Geo- und Raumwissenschaften

Analyse von oben – Analyse der Biodiversität des Spessarts anhand von Baumart und -alter

Analyse von oben – Analyse der Biodiversität des Spessarts anhand von Baumart und -alter

Der Hochspessart wurde als möglicher Nationalpark diskutiert. Jonas Köhler wollte daher wissen, wie es um die ökologische Vielfalt des dortigen Waldes steht. Dazu glich er Satellitenbilder mit Feldbeobachtungen ab und konnte so ein System entwickeln, das für jeden einzelnen Bildpunkt Rückschlüsse auf Alter und Art der dort wachsenden Bäume erlaubt. Anschließend definierte er einen Biodiversitätsindex, der sich für jeden Rasterpunkt durch einen Vergleich mit der angrenzenden Vegetation ergibt. In der Gesamtbetrachtung des Spessarts zeigte sich, dass ein hochdiverser Wald recht selten ist, die Naturschutzgebiete jedoch überdurchschnittliche Werte erreichen. Der Jungforscher ist überzeugt, dass sein Konzept auf andere Regionen übertragbar ist und helfen kann, deren ökologische Vielfalt zu bewerten.

Fahrt ihr noch oder hustet ihr schon? Feinstaubbelastung vor Schulen in Saarlouis

Fahrt ihr noch oder hustet ihr schon? Feinstaubbelastung vor Schulen in Saarlouis

Der Feinstaub, der durch den Autoverkehr verursacht wird, gefährdet die Gesundheit. Aus diesem Grund befassten sich Angelina Lattuca und Sina Sehn mit der Qualität der Atemluft an den Straßen vor den Schulen in Saarlouis. Mit einem Feinstaubmessgerät analysierten sie dabei zwei verschiedene Größen von Staubpartikeln. Um die Messwerte in Relation zu anderen Quellen zu setzen, untersuchten sie parallel die Luftverschmutzung beim Grillen und fanden auch dort große Mengen an Feinstaub. Beim Staubsaugen dagegen wurden weniger Partikel abgegeben, da der Staubfilter der Geräte die Partikel wirksam zurückhält. Damit die Feinstaubwerte in Saarlouis künftig sinken, fordern die Jungforscherinnen Eltern und Schüler dazu auf, weniger mit dem Auto zur Schule zu fahren und stattdessen andere Verkehrsmittel zu nutzen.

Fluoro514 – die Wege des Uranins sichtbar gemacht

Fluoro514 – die Wege des Uranins sichtbar gemacht

Hydrogeologen analysieren Flusssysteme, indem sie dem Wasser sogenannte Tracer zusetzen. Das sind ungiftige Stoffe, die später in Wasserproben nachgewiesen werden können; verbreitet ist dabei der Fluoreszenzfarbstoff Uranin. Mischt man einen solchen Marker ins Wasser, kann man Fließgeschwindigkeiten erfassen. Auch lässt sich so aufklären, ob das Wasser, das an einer Stelle versickert, das gleiche ist, das an anderer Stelle wieder zutage tritt. Bislang musste man die genommenen Wasserproben allerdings mit ins Labor nehmen, denn erst dort bestand die Möglichkeit, Spuren des Tracers nachzuweisen. Martin Rauch entwickelte ein tragbares, preisgünstiges und netzunabhängiges Gerät, das bereits vor Ort die Messung der Uraninkonzentration möglich macht, was hydrogeologische Markierungsversuche ungemein erleichtert.

Grenzen und Möglichkeiten der Analyse von Sternenspektren mit einer Spiegelreflexkamera

Grenzen und Möglichkeiten der Analyse von Sternenspektren mit einer Spiegelreflexkamera

Mit einer guten Spiegelreflexkamera lässt sich die Rotationsgeschwindigkeit der Sonne ermitteln, wie Ricardo Reinke in seinem Forschungsprojekt zeigte. Er fotografierte den leuchtenden Himmelskörper und analysierte anhand der Fotos die Farbspektren an den beiden Rändern der sichtbaren Sonnenscheibe. Da sich die eine Seite durch die Rotation der Sonne auf den irdischen Betrachter zubewegt, die andere Seite dagegen von ihm weg, tritt der sogenannte Dopplereffekt auf: Die Lichtspektren an beiden Seiten unterscheiden sich etwas. Daraus errechnete der Jungforscher eine Rotationsgeschwindigkeit, die dem bekannten Wert der Sonne recht nah kommt. So konnte er vorführen, was mit konventioneller Technik in der Astronomie möglich ist. Wo die handelsübliche Kamera an Grenzen stößt, nutzte er dann eine gekühlte Astrokamera.

Karstgewässeruntersuchung mittels selbst entwickelter Methoden am Beispiel der Križna Jama

Karstgewässeruntersuchung mittels selbst entwickelter Methoden am Beispiel der Križna Jama

Höhlen sind äußerst empfindliche Lebensräume für seltene Organismen und unterliegen daher einem besonderen Schutz. Leon Kausch, Leon Nitsche und Moritz Grumann wollten den Geheimnissen der Karsthöhle Križna Jama auf den Grund gehen. Eine Urlaubsreise nach Slowenien hatte ihren Forschergeist geweckt. Welche Mikroorganismen beherbergt die Höhle? Funktioniert der Höhlenschutz trotz Tourismus? Um diese Fragen zu beantworten, entwickelten die Jungforscher ein kleines Forschungsboot mit Luftpropellerantrieb, mit dem sie vollautomatisiert Wasserproben entnehmen konnten. Ihre Analysen zeigten keine negativen Einflüsse durch eine behutsame touristische Nutzung. Im Übrigen geben sie Anlass zu der Vermutung, dass ein weiterer, bislang unbekannter und nährstoffreicher Wasserzufluss zur Höhle existiert.

Methode zur grafischen Auswertung des Hipparcos-Sternkataloges

Methode zur grafischen Auswertung des Hipparcos-Sternkataloges

Der im Jahr 1997 veröffentlichte Hipparcos-Sternkatalog listet 118 000 Sterne auf. Anouk Soisson analysierte die Daten im Hinblick auf die Häufigkeiten einzelner Merkmale und deren räumliche Verteilung. Die beobachtete Verteilung von Sternen verschiedener Massen und Entwicklungsstufen stellte sie dabei der erwarteten Verteilung gegenüber. Es zeigte sich, dass Sterne vom Typ Roter Riese im Katalog überproportional stark vertreten sind, da sie auf größere Entfernung hin wahrnehmbar sind als klassische Sterne gleicher Masse. Der Sternkatalog gibt die Realität daher nur bedingt wieder. Die Jungforscherin hofft nun, dass sich durch detailliertere Kenntnis der Verteilung von Sternen in der Galaxis und die Häufigkeiten von Himmelskörpern verschiedenen Typs die Entwicklung des Weltalls noch besser verstehen lässt.

Schwermetallkontamination in Böden und deren Flora am Beispiel „Obere Innerste"

Schwermetallkontamination in Böden und deren Flora am Beispiel „Obere Innerste"

Es gibt Pflanzen, die auch auf Böden mit hoher Schwermetallkonzentration wachsen. Somit sind sie in gewisser Hinsicht ein Bioindikator. Solche Erzpflanzen, auch Chalkophyten genannt, nahm sich Frederik Hachmeister vor. Er protokollierte die Vegetation an einigen Standorten im Schwemmbereich des Flusses Innerste, der im Harz ehemalige Bergbaugebiete durchfließt. Zugleich erfasste er auch jeweils die Temperatur und Intensität der Sonneneinstrahlung, um die bestehenden Unterschiede der Flora besser einordnen zu können. So konnte der Jungforscher Areale ermitteln, in denen – markiert durch die Art des Bewuchses – offenbar Schwermetalle vorhanden sind. Damit lässt sich in Zukunft womöglich bereits anhand der Pflanzengesellschaften abschätzen, welche Metalle in welchen Konzentrationen am jeweiligen Standort zu finden sind.

Spektroskopische Vermessung der LBV-Sterne Deneb und P Cygni

Spektroskopische Vermessung der LBV-Sterne Deneb und P Cygni

Himmelskörper aus der seltenen Klasse der Leuchtkräftigen Blauen Veränderlichen Sterne sind durch stark variierende Sternwinde gekennzeichnet. Darunter versteht man einen von den Sternen ausgehenden Partikelstrom, der zum Beispiel durch Eruptionen hervorgerufen wird. Juliane Neußer und Moritz van Eimern spektroskopierten an der Sternwarte ihrer Schule mehrfach zwei ausgewählte Sterne, um die Geschwindigkeiten der Sternwinde zu ermitteln. Für Deneb im Sternbild Schwan ergaben sich stark variierende Geschwindigkeiten zwischen 65 und 125 Kilometern pro Sekunde, während der zweite beobachtete Stern im selben Sternbild, P Cygni, auf vergleichsweise konstante 193 Kilometer pro Sekunde kam. Diese Ergebnisse können helfen, die Sternwinde und die Eigenarten der betreffenden Himmelskörper noch besser zu verstehen.

Strukturuntersuchung der Scutum-Wolke bezüglich ihrer Helligkeit

Strukturuntersuchung der Scutum-Wolke bezüglich ihrer Helligkeit

Wenn ein Teil des Sternenhimmels besonders hell ist, kann das verschiedene Ursachen haben. Möglich ist eine hohe Sternendichte, oder aber eine im Vergleich geringere Menge interstellaren Staubs verschluckt in diesem Sektor das Licht der dahinterliegenden Himmelskörper. Till Felix Weismann und Mohamad Al Farhan wollten vor diesem Hintergrund wissen, was es mit der sogenannten Schildwolke, der hellsten Region der Milchstraße auf sich hat. Anhand von Sterndaten wiesen sie nach, dass dort vermutlich in einer Entfernung von 6 000 Lichtjahren ein Spiralarm – also eine Spiralgalaxie – der Milchstraße existiert. Da zudem keine großen Dunkelwolken feststellbar sind, erreicht aus diesem Bereich viel Licht die Erde. Die Ergebnisse der Jungforscher tragen zum weiteren Verständnis des Aufbaus unserer Galaxie bei.

sunflower-project – Sonnenbeobachtung leicht gemacht

sunflower-project – Sonnenbeobachtung leicht gemacht

Ein Teleskop muss kontinuierlich nachgeführt werden, sonst geraten die Himmelskörper schnell aus dem Blickfeld. Beobachtet man die Sonne, ergibt sich der Vorteil, dass die große Lichtstärke des Sterns eine autonome Steuerung möglich macht. Daniel Mangold und Konstantin Schmidt konstruierten eine solche Steuerung aus acht Solarzellen und einem Schattenwerfer. Sobald ihr Teleskop nicht mehr optimal justiert ist, fällt ein Schatten auf eine der Zellen. So ergibt sich ein Spannungseinbruch, den ein Kleincomputer erkennt; sofort erfolgt eine Korrektur der zweiachsig gelagerten Apparatur. Im Unterschied zu astronomisch nachgeführten Systemen benötigt die Anlage der Jungforscher keine standortspezifischen Koordinaten. Sie richtet sich von selbst nach der Sonne aus – die Beobachtung wird so erheblich erleichtert.

Wo Apollo 11 nicht landete

Wo Apollo 11 nicht landete

Bevor im Juli 1969 erstmals Menschen den Mond betraten, hatte die NASA für die Landefähre fünf verschiedene Landeplätze auf dem Erdtrabanten ausgewählt, um bei unvorhergesehenen Ereignissen Handlungsspielraum zu haben. Die Liste der Anforderungen, die an einen potenziellen Landeplatz gestellt wurden, war lang. Zum Beispiel musste das Areal sehr eben sein und in Äquatornähe liegen. Da über die nicht genutzten Landeplätze wenig bekannt ist, nahm sich Konrad Thiel vor, diese Gebiete zu untersuchen. Durch ein Spiegelteleskop machte er Tausende Aufnahmen der Mondoberfläche. Anschließend legte er die Fotos mittels aufwendiger Bildbearbeitung übereinander und konnte deren Qualität so noch erheblich steigern. Daher gibt es nun präzise Bilder der zwischenzeitlich fast vergessenen möglichen Landeareale.

Evanesco! Abbaubarkeit von Kunststoffabfällen in Meeresumgebung

Evanesco! Abbaubarkeit von Kunststoffabfällen in Meeresumgebung

Immer mehr Plastikmüll verschmutzt unsere Ozeane. Selbst Kunststoffe, die grundsätzlich biologisch abbaubar sind, erweisen sich im Meer als sehr beständig, da dort zum einen die für den Zersetzungsprozess nötigen Bakterien fehlen und zum anderen die ebenfalls erforderliche UV-Strahlung vom Wasser abgeschirmt wird. Tobias Hauf machte sich daher auf die Suche nach einem Kunststoff, der auch im Meer abgebaut werden kann. Nach theoretischen Vorüberlegungen kam er auf Polylactide (PLA), das sind Milchsäureverbindungen. Der Jungforscher wählte zehn verschiedene Kunststoffe aus, darunter zwei PLA-Sorten, die er Meerwasser aussetzte. Über ein halbes Jahr protokollierte er den Zerfall, der bei PLA tatsächlich schnell voranschritt. Wenn die Industrie künftig verstärkt auf diesen Kunststoff setzt, könnten die Ozeane wieder sauberer werden.

FeiSoLo – Durchblick im Feinstaubnebel!

FeiSoLo – Durchblick im Feinstaubnebel!

In manchen Städten sind Daten zur Feinstaubbelastung rar – so auch in Lörrach. Leander Hartenburg und Leon Klein nahmen sich vor, dies zu ändern. Mithilfe kostengünstiger Streulichtfotometer bauten sie in ihrer Heimatstadt ein Messnetz mit 19 Sensoren auf. Einige der Messstationen übertragen die Daten per WLAN an einen Server, andere per Funk; manche verfügen über einen Anschluss an das Stromnetz, andere nutzen ein Solarmodul mit Akku. Zudem erstellten die Jungforscher mithilfe eines Wetterballons und durch zusätzliche Low-Cost-Sensoren Vertikalprofile des Feinstaubs und anderer Luftschadstoffe. Im Vergleich zu den Daten teurer Messapparaturen war die Qualität ihrer Messwerte durchaus überzeugend. Damit zeigten die beiden, dass Feinstaubmessungen in Städten kostengünstig zu realisieren sind.

Grün durch Infrarot

Grün durch Infrarot

Die verschiedenen Areale eines Rasenplatzes werden beim Fußballspielen sehr unterschiedlich belastet. Marten Erdmann und Benjamin Pichagon Mühl entwickelten ein kostengünstiges System, mit dem sich die Vitalität des Grasbewuchses kartieren lässt. Die beiden rüsteten eine Drohne mit einer speziell präparierten Kamera aus, die sowohl die Reflexion von sichtbarem rotem Licht als auch von kurzwelliger Infrarotstrahlung erfasst. Aus der Relation der Intensitäten in beiden Frequenzbereichen errechneten sie einen Vegetationsindex. So konnten sie nachweisen, dass auf ihrem heimischen Rasenplatz der Bewuchs vor beiden Toren besonders beeinträchtigt ist. Mit dem Konzept der Jungforscher lässt sich in Zukunft die Rasenpflege gezielt verbessern, da man die kritischen Stellen auf dem Platz nun schnell erkennt.

Marines tropisches Leben im Rheischen Ozean – Analyse karbonischer Fossilien aus Irland

Marines tropisches Leben im Rheischen Ozean – Analyse karbonischer Fossilien aus Irland

In Ost- und Südostirland findet man ozeanische Kalksedimente, die sich vor mehreren Hundert Millionen Jahren abgelagert haben. Lasse Clas Keim nahm davon Gesteinsproben und analysierte diese mit verschiedenen Laborverfahren, per Dünnschliff und mittels Rasterelektronenmikroskop, um anhand der darin enthaltenen Fossilien ein Bild des damaligen Lebensraums nachzuzeichnen. Aus den so nachgewiesenen Arten schließt er, dass das dort einst vorhandene Meer gut durchlüftet und damit sauerstoffreich war und dass der Salzgehalt ähnlich hoch war wie der in den heutigen Weltmeeren. Darüber hinaus erkennt der Jungforscher Indizien für ein flaches Meer, das zudem von Sedimenten des Festlands beeinflusst war. Seine Forschungsergebnisse sind ein Baustein, um die Veränderungen der Landmassen in der Erdgeschichte noch präziser zu verstehen.

Mikroplastik im Abwasser?

Mikroplastik im Abwasser?

Winzige Kunststoffpartikel, sogenanntes Mikroplastik, lassen sich mittlerweile flächendeckend im Abwasser nachweisen. Sie stammen einerseits von Kosmetika, andererseits aus Abrieb, wie er etwa bei der Wäsche von Kunstfasern entsteht. Swantje Pieplow, Felix Pochert und Annegrit Hübner analysierten, in welchem Maße Mikroplastik im Auslauf einer Kläranlage vorhanden ist. Mit Sieben unterschiedlicher Maschenweite wie auch einem Planktonnetz filtrierten sie das Wasser, das vom Klärwerk wieder in die Umwelt abgegeben wird. Speziell Partikelgrößen zwischen 25 und 40 Mikrometern standen dabei im Fokus. Die Jungforscher zählten die ausgesiebten Teilchen unter dem Mikroskop und kamen auf einen Wert von neun Partikeln pro Kubikmeter Abwasser. Als Nächstes wollen sie der Frage nachgehen, wie man diese aus dem Wasser wieder entfernen kann.

ReUse in Space

ReUse in Space

Die Entsorgung von Abfällen ist bei Raumfahrtmissionen ein Problem. Bislang wird der Müll, der etwa auf der Internationalen Raumstation ISS anfällt, entsorgt, indem man ihn gezielt in der Erdatmosphäre verglühen lässt. Adrian Schorowsky, Leni Termann und Lara Neubert entwickelten die Idee, Kunststoffe an Bord der Station einzuschmelzen, um daraus neues Material – das sogenannte Filament – als Rohstoff zur Verwendung in 3-D-Druckern herzustellen. Nach theoretischen Betrachtungen testeten die Jungforscher das Einschmelzen von Polyethylen, das auf der ISS häufig anfällt. Auch wenn die Verarbeitung des Kunststoffs zu einem neuen Filament noch nicht wie geplant funktionierte, sind sie überzeugt, dass mit diesem Konzept künftig viel von dem Müll an Bord wiederverwertet werden kann.

Simulation der Temperaturverhältnisse am Südpol des Mondes

Simulation der Temperaturverhältnisse am Südpol des Mondes

In den Polregionen des Mondes herrschen an manchen Stellen Temperaturen weit unterhalb von -200° C. Dies liegt daran, dass die betreffenden Orte wegen der Topografie des Erdtrabanten und des stets flachen Einfallwinkels des Sonnenlichts zu keinem Zeitpunkt beschienen werden. Wegen der kaum vorhandenen Atmosphäre besteht zudem kein Schutz gegen Auskühlung. Lukas Rother simulierte auf Basis der Strahlungsgesetze und anhand eines digitalen Geländemodells des Mondes die Oberflächentemperaturen in einem Areal nahe dem Südpol. Die mäßige Präzision des Geländemodells und der erhebliche Rechenaufwand begrenzten dabei die Genauigkeit seiner Simulation. Doch mit verbesserten Ausgangsdaten könnte es künftig möglich sein, die Temperaturen an verschiedenen Stellen des Mondes auf wenige Grad genau zu berechnen.

Untersuchung der dynamischen Stabilität offener Sternhaufen

Untersuchung der dynamischen Stabilität offener Sternhaufen

Wenn irgendwo im Weltraum die Dichte von Sternen besonders hoch ist, spricht man von Sternhaufen. Die Bahnverläufe der einzelnen Sterne sind in diesem Fall besonders komplex, weil sich die Himmelskörper durch ihre Anziehungskräfte gegenseitig beeinflussen. Dennis Kobert entwickelte ein Computermodell, mit dem sich simulieren lässt, ob ein Sternhaufen mit bestimmten Startbedingungen – also Anzahl und Position der Sterne, Massen und Geschwindigkeiten – stabil bleibt oder ob Sterne aus dem Verbund ausbrechen, was zu einem Kollaps des Sternhaufens führen kann. Ziel des Jungforschers war es, die sehr aufwendigen Algorithmen so zu optimieren, dass sich in vertretbarer Rechenzeit gute Ergebnisse erzielen lassen. So hilft die Analyse, die Sternbewegungen im All noch besser zu verstehen.

Wie erdähnlich sind Exoplaneten? Untersuchung der Eigenschaften zweier bekannter Planeten

Wie erdähnlich sind Exoplaneten? Untersuchung der Eigenschaften zweier bekannter Planeten

Exoplaneten sind Planeten, die außerhalb unseres Sonnensystems ihre Bahnen ziehen. Michael Boin und Kenneth von Bünau untersuchten anhand von Daten, die an der Universitätssternwarte Jena aufgenommen wurden, die beiden Exoplaneten Qatar 1b und Tau Bootis b. Dabei nutzten sie zwei unterschiedliche Verfahren zur Analyse der weit entfernten Himmelskörper. Die eine Methode stützt sich auf den Umstand, dass die Planeten den zu ihnen gehörenden Stern bei Querung minimal verschatten. Die andere macht sich zunutze, dass ein Stern mit Planet nicht exakt um seinen eigenen Mittelpunkt rotiert, sodass die Rotation Informationen über die Planeten liefert. Mit ihrem Ansatz konnten die Jungforscher zeigen, dass die Bedingungen auf beiden untersuchten Planeten recht lebensfeindlich sind. Die Suche nach möglichen Lebensräumen im Weltall geht also weiter.

Analyse der Schwankungen der Fe-K-Alpha-Linie im System Cygnus X-1

Analyse der Schwankungen der Fe-K-Alpha-Linie im System Cygnus X-1

Cygnus X-1 ist ein System im Weltraum, das aus zwei Sternen besteht und Röntgenstrahlung aussendet. Aus astronomischen Messreihen ist bekannt, dass die von Ferne beobachtbare Wasserstoffkonzentration dieses Sternsystems unregelmäßigen Schwankungen unterliegt. Johannes Klatt überprüfte diese Beobachtung auf Grundlage eines Datensatzes des RXTE-Satelliten aus dem Jahr 2007. Dieser künstliche Himmelskörper ist auf Röntgenquellen spezialisiert. Damit gelang es dem Jungforscher, die Beobachtung zu belegen. Darüber hinaus konnte er durch statistische Analysen nachweisen, dass hohe Wasserstoffwerte des Doppelsterns mit einer niedrigeren Abgabe von Röntgenstrahlung durch Eisenatome einhergehen. Ein ähnlicher Effekt ist bereits vom Neutronenstern Hercules X-1 bekannt.

Bestimmung der Funktionen der Galileischen Monde zur Ermittlung astronomischer Kenngrößen

Bestimmung der Funktionen der Galileischen Monde zur Ermittlung astronomischer Kenngrößen

Während 32 Nächten hat Mathis Harder über 100 Stunden lang die vier größten Jupitermonde mit einem Spiegelteleskop beobachtet und deren Positionen auf Digitalbildern dokumentiert. Mit selbst entwickelten und selbst programmierten Rechenmodellen konnte er aus den Aufnahmen nicht nur die Umlaufzeiten der Monde und deren Bahnradien ermitteln, sondern auch die Masse des Jupiters und sogar die Lichtgeschwindigkeit. Zudem konnte er auf Basis seiner insgesamt mehr als 3 000 Bilder auch das 3. Keplersche Gesetz experimentell belegen, das die Relation von Umlaufzeiten und Länge der Bahnradien von Himmelskörpern in einer mathematischen Formel beschreibt. So konnte der Jungforscher zeigen, welche vielfältigen Erkenntnisse über das Sonnensystem man durch Beobachtungen von der Erde aus gewinnen kann.

Eifer statt Hightech – experimentelle Monatsbestimmung mithilfe von Mondbildern

Eifer statt Hightech – experimentelle Monatsbestimmung mithilfe von Mondbildern

Im astronomischen Sinne ist ein Monat die Zeitspanne, in der der Mond die Erde einmal umrundet. Je nach Definition dauert er zwischen 27 und 29,5 Tagen. Zur exakten Messung wird die Entfernung zwischen Erde und Mond mittels Lasertechnik bestimmt. Hierzu wird ein Laserreflektor verwendet, der bei der Apollo-15-Mission auf den Mond gestellt wurde. Doch es geht auch einfacher: Leon Sieke, Niklas Deworetzki und Sven Kröckel bestimmten die Monatslänge mit einer handelsüblichen Digitalkamera. Sie analysierten 123 Fotos des Mondes, die über neun Monate hinweg aufgenommen wurden,. So bestimmten sie die sogenannte anomalistische Monatslänge von 27,55 Tagen plus/minus ein Tag mit hoher Präzision. Ihre Messungen weichen nur um 0,25 Prozent vom Mittelwert der bislang publizierten Forschungsergebnisse ab.

Entwicklung einer innovativen Messvorrichtung für ein effizientes Umweltmonitoring

Entwicklung einer innovativen Messvorrichtung für ein effizientes Umweltmonitoring

Zur Luftverschmutzung in Wuppertal liegen bislang nur wenige Daten vor. Das wollte Tobias Gerbracht ändern und baute eine selbst entwickelte Messstation. Die Apparatur besteht aus einer Speziallampe, die auf einen fernen Reflektor strahlt, der das Licht wiederum zu einem Teleskop sendet. Das Licht legt so bis zu zwei Kilometer durch die Atmosphäre zurück. Anhand des ankommenden Lichtspektrums lässt sich dann die Stickoxidkonzentration in der Luft errechnen, weil jeder Schadstoff in der Atmosphäre auf eine charakteristische Weise Licht absorbiert. So konnte der Jungforscher nachweisen, dass der NO2-Gehalt der Wuppertaler Stadtluft den EU-Grenzwert zeitweise deutlich überschreitet. Er hofft nun, dass seine Ergebnisse einen Beitrag zur Debatte um den Ausbau einer Landesstraße leisten können.

Nachweis eines interstellaren Mediums

Nachweis eines interstellaren Mediums

Die Helligkeit der Sterne, von der Erde aus betrachtet, hängt nicht nur von ihrer Entfernung und Größe ab. Entscheidend ist auch, wie ungehindert das Licht unseren Planeten erreichen kann. Wird es abgeschwächt, ist das ein Indiz für ein interstellares Medium, also für Gase oder Staub im Weltraum. Philip Held und Andreas Schröter machten Fotos von Sternhaufen, deren Helligkeit sie am Computer analysierten. Dabei konnten sie nachweisen, dass die Helligkeit mit zunehmender Entfernung überproportional abnahm. Diese Beobachtung deutet darauf hin, dass es zwischen den Sternen im All Materie geben muss. Die Erkenntnis ist zwar nicht neu, aber die Jungforscher wiesen die Materie mit relativ einfachen Mitteln nach – mit kaum mehr Equipment als einer Spiegelreflexkamera und einem Teleobjektiv.

Relsbergia kraetschmeri gen. et sp. nov. – ein neuer Temnospondyle des Unterperms der Pfalz

Relsbergia kraetschmeri gen. et sp. nov. – ein neuer Temnospondyle des Unterperms der Pfalz

Vor rund 300 Millionen Jahren bestand ein großer Teil des heutigen Nordpfälzer Berglandes aus einer Seenlandschaft, die Teil eines von Frankreich bis nach Russland reichenden Gewässersystems auf dem Urkontinent Pangäa war. Aus dieser Zeit stammt das Relsberg-Amphib, ein noch nicht näher untersuchtes Fossil, das bei Relsberg im Landkreis Kusel gefunden wurde. Justus Güttler untersuchte den Fund mittels Computertomografie, wodurch er verdeckte Knochen des Schädels und Gaumens sichtbar machen konnte. Seine Analyse ergab, dass das Amphib keiner bekannten Gattung zugordnet werden kann. Es handelt sich um einen bislang unbekannten Vertreter der Temnospondyli, kleiner Landwirbeltiere, die im Zeitalter des Perm lebten.

Stereoskopie eines Meteorstroms mit Echtzeit-Aufnahmen

Stereoskopie eines Meteorstroms mit Echtzeit-Aufnahmen

Wenn im August die Nächte wolkenlos sind, blicken viele Menschen gebannt in den Himmel, denn dann lassen sich besonders gut Sternschnuppen beobachten. Antonio Schmusch und Moritz Wolf wollten genauer wissen, in welchen Höhen sich die glühenden Teilchen bewegen und wie schnell sie auf die Erde zurasen. Mit zwei hochauflösenden Kameras, postiert an zwei Standorten in 15 Kilometern Entfernung, filmten sie nachts stundenlang den Himmel. So zeichneten sie 300 Leuchterscheinungen auf und errechneten daraus die genauen Flugbahnen. Das Ergebnis: Die Meteore waren in Höhen zwischen 78 und 135 Kilometern sichtbar, ihre Geschwindigkeit lag im Mittel bei 63 Kilometern pro Sekunde. Und sollte einmal nicht alles verglüht sein, können die Jungforscher auch noch den Einschlagsort am Erdboden bestimmen.

Strömungen von Oberflächenplasma an magnetischen Poren auf der Sonne

Strömungen von Oberflächenplasma an magnetischen Poren auf der Sonne

Die sogenannten Sonnenflecken üben auf die Menschen seit Jahrhunderten eine besondere Faszination aus. Bei diesen Erscheinungen handelt es sich um weniger heiße Regionen auf der Sonnenoberfläche, die sich in Anzahl und Gestalt permanent verändern. Eine besondere Entwicklungsstufe der Flecken sind die Sonnenporen. Henrik Wolf analysierte dieses spezielle Stadium der dunkleren Sonnenareale auf der Basis einer Vielzahl von Bildern der US-Raumfahrtbehörde NASA. Seine Analyse ergab, dass offenbar auch an den Sonnenporen das Sonnenplasma zum Zentrum des Himmelskörpers strömt – ein Phänomen, das von den vollständig ausgeprägten Sonnenflecken bereits bekannt war. Nun hofft der Jungforscher, dass seine Ergebnisse helfen, die Veränderungen der Zahl der Sonnenflecken besser vorherzusagen.

Superabsorber – Einsatz in der Landwirtschaft

Superabsorber – Einsatz in der Landwirtschaft

Superabsorber sind Polymere, die ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser speichern können. Finn Lauppert von Peharnik wollte wissen, ob sich diese Kunststoffe dazu eignen, den landwirtschaftlichen Ertrag in trockenen Regionen zu steigern. Das Wirkprinzip: Die Superabsorber werden dem Boden beigemischt, der so mehr Wasser speichert. In Laborversuchen fand der Jungforscher heraus, dass ein Gemisch aus Erde und Superabsorbern Flüssigkeit bis zum Vierhundertfachen des eigenen Gewichts aufnehmen kann. Praxisversuche mit Bohnenkulturen zeigten jedoch, dass die Substanz Nachteile gegenüber reinem Erdboden aufweist. Selbst bei großer Trockenheit blieb die gewünschte Wirkung aus. Daher und wegen der noch ungeklärten ökologischen Folgen erscheint der Durchbruch des Konzepts noch weit entfernt.

Untersuchung des Chaosverhaltens post-newtonscher Orbitalbewegungen

Untersuchung des Chaosverhaltens post-newtonscher Orbitalbewegungen

Die Bahnen zweier Himmelskörper, die in Wechselwirkung stehen, lassen sich mit den Newtonschen Gravitationsgesetzen berechnen. Je größer die Himmelskörper sind und je schneller sie sich bewegen, umso stärker ist dann jedoch auch Einsteins Relativitätstheorie zu berücksichtigen. Die wiederum erfordert komplexe Berechnungen, weshalb man sich gerne mit sogenannten post-newtonschen Simulationen behilft. Verhalten diese sich chaotisch, hat bereits eine kleine Unsicherheit in den Anfangswerten große Auswirkungen auf den weiteren Bahnverlauf der Himmelskörper. Maximilian Marienhagen, Toni Ringling und Aaron Wild simulierten entsprechende Systeme und konnten dabei zeigen, unter welchen Bedingungen die Orbitalbewegungen chaotisch werden können.

Untersuchungen zur Rhythmizität der Ausbruchstätigkeit des Ätna

Untersuchungen zur Rhythmizität der Ausbruchstätigkeit des Ätna

Der Ätna zeigt bei seinen Ausbrüchen gewisse Rhythmen. Lasse Keim wollte wissen, ob sich diese auch in der Zusammensetzung der Lava widerspiegeln. Aus diesem Grund sammelte er zahlreiche Gesteinsproben unterschiedlicher Epochen und untersuchte sie anschließend im Labor. Dabei entdeckte er wiederkehrende Schwankungen des Siliziumgehaltes im Vulkangestein. Dieser Wert hängt von der Verweildauer des Magmas in den Tiefen des Ätna ab. Auch das Verhältnis von Eisenoxid und Manganoxid zeigte eine gewisse Periodizität. Vielleicht, so die Hoffnung des Jungforschers, können künftig aus der chemischen Zusammensetzung der Lava Rückschlüsse auf bevorstehenden Aktivitäten des Vulkans geschlossen werden. Seine Prognose: Der Ätna befindet sich am Ende einer noch nicht abgeschlossenen Ausbruchsphase.

Wandernde Steine 4 – ein Vergleich des Racetrack Playa und der Laguna Altillo Chica

Wandernde Steine 4 – ein Vergleich des Racetrack Playa und der Laguna Altillo Chica

Es gibt Orte auf der Erde, an denen sich zentnerschwere Steine in einem Monat Hunderte von Metern weit bewegen, wobei sie mitunter lange Schleifspuren hinterlassen. In der Literatur werden zwei Hypothesen für dieses Phänomen diskutiert: Die Steine könnten sich bei starkem Sturm auf einer Mikrobenmatte bewegen, weil diese die Reibung vermindert. Oder die Steine driften bei leichtem Wind auf schwimmenden Eisschollen. Ronja Spanke forscht seit mehreren Jahren in Kalifornien und Spanien nach den Ursachen für die wandernden Steine. Durch theoretische Berechnungen und Versuche im Windkanal konnte die Jungforscherin nachweisen, dass beide Hypothesen an beiden Standorten infrage kommen.

Ferne Himmelskörper beobachten, das Wetter untersuchen, Bodenstrukturen erkunden oder Versteinerungen freilegen – in diesem Fachgebiet sind viele Fragestellungen denkbar

Jungforscherinnen und Jungforscher können zum Beispiel auch die Erdschichtung in einem Bergwerk oder die räumliche Nutzung einer Region analysieren wie auch fossile Tier- und Pflanzenarten rekonstruieren. Diese und ähnliche Projekte sind im Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften genau richtig.

Disziplinen im Fachgebiet Geo- und Raumwissen- schaften sind vor allem

  • Astronomie
  • Astrophysik
  • Fernerkundung
  • Geochemie
  • Geodäsie
  • Geographie
  • Geographische Landschaftskunde
  • Geoinformatik
  • Geologie
  • Geomorphologie
  • Geophysik
  • Hydrologie
  • Kristallographie
  • Lagerstättenkunde
  • Meteorologie
  • Mineralogie
  • Ozeanographie
  • Paläontologie
  • Physische Geographie
  • Raumforschung
  • Regionalentwicklung
  • Risikoforschung
  • Umweltanalyse

Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften?

Rein sozialwissenschaftliche oder sozialgeschichtliche Untersuchungen sind nicht zum Wettbewerb zugelassen.

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