Die Verwitterung von Gesteinen, die Bodenbildung und die Sedimentbildung beinhalten u.a. die Struktur, Morphologie und den Chemismus von Phyllosilikaten (Tonmineralen), Oxiden und Oxidhydroxiden des Fe, des Mn und anderer Elemente. Durch Laborversuche an synthetischen FeOOH und MnO2 werden deren Reaktionen und Bildungsbedingungen naeher ermittelt und beschrieben.
<p>Hochwirksame Staubminderungsmaßnahmen und die Stilllegung veralteter Produktionsstätten in den neuen Bundesländern führten seit 1990 zu einer erheblichen Minderung der verbrennungsbedingten Schwermetall-Emissionen.</p><p>Entwicklung seit 1990</p><p>Die Emissionen der wichtigsten Schwermetalle (Cadmium, Blei und Quecksilber) sanken seit 1990 deutlich. Die Werte zeigen überwiegend Reduktionen von über 60 bis über 90 %. Der Großteil der hier betrachteten Reduktion erfolgte dabei in den frühen 1990-er Jahren, wobei wesentliche Reduktionen auch schon vor 1990 stattfanden. Vor allem die dabei angewandten hochwirksamen Staub- und Schwefeldioxid (SO2) -Minderungsmaßnahmen führten zu einer erheblichen Verringerung der Schwermetallemissionen zunächst in den alten und, nach der Wiedervereinigung, auch in den neuen Ländern, einhergehend mit Stilllegungen veralteter Produktionsstätten. In den letzten Jahren sieht man, bis auf wenige Ausnahmen, kaum weitere Verringerungen der Schwermetall-Emissionen (siehe Abb. und Tab. „Entwicklung der Schwermetall-Emissionen“).</p><p>Während die Blei-Emissionen bis zum endgültigen Verbot von verbleitem Benzin im Jahre 1997 rapide zurückgingen, folgten Zink, Kupfer und Selen im Wesentlichen der Entwicklung der Fahrleistungen im Verkehrssektor, die im langfristigen Trend seit 1990 anstieg.</p><p>Herkunft der Schwermetall-Emissionen</p><p>Schwermetalle finden sich – in unterschiedlichem Umfang – in den staub- und gasförmigen Emissionen fast aller Verbrennungs- und vieler Produktionsprozesse. Die in den Einsatzstoffen teils als Spurenelemente, teils als Hauptbestandteile enthaltenen Schwermetalle werden staubförmig oder gasförmig emittiert. Die Gesamtstaubemissionen aus diesen Quellen bestehen zwar in der Regel überwiegend aus relativ ungefährlichen Oxiden, Sulfaten und Karbonaten von Aluminium, Eisen, Kalzium, Silizium und Magnesium; durch toxische Inhaltsstoffe wie Cadmium, Blei oder Quecksilber können diese Emissionen jedoch ein hohes Gefährdungspotenzial erreichen.</p><p>Verursacher</p><p>Die wichtigste Quelle der meisten Schwermetalle ist der Brennstoffeinsatz im Energie-Bereich. Bei <em>Arsen, Quecksilber </em>und <em>Nickel</em> hat die Energiewirtschaft den größten Anteil, gefolgt von den prozessbedingten Emissionen der Industrie, vor allem aus der Herstellung von Metallen. <em>Cadmium</em> stammt sogar größtenteils aus der Metall-Herstellung. <em>Blei-, Chrom-, Kupfer- und Zink-</em>Emissionen werden überwiegend durch den Abrieb von Bremsen und Reifen im Verkehrsbereich beeinflusst: die Trends korrelieren hier direkt mit der jährlichen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/f?tag=Fahrleistung#alphabar">Fahrleistung</a>. <em>Selen</em> hingegen stammt hauptsächlich aus der Mineralischen Industrie, gefolgt von den stationären und mobilen Quellen der Kategorie Energie. Andere Quellen müssen noch untersucht werden, es wird jedoch erwartet, dass sie die Gesamtentwicklung kaum beeinflussen.</p><p>Verpflichtungen</p><p>Das 1998er <a href="http://www.unece.org/env/lrtap/hm_h1.html">Aarhus Protokoll über Schwermetalle</a> unter dem CLRTAP ist Ende 2003 in Kraft getreten. Es wurde im Dezember 2012 revidiert und an den Stand der Technik angepasst. Es zielt auf drei besonders schädliche Metalle ab: Cadmium, Blei und Quecksilber. Laut einer der grundlegenden Verpflichtungen muss Deutschland seine Emissionen für diese drei Metalle unter das Niveau von 1990 reduzieren. Das Protokoll betrachtet die Emissionen aus industriellen Quellen (zum Beispiel Eisen- und Stahlindustrie, NE-Metall-Industrie), Verbrennungsprozessen (Stromerzeugung, Straßenverkehr) und aus Müllverbrennungsanlagen. Es definiert Grenzwerte für Emissionen aus stationären Quellen (zum Beispiel Kraftwerken) und verlangt die besten verfügbaren Techniken (BVT) für diese Quellen zu nutzen, etwa spezielle Filter oder Wäscher für die stationäre Verbrennung oder Quecksilber-freie Herstellungsprozesse. Das Protokoll verpflichtet die Vertragsparteien weiterhin zur Abschaffung von verbleitem Benzin. Es führt auch Maßnahmen zur Senkung von Schwermetall-Emissionen aus Produkten auf (zum Beispiel Quecksilber in Batterien) und schlägt Management-Maßnahmen für andere quecksilberhaltige Produkte wie elektrische Komponenten (Thermostate, Schalter), Messgeräte (Thermometer, Manometer, Barometer), Leuchtstofflampen, Amalgam, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Pestizide#alphabar">Pestizide</a> und Farben vor.</p><p>Viele dieser Maßnahmen wurden in Deutschland jedoch schon deutlich früher umgesetzt, so dass bereits in den frühen 90er Jahren deutliche Reduktionen der wichtigen Schwermetalle zu verzeichnen sind.</p>
Nutrient and water supply for organisms in soil is strongly affected by the physical and physico-chemical properties of the microenvironment, i.e. pore space topology (pore size, tortuosity, connectivity) and pore surface properties (surface charge, surface energy). Spatial decoupling of biological processes through the physical (spatial) separation of SOM, microorganisms and extracellular enzyme activity is apparently one of the most important factors leading to the protection and stabilization of soil organic matter (SOM) in subsoils. However, it is largely unknown, if physical constraints can explain the very low turnover rates of organic carbon in subsoils. Hence, the objective of P4 is to combine the information from the physical structure of the soil (local bulk density, macropore structure, aggregation, texture gradients) with surface properties of particles or aggregate surfaces to obtain a comprehensive set of physical important parameters. It is the goal to determine how relevant these physical factors in the subsoil are to enforce the hydraulic heterogeneity of the subsoil flow system during wetting and drying. Our hypothesis is that increasing water repellency enforces the moisture pattern heterogeneity caused already by geometrical factors. Pore space heterogeneity will be assessed by the bulk density patterns via x-ray radiography. Local pattern of soil moisture is evaluated by the difference of X-ray signals of dry and wet soil (project partner H.J. Vogel, UFZ Halle). With the innovative combination of three methods (high resolution X-ray radiography, small scale contact angle mapping, both applied to a flow cell shaped sample with undisturbed soil) it will be determined if the impact of water repellency leads to an increase in the hydraulic flow field heterogeneity of the unsaturated sample, i.e. during infiltration events and the following redistribution phase. An interdisciplinary cooperation within the research program is the important link which is realized by using the same flow cell samples to match the spatial patterns of physical, chemical, and biological factors in undisturbed subsoil. This cooperation with respect to spatial pattern analysis will include the analysis of enzyme activities within and outside of flow paths and the spatial distribution of key soil properties (texture, organic carbon, iron oxide content) evaluated by IR mapping. To study dissolved organic matter (DOM) sorption in soils of varying mineral composition and the selective association of DOM with mineral surfaces in context with recognized flow field pattern, we will conduct a central DOM leaching experiment and the coating of iron oxides which are placed inside the flow cell during percolation with marked DOM solution. Overall objective is to elucidate if spatial separation of degrading organisms and enzymes from the substrates may be interconnected with defined physical features of the soil matrix thus explaining subsoil SOM stability and -dynami
Existing models of soil organic matter (SOM) formation consider plant material as the main source of SOM. Recent results from nuclear magnetic resonance analyses of SOM and from own incubation studies, however, show that microbial residues also contribute to a large extent to SOM formation. Scanning electron microscopy showed that the soil mineral sur-faces are covered by numerous small patchy fragments (100 - 500 nm) deriving from microbial cell wall residues. We will study the formation and fate of these patchy fragments as continuously produced interfaces in artificial soil systems (quartz, montmorillonite, iron oxides, bacteria and carbon sources). We will quantify the relative contributions of different types of soil organisms to patchy fragment formation and elucidate the effect of redox con-ditions and iron mineralogy on the formation and turnover of patchy fragments. The develop-ment of patchy fragments during pedogenesis will be followed by studying soil samples from a chronosequence in the forefield of the retreating Damma glacier. We will characterize chemical and physical properties of the patchy fragments by nanothermal analysis and microscale condensation experiments in an environmental scanning electron microscope. The results will help understanding the processes at and characteristics of biogeochemical interfaces.
Aminopolyphosphonate (APPs) sind starke Komplexbildner für Metalle, die zunehmend in der Industrie und im Haushalt eingesetzt werden. Sie sind gut wasserlöslich, nicht flüchtig und besitzen eine geringe Affinität zu organischen Phasen. Dennoch scheint in Kläranlagen die Sorption an Klärschlamm ein wichtiger Eliminierungssprozess zu sein. Die Polyphosphonat-Konzentrationen in deutschen Flüssen liegen derzeit im ng L-1- bis niedrigen µg L-1 Bereich. Es wird jedoch ein Anstieg der Polyphosphonat-Konzentrationen aufgrund einer erhöhten Produktion und Nutzung vorhergesagt. Das Umweltverhalten dieser Substanzen kann derzeit jedoch nicht zuverlässig abgeschätzt werden, was in erster Linie auf Wissenslücken bezüglich der Bedeutung von Sorptions- und Abbauprozessen für die Gesamtentfernung von APPs in natürlichen und technischen Systemen zurückzuführen ist. Darüber hinaus sind die Reaktionsmechanismen und -wege von AAPs nicht vollständig identifiziert. Dies erschwert sowohl die Vorhersage der Auswirkungen von Umweltparametern auf den Verbleib von APPs als auch die Entwicklung von Verfahren zur effizienten Entfernung in technischen Systemen. Ziel der vorgeschlagenen Forschung ist es daher, Sorbentien, Reaktanten und Umweltbedingungen zu identifizieren, die die Entfernung von APPs aus natürlichen Gewässern und in der Wasseraufbereitung begünstigen. Wir schlagen vor, die Auswirkungen wichtiger Umweltparameter (z.B. pH-Wert, Komplexbildung) auf Sorptions- und Abbausprozesse von APPs in sorgfältig konzipierten Laborexperimenten an zwei Vertretern dieser Substanzklasse zu untersuchen: ATMP (Amino-tris(methylenphosphonsäure) und EDTMP (Ethylendiamin-tetra¬(methylenphosphonsäure). Durch die Kombination von Isotopenanalyik und hochauflösender Massenspektrometrie unter Einbeziehung weiterer moderner Verfahren sollen die wichtigsten Sorptions- und Abbauprozesse sowie die Umwandlungsprodukte von APPs identifiziert werden. Die vorgeschlagenen Forschungsarbeiten umfasse drei Teilbereiche. Zunächst soll die Sorption von APPs an Eisen(hydr-)oxiden, Tonmineralen und Aktivkohle/Biokohle untersucht und die potenziellen Isotopenfraktionierungseffekte aufgrund der Sorption quantifiziert werden. Dann werden wir uns mit den natürlichen Umwandlungsprozessen von AAPs befassen, wobei der Schwerpunkt auf der Oxidation durch Manganoxide und der direkten Photolyse von APP-Fe(III)-Komplexen liegt. Schließlich werden AAP-Abbauprozesse in technischen Systemen wie Ozonolyse und elektrochemischen Oxidation untersucht.
Dieses Projekt trägt zu Forschungsfragen der IODP Expedition 370: T-Limit of the Deep Biosphere off Muroto bei. Die Temperatur an Site C0023 (Nankai Trog, Japan) steigt bis 1.2 km Tiefe auf ca. 120 Grad C an - das Maximum dessen, was potentiell von Mikroorganismen toleriert werden kann. Nährstoffarme tiefe Sedimente werden wahrscheinlich bei 80-90 Grad C sterilisiert. Ziel der Expedition war es, herauszufinden, wie und gesteuert durch welche Faktoren sich die Mikroorganismen-Vergesellschaftung mit der Tiefe ändert und wo Leben erlischt. Teil des wissenschaftlichen Programms ist die Untersuchung mikrobiell nutzbarer Substrate und eindeutiger geochemischer und mikrobieller Signaturen, die eine Identifizierung von biotischem und abiotischem Bereich bzw. dessen Übergang ermöglichen. Es wurden hochauflösende und präzise Porenwasserdaten gewonnen, die Reaktionsfronten, potentielle mikrobielle Aktivität und hydrothermale Überprägung anzeigen. Ein Teil der Sedimente ist Methan- und Sulfat-frei. Mikrobielle Aktivität hängt also von anderen Elektonenakzeptoren als Sulfat ab. Aktuelle Studien zeigen, dass die klassische Redoxkaskade durch Fe- und Mn-Reduktion in methanführenden Sedimenten ergänzt werden muss und, dass biogeochemische Prozesse in natürlichen Systemen stärker durch Mineralogie als durch eine strikte Abfolge von Reaktionen, die sich aus theoretischen Berechnungen ergibt, bestimmt sind. Fe(III)-Reduktion ist eine der ältesten Formen der mikrobiellen Respiration. Eisenreduzierer können unter hohen T- und Druckbedingungen wachsen, was nahelegt, dass diese einen Großteil der tiefen Biosphäre ausmachen. Fe- und Mn wird in Sedimenten von Lokation C0023 freigesetzt. Durch sequentielle Extraktionen soll aufgezeigt werden, welche Fe- und Mn-Phasen als Elektronenakzeptoren verfügbar sind und wie stark primäre Minerale diagenetisch überprägt wurden. Von besonderem Interesse sind Aschelagen, die an anderer Stelle bereits als Hotspots für mikrobielles Leben identifiziert wurden. Diese sind zahlreich in C0023 Sedimenten und typischerweise reich an Fe und Mn. Mikrobielle Fe-Reduktion führt zu einer Anreicherung von 54Fe im Porenwasser und sich daraus bildenden authigenen Mineralen (z.B. Siderit, Magnetit). Dementgegen führen abiotische Reaktionen mit Sulfid zu einer Anreicherung von 56Fe in der gelösten Phase. Stabile Fe-Isotope von gelöstem Fe2+ und reaktivem Fe in der Festphase sollen genutzt werden, um biologische und abiotische Fe-Reduktion zu unterscheiden. Die d56Fe Signatur wird an Karbonat-gebundenem Fe, der Ferrihydrit+Lepidkrokit-Fraktion, Goethit+Hämatit sowie Magnetit gemessen. Weiterhin soll das Ausmaß der Sulfidisierung, die Auswirkungen auf die Interpretation von Daten zu magnetischen Eigenschaften hat, durch sequentielle Extraktion von Fe-Monosulfiden und Pyrit erfasst werden. Ziel des Projekts ist es, die Rolle von Eisenoxiden für mikrobielle Respiration und entsprechende diagenetische Alterationen in tiefen Sedimenten von Site C0023 zu erfa
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 175 |
| Land | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Chemische Verbindung | 13 |
| Förderprogramm | 159 |
| Gesetzestext | 9 |
| Text | 6 |
| Umweltprüfung | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 19 |
| offen | 160 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 165 |
| Englisch | 32 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 2 |
| Keine | 117 |
| Webseite | 60 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 145 |
| Lebewesen und Lebensräume | 123 |
| Luft | 113 |
| Mensch und Umwelt | 179 |
| Wasser | 112 |
| Weitere | 162 |