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Sorption und abiotische Transformation von organischen Verbindungen im Boden und Grundwasser

In Laborexperimenten (Batch, Durchflussreaktoren, Laborkolonnen) wird das Transport- und Transformationsverhalten von anthropogenen organischen Verbindungen im Untergrund (Boden, Grundwasser) untersucht. Ziel des Projektes ist es, die fuer einen gegebenen Prozess relevanten substanz- und umweltspezifischen Faktoren zu bestimmen und quantitative Struktur-Sorptions- bzw. Struktur-Reaktivitaets-Beziehungen herzuleiten. Als Modellverbindungen dienen substituierte Phenole, Aniline und nitroaromatische Verbindungen sowie polyhalogenierte Kohlenwasserstoffe.

Abschätzung der Vegetationsgefährdung durch Ozon in Hessen

Die Konzentrationen vieler Luftinhaltsstoffe sind aufgrund vielfältiger menschlicher Aktivitäten in den letzten Jahren beträchtlich angestiegen. Als vegetationsgefährdende Komponente gewinnt dabei Ozon in der Bundesrepublik Deutschland zunehmend an Bedeutung, während z.B. Schwefeldioxid aufgrund der erfolgreichen Emissionsminderungsmaßnahmen in den Hintergrund tritt. Bei der Erstellung von Luftreinhalteplänen/Wirkungskatastern geht es darum, die räumliche und zeitliche Variabilität der Schadgaskonzentrationen im Hinblick auf eine mögliche Beeinträchtigung der Vegetation zu bewerten. Darüber hinaus gilt es, mögliche Entwicklungen der Immissionsbelastung prospektiv zu beurteilen, um frühzeitig evtl. notwendige Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Dies bedarf integrierender Konzepte, in denen physikalisch/chemische Messprogramme und Verfahren der Bioindikation miteinander verknüpft werden. Das gemeinsam mit dem Hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie durchgeführte Untersuchungsprogramm gliedert sich in fünf Schritte: - In einem ersten Schritt wurden potentielle Ertragsverluste durch Ozon anhand von Dosis-Wirkung-Funktionen aus der Literatur unter Verwendung hessischer Ozon-Messdaten für verschiedene Kulturpflanzen abgeschätzt. - In einem zweiten Schritt wurde eine flussorientierte Kenngröße für die Ozon-Belastung der Vegetation unter Verwendung von Messgrößen abgeleitet, die in den Ländermessnetzen erhoben werden. - In einem dritten Schritt wurde ein Modell für die Bestimmung des Gasaustausches zwischen Vegetation und bodennaher Atmosphäre entwickelt. - In einem vierten Schritt wurden sog. kritische absorbierte Ozon-Dosen (critical loads) für standardisiert exponierte Rezeptoren abgeleitet. - In einem fünften Schritt werden die aktuell in Europa diskutierten Grenzwerte zum Schutz der Vegetation vor Ozon und die ihnen zu Grunde liegenden Dosis-Wirkung-Funktionen auf ihre Übertragbarkeit auf bzw. Relevanz für die deutschen Verhältnisse untersucht. Die Methodik zur Ableitung kritischer absorbierter Ozon-Dosen (critical loads) wird weiterentwickelt sowie die Gefährdung der Vegetation durch Ozon auf regionaler Ebene realistisch abgeschätzt.

Solare Photochemie: Photooxidation verschiedener organischer Verbindungen

In dem Projekt ist es das Hauptziel, bei Photooxidationen (Gegenwart von Luftsauerstoff und Bestrahlung mit sichtbarem Licht (solare Einstrahlung und kuenstliche Lichtquelle) Abwasserreinigung und Synthese von Feinchemikalien durchzufuehren. Dazu wurden bisher Photooxidationen der toxischen Substrate Thiole, Sulfid und Phenole durchgefuehrt. Durch Verwendung von Photosensibilisatoren, die im sichtbaren Bereich absorbieren, kann eine weitgehende Mineralisierung u.a. von Phenolen (auch chlorierten Phenolen) erreicht werden. Mit der solarphotochemischen Synthese von Feinchemikalien ist jetzt begonnen worden.

Sonderforschungsbereich Transregio 172 (SFB TRR): Arktische Verstärkung: Klimarelevante Atmosphären- und Oberflächenprozesse und Rückkopplungsmechanismen (AC)3, Teilprojekt C01: Einfluss von Bodenheterogenität auf den Strahlungsantrieb und Ableitung von Aerosol- und Wolkeneigenschaften in der Arktis

Für die Arktis ist ein diskontinuierlicher Albedo Unterschied zwischen hoch reflektierenden Schnee/Eisoberfächen und meist stark absorbierenden Meeresoberflächen typisch. In diesem Teilprojekt wird quantifiziert inwiefern diese Heterogenität der Reflektionseigenschaften der Erdoberfläche (i) den Strahlungsantrieb von Wolken (Erwärmung/Abkühlung), und (ii) die Fernerkundungsprodukte von Wolken und Aerosolpartikeln beeinflussen. Aus diesem Grund werden flugzeuggetragene Messungen und Strahlungstransfermodellierungen vorgeschlagen.

Sonderforschungsbereich Transregio 172 (SFB TRR): Arktische Verstärkung: Klimarelevante Atmosphären- und Oberflächenprozesse und Rückkopplungsmechanismen (AC)3, Teilprojekt C03: Atmosphärische Zusammensetzung und Ozeanfarbe der Arktis abgeleitet von Satellitenmessungen

Die Änderungen und Verbindungen zwischen Halogenen und Phytoplankton sowie deren Reaktion auf veränderliche physikalische Eigenschaften (Meereisbedeckung und Dicke, welche abhängig vom Alter, Temperatur, Schichtung, Strahlung, usw. der Ozeanoberfläche und ABL ist) ist der wissenschaftliche Fokus dieses Teilprojekts. Um die Zielsetzungen zu erreichen werden konsistente und gemeinsame Datenprodukte, abgeleitet von Fernerkundungsinstrumenten auf Satelliten, generiert und analysiert um einen genaueren Einblick in die Änderungen der Bestandteile und Phytoplanktonarten sowie CDOM Absorption der letzten Jahrzehnte zu erhalten.

Hochaufloesende interferometrische Fourier Transform Spektroskopie atmosphaerischer Gase

Es werden neue spektroskopische Verfahren entwickelt und auf atmosphaerische Gase (z. B. CO, NO, CO2, HF, CH4, CHX3, CHF2Cl und andere Freone) angewendet. Mit Hilfe unserer Analysen sind genaue Simulationen der atmosphaerischen Absorption dieser Gase im Infrarotbereich moeglich. Moegliche Anwendungen unserer Ergebnisse finden sich im Bereich Umweltanalytik durch Spektroskopie, Strahlungstransport in der Atmosphaere, etc.

Fernerkundung der bodennahen Atmosphaere und der Erdoberflaeche

Mit Methoden der Fernerkundung sollen physikalische Parameter erfasst werden, die in umweltrelevante Untersuchungen der bodennahen Atmosphaere und der Erdoberflaeche Eingang finden. Fuer flaechendeckende Untersuchungen sind Analysen von Satellitenszenen (z.B. von METEOSAT und NOAA) vorgesehen, wobei die Bestimmung von Oberflaechentemperaturen im Vordergrund steht. Mit Hilfe der dazu notwendigen Strahlungstransportmodelle soll ebenfalls versucht werden, Stoffkonzentrationen in der Atmosphaere zu erfassen. Bei den erdgebundenen Methoden liefert das DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) Stoffkonzentrationen in der Atmosphaere, die ueber eine Weglaenge von einigen Kilometern integriert sind. Fuer die Bestimmung der fuer den Schadstofftransport wichtigen Windgeschwindigkeiten werden sowohl akustische (Sound Detection and Ranging, SODAR) als auch optische Methoden (Szintillationsanemometrie) eingesetzt.

Forschungsschwerpunkt CHEMISCHE DYNAMIK UND SCHICKSAL VON VERUNREINIGUNGSSUBSTANZEN

Das Schicksal der stetig ansteigenden Zahl von chemischen Verbindungen in der Umwelt wird durch viele physikalische, chemische und biologische Prozesse bestimmt. Besonders wichtig sind Vorgaenge an den Grenzflaechen fluessig/gas und fluessig/fest. Die Gleichgewichte an diesen Grenzflaechen bestimmen die Randbedingungen fuer die Verteilung in Wasser, Luft, Boden und Organismen. Felduntersuchungen sollen systematische Daten ueber Vorkommen und Verteilung ausgewaehlter Substanzen liefern. Dateninterpretation mit Verteilungsgleichgewichten und Transportmodellen. Laboruntersuchungen und Literaturstudien zur Bestimmung resp. Beschaffung phys.-chem. Parameter (Verteilungskoeffizienten, Stoffaustauschkoeff., Ab- bzw. Adsorptions-/desorptionsgeschwindigkeitskoeff. etc). Untersuchung chemischer, photochemischer und biologischer Transformations- und Abbauprozesse.

Colored dissolved organic matter (CDOM) absorption coefficients in the sea-surface microlayer and the underlying water during a mesocosm phytoplankton bloom in 2023

The effects of a phytoplankton bloom and photobleaching on colored dissolved organic matter (CDOM) in the sea-surface microlayer (SML) and the underlying water (ULW) were studied in a month-long mesocosm study, in May and June of 2023, at the Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM) in Wilhelmshaven, Germany. The mesocosm study was conducted by the DFG research group BASS (Biogeochemical processes and Air–sea exchange in the Sea-Surface microlayer, Bibi et al., 2025) in the Sea Surface Facility (SURF) of the ICBM. The facility contains an 8 m × 1.5 m × 0.8 m large outdoor basin with a retractable roof, which was closed at night and during rain events. The basin was filled with North Sea water from the adjacent Jade Bay. Homogeneity of the ULW in the basin was achieved by constant mixing of the water column. The daily SML and ULW samples were collected alternating in the morning, about 1 h after sunrise, and in the afternoon, about 10 h after sunrise. The alternation of sampling times intended to capture a potential effect of sun-exposure duration on DOM transformations and elucidated the day and night variability of the layers. The SML was collected via glass plate sampling (Cunliffe and Wurl, 2014). The ULW was sampled via a submerged tube and a connected syringe suction system in 0.4 m depth. The removed sample volume was refilled with Jade Bay water every day. SML and ULW samples were filtered through pre-flushed 0.7 µm Whatman GF/F and 0.2 nucleopore filters into brown bottles and were stored dark and at 4 °C until measurement within weeks of the study. The brown bottles were previously combusted at 500 °C. CDOM was measured with three liquid waveguide capillary cells (LWCC, WPI, USA) of different pathlengths (10 cm, 50 cm, 250 cm) to increase the measurement sensitivity following the protocols of Röttgers et al. (2024) using a spectral detector (Avantes, Netherlands) for a total spectral range from 230 to 750 nm. A sodium chloride (NaCl) solution was used for the salinity correction. The blank-corrected absorbance spectra were then converted into Napierian absorption coefficients (Bricaud et al., 1981).

Reduzierung der Schadstoffabgabe mit PCP-haltigen Impraegniermitteln behandeltem Holz

Millionen von Wohn- und Arbeitsraeumen, Schulen, landwirtschaftlichen Gebaeuden etc. sind mit pentachlorphenolhaltigen Holzschutzmitteln oder Lasuren behandelt worden; die Halbwertzeit von PCP liegt bei 7 Jahren. Durch chemische Absorption, Verdampfen (Erwaermen), Abschleifen etc. koennten Schaeden gemindert oder aufgehoben werden.

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