Vorlesungen

Diese Einführungsveranstaltung bildet die Grundlage für alle anderen Veranstaltungen der Umweltphysik im Rahmen des Masterstudiums. Ziel der Vorlesung ist es, ein grundlegendes Verständnis der physikalischen Prozesse und Wechselwirkungen im Erdsystem zu vermitteln. Die Eigenschaften und die Dynamik der großen Umweltkompartimente, die Transportprozesse innerhalb und zwischen ihnen und ihre Interaktion im Klimasystem werden behandelt. Die Vorlesung gliedert sich in fünf Hauptteile:

  1. Einführung und Grundlagen, stellt das Thema und die Grundlagen über die Erde, ihre Flüssigkeitsräume, Strömung und Transport in ihnen und die globale Strahlungsbilanz vor.
  2. Geophysikalische Strömungsmechanik, ist ein wesentlicher Teil der Vorlesung und bietet eine Einführung in die Dynamik der großen Fluidsysteme der Erde. Die grundlegenden Gesetze der Strömungsmechanik und das Phänomen der Turbulenz werden diskutiert.
  3. Abteilungen der Umwelt, konzentriert sich auf einige Abteilungen der Umwelt der Erde, insbesondere die globale Zirkulation von Atmosphäre und Ozean, und die langsame Dynamik in porösen Medien und Eis.
  4. Methoden und Prozesse, beschäftigt sich mit einer Reihe von Techniken, wie z.B. Isotopenmethoden, die verwendet werden, um verschiedene physikalische Prozesse in der Umwelt zu untersuchen. Beispiele für komplexe Prozesse sind der Strahlungstransfer und der Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre. Numerische Modellierung ist unerlässlich, um die Komplexität von Umweltsystemen zu bewältigen.
  5. Klimasystem und Synthese, diskutiert die Synthese der Dynamik in den verschiedenen Abteilungen der Erde in das Klimasystem. Moderne Themen der Klimaforschung werden vorgestellt und die anthropogenen Auswirkungen auf das Erdsystem führen uns zum Konzept des Anthropozäns.

Diese Vorlesung ist ein regelmäßig stattfindender Teil der Vertiefung Umweltphysik im Rahmen des Masterstudiums Physik. Kenntnisse der allgemeinen Vorlesung zur Umweltphysik (MKEP4) werden vorausgesetzt.

Die Vorlesung "Atmosphärenphysik" umfasst die Vielfalt der in der Erdatmosphäre stattfindenden Umweltprozesse, die von der Strömungsdynamik über den Strahlungstransport, die Wolkenbildung bis hin zum physikalischen und chemischen Kreislauf der Bestandteile reicht. Die Vorlesung wendet die Prinzipien der Umweltphysik (eingeführt in MKEP4) auf die Atmosphäre an. Der Vortrag beleuchtet die Schlüsselrolle der Atmosphäre im Klimasystem und diskutiert modernste Methoden und Experimente, wie man Einblicke in die jeweiligen Prozesse gewinnen kann.

Diese Vorlesung ist ein regelmäßig stattfindender Teil der Vertiefung Umweltphysik im Rahmen des Masterstudiums Physik. Kenntnisse der allgemeinen Vorlesung zur Umweltphysik (MKEP4) werden vorausgesetzt.

"Aquatische Physik" oder "Physik der aquatischen Systeme" ist ein Teil der Umweltphysik, der sich mit physikalischen Prozessen in natürlichen Gewässern wie Ozeanen, Seen, Flüssen und Grundwasser beschäftigt. Die Relevanz der Untersuchung der Hydrosphäre ergibt sich aus der zentralen Rolle der Ozeane im Klimasystem sowie der vitalen Bedeutung begrenzter Süßwasserreserven. Der Schwerpunkt dieser Vorlesung liegt auf den am häufigsten vorkommenden kontinentalen Wasserreservoirs, Seen und Grundwasser. Es werden aber auch Grundlagen der physikalischen Ozeanographie behandelt.

Im ersten Teil der Vorlesung werden die physikalischen Eigenschaften von Wasser und den aquatischen Systemen sowie die physikalischen Prozesse in diesen Systemen behandelt. Auf diese speziellen Systeme werden die Gesetze der Strömungsmechanik (z.B. Navier-Stokes) sowie die Theorie der Transportprozesse (z.B. Advektion, (turbulente) Diffusion, Wärme- und Gasaustausch) angewendet, die aus der allgemeinen Vorlesung zur Umweltphysik (MKEP4) bekannt sind.

Der zweite Teil der Vorlesung beschäftigt sich mit der Anwendung von Tracer-Methoden zur Untersuchung aquatischer Systeme, der sogenannten Isotopenhydrologie. In diesem Teil werden verschiedene Tracer (z.B. stabile Isotope, Tritium, Edel- und Übergangsgase, 14C) und die Grundlagen der jeweiligen Verfahren vorgestellt und es wird gezeigt, wie diese Verfahren zur Bestimmung physikalischer Parameter von Wassersystemen eingesetzt werden können.

Diese Vorlesung ist ein regelmäßig stattfindender Teil der Vertiefung Umweltphysik im Rahmen des Masterstudiums Physik. Kenntnisse der allgemeinen Vorlesung zur Umweltphysik (MKEP4) werden vorausgesetzt.

Die Vorlesung "Physik des Klimas" befasst sich mit den grundlegenden physikalischen und chemischen Prozessen des terrestrischen Klimasystems, wie die relevanten Kompartimente der Erde (d.h. Atmosphäre, Meereskryosphäre, Biosphäre, Lithosphäre,...) interagieren und wie ihre Eigenschaften durch die verschiedenen internen und externen Randbedingungen und Einschränkungen auf den verschiedenen räumlichen und zeitlichen Zeitskalen bestimmt werden.

Im ersten Teil der Vorlesung (meist im Wintersemester) geht es um die Entstehung des Sonnensystems, die Sonne und ihren variablen Energieeintrag in das Klimasystem, einige Merkmale des atmosphärischen Strahlungstransfers und das Budget des Klimasystems sowie die relevanten dynamischen Aspekte von Masse, Impuls und Energietransport innerhalb des Klimasystems.

Der zweite Teil der Vorlesung (meist im Sommersemester) befasst sich mit den hydrologischen und biochemischen Zyklen, dem Kohlenstoffkreislauf und den Zyklen der verschiedenen Treibhausgase, einigen thermodynamischen Aspekten des Klimasystems, dem gekoppelten atmosphärischen ozeanischen Wärmekraftwerk, der Modellierung des Klimasystems, der Klimavariabilität und des Klimawandels und deren Prognose.

Die Vorlesungen werden durch ein wöchentliches Tutorial ergänzt, das einige Hausarbeiten und praktische Übungen beinhaltet.

<\br> Informationen für das Sommersemester 2020

Seminare

Master Seminar Environmental Physics - Summer term 2021

Location: Thursday 4:15-5:45pm
INF 229 SR 108/110 or online

Main Contact:
Günther Balschbach (GB), gbalsch@iup.uni-heidelberg.de

Tutors:
Werner Aeschbach (WA), aeschbach@iup.uni-heidelberg.de
Kira Rehfeld (KR), kira.rehfeld@iup.uni-heidelberg.de
Samuel Hammer (SH), shammer@iup.uni-heidelberg.de
Klaus Pfeilsticker (PF), klaus.pfeilsticker@iup.uni-heidelberg.de
Günther Balschbach (GB), gbalsch@iup.uni-heidelberg.de

Student: Topic (Tutor)

  • Mathurin Choblet: Temperature reconstructions for the last glacial as constraints for climate sensitivity (WA)
  • Johanna Rampmeier: Inferring past changes in temperature and permafrost conditions from groundwater tracers in the Ledo-Paniselian aquifer (WA)
  • Muriel Racky: Present and Last Glacial Maximum climates as states of maximum entropy production (https://doi.org/10.1002/qj.832; Herbert et al. 2011) (KR)
  • Laura Fink: The global warming hiatus and climate variability (https://www.nature.com/articles/nature22315/ https://www.nature.com/articles/nclimate2938) (KR)
  • Ann-Kristin Kunz: What nuclear bomb tests reveal about the global carbon cycle. (SH)
  • Felix Külheim: Observed changes in the global CH4 cycle. (SH)
  • Fabian Schneider: The role of a warming Arctic in the carbon cycle. (SH)
  • Ida Jandl: The oceanic sink for anthopogenic CO2 (GB)
  • Pauline Seubert: Isotopic fractionation of water during evaporation and its role for General Circulation Models (GB)
  • Marvin Kriening: Spectral characterization, radiative forcing and pigment content of coastal Antarctic snow algae (GB)
  • Maja Rüth: Sea level changes: (KP)

 

 

possible dates:

15.04.2021 Introduction
29.04.2021 Fabian Schneider: The role of a warming Arctic in the carbon cycle. (SH)
06.05.2021 Mathurin Choblet: Temperature reconstructions for the last glacial as constraints for climate sensitivity (WA)
20.05.2021 Johanna Rampmeier: Inferring past changes in temperature and permafrost conditions from groundwater tracers in the Ledo-Paniselian aquifer (WA)
27.05.2021 Marvin Kriening: Spectral characterization, radiative forcing and pigment content of coastal Antarctic snow algae (GB)
10.06.2021 Muriel Racky: Present and Last Glacial Maximum climates as states of maximum entropy production(KR)
17.06.2021 Ann-Kristin Kunz: What nuclear bomb tests reveal about the global carbon cycle. (SH)
24.06.2021 Ida Jandl: The oceanic sink for anthopogenic CO2 (GB)
01.07.2021 Pauline Seubert: Isotopic fractionation of water during evaporation and its role for General Circulation Models (GB)
08.07.2021 Maja Rüth: Sea level changes: (KP)
15.07.2021 Laura Fink: The global warming hiatus and climate variability (KR)
22.07.2021 Felix Külheim: Observed changes in the global CH4 cycle. (SH)

 

Research seminar: Climate Physics in Action

Main contact: Dr. Sanam Vardag (svardag@iup.uni-heidelberg.de)

Teachers: Dr. Sanam Vardag und Dr. Maximilian Jungmann

Location: Online, Link will be send
Time: Tuesdays 15-16:45 pm

About: The Journal Club "Climate Physics in Action" is an interdisciplinary literature seminar on the current state of climate science in relation to societal applications. Using a variety of papers from different disciplines, we will discuss how climate change affects the environment and society and how research results are currently being brought into the societal debate and how they should be in the future in view of the urgency of the climate crisis.

Link to lsf: https://lsf.uni-heidelberg.de/qisserver/rds?state=verpublish&status=init&vmfile=no&publishid=338551&moduleCall=webInfo&publishConfFile=webInfo&publishSubDir=veranstaltung

 

Praktika

Praktikum Umweltphysik

Leitung: Dr. Udo Frieß

Kontakt: IUP Raum 310, Tel.: 54-5478, udo.friess@iup.uni-heidelberg.de
 

F50 Feldversuch mit Schlauchboot



Hintergrund und Idee des umweltphysikalischen Praktikums:

Die Arbeitsgruppen am Institut für Umweltphysik erforschen das System Erde mit modernsten physikalischen und chemischen Methoden. Nahezu alle Forschungsprojekte sind in nationale und internationale Kollaborationen eingebunden. Eine der Stärken der Umweltphysik in Heidelberg begründet sich dadurch, dass alle Kompartimente unserer Umwelt (Atmosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre und Lithosphäre), sowie deren Wechselwirkungen untereinander erforscht werden. Eines haben die verschiedenen Forschungsprojekte am Institut oft gemeinsam: aufwendige Messkampagnen im Feld unter von der Natur vorgegebenen Bedingungen.

Durch das umweltphysikalische Praktikum können die Studenten/innen von dem vorhanden Wissen und den Fähigkeiten der verschiedenen Arbeitsgruppen profitieren und so ihre experimentellen Fähigkeiten entwickeln. Die verschiedenen Experimente des Praktikums beruhen auf generellen physikalischen Prinzipien und Methoden der modernen Messtechnik (z.B. Kavitätsverstärkte Spektroskopie, differentielle optische Absorptionsspektroskopie, Paulfalle, Bodenradar, Zeitbereichsreflektometrie, γ-Spektroskopie, sowie hochaufgelöste UV Spektroskopie). Die Themen decken viele in der Umwelt relevante Aspekte (Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Ozean, Stoffkreisläufe und Energieflüsse, Physik und Chemie der Atmosphäre, Aquatische Systeme und Bodenphysik) ab und sind sehr eng mit den aktuellen Forschungsprojekten am Institut verknüpft.

Die Arbeitsbelastung für die Studenten/innen beträgt 30 Stunden pro Versuch (ein credit point) und entspricht in etwa dem eines Experiments aus dem Fortgeschrittenen Praktikum (PFP1/PFP2). Dieses Praktikums ermöglichst es, sich mit den verschiedenen Forschungsschwerpunkten der Umweltphysik eingehend vertraut zu machen. Daher wird die Durchführung mehrerer Versuche dringend empfohlen.

Anmeldung:

Die Anmeldung für die Versuche erfolgt über das Fortgeschrittenenpraktikum:

im Rahmen des PFP2 (Bachelor)

im Rahmen vom MVENV5 (Master)

 



Die Themen:

  • Kavitätsverstärkte differentielle optische Absorptionsspektroskopie atmosphärischer Spurengase
    CE-DOAS stellt eine sehr sensitive Methode zur in-situ Messung atmosphärischer Spurengase dar. Die zu untersuchenden Absorber werden hierbei mittels eines gefalteten Lichtwegs mit einer effektiven Länge von mehreren Kilometern detektiert. Solch lange Lichtwege werden innerhalb einer optischen Kavität mit einer geometrischen länge von weniger als einem Meter erreicht. Im Rahmen dieses Praktikumsversuchs wird NO2, ein wichtiger Schadstoff in der urbanen Atmosphäre, gemessen, und seine Photochemie wird untersucht.
    Ziele dieses Versuchs:
    1. Charakterisierung der optischen Kavität
    2. Charakterisierung des Spektrometer/Detektor-Systems
    3. Bestimmung der optischen Pfadlänge innerhalb der Kavität
    4. Messung und Interpretation des Tagesverlaufs von NO2

    Anleitung: CE-DOAS (F58)
    Institut für Umweltphysik, INF 229, Raum 230
     
  • Analyse der Schichtung von Seen und Wechselwirkung zwischen Seen und Grundwasser
    Messungen von vertikalen CTD (Leitfähigkeit, Temperatur, Dichte) Profilen in einem See bei Ludwigshafen (Willersinnweiher), sowie Entnahme von Wasserproben für spätere 222Rn Messungen im Labor. Analyse der CTD-Daten, Berechnung der Dichte und Stabilität und Interpretation der CTD Ergebnisse in Verbindung mit den Radon-Messungen.

    Hinweis: Feldversuch mit Schlauchboot, Teilnehmer/innen müssen schwimmen können!
    Anleitung: Limnologie (F50/51)
    Institut für Umweltphysik, INF 229, Labor 202
 
  • Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre: Gasaustausch
    Bestimmung des Austauschkoeffizienten von Kohlenstoffdioxid zwischen Atmosphäre und Ozean durch Leitfähigkeits- und pH-Messungen an einem ringförmigen Wind-Wellen Kanal. Der pH-Wert wird mittels optischer Absorptions-Spektroskopie und pH-Indikatoren bestimmt.
    Lernziele:
    1. Verständnis der Karbonatchemie im Ozean
    2. Erlernen von modernen optischen Messtechniken in der Umweltphysik
    3. Beeinflusst die Reaktivität von Kohlenstoffdioxid die Gasaustauschrate?
    4. Wie hängt die Gasaustauschrate von der Windgeschwindigkeit und Windwellen ab?

    Anleitung: Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre (F54)
    Institut für Umweltphysik, INF 229, "AEOLOTRON" Labor 165
  • Natürliche Radioisotope als Tracer in der Umwelt
    Dieser Praktikumsversuch soll ein Verständnis von natürlicher Radioaktivität in der Umwelt und einen Einblick in die Verwendung radioaktiver Tracer in der Umweltforschung vermitteln.
    Hierzu werden Umwelt-Proben - ein Bodenprofil und eine Luft-Aerosolprobe - eigenständig entnommen und mittels Low-Level-Gammaspektroskopie auf natürliche und künstliche Radionuklide untersucht.
    Unter anderem sollen folgende Aufgabenstellungen bearbeitet werden:
    1. Messung geringer Radionuklid-Aktivitätskonzentrationen vor dem Hintergrund natürlicher Radioaktivität
    2. Abschätzung des Fallouts im Odenwald in Folge des Reaktorunfalls von Tschernobyl
    3. Natürliche Radionuklide als Luftmassen- und Aerosol-Tracer

    Anleitung: Radioaktive Tracer in der Umweltforschung (F56)
    Institut für Umweltphysik, INF 229, Raum U50
  • Atmosphärische Spurengase
    Differentielle Optische Absorptionsspektroskopie (DOAS) ist eine weitverbreitete Methode zur Messung von atmosphärischen Spurengasen in der Erdatmosphäre. Dieses Experiment ermöglicht einen Einblick in spektroskopische Fernerkundungsmethoden zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Erdatmosphäre.
    Die Themenfelder des Versuches umfassen:
    1. Chemie der Troposphäre und Stratosphäre mit Fokus auf Ozon und NO2
    2. Spektroskopie und spektroskopische Analysetechniken
    3. Strahlungstransport in der Erdatmosphäre
    4. Bestimmung von Spurengaskonzentrationen mittels DOAS

    Anleitung: Atmosphärische Spurengase (F18/38)
    Institut für Umweltphysik, INF 229, Raum 238
  • Isotopienmessung an Wasserproben und Bestimmung der Fraktionierungskoeffizienten in einem Rayleigh-Prozess

    In diesem Experiment werden mittels modernster Spektroskopie-Technologie (Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy) die Fraktionierungsprozesse von Wasser im hydrologischen Kreislauf qualitativ und quantitativ beobachtet. Die isotopische Zusammensetzung verschiedener Wasserproben und von Wasserdampf werden bestimmt und Anwendungen der Messungen in der Hydrologie und der Klimawissenschaft werden motiviert.
    Ziele des FP-Versuchs:
    1. Beobachtung von Isotopenfraktionierung während der Verdunstung von Wasser
    2. Bestimmung der Fraktionierungsfaktoren eines Rayleigh-Prozesses in Abhängigkeit von der Temperatur
    3. Messung unbekannter Wasserproben und Einführung in die Anwendungen in der Klimawissenschaft

    Anleitung: Rayleigh-Fraktionierung (F55)
    Institut für Umweltphysik, INF 229, Labor 516

 

 


Hinweis: Diese Seite stellt einen kleinen Überblick der angebotenen Veranstaltungen des Institut für Umweltphysik dar. Eine vollständige Liste der Angebote dieses Semesters findet man über den "Vorlesungen & Seminare" Link oben.