ein vertieftes Verständnis der Rheologie in Frischbetonen.

Die Versorgung von kritischen und energie-kritischen Elementen für die Energiewende wird zu einer immer größeren Herausforderung. Viele dieser Metalle und Halbmetalle werden hauptsächlich als Nebenprodukt gewonnen und sind somit stark von den Hauptabbauprodukten abhängig. Der beträchtliche Einfluss dieser Elemente auf den Energie- und Wirtschaftssektor der Europäischen Union macht sie strategisch bedeutend. Daher muss die Abhängigkeit von Ländern wie China reduziert werden um die Rohstoffversorgung zu sichern, da politische Spannungen den Import beeinträchtigen können, was zu Versorgungsengpässen führen kann. Folglich muss der europäische Kontinent auf Anreicherungen wirtschaftlich wichtiger Elemente neu untersucht werden.

Thrakien in NE Griechenland stellt ein Beispiel für solch eine Zone mit hohen Gehalten an Metallen und Halbmetallen (z. B. Cu, Ga, Ge, Se, Mo, Sb, Te, Re, Au and Bi) dar. Die Lagerstätten treten in unterschiedlicher Krustentiefe auf, von porphyrischen Systemen in der direkten Umgebung einer Magmenkammer zu epithermaler Mineralisation bis zur Oberfläche. Regionale Unterschiede in der Mineralogie der Lagerstätten wurden beschrieben, die erzbildenden Prozesse der porphyrisch-epithermalen Systeme sind aber insbesondere im Hinblick auf die Spurenelementchemie schlecht verstanden. Die magmatischen und hydrothermalen Voraussetzungen, die zur Bildung eines solchen mineralisierten Vulkanbogens führen sind umstritten, aber essentiell um neue Anreicherungen von Spurenmetallen in der kontinentalen Kruste zu identifizieren. 

Die Metall- und Halbmetallzusammensetzung von plutonischen und vulkanisch/sub-vulkanischen Gesteinen wird neue Ergebnisse zu den magmatischen Prozessen in der tieferen Kruste und während des Magmenaufstiegs liefern; Bereiche wo es zur Bildung porphyrisch-epithermaler Systeme kommen kann. Dies ermöglicht es Prozesse der Magmenentgasung und Sulfidsättigung sowie Segregation, als Vorkonzentrat in der mittleren bis unteren Kruste, als einen grundlegenden Prozess für die Mineralisation in kontinentalen Vulkanbögen zu identifizieren. Pyrit oder Magnetit treten in allen wichtigen metallführenden Adern im flacheren Hydrothermalsystem auf. Hochauflösende Spurenelementanalytik an diesen Mineralen wird einen 3D-Einblick in die erzbildenden Prozesse geben, d.h. vertikal und lateral in der Kruste. Die (in situ) S Isotopie von hydrothermalem Pyrit wird zu einem besseren Verständnis der Interaktion des magmatischen und hydrothermalen Systems führen. Die kombinierte Untersuchung von magmatischen und hydrothermalen Prozessen macht diesen Antrag einzigartig und wird neue grundlegende Informationen über die Quelle, Fraktionierung und Ausfällung von S, Metallen und Halbmetallen liefern, wodurch die magmatischen und hydrothermalen Voraussetzungen für die Anreicherung von kritischen und energie-kritischen Elementen in einem mineralisierten kontinentalen Vulkansegment in Europa definiert werden können.

Tellur (Te) wurde von der Europäische Union als strategisches Element für den schnell wachsenden Sektor der erneuerbaren Energien definiert. Die Gewinnung von Te ist stark abhängig von anderen Metallen, insbesondere von Cu wo es als Nebenprodukt gewonnen wird, wodurch es kaum möglich ist die Te-Produktion unter aktuellen Verfahren zu erhöhen. Aufgrund der steigenden Nachfrage ist somit in naher Zukunft mit einer Te-Knappheit zu rechnen. 

Tellur kann in hydrothermalem Pyrit mit bis zu 8.000 ppm angereichert sein und tritt typischerweise zusammen mit anderen Spurenelementen, wie As und Au (bis zu 4,8 Gew. % und 11.000 ppm) auf. Pyrit bildet sich bei verschiedensten Fluidbedingungen, wie niedrigen und hohen Temperaturen, sowie unterschiedlichenfO2und pH-Zuständen. Die Spurenelementchemie von Pyrit kann somit genutzt werden um wichtige erzbildende Prozesse von Te zu definieren, die bis heute kaum bekannt sind. Aufgrund der weiten Verbreitung von Pyrit und seiner Fähigkeit Spurenmetalle anzureichern könnte die steigende Te-Nachfrage somit durch die Aufbereitung von Mineralen wie Pyrit gesichert werden. Über das Verhalten von Te während der Erzaufbereitung weiß man bisher nur wenig, wird Te allerdings nicht gewonnen, sondern liegt auf Halden vor ist es von ökotoxikologischer Relevanz. 

Diese Wissenslücken sollen im Rahmen des Projekts geschlossen werden. Hierfür werden epithermale und Carlin-Typ Lagerstätten untersucht; zwei Systeme die sich in ihrer Mineralisation unterscheiden und Te in wirtschaftlich relevanten Konzentrationen führen. Modernste Methoden werden verwendet um Te in Pyrit strukturell und chemisch bis hin zur Mikro- und Nanoebene zu charakterisieren. Dies ermöglicht es eine fundierte Methode zu entwickeln um zu unterscheiden ob Te im Kristallgitter oder als Einschluss in Pyrit vorkommt. Phasenquantifizierung kombiniert mit Mineral- und Gesamterzchemie ermöglichen es quantitativ zu zeigen, dass Pyrit einer der Hauptträger von Te in diesen Lagerstätten ist. Mittels Spurenelementkartierung lassen sich intrakristalline Variationen von Te (d.h. Zonierungen) in Pyrit quantitativ abbilden, womit die Bildungsprozesse der Te-Mineralisation abgeleitet werden können. Diese Ergebnisse können genutzt werden um ein neues mikroanalytisches Explorationsmittel für Te zu entwickeln. Hydrothermale Experimente unter kontrollierten Laborbedingungen erlauben es den Einfluss von Fluidparametern (z. B. Temperatur, pH, fO2) auf die Verteilung und den Einbau von Te in Pyrit zu bestimmen. Die Zusammensetzung von Pyrit, synthetisiert aus einem Fluid mit bekanntem Te-Gehalt, ermöglicht es die ersten Nernst-Verteilungskoeffizienten (KD) für Te im Pyrit-Fluid-System zu berechnen. Die Kombination von natürlichen und synthetischen Systemen machen es somit zum ersten Mal möglich eine quantitative Aussage über die Ausfällungsprozesse und den Einbau von Te in Pyrit zu treffen; ein allgegenwärtiges Mineral, dass ein Element von steigendem wirtschaftlichen Interesse führt.

Das TERSANE-Projekt ist darauf ausgerichtet, dieAuswirkungen von Klimawandel in der Erdgeschichte auf Organismen und Ökosystemezu untersuchen und Zusammenhänge zwischen diesen aufzudecken. Ziel desProjektes ist es, dieses Wissen auf den anthropogenen Klimawandel anzuwenden. Unsereübergreifende Hypothese ist, dass Klimawandel-induzierte Stressoren (KIS) inder Vergangenheit mehrfach biologische Krisen für marine Organismen ausgelöst habenund diese auch Ursache für zukünftige ökologische Krisen sein werden. Während inder ersten Phase des TERSANE-Projekts viele wichtige Erkenntnisse gewonnen werdenkonnten, erfordern neue Fragen und Methoden eine Fortführung des Projekts(TERSANE 2.0).

Eigene Vorarbeiten und Fortschritte andererArbeitsgruppen erfordern die Fokussierung auf  folgende Themen: Räumliche Verbreitungsmuster, biogeochemische Kreisläufe, Verständnisvon zugrundeliegenden Mechanismen und Modellierungen.

TERSANE 2.0 wird aus neun Projekten bestehen, die auf den folgenden drei Säulenbasieren:

(1)   Identifizierung der KIS an der Perm-TriasGrenze

(2)   Räumliche Verbreitungsmuster derAuswirkungen von KIS

(3)    Überbrückungvon räumlichen und zeitlichen Skalen

Säule 1 soll auf der Basis von geochemischen Indikatoren und Modellierungenvon Erdkreisläufen die exakten Umweltveränderung im Zuge des größten hyperthermalenEreignissen und Massenaussterbens des Phanerozoikums aufdecken.  Die einzelnen Projekte umfassen Nähr- undKohlenstoffkreisläufe, kontinentale Erosionsprozesse und die Intensität vonProzessen, die anoxische Ereignisse auslösen. Temperatur, CO₂, sowiepH wurden bereits in Phase 1 des Projektes behandelt.

Säule 2 untersucht die räumlichen Verbreitungsmuster der KIS auf der Basisvon Zeitreihen. Um den Einfluss der KIS aufzudecken, werden paläobiologischeMethoden und Modelle angewandt. Das Hauptaugenmerk der Projekte liegt auf Temperaturschwankungenund deren Einfluss auf Verbreitungsmuster und Aussterben mariner Arten. Inenger Zusammenarbeit mit Säule 1 wird auch auf biotische Muster an derPerm-Trias Grenze fokussiert.

Säule 3 soll die Auswirkungen von KIS auf mehreren Raum-Zeit Skalen untersuchen.Wir vermuten, dass physiologische Daten den mechanistischen Schlüssel zurAuswirkung von KIS auf mehreren Zeitskalen liefern. Entsprechend werden indieser Säule physiologische Experimente, Körpergrößendynamiken und das Zusammenspiel von Lebewesen undÖkosystemen untersucht. Die drei Projekte dieser Kerngruppe werden in engerZusammenarbeit mit den anderen Kerngruppen durchgeführt.

Größenreduzierungen in aufeinanderfolgenden Fossil-Vergesellschaftungen im Rahmen von Aussterbeereignissen sind Diversitätsmuster, die in einer Vielzahl von zeitlichen und räumlichen Maßstäben sichtbar werden. Die verantwortlichen Umweltfaktoren und -mechanismen werden nach wie vor intensiv diskutiert. In verschiedenen Fällen liegen Größenveränderungen vor dem Hauptimpuls des Events vor; dies könnte eine frühe Umweltstörung anzeigen. Das hier vorgestellte Projekt zielt darauf ab, Größenänderungen in stratigraphischen Sequenzsystemen zu modellieren, um die lokalen und globalen Einflüsse der Paläoumwelt auf diese Muster zu erkennen. Dieser Ansatz konzentriert sich auf den Vergleich von Mollusken und Brachiopoden aus Perm/Trias- Grenzprofilen im Iran und verschiedenen europäischen Pliensbach/Toarc-Profilen; es werden Muster innerhalb von Faziesräumen und zwischen verschiedenen Faziesräumen untersucht. Damit wird ein breites Spektrum von Zusammenhängen von Paläoumwelt und Erhaltung und Biodiversität vor und während der Aussterbe-Ereignisse abgedeckt. Dieser Ansätze ist notwendig, um den relativen Beitrag klimabedingter Stressfaktoren und die Verfügbarkeit von Nährstoffen in den Diversitätsmustern quantitativ zu studieren, wenn potenzielle Sammlungs- und Stratigraphie-Einflüsse herausgefiltert werden. Im letzten Teil des Projekts werden unsere neu gesammelten Daten mit neu eingepflegten großen Datensätzen mit geeigneten Fazies, stratigraphischen und geochemischen Abfolgen verglichen, um deren relativen Beitrag in der ersten umfassenden Metaanalyse zu diesen Aspekten der Miniaturisierung ("Lilliput-Effekt") zu entflechten. Diese Datensätze werden auch verwendet, um den relativen Beitrag der Größenreduzierung innerhalb der Arten, des selektionsbedingten Aussterbens / der Einwanderung und der Entstehung / Einwanderung von Arten bei Umweltveränderungen während kleiner biologischer Krisen oder das Massenaussterben bei Hyperthermie zu erklären.

Weltweit sind marine Lebewesen durch den derzeitigen Klimawandel bedroht, wobei nicht nur lokale, sondern auch weltweite Aussterbeereignisse als wahrscheinlich gelten. Wie Studien vermutenlassen, reagieren Arten auf die Erderwärmung durch eine Neuordnung ihrer Verbreitungsmuster. Hierbei folgen marine Lebewesen den Isothermen ihrer jeweiligen Temperaturnische, wodurch besonders Arten in äquatorialenRegionen akut vom regionalen Aussterben bedroht sind. Allerdings sind geographische Vorhersagemodelle für Aussterbeereignisse zurzeit nicht vorhanden, obwohl es unser Wissen über vergangene Massenaussterben erlaubenwürde, diese zu modellieren. Um Massenaussterben in der Erdgeschichte zu erklären, werden für gewöhnlich räumliche Verbreitungsmuster der Aussterbeereignisse von Arten herangezogen. Der Zusammenhangzwischen diesen Ereignissen und Erderwärmung wird allerdings nur vermutet oder durch hypothetische Gedankenspiele hergestellt. Bedeutend besser geeignet wären aber Modelle, die die Oberflächengestalt der Erde,stochastische Prozesse und die Artenvielfalt mit einbeziehen.

Projekt SPex soll genau hier ansetzen, indem Aussterbeereignisse simuliert werden. Die zugrundeliegende Hypothese hierfür lautet, dass übermäßige Klimaerwärmungzu ausgeprägten räumlichen Verbreitungsmustern von Aussterbeereignissen führt, wobei insbesondere die äquatorialen Regionen betroffen sind. Um diese und weitere Hypothesen zu testen, werde ich ein leistungsfähigesModell auf der Basis von zellulären Automaten entwickeln, um Verbreitungsmuster von Arten zu berechnen. Die Reaktionen von Lebewesen auf die Erwärmung werden hierbei dem Grundsatz ,,vom Einfachen zum Komplexen“folgend simuliert: Zuerst werden ausschließlich vorbestimmte, theoretische Vorgaben verwendet, um diese dann im Folgenden mit echten Daten aus klimabedingten Massenaussterben aus der Erdgeschichte zu ersetzen.

Die zellulären Automaten erlauben es hierbei vorgegebene Temperaturnischen zur Begrenzung von Artenverbreitungen zu verwenden. Andere Einflussvariablen werden als Zufallsprozesse modelliert,die die räumlichen Verbreitungsgebiete von Tausenden von virtuellen Arten begrenzen oder vergrößern. Um das Modell mit entsprechenden Daten füttern zu können, werden sowohl moderne und fossile biotischeDaten als auch plattentektonische Rekonstruktionen und Zirkulationsmodelle verwendet. Abiotische Daten, im Gegenzug, werden mit eingebunden um extreme Erwärmungsphasen zu rekonstruieren, wie es sie mehrmals in der Erdgeschichtegab.

Verbreitungen von zukünftigen Aussterbeereignissen werden berechnet, indem modellierte abiotische Parameter für über RCP8.5 hinausgehende, vereinfachte Szenarien verwendetwerden. Diesen simulierten Verbreitungsmuster werden dann fossile Verbreitungsmuster für tatsächliche Aussterbe- und Invasionsevents gegenübergestellt. Dementsprechend zielt das Projekt darauf ab, vergangeneMassenaussterben mit zukünftigen Umweltentwicklungen zu verknüpfen.

Coral reefs are perhaps the most threatened marine ecosystems from current climate-related stressors (CRS). The modern reef crisis manifests itself in an increased frequency of mass-bleaching, reduced calcification rates of corals, and elevated coral mortalities. Although extinction risk is also high among reef-building corals, reef decline is driven by reduced net calcium carbonate production of existing species, rather than extirpation or extinction. Nevertheless, extinctions are a major concern, because these are irreversible and thus preventing the recovery of reefs from CRS-driven crises.Using the Paleobiology Database and the Erlangen PaleoReefs Database together with a new fossil trait database on extinct reef builders, this project aims to reveal the interplay of individualistic evolutionary fate and whole ecosystem changes in reefs over time. Specifically, we test three main hypotheses: (1) Reefs are more sensitive to CRS than reef building species. A global reef crisis can occur without mass extinction, simply because the net calcium carbonate production is reduced. An important implication of this hypothesis is that reef crisis may be an early warning sign of a forthcoming biodiversity crisis. (2) Both the reef-building capacity and the extinction risk of reef building taxa can be predicted from their traits. Although not all potentially relevant life-history traits can be derived from fossils (e.g., nature of photosymbionts), preservable traits such as growth morphology and habitat breadth have been shown to be correlated with coral extinction risk and reef growth today. (3) Mesophotic and mid-latitude environments are suitable environments for reefal refugia and recovery after climate induced crises.Hypothesis testing will be performed in a multivariate statistical framework and machine learning focussing on preserved reefal volume and extinction as dependent variables. Independent variables such as magnitude and duration of warming, anoxia and acidification will be taken from published sources and accompanying TERSANE projects. Tests will be conducted at the level of specific time slices (end-Permian, end-Triassic, early Jurassic) as well as in a time-series context. To be feasible and relevant to TERSANE’s goals, CoralTrace will focus on Permian to Neogene reef systems.

Coral reefs are perhaps the most threatenedmarine ecosystems from current climate-related stressors (CRS). The modern reefcrisis manifests itself in an increased frequency of mass-bleaching, reducedcalcification rates of corals, and elevated coral mortalities. Althoughextinction risk is also high among reef-building corals, reef decline is drivenby reduced net calcium carbonate production of existing species, rather than extirpationor extinction. Nevertheless, extinctions are a major concern, because these areirreversible and thus preventing the recovery of reefs from CRS-driven crises.

Using the Paleobiology Database and theErlangen PaleoReefs Database together with a new fossil trait database onextinct reef builders, this project aims to reveal the interplay ofindividualistic evolutionary fate and whole ecosystem changes in reefs overtime. Specifically, we test three main hypotheses: (1) Reefs are more sensitiveto CRS than reef building species. A global reef crisis can occur without massextinction, simply because the net calcium carbonate production is reduced. Animportant implication of this hypothesis is that reef crisis may be an earlywarning sign of a forthcoming biodiversity crisis. (2) Both the reef-buildingcapacity and the extinction risk of reef building taxa can be predicted fromtheir traits. Although not all potentially relevant life-history traits can bederived from fossils (e.g., nature of photosymbionts), preservable traits suchas growth morphology and habitat breadth have been shown to be correlated withcoral extinction risk and reef growth today. (3) Mesophotic and mid-latitudeenvironments are suitable environments for reefal refugia and recovery afterclimate induced crises.

Hypothesistesting will be performed in a multivariate statistical framework and machinelearning focussing on preserved reefal volume and extinction as dependentvariables. Independent variables such as magnitude and duration of warming,anoxia and acidification will be taken from published sources and accompanyingTERSANE projects. Tests will be conducted at the level of specific time slices(end-Permian, end-Triassic, early Jurassic) as well as in a time-seriescontext. To be feasibleand relevant to TERSANE’s goals, CoralTrace will focus on Permian to Neogenereef systems.

Vulkanische Gesteine, die im Rahmen der INDEX 2019 Ausfahrt unter der Leitung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe gewonnen werden, sollen in dem Projekt am GeoZentrum Nordbayern (GZN) geochemisch analysiert werden. Die Daten werden von Wissenschaftlern des GZN interpretiert und die vulkanischen Prozesse im Zusammenhang mit den hydrothermalen Austritten am Zentralindischen Rücken und am SE Indischen Rücken bestimmt.

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Investighations of water and CO2 including their isotope ratios in boreholes, springs and mofettes in the Eger Graben Czech republic

The volcanic flux at the Hawaiian hotspot generally increased over the last 30-80 Ma, with second-order variations over 10~15 Ma. This significant increase remains unexplained by classic plume theory, which predicts that a plume-head stage with massive volcanic activity is followed by a plume-tail stage with ever decreasing activity. In particular, 25-30 Ma ago there was a sharp increase in the Hawaiian volcanic flux by a factor ~4 that appears to be associated with an increase in Pacific plate motion from ~60 km/Ma to ~100 km/Ma.At about the same time there was a surge across the South Pacific of young low-volume hotspot tracks. It is unclear from our understanding of the poorly sampled Hawaiian track if these volcanic flux variations are related to speed up of the Pacific plate or to pulsations of the Hawaiian plume. In order to explain the coupled observations of faster plate speed and increased volcanic flux we aim to explore three young, relatively low-volume Pacific hotspot tracks. High–precision geochronological data for multiple hotspot tracks is the only way of extracting fundamental new information from the intraplate record about the poorly-sampled young end of the Hawaiian hotspot track. We propose to determine high-precision ages using the next generation of multi-collector mass spectrometer for 111 samples from the Foundation, Easter and Pukapuka-Rano Rahi volcanic tracks. We will use these new data to (1) pinpoint the timing of Pacific plate-speed increases and variations in hotspot volcanic flux, and (2) understand the underlying mechanisms controlling volcanic flux variations at Pacific hotspots.

Predicting oxygen dynamics in large reservoirs in four dimensions.


Investigation of dissolved oxygen and its isotope ratios in drinking water reservoirs

An extended DEM approach with multi-scale aggregates and healing algorithms will be used to study structures on the grain and single-band scale, whereas the reservoir scale flow properties will be determined with continuum models. Codes will be developed and tested simultaneously and natural examples from our rock collection and field examples can be used in the other projects. We will then develop an algorithm for the healing of fractured grains and will finally approach the large scale and look at the influence of deformation bands on the permeability of aquifers. Here we will vary mechanical content in bands, deformation conditions from shear to compaction, compactional and extensional shear, and finite strain.

Der Rio Grande Rise (RGR) besteht aus einem umfangreichen Plateau und einer ausgedehnten Seamount Provinz im SW Atlantik und wurde bisher für eine Large Igneous Provinz gehalten, die sich durch magmatische Aktivität des Tristan-Gough Mantelplumes auf der Südamerikanischen Platte gebildet hat. Allerdings zeigen neue Untersuchungen, dass der RGR ein Stück kontinentaler Kruste sein kann, das während der Öffnung des Südatlantiks geriftet und vom südamerikanischen Kontinent nach Osten bewegt wurde, so daß das Plume-Modell überflüssig wäre. Hier schlagen wir eine kombinierte seismische, geochemische, geo- und thermochronologische Untersuchung der Erdkruste des RGR vor, um die Hypothese eines von tektonischen und magmatischen Prozessen überprägten Kontinentsplitters zu testen. Dabei sollen die 1000 km langen Rift- und Vulkanstrukturen des RGR und der Jean Charcot Seamounts nach Anzeichen von Mantelplume-Aktivität und dem Bildungsalter der Gesteine untersucht werden. Mit diesen Daten kann der relative Anteil von kontinentaler und ozeanischer Kruste am RGR sowie die Mächtigkeit, das Alter und die Herkunft vulkanischer Gesteine bestimmt werden. Die Ergebnisse werden wichtige Erkenntnisse für das Verständnis des Aufbrechens von Kontinenten und der Bildung von Ozeanbecken sowie der Rolle von Mikrokontinenten bei der Bildung von Hotspot-Spuren liefern.

Derzeit werden über 4 Milliarden Tonnen Zement jährlich produziert und verbraucht. Der Herstellungsprozess verursacht etwa 8% der anthropogenen Kohlendioxidemissionen und ist darüber hinaus mit einem hohen Primärenergieverbrauch verbunden. Aus dem Zement wird Beton hergestellt, welcher der wichtigste Werkstoff für die Erstellung von Bauwerken ist.Trotz der großen Bedeutung des Materials sind die Kenntnisse über die Reaktionen beim Abbinden des Zementes unzureichend. Ein Verständnis der Zusammenhänge ermöglicht langfristig eine Senkung von herstellungsbedingten Umweltbelastungen und die Entwicklung von hochleistungsfähigen Bindemitteln und Betonen. Im vorangegangenen Projekt wurden wichtige Beiträge zu den Grundlagen der Reaktion von fremdoxidfreiem Tricalciumsilikat geliefert. So konnte zum ersten Mal nachgewiesen werden, dass die Kinetik in den ersten Stunden bis zum Maximum der Hauptperiode vollständig von der Fällungsgeschwindigkeit des Reaktionsproduktes C-S-H abhängt. Neben diesem qualitativen Nachweis wurden alle individuellen Parameter wie Grenzflächenraten, Oberflächen, Umsatzgrade und Lösungszusammensetzungen quantitativ bestimmt und in einem einfachen und robusten kinetischen Modell zusammengefasst. Mit Hilfe dieses Modells wurde die Hydratation von Tricalciumsilikat quantitativ beschrieben und die Ergebnisse werden durch experimentelle Daten belegt. Zu den experimentellen Methoden für die Modellvalidierung zählen quantitative Röntgenbeugungsanalyse mit Rietveld-gestützter G-Faktorauswertung, Wärmeleitungskalorimetrie, Messung der Ionenkonzentrationen in der Porenlösung, Thermoanalyse, 29Si- Kernresonanzspektroskopie, Elektronenmikroskopie und Oberflächenmessungen. Im Fortsetzungsantrag sollen die Erkenntnisse auf die Reaktion von fremdoxidhaltigem Alit übertragen werden, da mehrere Ionen die Kinetik in unterschiedlicher Form beeinflussen. So ist bekannt, dass Aluminium in unterschiedlicher Zugabeform die Haupthydratation verzögern kann, während diese durch die Anwesenheit von gelösten Alkalien beschleunigt wird. Im Fortsetzungsprojekt soll die Wirkung von Aluminium, Sulfat und Alkalien individuell und in Kombination untersucht werden. Dies beinhaltet auch eine Reihe von Grundlagenuntersuchungen wie die Bestimmung von Auflösungsraten und Fällungsraten zur Identifikation der zu Grunde liegenden Mechanismen der Fremdoxidwirkung. Mit Hilfe der erhaltenen Daten kann das Modell von fremdoxidfreiem Tricalciumsilkat auf den Alit im Zementsystem erweitert werden. Die Überprüfung erfolgt durch umfassende analytische Untersuchungen unter Verwendung von Methoden, die bereits im vorangegangenen Projekt verwendet wurden.Aufbauend auf diese Ergebnisse werden mit Hilfe von Simulationsberechnungen und experimentellen Arbeiten neue Möglichkeiten zur Beeinflussung der Hydratationskinetik untersucht. Das langfristige Ziel ist dementsprechend ein Verständnis und eine Steuerung der Zementhydratation.

Das Verbundprojekt wird im Zeitraum 2018-2023 durch das Bayerische Klimaforschungsnetzwerk (bayklif) gefördert.

Sowohl in rezenten auch als in fossilen Ökosystemen ist es eine große Herausforderung die geographische Struktur von Biodiversität zu charakterisieren und zu verstehen.Derzeit werden sehr unterschiedliche Ansätze verwendet um biogeographische Einheiten zu definieren, die in extrem verschiedenen Mustern resultieren. Ich beantrage ein zweijähriges Projekt, in dem ich versuche biogeographischeEinheiten mit Hilfe von quantitativen Methoden an organismischen Nachweisdaten im marinen Bereich objektiv festzulegen. Die so definierten Einheiten werden es erstmals erlauben, die Beta-Diversität zwischen den Einheiten über längere Zeiträume zu erfassen und damit ein Maß für die Entwicklung des Provinzialismus über die Zeit zu erhalten. Damit können wichtige makroevolutionäre Hypothesen getestet werden,wie zum Beispiel: der marine Provinzialismus war maßbeglich durch die die Kontinentalkonfiguration determiniert, oder, die Beta-Diversität war im Gefolge von Massenaussterben stark herabgesetzt. Das Projekt zieltauf die Entwicklung von Methoden ab, die mit simulierten Daten rigoros getestet werden. Vier aufeinander aufbauende Projektphasen sind geplant. Die Untersuchungen beginnen mit der Analyse von biogeographischen Mustern imheutigen Ozean, gefolgt von gut beprobten fossilen Zeitscheiben. Anschließend werden über die Zeit verfolgbare biogeographische Einheiten erfasst, mit denen die biogeogeographische Struktur mariner Ökosystemereproduzierbar partitioniert werden können.

Um Scherlokalisationen in der Kruste zu verstehen, ist es entscheidend, die Wechselwirkung von spröd-duktilen Deformationsmechanismen im Kornmaßstab in Myloniten zu erfassen.

Hierbei haben vor allem synkinematische Bruchbildung und duktile Prozesse einen starken Einfluss auf die räumliche Ausbreitung und Geschwindigkeit des Fluidtransfers unterhalb der seismogenen Kruste und auf den seismischen Zyklus selbst. Hauptziel dieses Projektes ist es daher Informationen über die Entstehung von diskreten Rekristallisationszonen (DRZ) in Quarz als potentielle Indikatoren für Mikrobruchbildung während der initialen Phase der Mylonitisierung zu erlangen. Diese DZR sollen an einer Quarzader von der Schobergruppe (Hohe Tauern, Zentrale Ostalpen), welche bei 450-500°C deformiert worden ist, untersucht werden. Generell soll das Projekt zum Verständnis  der mikrostrukturellen Entwicklung von diskreten Rekristallisationszonen bis zu Ultramyloniten beitragen. Im Fokus steht dabei das Verständnis der Interaktion verschiedener Deformationsmechanismen (Mikro-Bruchbildung, Subkornrotation- und Korngrenzmigrationsrekristallisation, mechanische Dauphiné Verzwilligung, Lösungs-Fällungsrekristallisation, Korngrenzgleitung) während der initialen und der progressiven Verformung. Ohne die Kombination von verschiedenen modernen mikrostrukturellen und geochemischen (Spurenelement) Analysetechniken ist eine Interpretation der erwähnten spezifischen Quarz-Deformationsmikrostrukturen nicht möglich und bleibt rein spekulativ. Folgende Mikro- und Nano-Analytik ist in dem Projekt vorgesehen um die feinkörnigen Mikrostrukturen zu untersuchen: Elektronen-Rückstreu-Beugung (EBSD), REM Orientierungskontrast (channeling contrast), REM Kathodolumineszenz (CL), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS und nanoSIMS) für Ti-in-Quarz Analysen und Atomsonden Analysen mit atomarer Auflösung um Informationen über (Sub)Korn-Diffusionsprozesse (v.a. von Ti) während der Deformation zu bekommen. Des Weiteren soll mittels eines neu entwickelten Nah-Feld nanoFTIR Mikroskops getestet werden, inwieweit  intragranulares Wasser in Quarz im Nano- bis Mikrometer Maßstab gemessen werden kann. Zusätzlich ist geplant, Wasser in Quarz (OH^- Ionen) Analysen mittels nanoSIMS durchzuführen. Wenn diese voneinander unabhängigen Methoden funktionieren, dann würd dies eine neue Dimension erschließen, um den Wassergehalt in feinkörnigen Mineralen (nicht nur Quarz) als auch in Subkorngrenzen, Korngrenzen oder sogar entlang von Versetzungen zu messen. Die Kombination von Atomsonden Ti-Verteilungsdaten und nanoFTIR Wassergehalt Analysen könnte dazu beitragen, deformationsbedingte pipe diffusion bzw. Wegsamkeiten entlang von Subkorngrenzen nachzuweisen. Diese Daten sind u.a. wichtig, um die Neueinstellung des Ti-in-Quarz Systems im Verlauf der dynamischen Rekristallisation zu verstehen.

Mit diesem Vorhaben werden zwei wesentliche Ziele verfolgt. Zunächst soll mit einer Zeitauflösung von ca. 10 min die Entwicklung der relevanten, die Rheologie definierenden, Parameter während der frühen Zementhydratation verfolgt und evaluiert werden. Dabei spielt die Entwicklung der Oberfläche der Klinkerphasen, die Morphologie und Menge der sich bildenden Hydratphasen sowie der verbleibende Gehalt und die Verfügbarkeit an ungebundenem und rheologisch wirksamem Wasser eine maßgebliche Rolle. Diese und weitere Parameter werden mit einer Kombination aus verschiedenen physikalischen, chemischen und rheologischen Messmethoden verfolgt und quantifiziert. Wichtig ist dabei auch hervorzuheben, dass die vorgeschlagenen Methoden mitunter überlappende Informationen liefern, sodass eine wechselseitige Validierung die Konsistenz der Messdaten bestätigen kann. Im zweiten Abschnitt soll dann der Einfluss verschiedener rheologisch aktiver Additive auf die zuvor genannten Parameter evaluiert werden. Dabei sind wichtige Informationen zur Wirkungsweise bauchemischer Additive und den grundsätzlichen Mechanismen der Überlagerung der Zementhydratation und der zeitlichen Entwicklung der Baustoffrheologie zu erwarten. Diese Informationen bilden die unverzichtbare Grundlage für ein vertieftes Verständnis der Rheologie in Frischbetonen.

Ozeanische Inselbögen zeigen eine Entwicklung mit verschiedenen tektonischen Phasen, die durch die Bildung und Eruption unterschiedlicher Magmen gekenzeichnet sind. Boninite haben eine ungewöhnliche chemische Zusammensetzung und treten offenbar typischerweise in der frühen Entwicklungsphase von Inselbögen auf, wobei sie sich sich bei der Aufschmelzung von sehr verarmtem Mantel bilden.   Eines der Hauptziele des vorgeschlagenen Projekts ist die stratigraphische Beprobung von Krustenprofilen an Abschiebungen des NE Tonga Rückens und Lau Backarc Beckens wo Boninite offenbar sehr häufig auftreten. Laven der nördlichen Tonga Inseln haben ungewöhnliche Zusammensetzungen, die eine starke Verarmung des Mantels und eine Anreicherung durch Fluide anzeigen, während Laven im Backarc teilweise einen Einfluss des Samoa Mantelplumes widerspiegeln. Der Vulkan Niuatahi im Lau Backarc zeigt eine sehr ungewöhliche Struktur und ist umgeben von jungen Lavaströmen und vulkanischen Rücken, die bis zum NE Lau Backarc Spreizungsrücken reichen, so dass hier die Magmenbildung und Mischungsproesse vom Inselbogen bis zum Backarc untersucht werden kann. Wir schlagen eine Beprobung der Vulkane im Inselbogen und im Backarc in dieser Region vor, um die verschiedenen Mantelquellen zu definieren und die Dynamik und die Schmelzprozesse des Mantelkeils zu bestimmen. Die jungen Vulkane in dieser Region zeigen sehr verbreitete hydrothermale Aktivität sowie massive Entgasungsprozesse, die die genauere Untersuchung des Eintrags von magmatischen Volatilen und Metallen in die hydrothermalen Fluide und Präzipitate erlauben. Wir wollen diese verschiedenen Fluidaustritte beproben, um die Parameter des magmatischen Eintrags und der Wassertiefe auf die Fluide, die Ausfällungen und die Ventfauna zu bestimmen.

Im Rahmen von Untersuchungen zur Struktur des Untergrundes im Zielgebiet des GAB-Forschungsprojektes „Petrotherm“ wurden neben den schon bekannten NW-SE verlaufenden Störungen im Fränkischen Becken auch N-S verlaufende Störungen als bedeutende Lineamente beschrieben. Die Kinematik dieser Strukturen im Paläo- und im in situ Spannungsfeld und damit ihr Reaktivierungspotential sind bislang nicht ausreichend untersucht. In diesem Kurzprojekt (12 Monate) soll eine detaillierte Datenerhebung zum Störungs- und Kluftsystem in einem kleinräumigen Gebiet um die Bohrung Obernsees durchgeführt werden, um das strukturelle Inventar zu erfassen. Mittels der RACOS^®-Methode soll an einem Bohrkern aus der Bohrung Obernsees eine Bestimmung der herrschenden in situ-Spannungen durchgeführt werden.

Diese Methodenkombination wurde im Projekt „Petrotherm“ bislang nicht angewendet, wären aber für eine Bewertung des Reaktivierungspotentials von Störungsflächen im Fränkischen Becken und seines Untergrundes von Bedeutung. Mit diesem Kurzprojekt soll daher die Machbarkeit und Nützlichkeit für die Thematik „Ermittlung von Spannungszuständen im Zielgebiet und das Bruchverhaltens ausgewählter Gesteinstypen“ des Gesamtprojektes getestet und die Datenbasis zu dieser Thematik verdichtet werden.

Die TenneT TSO GmbH und TransnetBW GmbH planen als
Übertragungsnetzbetreiber zur Erfüllung der gesetzlichen Verpflichtungen einer sicheren
Energieversorgung das Übertragungsnetz in ihren Regelzonen auszubauen. Dazu ist die Umsetzung
zweier Leitungsvorhaben, enthalten in Anlage zu §1 Abs. 1 des Bundesbedarfsplangesetzes, vorgesehen:
Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs (HGÜ)-Verbindungen werden von TenneT in
Projektpartnerschaften mit der TransnetBW bzw. der 50Hertz Transmission GmbH realisiert
und sollen vorrangig als Erdkabel verlegt werden.
- SuedLink:
• HGÜ-Verbindung zwischen Brunsbüttel und Großgartach (BBPlG-Vorhaben Nr. 3)
• HGÜ-Verbindung zwischen Wilster und Grafenrheinfeld (BBPlG-Vorhaben Nr. 4)
- SuedOstLink:
• HGÜ-Verbindung zwischen Wolmirstedt und Isar (BBPIG-Vorhaben Nr. 5)
Die Friedrich-Alexander-Universität, Erlangen-Nürnberg wurde 08.2017
damit beauftragt, für das Korridornetz beider Projekte (SOL: nur Abschnitt
Bayern) Bodendaten von den entsprechenden Landesämtern zu beschaffen und in einem
Geoinformationssystem (GIS) für unterschiedliche Fragestellungen aufzubereiten und zur Verfügung
zu stellen.
Bei den abzuleitenden Parametern handelt es sich um Kennwerte zu Bodenart, Bodenklassen nach DIN18300, Festgestein (Tiefenlage der Festgesteinsgrenze, Festgesteinsart und Wärmeleitfähigkeit), klimatische Wasserbilanz (Niederschlag, Evapotranspiration, Grundwasserneubildung, Wasserabfluß), Bodenfeuchteregime, Van Genuchten Parameter, der teilgesättigten Wasserleitfähigkeit, Bodenfrosttage, sowie Wärmeleitfähigkeit des Bodens.

Die aus pedologischen, geologischen und klimatologischen Basisdatensätzen abgeleiteten Parameter
wurden für vereinbarte Tiefenstufen berechnet. Die Gesamtheit der Ausgangsdaten,
Zwischenergebnisse und Zielparameter ist in Form von GIS-Projekten thematisch gegliedert
hinterlegt. Dadurch lassen sich die Parameter einzeln aber auch beliebig kombinierbar darstellen und
stehen zusätzlich für weitere Modellierungen und Betrachtungen zur Verfügung.
Für die Validierung der Ergebnisse sind drei Baugrundgutachten als Referenz herangezogen worden.

Andesite magmas at active continental margins may form due to assimilation-fractional crystallization processes from basaltic mantle melts or due to direct partial melting of unusual mantle rocks resulting, for example, from mixing of sediment melts with peridotite. Magmas of the Aegean Arc indicate a reaction of the melts with the crust during the ascent as well as a strong input of sediment into the melting zone of the mantle wedge. These different mixing processes are difficult to define in most rocks and require detailed studies of melt (glass) and mineral compositions. Thus, submarine lavas are best suited for a study of andesite formation because melts are quenched and their composition including volatile contents can be determined. The volcanoes of the western Aegean mainly erupted effusive lavas in domes and flows rather than showing explosive activity. We propose a cruise to the westernmost submarine volcano Paphsanias of the Aegean Arc that has not been studied petrologically and geochemically. We suggest studying and sampling this volcano using an ROV that will give us stratigraphic control of the samples. The ROV dives will allow determining the relative abundance of lavas and volcaniclastic rocks and yield insights into the apparently different magma ascent and eruption processes in the western volcanoes. Given the young age of the Paphsanias volcano the crater may also show hydrothermal activity that we will be able to observe and sample using the ROV.Andesite magmas at active continental margins may form due to assimilation-fractional crystallization processes from basaltic mantle melts or due to direct partial melting of unusual mantle rocks resulting, for example, from mixing of sediment melts with peridotite. Magmas of the Aegean Arc indicate a reaction of the melts with the crust during the ascent as well as a strong input of sediment into the melting zone of the mantle wedge. These different mixing processes are difficult to define in most rocks and require detailed studies of melt (glass) and mineral compositions. Thus, submarine lavas are best suited for a study of andesite formation because melts are quenched and their composition including volatile contents can be determined. The volcanoes of the western Aegean mainly erupted effusive lavas in domes and flows rather than showing explosive activity. We propose a cruise to the westernmost submarine volcano Paphsanias of the Aegean Arc that has not been studied petrologically and geochemically. We suggest studying and sampling this volcano using an ROV that will give us stratigraphic control of the samples. The ROV dives will allow determining the relative abundance of lavas and volcaniclastic rocks and yield insights into the apparently different magma ascent and eruption processes in the western volcanoes. Given the young age of the Paphsanias volcano the crater may also show hydrothermal activity that we will be able to observe and sample using the ROV.

Bei der medizinischen Anwendung von Calciumphosphatzementen(CPCs) werden zunehmend minimal-invasive Eingriffe angestrebt, beidenen der Zement direkt in den Defekt injiziert wird. Problematisch istdabei oftmals die Phasenseparation von fester und flüssigerZementphase (filter-pressing). Das beantragte Forschungsprojektbefasst sich daher im ersten Teil mit der Modifizierung der Rheologieund damit der Injizierbarkeit von CPCs durch oberflächenladungstransferierende Additive. Ein bruschit- sowie ein apatitbildender CPCwerden jeweils zur Einstellung einer geeigneten Rheologie mitPhytinsäure (IP6) bzw. Na-Phytat modifiziert. Die Chelatreaktion desIP6 mit Ca2+-Ionen aus der Zementlösung lässt zudem eineVerbesserung der mechanischen Eigenschaften der Zementeerwarten. Die Aushärtereaktion der Zemente wird mechanistischmittels Wärmeflusskalorimetrie, zeitaufgelöster XRD, in-situ 1H-NMR,FTIR bzw. RAMAN-Spektroskopie sowie zeitaufgelöstenFestigkeitsprüfungen untersucht, um ein detailliertes Verständnis desAushärtemechanismus mit IP6 als Additiv zu erzielen. In einemzweiten Projektansatz werden wasserbasierte, präfabrizierteZementpasten realisiert, deren Abbindereaktion durch das EnzymPyrophosphatase initiiert wird. Diese sind aufgrund ihrer einfachenklinischen Anwendbarkeit von hoher praktischer Relevanz. AlsModellsystem wird zunächst eine Suspension von alphaTricalciumphosphat in Wasser mit Pyrophosphationen als Inhibitor derHydratation untersucht. Die Hydratation wird dann durch Zugabe vonPyrophosphatase kontrolliert eingeleitet, wobei die inhibierenden Pyrophosphat- zu abbindebeschleunigenden Orthophosphationengespalteten werden. Auf Grundlage der daraus erzielten Ergebnissewird anschließend ein Struvit-bildender Magnesiumphosphat-Zementmit Zusatz von Seidenfibroin zur Zementflüssigkeit untersucht. DasSeidenfibroin sorgt durch seine Gelierung für außergewöhnlicheMaterialeigenschaften, die Injektion solcher Zementformulierungenwird jedoch durch die sehr schnelle Gelierung des Fibroins verhindert.Im vorliegenden Projekt wird daher als alternative Formulierung einewässrige Suspension von Mg3(PO4)2 mit gelöstemAmmoniumpyrophosphat und Seidenfibroin untersucht. Durch Zugabevon Pyrophosphatase soll ebenfalls Orthophosphat produziertwerden, welches die Bildung von Struvit sowie die Gelierung desSeidenfibroins kontrolliert einleiten soll. Abschließend ist diebiologische Charakterisierung der in dieser Studie entwickeltenZementkomposite durch in vitro Versuche mit osteoblastären undosteoklastären Zelllinien vorgesehen, um die Zytokompatibilität derKomposite und deren grundsätzliche Eignung für die medizinischeAnwendung sicherzustellen. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnissesollen das Verständnis der Abbindereaktion von mineralischenKnochenzementen derart erweitern, dass zukünftig Eigenschaften wiedie Rheologie der Pasten sowie ein durch den Anwender stimuliertesAbbindeverhalten gezielter einstellbar sind.

Zur Reduktion der CO₂ Emissionen von Baustoffen wird der Ersatz von Calciumaluminatzementen durch CSA-Zemente erwogen. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen ternäre Mischungen aus Portlandzement, CSA-Zement und Anhydrit. Diese Ettringit-bildenden Systeme werden im Baubereich für Fliesenkleber, Spachtelmassen, und Fugenmörtel eingesetzt. Die Erarbeitung eines  grundlegendes Verständnis der Reaktionskinetik ermöglicht die Entwicklung neuer Produkte für hochspezialisierten Anwendungen. 

Das fehlende Verständnis der räumlichen Anordnung (meso-Struktur) des Calcium-Silikat-Hydrates (C-S-H) in hydratisiertem Zement ist eines der Hindernisse für die Innovation im Bereich der Zementmaterialien. Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist es die Modellierung des C-S-H Mikrogefüges (`sheet growth model`, entwickelt von M. Etzold) weiter zu entwickeln. Die wird es uns ermöglichen, mit Hilfe des `Sheet Growth Model` die Porosität von hydratisierten Bindemitteln vorherzusagen. Weiterhin ist das Verständnis der Struktur grundlegend für weitere Modellierungsschritte wie z. B. die der mechanischen Eigenschaften. Hauptansatzpunkt ist dabei das `Sheet Growth Model` durch Parametrisierung mit experimentellen Daten der Rasterelektronenmikroskopie (REM), der Protonen Kernresonanz (1H NMR) Relaxometrie und verschiedenen anderen Methoden noch besser an experimentelle Beobachtungen anzupassen. Das zeitgleiche Vorantreiben des Modellierungsvorhabens und des experimentellen Ansatzes stellt die Realitätsnähe des Modells sicher. Zugleich können auch die Bedürfnisse der Modellierung das experimentelle Vorgehen leiten. In einem ersten Schritt wird eine Probenpräparationsmethode auf Zementmaterialien übertragen, die bisher für Tonschiefer entwickelt wurde um deren Nano- bis Makroporosität im REM quantitativ zu erfassen. Dies ist für sich genommen aufgrund der Bedeutung von REM für die Charakterisierung von Zementmaterialien eine wichtige Entwicklung. Zugleich werden noch einige Verbesserungen für die automatische Datenanalyse des 1H-NMR und der Ressourcennutzung des Computermodells implementiert. In einem zweiten Schritt werden 1H NMR und REM Charakterisierung gemeinsam genutzt, um die Porosität von Bindemitteln in Abhängigkeit von der Hydratationszeit und der chemischen Zusammensetzung zu charakterisieren. Dies erlaubt es die experimentellen Daten zu verifizieren und ggf. die Methodik anzupassen. Diese experimentellen Daten werden dann genutzt um die Parameter bei der Modellierung des C-S-H Wachstums zu wählen. Somit wird es nicht nur erstmals möglich sein, die Porosität von hydratisierten Bindemitteln realitätsnah von der Nano- bis Millimeterskala abzubilden sondern die experimentellen Ergebnisse werden auch direkt in die Modellierung einfließen. Die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern welche die Modellierung des zementären Mikrogefüges und die experimentelle Charakterisierung vorantreiben ist ein wesentlicher Schritt, um ein grundlegendes Materialverständnis zu erzielen. Dies ist ein wichtiger Ausgangspunkt für die Entwicklung innovativer und nachhaltiger neuer zementgebundener Materialien.

Hydrothermale Systeme mit dem Potential mineralische Lagerstätten von ökonomischer Bedeutung zu bilden, finden sich oft im Zusammenhang mit dem Rifting von Inselbogenkruste. Die grundlegenden Veränderungen in den strukturellen und magmatischen Rahmenbedingungen von der vulkanischen Front hinein in den Backarc bieten dabei die einzigartige Möglichkeit, die vielfältigen magmatischen und hydrothermalen Systeme (z.B. Hannington et al., 2005) in ihrer gesamten Bandbreite zu studieren. Im Rahmen des beantragten Forschungsprojektes wollen wir versuchen, Veränderungen in der Aufschmelzzone (physische Aufschmelzbedingungen und Mantelquellen) über diesen Bereich hinweg und deren Einfluss auf den Transport (bzw. die Anreicherung) von Metallen zu quantifizieren. Magmatische Volatile tragen zu den hydrothermalen und somit Erz-bildenden Fluiden bei, jedoch wird der grundlegende Einfluss von Oxidationszustand, Schwefelsättigung und magmatischer Entgasung auf die Metallkonzentration silikatischer Schmelzen nach wie vor diskutiert. Jenner et al. (2010, 2015) zeigten zum Beispiel die Bedeutung der Kristallisation von Magnetit für die Schwefelsättigung und das Verhalten der chalcophilen Elemente auf. Das Auftreten der sogenannten Magnetit-Krise ist möglicherweise jedoch auf spezielle physisch-chemische Rahmenbedingungen beschränkt (z.B. Kristallisation in einem geschlossenen System, spezieller Oxidationszustand, Schmelzzusammensetzung etc.) und sollte daher systematisch in verschiedenen magmatischen Systemen (z.B. im Übergang von der vulkanischen Front zum Backarc) und auf verschiedenen Größenskalen untersucht werden. In diesem Projekt wollen wir versuchen, die verschiedenen Einflüsse von Mantelquelle(n) und Aufschmelzbedingungen auf die Anreicherung von Metallen und Volatilen, sowie die geologischen Rahmenbedingungen für den Aufstieg von Schmelzen und Volatilen zu entwirren. Dies soll auf einer räumlichen Größenordnung geschehen, wie sie wichtig ist für die Exploration von Lagerstätten. Das beantragte Forschungsprojekt setzt sich aus zwei kleineren Einzelprojekten zusammen, eines davon mit dem Schwerpunkt auf den Mantelquellen, den Aufschmelzbedingungen und der magmatischen Differentiation (grundlegende Rahmenbedingungen) und das andere mit dem Fokus auf Geologie des Meeresbodens (Aufstiegswege und Geodynamik) und dem speziellen Verhalten der Metalle (v.a. Cu, Au und die sog. kritischen Metalle) und Volatile (H2O, CO2, Cl, S) in den Schmelzen. Diese beiden Projekte sind jedoch sehr eng miteinander verstrickt (v.a. durch den Aspekt der Schmelzentwicklung) und erfordern daher einen engen und regelmäßigen Austausch. Schwerpunkt des Projekts wird das Tonga- Kermadec Subduktionssystem, da wir Zugang zu umfangreichen Probensammlungen von dort haben sowie zwei weitere Forschungsfahrten (ARCHIMEDES I und TongaRIFT) dorthin kürzlich bewilligt wurden. 

Ophiolites are often used to infer the internal structure of the oceanic crust and the processes by which it is formed, but most ophiolites were not formed in typical mid-ocean ridge settings. Instead, they appear to have formed close to former subduction zones, but the exact tectonic setting in which they were formed is debated. If ophiolites represent fore-arc crust formed during subduction initiation events, then they provide insights into the initiation of subduction zones, an outstanding unresolved question in plate tectonics. If ophiolites were formed in back-arc or plate edge settings they may represent useful analogues for the internal structure of oceanic crust. If they were formed at a ridge-trench-trench or ridge-trench-transform triple junction then they could be used to infer mantle wedge structure and processes. These tectonic models predict different geochemical variations in ophiolite lavas with space and time. We will map out the 3D gechemical structure of the Troodos Ophiolite of Cyprus, one of the best preserved an exposed ophiolites. We will use major and trace element microanaysis of fresh volcanic glass in order to avoid the effects of alteration. Detailed high resolution sampling of sections through the Troodos volcanic section on both the northern and southern margins of the ophiolite will be used to determine the chemical evolution of magmatism and test hypotheses for the tectonic origin of this ophiolite.

The environmental hypotheses of human evolution postulate that climate-derived environmental
changes and tectonic forcing were the driving factors of the evolution of African fauna, including
early humans. In these models, major evolutionary events were associated with African climate
change at 2.7-2.5 Ma, 1.9-1.6 Ma and 1-0.7 Ma intervals, which appear to coincide with the
timing of key evolutionary milestones in human history. Recent scientific drilling in various
paleolakes of the East African Rift has produced multiple high-resolution records of climate
variability, which can be used to reconstruct the regional climate history. However, previous
attempts to test the environmental hypotheses by applying this record directly to human evolution
have been limited by the difficulty of linking core records directly to time-equivalent outcrops
containing the fossil and archaeological record. We will therefore apply a novel approach
in archaeology - a combination of tephrostratigraphic and sequence stratigraphic concepts.

Vor dem Auftreten von kiefertragenden Fischen waren Conodonten die häufigsten und diversesten Räuber der frühpaläozoischen Ozeane. Ihre phosphatischen Zähne sind zahlreich in oberkambrischen bis triassischen marinen Gesteinen vorhanden. Aufgrund ihrer außerordentlich schnellen morphologischen Evolution haben sich Conodonten als wichtiges Instrument der Biostratigraphie etabliert. Jedoch bleibt die Nahrungsökologie unbekannt, die zu dieser schnellen Diversifizierung von nahrungsverarbeitenden Strukturen führte.Die Kernfrage dieses Projekts ist: Inwiefern lässt sich von der Morphologie von Conodonten auf deren trophische Position, Ernährungsweise und Umweltbedingungen schließen? Dieses Projekt wird quantitative Proxies für die Untersuchung von Conodonten-Zähnen entwickeln und Modelle für ihre Variabilität in Abhängigkeit von der abiotischen Umwelt (Lithofazies) und biotischen Interaktionen (Struktur der Lebensgemeinschaft) liefern. Zahngröße wird als Proxy für die Körpergröße der Beute quantifiziert und die Dicke des biomineralisierten Gewebes als Indikator für Durophagie verwendet. Diese Parameter werden anhand gut dokumentierter Umweltgradienten in der mittelsilurischen Karbonatplattform in Gotland, Schweden, untersucht. Das Projekt ermöglicht die Unterscheidung zwischen ökophänotypischer Variabilität und mikroevolutionären Mustern. Durch das Testen ökologischer Modelle, abgeleitet von anderen Faunengruppen, werden die wichtigsten Steuerelemente dieser Variabilität identifiziert, z.B. die Beziehung zwischen der Verteilung der Körpergröße in einer Gemeinschaft und die Länge der trophischen Kette. Durch Anwendung geochemischer Proxies für die trophische Ebene einzelner Organismen werden diese Modelle unabhängig getestet. Dieses Projekt wird den Rahmen bilden, in dem die morphologische Diversität von Conodonten über geologische Abfolgen interpretiert werden und in ökophänotypische Variabilität und evolutionäre Muster eingeteilt werden kann.

Sauerstoffisotopenanalysen and Conodontenapatit belegen eine dramatische Erwärmung der niedrigen Breiten von bis 10° C vom späten Perm in die frühe Trias. Diese während fast der gesamten Frühen Trias anhaltende klimatische Erwärmung kann als Folge der Förderung der Sibirischen Trapp Basalte und daran geknüpfter Prozesse und damit als Konsequenz einer dramatisch erhöhten atmosphärischen CO2 Konzentration gesehen werden. Der Temperaturanstieg, eine hohe atmosphärische CO2 Konzentration sowie weitverbreitete anoxische Bedingungen in den Weltozeanen (Deadly Trio) könnten zu dem Massensterben im späten Perm geführt und die verzögerte Erholung der ökosysteme nach der Perm-Trias Krise bedingt haben. Allerdings gibt es für diesen kritischen Zeitraum in der Erdgeschichte derzeit keine Proxy-Rekords für die atmosphärische CO2 Konzentration und die Temperaturentwicklung in den mittleren bis höheren Paläobreiten. Das angestrebte Forschungsprojekt hat zum Ziel, die atmosphärische CO2 Konzentration sowie die Temperaturgeschichte in den mittleren bis höheren Breiten für den Zeitabschnitt des späten Perms bis frühe Mittlere Trias zu rekonstruieren. Kohlenstoffisotopenanalysen an karbonatischen Paläoböden sollen zur Rekonstruktion der atmosphärischen CO2 Konzentrationen genutzt werden. Die Temperaturgeschichte in den mittleren bis höheren Breiten soll mittels Sauerstoffisotopenanalysen an biogenem Apatit ermittelt werden. Die erarbeiteten pCO2 und Paläotemperaturrekords sollen mit paläobiologischen Diversitätsmustern der niedrigen und hohen Breiten verglichen werden, um den Einfluss von zwei Komponenten des Deadly Trios (Temperatur, pCO2) auf die Selektivität in der Faunenentwicklung (niedrige vs. hohe Breiten) beschreiben zu können

Die Reduzierung der Körpergröße innerhalb von Taxa wird als eine der wichtigsten Antworten in Hinblick auf klimaabhängigen Stressfaktoren gesehen. Trotz der üblichen Deutungen bei ähnlichen Größenveränderungen im Umfeld verschiedener Massenaussterbeereignisse werden ihre globale Bedeutung ebenso wie ihre damit verbunden Mechanismen diese Lilliput-Effekts nach wie vor kontrovers diskutiert. Das Projekt hat zum Ziel, die Rolle der Erwärmung und damit verbundener Stressfaktoren (Anoxia) in Hinblick auf Größenänderungen von marinen Organismen während der unterjurassischen Faunenkrise im Toarcium zu verstehen. Wir betrachten Cephalopoden aus W-Europa und NW-Afrika entlang eines N/S-Gradienten, um Größenverteilungsmuster von einzelnen Taxa bis zu Vergesellschaftungen zu untersuchen. Die erhaltenen Muster werden in Hinblick auf Fazies, physiko-chemische Proxies und physiologische Vorhersagen gründlich analysiert, um die Korrelation von Körpergröße und Umweltparametern, wie Temperatur, Sauerstoffverfügbarkeit und Produktion/Einlagerung von organischem Kohlenstoff zu testen

Der Mittelmeerraum wird in den nächsten Jahren verstärkt unter Wasserknappheit leiden, da Klimaprognosen von geringeren Winterniederschlägen und damit von einer geringeren Grundwasserneubildung ausgehen. Die Insel Korsika wird von diesen Veränderungen sehr stark betroffen sein, da die Region als sogenannter „climate change hotspot“ gilt. Zusammenhängen im Wasserkreislauf können sehr gut mit stabilen Isotopen als natürlicher Tracer untersucht werden. Die 2012 neugegründete französische Arbeitsgruppe Hydrogeologie an der Université de Corse hat daher mit ersten isotopenhydrologischen Untersuchungen des Niederschlages der Insel begonnen. Neben dem Niederschlag ist es notwendig Isotopenmessungen an Grundwasser und Oberflächengewässern wie Flüssen durchzuführen. Die Flüsse transportieren das Wasser vom Gebirge in die tiefer gelegenen Städte und die touristisch und landwirtschaftlich genutzten Regionen der Inseln und sind daher im Rahmen einer nachhaltigen Wasserbewirtschaftung von zentraler Bedeutung. Erste Untersuchungen zur Verteilung der stabilen Isotope in Flüssen auf Korsika wurden von der deutschen Arbeitsgruppe der Universität Erlangen durchgeführt und kürzlich international publiziert. Beide Arbeitsgruppen stehen seit 2014 in engem Kontakt. In diesem Projekt sollen stabile Isotope des Wassers und des Kohlenstoffs entlang des Tavignano Flusses auf Korsika untersucht werden. Das Untersuchungsprogramm umfasst die Analyse der wichtigsten Wasserparameter, der Wasserchemie und der stabilen Isotope. Die instrumentelle Ausstattung und die wissenschaftliche Expertise beider Partner ergänzen sich dabei hervorragend. Im Projekt ist die Einbindung von Studenten (PhD, MSc) auf beiden Seiten vorgesehen. Ziel ist ein besseres Verständnis der Wechselwirkung der verschiedenen Wasserkompartimente. Dies wird bei der Einführung einer nachhaltigen Wasserbewirtschaftung auf der Insel von entscheidender Bedeutung sein. Grundsätzlich ist eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf anderen Regionen mit ähnlichen Herausforderungen zu erwarten.

Die Kenntnis der physiologischen Toleranzgrenzen rezenter Arten ist eine Grundvoraussetzung für die Interpretation der Reaktion fossiler Organismen auf temperaturbedingte Stressfaktoren. Umgekehrt kann die Vorhersage der biologischen Konsequenzen des aktuellen Klimawandels von der Kenntnis fossiler Muster der Erdgeschichte profitieren. Eingebettet in die Forschergruppe TERSANE schlagen wir ein Projekt vor, das explizit neontologische und paläontologische Ansätze kombiniert und die Konsequenzen von Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffarmut auf marines Leben zu beurteilen. Unser Projekt fokussiert auf die Kompilation und Analyse von großen Datensätzen und hat drei wesentliche Komponenten: (1) Eine Meta-Analyse von (a) heutigen Organismen wird experimentelle und Beobachtungsdaten zur Reaktionen und Toleranzgrenzen von marinen Organismen auswerten und die Empfindlichkeit höherer, fossil überlieferter Taxa in Bezug auf Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffknappheit in ihrer Synergie zu quantifizieren, während (b) eine Meta-Analyse fossiler Daten auf die Beurteilung des Liliput-Effekts abzielt, der plakativ die Verkleinerung von Körpergrößen im Gefolge von Massenaussterben umschreibt und manchmal auf temperaturbedingte Stressfaktoren zurückgeführt wird. (2) Die Analyse von Primärdaten aus dem Fossilbericht dient der Evaluation der physiologischen und biogeographischen Selektivität der end-Permischen und unterjurassischen Aussterbeereignisse um zu testen, ob die physiologischen Prinzipien, die aus heutigen Beobachtungen abgeleitet wurden, skalenunabhängig auch auf Aussterberisiken bei extremem Klimawandel angewandt werden können. (3) Die Beurteilung fossiler Raten von Umweltveränderungen ist wichtig, um zu testen, ob die damaligen Raten tatsächlich viel geringer waren als zum Beispiel in den letzten 50 Jahren gemessen wurde. Alternativ sind die geringeren Raten aus der geologischen Überlieferung nur eine statistisches Artefakt aus den verschiedenen Beobachtungszeitskalen. Eine skalenbereinigte Ratenanalyse wird helfen, die Daten aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit besser für die heutige Ökologie des globalen Wandels verwertbar zu machen. Diese drei Komponenten werden schließlich integriert um die Gemeinsamkeit der Muster und öko-physiologischen Selektivität von Artensterben zu beurteilen, wie sie sich heute und im Fossilbericht abzeichnen.

Wichtige Klimaproxies wie z.B. Baumringe nutzen stabile Isotopenverhältnisse zur Rekonstruktion paläoklimatischer Verhältnisse. Dies wiederum erlaubt Abschätzungen über die zukünftigen Auswirkungen des derzeit stattfinden Klimawandels. Die Insel Korsika im westlichen Mittelmeer liegt in einer besonders stark von Klimaveränderungen betroffen Region. Die Insel war daher in den letzten Jahren das Ziel von Klimarekonstruktionen mittels Dendrochronologien und stabilen Isotopenmessungen. Allerdings ließen sich vorhandene Untersuchungsergebnisse von Sauerstoffisotopenmessungen an korsischen Schwarzkiefern bislang nicht zufriedenstellend interpretieren.Sauerstoffisotopenuntersuchungen von Baumringen hängen entscheidend vom Sauerstoffisotopenwert (delta18O) des lokalen Niederschlages und des daraus resultierenden Bodenwassers ab. Der delta18O-Wert des Niederschlages variiert vor allem in Abhängigkeit von Temperatur, Geländehöhe und dem Ursprungsgebiet der Luftmassen. Diese Parameter lassen sich heute meist gut bestimmen lassen, müssen für die Vergangenheit aber oft abgeschätzt werden. Ein wichtiger Effekt ist der Höheneffekt, welcher die Abhängigkeit des delta18O-Werts von der Geländehöhe beschreibt. Für solche Isotopeneffekte gibt es über die globalen Datenbasis der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) gute regionale Abschätzungen. Sehr viel schwieriger gestalteten sich hingegen lokale Abschätzungen in Regionen mit einem sehr steilen, hohen Gebirgsrelief. Neueste Arbeiten lassen vermuten, dass für solche Regionen die Isotopenwerte in bestimmten Jahreszeiten keinen höhenabhängigen Gradienten mehr zeigen. Ursache hierfür können jahreszeitliche Schwankungen der Höhenlage der atmosphärischen Grenzschicht sein.Der vorliegende isotopenhydrologische Antrag ist Teil des Bündelantrages CorsicArchive, welcher weitere Anträge zum Klima, der Dendroisotopie und der Dendrökologie umfasst. An insgesamt neun Stationen entlang eines Ost-West verlaufenden Höhenprofils sollen Regensammler installiert und beprobt werden. Im Teilprojekt Isotopenhydrologie sollen Fragen zur Wechselwirkung zwischen dem Höheneffekt und der atmosphärischen Grenzschicht untersucht werden. Weitere Fragestellungen sind die Herkunft der Luftmassen sowie der Anteil der lokalen Verdunstung am hydrologischen Kreislauf der Insel. Darüber hinaus sollen Oberflächengewässer- und Bodenwasseruntersuchungen durchgeführt werden, um Veränderungen des delta18O-Wertes auf seinem Weg zum Baumring zu entschlüsseln und zu quantifizieren. Die Untersuchungen sollen zu einem besseren Verständnis isotopenhydrologischer Prozesse in Gebieten mit steilen Höhengradienten beitragen. Dies soll schließlich dazu führen, dass auf stabilen Isotopen basierende Klimarekonstruktionen solcher Regionen zuverlässig interpretiert werden können. Im Hinblick auf den derzeitigen Klimawandel ist es entscheidend solche Prozesse in der Vergangenheit zu verstehen, um verlässliche Prognosen über zukünftige Veränderungen abzugeben.

Das bayerische Molassebecken ist bislang das einzige Vorlandbecken weltweit aus dem erfolgreich geothermisch Strom und Wärme produziert wird. Die Machbarkeit der geothermischen Energiegewinnung aus niederen Temperaturen von etwa 150°C ist damit bewiesen und die Geothermie hat damit das Potenzial, einen wesentlichen Anteil des Energiebedarfs in Bayern regenerativ abzudecken.
Die Erfahrungen aus den bisherigen installierten oder in der Entwicklung befindlichen Geothermiefeldern zeigen aber auch, dass wesentliche Fragen in der geothermischen Technologienentwicklung bislang nicht geklärt werden konnten. So sind für die Planung und Durchführung von Geothermie-Projekte hohe Investitionen notwendig, die insbesondere am Beginn des Projekts durch die Niederbringung der Bohrungen erforderlich sind. Ob und in welchem Maße ein Geothermie-Projekt wirtschaftlich erfolgreich ist hängt unmittelbar mit Risiken bei der geologischen Erschließung und deren Fündigkeit zusammen. So entstanden
in der Vergangenheit durch nicht erfolgreiche Bohrungen bzw. dem Verfehlen von wirtschaftlich
gesetzten Zielen bei Geothermie-Projekten Unsicherheiten für Investoren, Versicherer
und Betreiber. Eine optimierte Explorationsstrategie und ein verbessertes Verständnis der hydrogeologischen und thermischen Ausprägung des Reservoirs sollen das Bohr- und Fündigkeitsrisiken senken, die Planungssicherheit erhöhen und damit die Attraktivität der Geothermie für Investoren steigern. Die Kenntnis des langfristigen dynamischen Verhaltens des Reservoirs bezüglich der nutzbaren Volumenströme und thermischen Entwicklung bietet zudem eine höhere Sicherheit für die Planung der Wirtschaftlichkeit geothermischer Anlagen und Optimierungsmöglichkeiten ihrer Betriebsweise.

Eine systematische wissenschaftliche Begleitung von Geothermieprojekten und die daraus zu gewinnenden Rückschlüsse auf das Reservoir und deren Fündigkeit bis hin zu einem Testfeld für
geothermische Technologienentwicklung, die von der Erkundung und Bohrung bis zur Reservoir-
Evaluierung und dem Reservoir-Engineering reicht, fehlen bislang. Das vorliegende Forschungsprojekt soll diese relevanten Fragestellungen aufgreifen und beantworten.Die übergeordneten Ziele des vorliegenden Projektes sind das Risiko für eine geothermische Fündigkeit im süddeutschen Molassebecken zu reduzieren und Unsicherheiten des Reservoir-Engineering und des geothermischen Langzeitbetriebs einzuschränken und somit den Betrieb zu optimieren.

In Bayern gibt es bisher keinen Studiengang, der auf Geothermie/Geoenergieressourcen fokussiert ist und relevante Lehrinhalte ganzheitlich - von der Aufsuchung und Erschließung bis zur energetischen Nutzung und Speicherung der Ressource - an Studierende vermittelt. Die an den beiden Standorten TU München und FAU Erlangen vorhandenen Lehr- und Forschungskompetenzen sollen durch die Einrichtung eines in der Verantwortung der FAU liegenden interdisziplinären Master-Studiengangs "GeoThermie/GeoEnergie" zusammengeführt und und inhaltlich ergänzt werden. Dies erfordert einen personellen Ausbau der Fachrichtungen I) Seismische Interpretation & Untergrund-Modellierung und II) Reservoirgeologie & Geohydraulik.
Für den Master-Studiengang "GeoThermie/GeoEnergie" wird ein interdisziplinärer Ansatz angestrebt:
Neben der geowissenschaftlichen Komponente soll auch die technische Erschließung
und energietechnische Nutzung von geothermischen Reservoiren, ergänzt durch energiewirtschaftliche
und berg-/umweltrechtliche Aspekte behandelt werden. Somit kann den Studierenden
sowohl das angestrebte ganzheitliche Systemverständnis als auch das einem modernen
Anforderungsprofil der Energiewirtschaft entsprechende Methodenspektrum vermittelt werden.
Die den Studierenden vermittelten Methoden sind jedoch keinesfalls nur auf Anwendungen in
der Geothermie beschränkt, sondern auch auf sehr viele andere, das Verständnis des tieferen
geologischen Untergrunds betreffende Fragestellungen (z.B. Gas-, Fluid- und
Wärmespeicherung) direkt übertragbar.

Anthropogenic global warming is regarded as a major threat to species and ecosystems worldwide. Predicting the biological impacts of future warming is thus of critical importance. The geological record provides several examples of mass extinctions and global ecosystem pertubations in which temperature-related stresses are thought to have played a substantial role. These catastrophic natural events are potential analogues for the consequences of anthropogenic warming but the Earth system processes during these times are still unexplored, especially in terms of their ultimate trigger and the extinction mechanisms. The Research Unit TERSANE aims at assessing the relative importance of warming-related stresses in ancient mass extinctions and at evaluating how these stresses emerged under non-anthropogenic conditions. An interdisciplinary set of projects will combine high-resolution geological field studies with meta-analyses and sophisticated analysis of fossil occurrence data on ancient (suspect) hyperthermal events to reveal the rate and magnitude of warming, their potential causes, their impact on marine life, and the mechanisms which led to ecologic change and extinction. Geochemistry, analytical paleobiology and physiology comprise our main toolkit, supplemented by biostratigraphy, sedimentology, and modelling.

To reduce the total cost of low enthalpy geothermal systems by 20-30 % the project will improve actual drilling/installation technologies and designs of Ground Source Heat Exchangers (GSHE’s). This will be combined with an holistic approach for optimum selection, design and implementation of complete systems across different underground and climate conditions. The proposal will focus on one hand on the development of more efficient and safe shallow geothermal systems and the reduction of the installation costs. This will be realized by improving drastically an existing, innovative vertical borehole installation technology of coaxial steel GSHE and by developing a helix type GSHE with a new, innovative installation methodology. These GSHE’s will be installed to a depth of 40 – 50 meters ensuring improved safety and faster permitting.

Paleo-biodiversity studies have become of increasing interest and numerous manuscripts have been published dealing with global diversity trends throughout the Phanerozoic. However, data used in these studies mostly derive from databases that may contain various biases and therefore distort statistical analysis. Moreover, Fossil Lagerstätten are commonly excluded although the quality of preservation and information is much better than in other deposits - fossil assemblages from Lagerstätten reflect the composition of former living communities to a much higher degree.The Phanerozoic is marked by two long-term cooling events. One of these is the Late Paleozoic Ice Age (LPIA) with its major onset in the middle to late Mississippian (Lower Carboniferous) and ending in the mid-Sakmarian (Permian). This project focuses on the paleo-biodiversity during the Upper Carboniferous (Pennsylvanian), i.e. during a large part of the LPIA. Instead of purely using information from databases three fossil Lagerstätten (here Lagerstätten is used in terms of exceptionally preserved fauna; e.g. original shell material, color patterns, delicate ornamentation, minute larval shells) are sampled. These localities were influenced by the glacio-eustatic regime during the LPIA and are, from the American Midcontinent, the Finis Shale (Virgilian) and the Buckhorn Asphalt Quarry (Desmoinesian) and, from the Appalachian Basin, the Kendrick Shale (Morrowan).One objective of this project is to study true biodiversities and ecological structures within deposits of exceptionally preserved fossils based on the fact that such deposits depict a more complete image of the original fossil assemblage than other localities. Stanley & Powell (2003) found that during the Pennsylvanian the rates of origination and extinction were depressed and that the global biodiversity remained relatively stable, whereas Alroy et al. (2008) found a general decrease in this period. Therefore, as the second objective, it will be tested if these previous results are visible in Lagerstätten from the Pennsylvanian as well: Do we also see depressed origination and extinction rates or decreasing biodiversity or are the results presented by Stanley & Powell (2003) and Alroy et al. (2008) caused by biases in their data, as for example by faunas of less quality of preservation? Furthermore, diversity dynamics will be studied by analyzing the Carboniferous-Permian faunal turnover. Which taxa control the diversities? The local marine paleo-temperatures within each profile will be investigated. Isotope-analyses will be carried out for the Finis Shale, the Buckhorn Asphalt Quarry, and the Kendrick Shale. Temperature and diversity will be cross correlated to shed light on the relation of temperature and biodiversity during the LPIA to answer the question 'How does the living environment react to global cooling?'.

Junges Rifting (< 3 Ma) im südlichen Neue Hebriden Inselbogen erzeugte drei vulkanische und hydrothermal aktive Becken im Coriolis Becken, in denen z.T. alkaline Magmen mit Anreicherungen an Nb und Ta auftreten. Weiterhin zeigt der Vanuatu Inselbogen eine starke Dynamik mit einem Umspringen der vulkanischen Aktivität weiter nach Osten. Durch das Rifting wurden tiefe Bereiche des Inselbogens freigelegt, die offenbar bis 7 Ma alt sind. Eine detaillierte stratigraphische Beprobung dieser Riftflanken und der jungen Vulkane im südlichen Inselbogen und im Backarc ermöglichen daher einmalige Möglichkeiten zur Entwicklung der Magmen, ihres Aufstiegs und ihrer Quellen in den letzten 7 Ma. Drei Vorkommen von hydrothermalen Quellen bzw. Präzipitaten wurden in den Coriolis Troughs bisher beschrieben aber nicht detailliert untersucht. Mit einem ROV sollen die zeitliche und chemische Variabilität zwischen Magmengenese, Vulka­nismus und Hydrothermalismus im Gebiet der Coriolis Becken untersucht werden. Von Bedeutung sind Fragen der lithologischen Kontrolle durch volatilreiche, alkaline Magmen und Einflüsse vulkanischer Entwicklung auf metallogenetische Prozesse sowie der Fluiddynamik und –entwicklung. Die Auswirkung unterschiedlicher Wassertiefen auf die Entgasungs­prozesse und Zusammensetzung hydrothermaler Fluide steht dabei im Vordergrund. Ein weiterer Schwer­punkt liegt in der Untersuchung der kleinräumigen Variabilität magmatischer Differenziation  im Inselbogen und deren Rückkopplung auf Metallfraktionierung und hydrothermale Aktivität. Von biologischer Seite steht das Verständnis der Kontrolle der Habitate sowie der Faunenverteilung und -zusammensetzung an hydrothermalen Austritten im Vordergrund. 

Die Bedrohung durch Starkniederschlag und Hochwasser ist regelmäßig an deren Präsenz in den Medien zu erkennen. Bilder verheerender Verwüstungsszenarien, verursacht durch Überschwemmungsereignisse, verdeutlichen die Notwendigkeit eines effektiven Hochwasserschutzprogramms. Der Hochwasserschutz ist eine dauerhafte Verantwortung, auch wenn es sich um zeitlich begrenzte Ereignisse mit eventuell langen Ruheintervallen handelt. Des Weiteren ist in Hinblick auf den Klimawandel von einer zukünftig zunehmenden Frequenz der Starkregenereignisse auszugehen. Katastrophenvorsorge und Katastrophenmanagement werden daher an Relevanz gewinnen und in ihrer alltäglichen Präsenz zunehmen. Die Analyse der bei Hochwasserereignissen wirkenden Faktoren und die Entwicklung von Ansätzen zur Prävention bzw. Eindämmung sind eine zentrale Verantwortung der Forschung, insbesondere in den Geo- und Ingenieurswissenschaften.

Das Projekt „Starkregen-Überflutungs-Schutz in Kommunen (SÜS-Kom)“ beschäftigt sich mit der Lokalisierung und Prognose der durch Starkregen ausgelösten, oberflächigen Abflussströme in kleinen kommunalen Einzugsgebieten. Dabei sollen bereits vorliegende Datensätze zur Topologie und Hydrodynamik in Kombination mit neuen Datensätzen zu Bewuchs, Bodenbeschaffenheit und Versickerungsverhalten sowie Liegenschaftsdaten und aktuellen Wetterdaten für die Prognose zum Einsatz kommen. Im Anschluss soll eine Gefahrenreduzierung durch kostengünstige, nachhaltige und dezentrale Maßnahmen stattfinden.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Systemsoftware zur Identifizierung der von Starkregen gefährdeten Liegenschaften, für ein computergestütztes Anwendungs- und Kommunikationssystem auf kommunaler Ebene. Die Software soll an ein individuelles Warnsystem gekoppelt werden, welches betroffene Grundeigentümer und Gewerbebetriebe per Onlinedienst (SMS, Email, Mobile App) über mögliche Risiken informiert.

Investigations of the carbon cycle in river systems are important to outline interactions between the terrestrial biosphere and the atmosphere. They also allow quantification of carbon fluxes to larger river systems and ultimately the ocean. This helps to constrain terrestrial carbon cycles that in turn have strong influences on the atmospheric CO2 through providing sources and sinks. Flux rates of carbon by rivers can also help to provide boundary parameters for climate models. In this context, rivers act as important integral information sources because they are key links between terrestrial systems and oceans. On the other hand, most rivers actively release considerable amounts of carbon to the atmosphere in the form of CO2. Nonetheless, its sources from soils, groundwater or river internal turnover are poorly defined. These aspects are planned to be investigated in small river systems of less than 12 m3 s-1 discharge in the Franconian Alb. Such small stream investigations holds promise to better quantify processes and mechanisms including geological, agricultural and urban influences on riverine carbon cycles. This work opens the opportunity to start biogeochemical investigations on the Main River System that is one of the major tributairies of the Rhine, one of the major waterways in Europe. It is placed in international context by allowing comparison to work on other river systems in various countries.

Lavas from the Azores islands show some of the most extreme variation in trace element and isotope compositions known from oceanic intraplate volcanoes. This extreme variation has partly been explained by the presence of recycled crustal rocks in the mantle sources. Stable isotopes provide the prospect to increase our understanding of the generation of such mantle sources. While the 18O/16O of upper mantle olivines shows a small variability (~δ18O of 5.0-5.2 ‰) the incorporation of sedimentary and continental material into the mantle will significantly increase the δ18O. Contrastingly, the high temperature alteration of the oceanic crust will result in lower δ18O. The Azores archipelago displays an ideal site to study the O isotope variation of highly variable mantle sources on a small scale in order to determine their origin. We propose a systematic study of olivine and clinopyroxene phenocrysts from primitive lavas and plagioclase phenocrysts from evolved lavas as well as glass analyses from all lavas of the Azores volcanoes both east and west of the Mid-Atlantic Ridge in order to better understand the variability of mantle sources and their origin. Chlorine and F concentrations in glasses from different islands will help to define crustal assimilation of the Azores magmas and can also be used to define recycled crustal material in pristine mafic rocks. This study will complement the large geochemical data set on the Azores magmas and provide important new insight into the origin of mantle sources.

Im Rahmen des Paketantrages sollen alle Prozesse der Reliefveränderung in Gletschervorfeldern von den unterschiedlichen Teildisziplinen untersucht werden. Gletschervorfelder weisen seit dem Ende der „Kleinen Eiszeit“ und dem damit verbundenen starken Abschmelzen der Gletscher eine besondere Dynamik auf. Hauptziel dieses Forschungsantrages wird es sein, belastbare quantitative Angaben zu den momentan ablaufenden geotechnischen Prozessen an Massenbewegungen in Locker- und Festgesteinen im aktuellen Rückzugsbereich der Gletscher am Fallbeispiel Gepatsch im Alpenraum zu erarbeiten, um so Grundlagen für zukünftige Szenarien zu schaffen. Grundvoraussetzung einer Bilanzierung ist eine geotechnische Bestandsaufnahme. Ausgehend davon werden quantitative Aussagen zur Bilanz der Verlagerung durch Massenbewegungen in den Lockerund Festgesteinen erarbeitet. Untersucht werden soll sowohl das Langzeitverhalten, als auch das durch intensive meteorologische Ereignisse gesteuerte Kurzzeitverhalten. Im Rahmen des ersten Projektabschnitts wird ein Hauptaugenmerk auf spontane Massenbewegungen im Fels (Steinschlag und Felssturz), Lockergesteinsrutschungen und Kriechbewegungen in Talzuschüben zu legen sein. Eine flächendeckende Bilanzierung mit Hilfe des Airborne Laserscanning (ALS), ergänzt durch Terrestrisches Laserscanning (TLS) wird von den Projektpartnern beigetragen. Diese flächendeckenden Untersuchungen werden durch wiederholte stichprobenartige Bilanzierungen an repräsentativen Hangbewegungen geprüft und gegebenenfalls verifiziert.

Dieses Projekt zielt darauf ab, die globale Diversitätsdynamik um die Ediacarium-Kambrium- Grenze zuverlässig zu dokumentieren und die Daten für rigoroses Testen von Hypothesen zu verwenden. Eigene Geländestudien in Kasachstan und Südchina werden durch Daten aus der Forschergruppe und publizierte Daten in der Paleobiology Database ergänzt, um einen möglichst repräsentativen Datensatz zu erhalten. Muster der Alpha-, Beta- und Gamma- Diversität werden untersucht, um die relative Rolle von Diversitätsänderungen innerhalb und zwischen Fossilgemeinschaften sowie die Bedeutung biogeographischer Muster zu verstehen. Diese Muster werden verwendet, um Hypothesen zur Ursache der kambrischen Radiation zu testen. Besonders der mögliche Zusammenhang zwischen evolutionärer Innovation auf der einen Seite und Lebensräumen auf der anderen Seite wird in dieser Hinsicht neue Erkenntnisse zur Rolle von Sauerstoff, Nährstoffen und Klimaveränderungen in der kambrischen Radiation liefern. Die Geländearbeit wird sich auf Riffstrukturen im untersten Kambrium und Makroinvertebraten konzentrieren, um Muster der Biomineralisation zu erfassen.

The Ordovician sedimentary cover of Baltoscandia will be investigated in detail for facies, stable isotope and sea-level changes in the frame of the project “Concentric Impact Structures in the Palaeozoic“ (CISP), an integral of the Swedish Deep Drilling Program (SDDP). The proposed project will provide precise stratigraphic control for intrabasinal and global correlations and studied sections will function as climate archives demonstrating drastic environmental and faunal changes during icehouse – greenhouse transitions. They will cover the interval of one of the biggest faunal diversification events in earth history (“Great Ordovician Biodiversification Event”). It is expected that detailed micro- and biofacies analysis, studies on oxygen isotopes from conodont apatite and the carbon isotope record will lead to a better understanding of the driving forces for the tremendous radiations during this dramatic interval in the evolution of life. This time includes the establishment of complex food webs and ecosystems such as the first highly diverse metazoan reefs. The project represents the opportunity to study metazoan reef growth versus changes in palaeoclimate and to proof or disproof the hypothesis that major peaks in Upper Ordovician biodiversity and reef development are connected to cooling and glacial periods.

Our goal is to identify the underlying causes of evolutionary rates within scleractinian corals. Scleractinians have two fundamentally different ecologies: Those that retrieve a substantial proportion of their nutrition from symbiotic algae in their tissue (zooxanthellate corals) and those that entirely depend on zooplankton for feeding Proposal Kiessling 2 (azooxanthellate corals). We will be analyzing the evolutionary consequences of these different ecological modes and correlated traits such as coloniality and environmental affinity. While photosymbiosis is clearly beneficial at the organismic level, there is a trade-off in terms of evolutionary benefit because zooxanthellate reef corals seem to be more sensitive to environmental change and tended to be affected more strongly by extinction events than other corals. Evolutionary rates are measured by a novel combination of samplingstandardized biodiversity dynamics and molecular methods. The changes in diversification, speciation, and extinction patterns will be compared with global changes in the marine environment and evolutionary changes in ecology to learn more about the circumstances favoring the spread and demise of these different corals. Thereby, we expect to improve estimates of extinction risk of modern corals.

Despite a wealth of data about seismic fault zones there is an ongoing discussion about the possibility of frictional melting of quartzitic rocks. In the present study we analysed fault vein bearing fault zones within quartzitic rocks within the Schneeberg Normal Fault Zone (SNFZ), Southern Tirol, Italy. Electron microscopy (scanning electron microscopy, SEM, including electron back scatter diffraction, EBSD, and cathodoluminescence, CL, analysis  in combination with transmission electron microscopy, TEM) analyses revealed that the fault veins (0.5-2 mm thick) are not ultracataclastic zones as presumed initially (see original title of the project WA 1010/11-1). Instead an extensive melting and subsequent quenching of quartz is evident. These quenched friction-induced melts along a fault during seismic slips are so-called tectonic pseudotachylytes and record paleo-earthquakes.  Pseudotachylytes are typically considered to be representative for the brittle upper crust and in association with cataclasites. However the Schneeberg NFZ quartzites show clear evidence of crystal plasticity and dynamic recrystallization resulting in ultrafine-grained (1-2 µm) aggregates along microshear zones (50-150 µm thick) in the host rock adjacent to pseudotachylyte veins. Ar-Ar dating of the Schneeberg NFZ pseudotachylyte reveal an age of 60-66 Ma and indicates that the coseismic event is younger than the greenschist facies metamorphism of the Schneeberg NFZ (76 Ma, exiting data from the literature). Thus pseudotachylyte formation should has occurred after exhumation of the Schneeberg NFZ into the brittle crust under far field ambient temperatures conditions <250-300 °C. The occurrence of such fine recrystallized quartz was also reported in other pseudotachylytes-bearing faults, but these microstructures have been overlooked in most works on pseudotachylytes (also considering that they are hardly visible with standard optical methods) and a detailed electron microscopy study including crystallographic preferred orientation analysis of the microstructure was missing. In this project we carried out a direct comparison between the deformation microfabrics of quartz in two different pseudotachylyte-bearing faults both showing the development of ultrafine-grained recrystallization aggregates: the Schneeberg NFZ quartzite and the Adamello Gole Larghe Fault Zone(GLFZ) tonalite (Southern Alps). The observations of this study suggest that the association of ultrafine recrystallization and frictional melting is a systematic feature of most pseudotachylyte-bearing faults and could yield a more complete information on the mechanics of coseismic slip. Based on thermal models we suggest that crystal plastic deformation of quartz accompanied by dramatic grain size refinement by dynamic recrystallization occurs during seismic faulting at the base of the brittle crust as a result of the high temperature transients (> 800°C) related to frictional heating in the host rock selvages of the slip surface. These localised high deformation temperatures made possible that the process of dynamic recrystallization, including recovery processes, could occur in a time lapse of a few tens of seconds.

In order to verify these modeled quartz deformation temperatures we applied the Ti-in-quartz geothermometer by measuring the Ti content in quartz by nanoSIMS. The geochemical analysis for both pseudotachylyte-bearing samples (Schneeberg NFZ and Adamello GFZL) showed that during the seismic-related development of ultrafine-grained dynamic recrystallized quartz aggregates the pre-seismic host Ti signal is inherited. Therefore no temperature related resetting of the Ti content occurs during seismically-induced quartz recrystallization. However the steep increase of Ti in quartz in the direct vicinity (1-2 µm) of melt-related submicron-sized Ti-bearing particles gives evidence of Ti diffusion and points to short-timed high temperature transient, which is consistent with the thermal modelling of pseudotachylyte vein and its host rock margin.

The Plio-Pleistocene Bed I succession at Olduvai Gorge, Tanzania is renowned for hominin remains, rich artefacts and fossil assemblages. Tuff beds provide the basis for the stratigraphic framework and for the correlation and dating of archaeological finds. The Tuff IA to Tuff IB interval (c. 1.98-1.84 Ma), choosen for this study, is especially important from a multidisciplinary perspective: (a) It provides the earliest record of Homo habilis in the Gorge, (b) it records the earliest antiquity of Human technology, known as Oldowan culture, (c) it is associated with several important occupation floors , and (d) it includes dated Palaeo-lake Olduvai sequences that have records of orbital forcing across the Plio-Pleistocene boundary. The tuff beds themselves provide important archives of (e) the correlation between the eastern and the yet poorly studied western Olduvai Basin, (f) a change from bimodal basaltic-rhyolitic to trachytic-phonolitic compositons, (g) the occurrence of flow-stripping/decoupling effects when pyroclastic flows crossed synsedimentary active faults, (h) the interaction of volcanic systems with the ecologically attractive eastern lake margin zone, and (i) the relative importance of volcanic effects versus regional climate influences on flora and fauna.A detailed dataset is to be developed using high resolution sedimentological logging, facies, petrographic and geochemical analysis. Lateral correlations and process-oriented facies analyses across palaeo-Lake Olduvai will be the critical aim of this research, allowing a thorough understanding of the complex interactions between the volcanics and the ecology of the lake. The project integrates data on palaeoenvironments, palaeoclimate, synsedimentary tectonism and volcanism with hominin land use models contributed by palaeoanthropologists and archaeologists of the multidisciplinary OLAPP research group. OLAPP trenches excavated over the next few years will provide an exceptional opportunity for combined sedimentological, volcanological and palaeoecological studies at an extremely high resolution (mm to cm scale).

The buoyant continental mantle root plays an important role in stabilizing of the lithosphere but its composition and age as well as its relationship to the crust are poorly understood. The crust is believed to be largely generated in subduction zones while several other geodynamic settings have been proposed to facilitate lithospheric mantle generation. In this project we suggest to study the lower crust and subcontinental lithospheric mantle along the Eger Rift with highly precise and accurate trace element and isotope methodologies. The Eger region is particularly interesting because it transverses the boundary of two major lithospheric blocks (the Saxothuringian and the Moldanubian) and has been amalgamated during the Variscan orogeny. We propose to study the geochemical and isotopic composition of crustal and mantle xenoliths in order to compare the petrogenesis of the different parts of the lithosphere and define possible relationships. The lithosphere beneath the Eger Rift is also believed to contribute to the alkaline magmatism and thus another part of the project is concerned with the better definition of magma sources and their regional variation.

In dem beantragten Projekt soll eine kombinierte geochemische und experimentell petrologische Untersuchung der Bildung von SiO2-reichen Magmen in der ozeanischen Kruste durchgeführt werden. Diese Studie soll das Verständnis 1) der Fraktionierungsprozesse, die zur Bildung von felsischen Magmen führen, 2) der Magmendynamik während des Aufstiegs in der ozeanischen Kruste und 3) die Interaktion von Shcmelzen mit der alterierten ozeanischen Kruste verbessern. Hauptbestandteil des vorgeschlagenen Projektes soll die Untersuchung von Gesteinen des Oman Ophiolits darstellen, wobei einerseits die felsischen Gesteine und andererseits die damit auftretenden mafischen und hydrothermal alterierten Nebengesteinen untersucht werden sollen. Damit soll festgestellt werden, durch welche Prozesse (Assimilation, partielle Aufschmelzung oder fraktionierende Kristallisation) die felsischen Magemn entstanden. Ausserdem sollen basaltische, andesitische und dazitische Laven des Pazifisch-Antarktischen Rückens untersucht werden, da an dieser schnell-spreizenden Achse felsische Laven verbreitet sind, aber noch keine detaillierte Studie ihrer Entstehung durchgeführt wurde. Wir planen im Rahmen einer Dissertation geochemische und isotopengeochemische Untersuchungen an Gesamtgesteinen, vulkanischen Gläsern, Phäno- und Xenokristallen zur Entwicklung eines umfassenden Verständnisses der Transformation von mafischem zu felsischem Material. Gleichzeitig sollen in einer anderen Dissertation die Mineral-Schmelzgleichgewichte, Verteilungskoeffizienten von Spurenelementen und mögliche Aufschmelz oder Kristallisationsprozesse mit experimentellen Methoden an den gleichen Proben untersucht werden. 

Die Azoren liegen auf einem ozeanischen Plateau mit etwa 10-12 km mächtiger Kruste basaltischer Zusammensetzung. Das Plateau mit der verdickten Kruste entwickelte sich offenbar durch verstärkten Vulkanismus vor etwa 6-4 Ma. Seit 4 Ma entsteht am Mittelatlantischen Rücken dünnere Kruste, da die Schmelzanomalie abgeschwächt ist und so das Azoren Plateau geteilt wird. Der magmatische Puls vor 6-4 Ma wurde möglicherweise durch einen Mantelplume-Kopf ausgelöst, der zur Bildung des Plateaus aus ozeanischen (Flut)basalten führte. Die Insel Santa Maria am östlichen Rande des Plateaus reflektiert eine Schlüsselrolle in der Bildung des Plateaus. Das Projekt hat drei Ziele: (1) die zeitliche und chemische Entwicklung des Vulkanismus auf dem Plateau zu klären (z.B. der Übergang von tholeiitischen Flutbasalten zu alkalinen Magmen der Inseln), (2) die Wechselwirkung zwischen der Azoren Schmelzanomalie und dem Mittelatlantischen Rücken zu bestimmen, (3) den Magmentransport und die Eruptionsmechanismen in der frühen Plateaubildungsphase zu bestimmen und (4) den zeitlichen Rahmen und biogeographischen Kontext sowie Diagenesepfade der eingeschalteten Karbonate zu bestimmen.

Oxygen isotopes are an important tool to study reactions between ascending mantle-derived magmas and material in the oceanic lithosphere that has been altered by surface processes like for example, sediments or hydrothermally altered rocks. Furthermore, crystal fractionation processes can also affect the O isotope composition especially of evolved magmas because different mineral phases fractionate O isotopes. Both assimilation and crystal fractionation thus impede the study of O isotope compositions of the magma sources in the mantle which could give important insights into recycling processes at subduction zones and in deep mantle plume-derived intraplate magmas. Here we suggest a study of the O isotope variation of five well-characterized lava series from different oceanic magmatic settings (mid-ocean ridge, oceanic intraplate, back-arc, and island arc settings) in order to define the variations between basaltic and silicic lavas and the processes affecting the O isotope ratios. Based on the understanding of lithospheric processes we will be able to distinguish the O isotope composition of the mantle sources of the magmas and draw conclusions on crustal recycling into the deep mantle and into the mantle wedge beneath subduction zones. 

A dendroclimatological and dendrochemical study on living Pinus nigra laricio trees in Corsica shall reveal the specie’s ecological response to climate change and climate differentiation at the timberline at annual resolution. The study will be based on ring width and latewood density measurements of a spatially dense sampling network. The oldest living trees sampled so far show up to 850 tree rings and are among the oldest in the western Mediterranean region. Due to the alignment along climatic gradients, the selected sites show different climatic sensitivity to cold, wet, warm and dry recent conditions and can thus represent regional climatic trends of different climatic variables. Stable oxygen and carbon isotope variability in wood cellulose will be measured at annual resolution at sites with time series of more than 520 years, spanning the major part of the Little Ice Age. Image analysis of variations of the tracheid properties will provide information about growth-controlling climate variations at an intra-annual scale and will supplement the interpretation of the density measurements. The spatial data achieved by tree material shall be compared with other climate proxies such as montane vegetation distribution, potential treeline position, temporary snowline (remote sensing data), and will be calibrated against data of modern isotopic composition of surface waters and maximum snowline depression. Corsica is located in a climatic key position in the track of Mediterranean cyclones. The study is dedicated to late Holocene mountain climatic change and will contribute new data of the Mediterranean area, which will be strongly affected by warming and drying in the next decades.

Multiple phases of volcanism, uplift and subsidence are recorded after the breakup of the Namibian South Atlantic margin segment – features which are regarded as atypical when compared to published examples of other post-breakup continental margin successions. It is currently not understood whether these geodynamic processes are only of regional or a broader, South Atlantic intercontinental importance. Existing low T thermochronometric analyses, cosmogenic isotope measurements on bedrock surfaces and tectonic and stratigraphic analysis of the post-breakup succession could be advantageously completed and calibrated by (A) the interpretation of offshore industrial seismic and well log data (uppermost 2s TWT) and (B) the analysis of onshore sedimentary archives such as post-breakup fluvial depositional sequences, marine terraces, aeolianites, palaeo-seacliffs, incised valleys and syntectonic strata in the hanging-walls of normal faults. Both, onshore and offshore strata provide a high-resolution archive of processes accompanying the breakup and post-breakup evolution of the South Atlantic margin. Many of the coastal marine terraces contain dateable material suitable for biostratigraphic analysis combined with ESR and OSL dating. Offshore seismic structural and stratigraphic analysis and well data will be integrated with a detailed 3D stratigraphic and structural analysis as well as dynamic retro- and forward modelling which forms the basis for a combined 3D onshore-offshore surface-subsurface model.

Sauerstoffisotopenanalysen an Conodontenapatit sollen zur Rekonstruktion der Vereisungsgeschichte sowie der Temperaturentwicklung des Perm durchgeführt werden. Conodonten sind aufgrund des häufigen Auftretens in paläozoischen Sedimenten sowie aufgrund ihrer mineralogischen Struktur deutlich besser zur Rekonstruktion von hochauflösenden Paläotemperaturkurven geeignet als kalzitische Brachiopodenschalen. Die bisher für das Perm vorliegenden Sauerstoffisotopenkurven, welche ausschließlich auf der Analyse von Brachiopodenkalzit basieren, zeigen weder ein einheitliches Muster in der Temperaturentwicklung, noch liegen hochauflösende Kurven vor. Im Rahmen des Projekts sollen Conodonten aus stratigraphisch gut datierten Profilen in China und den Vereinigten Staaten untersucht werden. Mit Hilfe der Isotopendaten werden Erkenntnisse zu folgenden Themenkomplexen erwartet: (i) Datierung des Endes der permokarbonen Vereisung, (ii) Klimaänderungen in Zusammenhang mit den beiden wichtigen Aussterbeereignissen im Oberperm (Kamura-Event und Perm-Trias Grenze), (iii) Erarbeitung einer hochauflösendem Paläotemperatur-/Paläoklimakurve für das gesamte Perm, und (iv) Integration des zu erarbeitenden Datensatzes in eine δ18OApatit Kurve für das Paläozoikum.