Untersuchungen ueber die Verteilung von Spurenstoffen in der Atmosphaere werden im Institut fuer Chemie (ICH3) durchgefuehrt. Es erfolgt die Aufklaerung der Produktions- und Abbauprozesse und Modellrechnung zur Voraussage von Auswirkungen anthropogener Stoerungen. Folgende Themen werden schwerpunktmaessig bearbeitet: a) Entwicklung von Messverfahren fuer Radikale und Messungen in der Troposphaere und Stratosphaere mit folgenden Methoden: Laserresonanzfluoreszenz (fuer OH), vergleichende Absorptionsspektroskopie auf langen optischen Wegen (fuer OH), Matrix-Isolation und Elektronenspinresonanzspektroskopie (fuer HO2, NO2, RO2). b) Messung von langlebigen Spurengasen in der Atmosphaere mit gaschromatischen Methoden (z.B. CO, CH4, H2, N2O, CFCl3, CF2Cl2, CO2). c) Erarbeitung von chemischen und physikalisch-optischen Methoden zur Messung von kurzlebigen Spurengasen wie SO2, HNO3, NH4, CH2O, NO2 und Bestimmung ihrer Depositionsrate auf natuerliche bewachsene Boeden. d) Untersuchungen zum Isotopengehalt verschiedener Spurengase zur Aufklaerung ihres atmosphaerischen Kreislaufs (z.B. D in H2 und CH4, 13C in CO, CH4). Besondere Bedeutung hat die Messung von 14C im atmosphaerischen CO, weil sie Daten zur mitteleren globalen OH-Radikalkonzentration liefert. e) Entwicklung eines ein- und zweidimensionalen Modells zur Interpretation der Radikalmessungen, zur Untersuchung von Abbauprozessen in der Troposphaere und zur Voraussage der anthropogenen Stoerung der Ozonschicht.
Waldböden zeichnen sich u.a. durch ihre organische Auflage mit scharfen vertikalen Gradienten der Materialzusammensetzung und Morphologie aus. Der Aufbau der Humusauflage mit Übergang zum Mineralboden wird in der Boden- und Standortkartierung als Humusform klassifiziert. Die Humusform Moder im Buchenwald z.B. zeigt unter geschichteten Blattfragmenten unterschiedlichen Zersetzungsgrades eine Lage feinkrümeliger, stark humifizierte Reste der Aktivität der Bodenfauna über dem Mineralboden. Der innere Aufbau kontrolliert die Durchlässigkeit für Gase, Wasser und Nährstoffe zwischen der Atmosphäre und dem Mineralboden. Die Konnektivität der Humusauflage hat somit entscheidenden Einfluss auf die Stoffflüsse in Waldökosystemen aber die Datenverfügbarkeit dazu ist gering und Transferfunktionen kaum vorhanden. Auf den 12 Versuchsstandorten der Forschungsgruppe wollen wir mit einer innovativen mikrotopografisch-fotogrammetrischen Methode eine Brücke zwischen der Bestimmung der Humusform im Gelände und bodenphysikalischen Laboranalysen schlagen. Mit den hochaufgelösten digitalen Oberflächenmodellen können wir Dicke, zum Volumen und zur inneren Struktur der Lagen der Humusauflage präzise berechnen. Wir werden zwei Typen der mikrotopografischen Plots einrichten. Erstens, permanente 50*50 cm Plots zur wiederholten Oberflächenanalyse über 3 Jahre. Hier erhalten wir Daten zur saisonalen Volumen- und Oberflächendynamik. Zweitens 20*20 cm Plots, bei denen Oberflächenmodelle aller Lagen der Humusauflage durch sukzessives absammeln ermittelt werden. Durch Differenzbildung erhalten wir auch die genauen Volumina des Probematerials. Mit natürlich gelagerten Proben werden Wasserhaushaltsparameter, Ionen- und Gasdiffusivität im Labor gemessen. Außerdem werden Tiefenprofile der Konzentrationen von CO2, N2O, und CH4 bestimmt. Durch die Einbringung von Glasplatten mit Eisenoxidbeschichtung über einige Wochen werden vertikale Muster der reduktiven Mobilisierung erfasst. Beide Methoden erlauben eine ökologische Interpretation von bodenphysikalischen Eigenschaften im Hinblick auf Wasser- und Gashaushalt wie z.B. die Freisetzung von gelöstem organischem Kohlenstoff oder der Treibhausgasaustausch. Auf der Basis des Standes des Wissens und in enger Zusammenarbeit mit den Partnern der Forschungsgruppe wollen wir folgende Hypothesen testen: (1) Scharfe Übergänge zwischen den Lagen sowie grob strukturierte Element erzeugen kapillare Barrieren (2) In der Folge verringerter kapillarer Durchlässigkeiten enstehen starke saisonale Kontraste im Hinblick auf Wassersättigung und Belüftung (3) Der innere Aufbau der Humusauflage variiert saisonal mit entsprechenden Folgen für die Konnektivität. Diese Dynamik kann mit mikrotopografischen Methoden erfasst werden. (4) Humusauflagen geringer Konnektivität zeichnen sich durch kleinräumiges Auftreten von reduktiver Eisenmobilisierung aus, was zu Mobilisierung von gelöstem organischem Kohlenstoff und erhöhten N2O und CH4 Konzentrationen führt.
Angesichts der sich verschärfenden globalen Klimakrise besteht dringender Handlungsbedarf die Ursachen des Klimawandels zu bekämpfen und zu mindern. Da die Treibhausgasemissionen (THG-Emissionen) wesentlich zur globalen Erderwärmung beitragen, müssen sich alle Anstrengungen auf deren Vermeidung und Verminderung konzentrieren. Außerdem könnte die zusätzliche Bindung von Kohlenstoff (C) in Böden und Baumbiomasse/Holz ein wirksames Instrument für den Klimaschutz sein. Deutschland ist bestrebt, durch verschiedene Minderungsmaßnahmen bis 2045 Klimaneutralität zu erreichen. Es gibt bereits belastbare Hinweise, dass Agroforstsysteme (AFS) die N2O- und/oder CO2-Emissionen reduzieren und so den Carbonfootprint verringern können. Dies ist vor allem auf die Erhöhung der unter- und oberirdische Biomasse durch Anpflanzung von Gehölzen und Gehölzen und der dazugehörigen Vegetation zurückzuführen ist. Darüber hinaus werden die THG-Emissionen stark von den mikroklimatischen Bedingungen und dem Wasser- und Nährstoffkreislauf beeinflusst. AFS zeichnen sich insbesondere durch ein hohes Maß an kleinräumiger Heterogenität aus. Bislang gibt es jedoch keine systematischen Erkenntnisse über das quantitative THG-Reduktions- und C-Sequestrierungspotenzial von AFS und über deren räumlich-zeitliche Variabilität. Dies ist teilweise auf methodische Beschränkungen zurückzuführen, wenn es um umfassende Analysen des gesamten Systems geht, einschließlich der Kulturpflanzen- und Baumreihen. Daher konzentriert sich dieses Projekt auf umfassende Messungen der räumlich-zeitlichen Muster der THG-Emissionen und der C-Dynamik in AFS, um die zugrundeliegenden Prozesse und Treiber besser zu verstehen und zu ermitteln, wie AFS wirksam zur Verringerung der THG-Emissionen beitragen und möglicherweise die C-Sequestrierung in der gemäßigten Klimazone verbessern können. Die angewandten Messtechniken beinhalten: i) mikrometeorologische Sensornetzwerke, (ii) halbautomatische geschlossene Kammersysteme zur Bestimmung der tageszeitlichen CO2-, CH4-, N2O- und ET-Flüsse (enge Verknüpfung von SP1 und 2), iii) Isotopenansätze und iv) Methoden zur Bestimmung des Netto-Ökosystem-Kohlenstoffbudgets und Bodenkohlenstoff-Stabilisierungsmechanismen. Die gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen Parametern, die sich auf THG-Emissionen, Kohlenstoffdynamik und die Integration von Bäumen beziehen, werden untersucht, um Modellparameter für Upscaling und Szenarioanalysen abzuleiten. Um diese Ziele zu erreichen, werden im Projekt folgende Arbeitspakete behandelt: WP1) Einfluss von AFS auf die räumlich-zeitliche Dynamik der THG-Flüsse, WP2) Einfluss von AFS auf das C-Sequestrierungspotenzial und WP3) Interaktion von Kohlenstoff-, Stickstoff- und Wasserkreisläufen in AFS. Die Arbeiten finden an zwei verschiedenen Standorten (in Hessen, Gladbacherhof und in Brandenburg, Großmutz) statt, um die wissenschaftlichen Erkenntnisse unter verschiedenen pedoklimatischen Bedingungen zu bewerten und zu validieren.
In recent years science has taken an increased interest in mineralization processes in tropical soils in particular under minimal tillage operations. Plant litter quality and management strongly affect mineralization-nitrification processes in soil and hence the fate of nitrogen in ecosystems and the environment. Plant secondary metabolites like lignin and polyphenols are poorly degradable and interact with proteins (protein binding capacity) and hence protect them from microbial attack. Nitrification, a microbiological process, directly and indirectly influences the efficiency of recovery of N in the vegetation as well as the loss of N (through denitrification and leaching) causing environmental pollution to water bodies and contributes to global warming (e.g. the greenhouse gas N2O is emitted as a by-product of nitrification and denitrification). Nitrifiers comprise a relatively narrow species diversity (at least as known to date) and are generally thought to be sensitive to low soil pH and stress. Despite these properties nitrification occurs in acid tropical soils with high levels of aluminium and manganese. Thus the main objective of the project will be the identification of micro-organisms and mechanisms responsible for mineralization-nitrification processes in acid tropical soils and the influence of long-term litter input of different chemical qualities and minimal tillage options. The project will include the use of stable isotopes (15N, 13C), mass spectrometry, gas chromatography (CO2, N2O), biochemical methods (PLFA) and molecular biology (16s rRNA., PCR, DGGE)
Im Zusammenhang mit der Reinigung von durch Kohlenwasserstoffe bzw. Stickoxide belasteten Abgasen ist der Einsatz von Halbleitern, wie z.B. TiO2, als Photokatalysatoren vor allem deshalb interessant, weil die Verbrennungs- bzw. Reduktionsreaktionen bei Raumtemperatur ablaufen können. Die praktische Anwendung ist allerdings durch die bisher erreichten, noch zu geringen Katalysatoraktivitäten begrenzt. Im Rahmen des Projektes sollen der Einfluss von Lichtwellenlänge, Lichtintensität und Kristallitgröße auf Geschwindigkeit und Selektivität (z.B. NO2, NO, N2O, N2) der Umsetzung untersucht werden. Es umfasst die Katalyse aus Sicht der Technischen Chemie und das Problem der Herstellung und Charakterisierung nanokristalliner, d.h. grenzflächendominierter Materialien aus Sicht der Festkörper Physikochemie. Ziel dieser Zusammenarbeit ist es vor allem, am Beispiel ausgewählter Reaktionen die Einflüsse der Eigenschaften des Katalysatormaterials auf den Ablauf von mit Photohalbleitern katalysierten Gasreaktionen herauszuarbeiten und in einem Modell zusammenzuführen.
Bisherige Ansätze zu Modellierung von Lachgasemissionen haben noch zu keinen zufriedenstellenden Ergebnissen geführt bzw. die Validierung von Modellen steht noch aus, da u.a. die Bestimmung der Gasdiffusion im Oberboden sowie der Gasübergang in Atmosphäre schwierig bestimmbar ist. Wir stellen für diesen Schritt einen empirischen Modellansatz zur Vorhersage von Lachgasemissionen aus oberflächennahen N2O-Gehalten des Bodens vor, der im Rahmen des Projektes zu einer allgemeinen Anwendbarkeit weiterentwickelt werden soll. Hierbei werden über empirische Transferfaktoren, die in Abhängigkeit von Bodenart, Wassergehalt und Temperatur ermittelt werden, die Emissionen aus Gasgehalten im Boden berechnet. Zur einfachen Bestimmung des N2O-Gehaltes im Oberboden steht ein in unserem Hause entwickeltes neuartiges Bodenprobenahmegerät zur Verfügung. Die Einfachheit der Probenahme und gleichzeitige Erfassung von Gas im Boden sowie den steuernden Größen Nmin und DOC, erlaubt zudem ein Monitoring der Spurengasemissionen auf regionaler Ebene sowie die Validierung bestehender Modelle.
Hintergrund: Kommunale Kläranlagen (KA) emittieren in den verschiedenen Verfahrensstufen Treibhausgase (THG). Die im Rahmen der UNFCCC-Klimaschutzberichterstattung (KB) zu erfassenden Gase sind CH4 und N2O. Neue regionale Untersuchungen (NRW) zeigen, dass diese Emissionen bei KA höher sind, als bisher angenommen. Es werden aber auch Schwachpunkte der Methodik durch die neuen Untersuchungen aufgezeigt. Ziel: Stärkung und Absicherung von Methodik und Ausbau der Datenbasis für die Umsetzung in der Emissionsberichterstattung zur Qualitätsverbesserung des Inventares. Reduktion der Emissionen durch abzuleitende Maßnahmen. Methodenvalidierung: Open-Path-FTIR-Spektroskopie hat den Vorteil, über eine spezifische Messstrecke gemittelte Ergebnisse zu ermitteln. Andere Verfahren messen nur punktuell und sind nicht an allen Verfahrensstufen anwendbar. Durch praktisch durchzuführende Messungen ist Methode mit weiteren zu wählende Alternativmethoden und Literaturdaten zu vergleichen (Plausibilität/Validität). Ausbau der Datenbasis: Repräsentative und Vergleichbare Messungen von CH4, N2O und NH3. Anhand der Messergebnisse sind Emissionsfaktoren für KA abzuleiten und mit vorhandenen Untersuchungen bzw. Veröffentlichungen zu vergleichen. Reduktionsmaßnahmen: Aufführung und Bewertung von Maßnahmen zur Reduktion der THG, sowie Abschätzung der Auswirkungen auf die zu berichtenden Emissionen bis zum Jahr 2050. Betrachtung von technischen und Managementmaßnahmen (z.B. Betriebsführung der Anlage). Gesamtbilanzielle Betrachtung hinsichtlich der tatsächlichen Verringerung der Treibhausgase (z.B. auch Emissionen aus Energiemehrverbrauch, Umbau/Produktion von Anlagenteilen). Es ist eine Priorisierung der abgeleiteten Maßnahmen anhand der Parameter Durchführbarkeit (zeitlicher Aufwand, Kosten, etc.) und Reduktion der THG-Emissionen vorzunehmen. Offene Forschungsfragen sollen bezüglich der Maßnahmen, aber auch der Messmethodik, abgeleitet und benannt werden.
Offene Verbrennung von Pflanzenmaterial verschiedener Herkunft. Dabei Messung von Temperatur, Flussrate, Gewichtsverlust und Spurengaskonzentrationen im Abgas. Gemessene Spurengase: CO, CO2, CH4, C2-C10-Kohlenwasserstoffe, NO, N2O, NH3, HCN, CH3CN, SO2, H2S, CS2, COS.
Ziel des Vorhabens ist die Transformation der Bewirtschaftung von entwässerten, landwirtschaftlich genutzten Niedermoorböden hin zu einer klimaschonenden, moorbodenkonservierenden Nassbewirtschaftung durch den Anbau von Rohrkolben. Hierzu soll in zwei Modellregionen mit unterschiedlicher landwirtschaftlicher Struktur (Emsland und Cuxhaven) die großflächige, qualitätsoptimierte Erzeugung von Rohrkolben (Typha angustifolia und Typha latifolia) und die Verwertung der Biomasse als Baustoff und als Gartenbausubstrat (Torfersatz) entwickelt, demonstriert und für die Vermarktung vorbereitet werden. Das Teilvorhaben des Thünen-Instituts befasst sich mit dem Treibhausgasaustausch und dem Wasserhaushalt der Paludikulturen sowie intensiv landwirtschaftlich genutzter Referenzstandorte. Dabei kommt für die Messung des Austauschs von Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) der Paludikulturen die Eddy-Kovarianz-Methode zum Einsatz, während an den Referenzstandorten CO2 mittels Eddy-Kovarianz und CH4 sowie Lachgas manuell mit Hauben gemessen werden. Daneben werden Steuerfaktoren wie Wasserstände und Nährstoffgehalte des Torfs sowie Änderungen der Geländehöhen erfasst. Insbesondere die erstmalige Messung von CH4-Emissionen mit der Eddy-Kovarianz-Methode werden zum Verständnis des vieldiskutierten, aber bisher wenig untersuchten Emissionsverhaltens von Typha-Paludikulturen beitragen und die Quantifizierung der Emissionsminderung durch diese Paludikulturen ermöglichen. Die Erfassung der Wasserhaushaltsgrößen erfolgt über die Messung oberirdischer Komponenten sowie eine Modellierung des Grundwasserzustroms. Die entsprechenden Ergebnisse werden Erkenntnisse zum Wasserbedarf von Typha-Paludikulturen liefern sowie zur Berechnung von Ein- und Austrägen gelöster Stoffe (Nährstoffe, gelöster organischer Kohlenstoff) genutzt werden.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 928 |
| Europa | 43 |
| Global | 1 |
| Kommune | 7 |
| Land | 105 |
| Weitere | 35 |
| Wissenschaft | 371 |
| Zivilgesellschaft | 26 |
| Type | Count |
|---|---|
| Chemische Verbindung | 9 |
| Daten und Messstellen | 32 |
| Ereignis | 2 |
| Förderprogramm | 749 |
| Gesetzestext | 8 |
| Kartendienst | 1 |
| Text | 187 |
| unbekannt | 62 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 194 |
| Offen | 783 |
| Unbekannt | 64 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 935 |
| Englisch | 265 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 58 |
| Bild | 8 |
| Datei | 91 |
| Dokument | 138 |
| Keine | 650 |
| Multimedia | 1 |
| Unbekannt | 1 |
| Webdienst | 13 |
| Webseite | 281 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 1041 |
| Lebewesen und Lebensräume | 1041 |
| Luft | 1041 |
| Mensch und Umwelt | 1041 |
| Wasser | 1041 |
| Weitere | 1041 |