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Charakterisierung der mit Natriumpyrophosphat löslichen, schwer abbaubaren organischen Bodensubstanz mittels FT-IR

Zusammensetzung und Menge der organischen Bodensubstanz (OBS) werden durch die Landnutzungsform beeinflußt. Die OBS läßt sich nach ihrer Abbaubarkeit und nach ihrer Löslichkeit in verschiedene Pools einteilen. So kann die wasserlösliche organische Bodensubstanz (DOM) als Maßzahl für die abbaubare OBS herangezogen werden. Mit Natriumpyrophosphat-Lösung als Extraktionsmittel läßt sich ein weit größerer Anteil der OBS erfassen, da der stabilisierende Bindungsfaktor zwischen OBS und Bodenmineralen entfernt wird. Extrahiert man zuerst mit Wasser und anschließend mit Natriumpyrophosphat-Lösung, erhält man im letzten Schritt den schwer abbaubaren OBS-Anteil. Über die funktionelle Zusammensetzung der organischen Substanz dieser Pools und deren Abhängigkeit von Landnutzungsformen ist relativ wenig bekannt. Ziel der geplanten Untersuchung ist es, den Pool der löslichen abbaubaren und schwer abbaubaren OBS zu quantifizieren und deren funktionelle Zusammensetzung mittels FT-IR Spektroskopie zu erfassen. Die so gewonnenen Daten sollen der Validierung von Kohlenstoffumsatz-Modellen (z.B. Roth 23.6) dienen und die im Modell berechneten Pools um einen qualitativen Term ergänzen

Sonderforschungsbereich Transregio 32 (SFB TRR): Muster und Strukturen in Boden-Pflanzen-Atmosphären-Systemen: Erfassung, Modellierung und Datenassimilation; Patterns in Soil-Vegetation-Atmosphere Systems: Monitoring, Modelling and Data Assimilation, Teilprojekt B03: Raumzeitliche Muster von Q(10)-Werten zur verbesserten Modellierung der heterotrophen Bodenrespiration

Das Community Land Model (CLM) als Modul von TerrSysMP unterstellt bei der heterotrophen Bodenatmung eine einheitliche Temperaturabhängigkeit. Unsere Studien deuten jedoch eine je nach Randbedingungen (Textur, Porosität, Feuchte, Nährstoffstatus) variable Temperaturabhängigkeit an. Der Einfluss dieser Randbedingungen soll daher in Abhängigkeit von Landnutzung und Bodentyp klassifiziert und in das CLM implementiert werden. Unter Einsatz von nah- und fernerkundlicher Sensorik sowie Mid-Infrarotspektroskopie und Bodeninkubationen in unserem RESPICOND-System werden wir diese Fragestellung für ausgewählte Ausschnitte des Rur-Einzugsgebietes überprüfen.

Entwicklung eines prozessintegrationsfähigen Messgerätes zur Inline-Analyse von Lithium-Ionen Elektrolyt-Lösungen in der Produktionslinie von Batterien, Teilprojekt: Entwicklung einer Durchflussküvette mit automatisiert variierbarer Schichtdickeneinstellung

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Untersuchung der Auswirkungen von Zirren in hohen Breiten auf die chemische Zusammensetzung der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre

Die Auswirkungen von Zirrus-Wolken auf die chemische Zusammensetzung der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre sind ein nur mit großen Unsicherheiten bekannter Faktor im globalen Klimawandel. Die Nukleation und das Wachstum von Eispartikeln in Zirren können die vertikale Umverteilung des wichtigsten Treibhausgases Wasserdampf (H2O) bewirken. Weiterhin sind Eispartikel in Zirren in der Lage, Salpetersäure (HNO3) und weitere Verbindungen aufzunehmen und vertikal umzuverteilen. Genaue Simulationen von Zirren und deren Auswirkungen auf die chemische Zusammensetzung der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre stellen eine Herausforderung für numerische Wettervorhersagemodelle und Chemie-Klima-Modelle dar. In dem vorgestellten Projekt sollen mittels Messungen des GLORIA-Spektrometers während der HALO-Mission (High Altitude and LOng range research aircraft) POLSTRACC/GW-LCYCLE/SALSA und Modell-Simulationen die Auswirkungen von Zirren auf die chemische Zusammensetzung der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre in hohen Breiten untersucht werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Zirrus Wolken in der extratropsichen Tropopausen- und unteren Stratosphären-Region

Große Unsicherheiten in der Klimavorhersage gehen auf den derzeitig eingeschränkten Wissensstand bezüglich Zirruswolken zurück. Dies unterstreicht die Bedeutung von mehr quantitativen Information durch Beobachtungen von Zirruswolken und gilt insbesondere für Zirren in der Tropopausen-Region, wo diese eine große Wärmewirkung im Vergleich zu darunter liegenden und optisch dickeren Zirren haben und nur sehr eingeschränkte Informationen vorliegen. Bodengestützte LIDAR-Beobachtungen und satellitengestützten IR Limb Messungen zeigen zudem eine neue Klasse von Zirruswolken in der sogenannten Lowermost Stratosphere (LMS). Dieser Wolkentyp ist bisher nicht gut durch Messungen charakterisiert und ist insbesondere in globalen Klimamodell-Studien noch nicht berücksichtigt. Die vorgeschlagenen Studie CiTroS steht für Cirrus cloud in the extratropical tropopause and LMS region und beschäftigt sich mit exakt diesen Wolken anhand von Messungen, die während der vorgeschlagenen WISE Kampagne des Forschungsflugzeugs HALO im September/Oktober 2017 stattfinden sollen. Besonderer Schwerpunkt der vorliegenden Studie soll auf der Analyse und Auswertung der Wolkenmessungen der neuartigen GLORIA Instruments liegen. Durch die Imaging Technik und der Schwenkvorrichtung von GLORIA ist es möglich tomographische Messungen von Luftvoluminna im Wellenlängenbereich 780 bis 1400 cm-1 durchzuführen, die eine dreidimensionale Rekonstruktion der beobachteten Wolkenstrukturen ermöglichen. IR Limb Sounder zeichnen sich durch eine extrem hohe Empfindlichkeit zur Messung optisch dünnen Zirruswolken aus, die in der langen optischen Pfadintegration begründet ist. Die Kombination von GLORIA mit dem LIDAR Instrument WALES erlaubt eine der empfindlichsten Fernerkundungsmessungen zur Charakterisierung von mikro- und makrophysikalischen Eigenschaften von Zirruswolken. Zusammen mit den in-situ-Messung für Wasserdampf und Eiswassergehalt eignet sich Nutzlast der HALO-WISE Kampagne hervorragend für Vermessung von Wolken in der LMS. Ein größerer Teil der Studie ist für die Entwicklung neuer Analysetechniken für die Auswertung der neuartigen IR-Imager GLORIA Messungen von Zirren vorgesehen. Die tomographischen Messungen werden es erstmalig ermöglichen mikrophysikalische Eigenschaften wie Eis Wassergehalt oder Partikelradius aus IR Limb-Messungen abzuleiten. Simulationen und Vorhersagen des Chemical Lagrangian Model for the Stratosphere (CLaMS) stehen nach der Kampagne für detaillierte Studien zur Verfügung. Diese sollen gezielt genutzt werden um die meso- und synoptisch-skaligen dynamischen Prozesse, die die Bildung von Zirren bei mittleren und hohen Breiten möglicherweise verantworten, zu untersuchen. Das neu entwickelte CLaMS-Ice-Modul mit einen mikrophysikalische zwei-Momenten-Schema mit den wichtigsten Bildungsprozessen von Zirren, wird im Anschluss für detaillierte Fallstudien zur Entstehung und Entwicklung der beobachteten Zirruswolken genutzt.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Rekonstruktion der Entwicklung des Bengal Fächers mittels sedimentphysikalischer Eigenschaften (ReconFan)

Das Projekt ReconFan basiert auf meinen vorangegangenen Arbeiten und Veröffentlichungen zu den verschiedenen Ablagerungsräumen des Bengal Fächers und den Wissenslücken, die sich daraus ergeben. Der Fokus liegt bei den während der IODP Expedition 354 gewonnenen sedimentphysikalischen und optischen Daten. Die generellen Ziele sind (i) die Geschichte der Wechsellagerungen von turbiditischen und hemipelagischen Sedimenten des Bengal Fächers als Ergebnis der Interaktion von Erosion des Himalaya und der Entwicklung des Asiatischen Monsuns zu entschlüsseln, (ii) eine hochauflösende Alterskontrolle mittels orbitalem Tuning, Biomagnetostratigraphie und der Identifizierung von Aschelagen zur Verfügung zu stellen, und (iii) die Resonanz auf die Klima- und Monsunsteuerung in unterschiedlichen Zeitskalen zu studieren. Die Ziele wurden bereits teilweise erreicht innerhalb der derzeitigen Finanzierung. Es wurden drei Manuskripte erstellt: eines davon befindet sich in der Begutachtung, ein weiteres ist bereit zur Einreichung und ein drittes ist fast fertig. Während der Verlängerungsphase sollen laufende Untersuchungen abgeschlossen und bisher noch nicht eingesetzte, neue Methoden verwendet werden. Es sollen so mindestens zwei neue Publikationen als Erstautor entstehen. Für die Pleistozänen Abschnitte wurden Altersmodelle, basierend auf orbitalem Tuning und Spektralanalysen, für alle Bohrkerne der IODP-Expedition 354 unter Zuhilfenahme von Paläomagnetik und Biostratigraphie erstellt. Weiterhin wurde die Fourier-transformierte Infrarotspektroskopie eingesetzt, um die Gesamtgeochemie zu bestimmen. Diese Arbeiten sollen nun auf Plio-Miozäne Kernabschnitte ausgedehnt werden. Vor allem sollen sedimentphysikalische (Feuchtraumdichte, Kompressionsschallwellen-Geschwindigkeit und magnetische Suszeptibilität) und sedimentoptische (LaCie-Farben L*, a*, b*) Eigenschaften genutzt werden, um eine Fazieszuordnung treffen zu können, d. h. mittels geochemischer Kalibrierung die relativen Anteile der drei Hauptsedimentkomponenten Detritus, biogenes Karbonat und biogener Opal, zu bestimmen. Weiterhin soll eine neue Methode, der sogenannten Q4/7 Analyse, genutzt werden, um zu testen, ob die Faziesvariationen mittels geochemischer Eigenschaften unterschieden werden können. Weiterhin werden, basierend auf Korngrößenanalysen, die relativen Anteile von Sand, Silt und Ton für die detritische Fraktion bestimmt, um hochauflösende Sedimentbudgets für Turbidite erstellen zu können. Die ultimativen Ziele der Untersuchungen liegen darin, wichtige Informationen zur Entschlüsselung der Erosionsgeschichte, den damit verbundenen fluviatilen Transport entlang des Ganges-Brahmaputra Flusssystems, die Verlagerung der Depocenter relativ zur Meeresspiegelschwankungen, und die langzeitliche Monsun- und Klimaentwicklung zu erhalten, die auf dem unteren Bengal-Fächer dokumentiert sind.

Einfluß des Abbaus von Laubstreu auf den Transport von Schwermetallen im Boden

An der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) in Birmensdorf, Schweiz, wird von 2000 bis 2004 ein multidisziplinäres Modell Ökosystem-Experiment durchgeführt. Ziel dieses Großprojekts ist es, Stoffflüsse zu untersuchen und die Reaktionen von Pflanzen- und Organismengemeinschaften auf chronische Belastungen (Cd, Cu, Zn, sauerer Regen) zu verfolgen bzw. zu verstehen. Mit den Resultaten sollen die Risiken von Begrünung, Aufforstung und Bodenstabilisierung mit Pflanzen abgeschätzt werden können. Der verwendete landwirtschaftliche Oberboden wurde mit Filterstaub aus der metallverarbeitenden Industrie vermischt. Die daraus resultierenden Schwermetallbelastungen des Versuchsbodens betragen für Cd 10 ppm, für Cu 400 ppm und für Zn 2700 ppm. Das Projekt 'Einfluss des Abbaus von Laubstreu auf den Transport von Schwermetallen im Boden' untersucht die Änderung der Metall-Komplexbildung für Kupfer und Zink während des Streuabbaus. In wässrigen Streuextrakten wird das Ausmaß der Komplexierung mit Hilfe der Gleichgewichts-Ionenaustausch-Methoden bestimmt. Die Charakterisierung der Bindung erfolgt mit Infrarotspektroskopie (FTIR), die organischen Säuren im Extrakt werden mit der Gaschromatographie bestimmt. Untersucht werden Proben aus Freilandversuchen.

Entwicklung eines prozessintegrationsfähigen Messgerätes zur Inline-Analyse von Lithium-Ionen Elektrolyt-Lösungen in der Produktionslinie von Batterien, Teilprojekt: Entwicklung eines MIR-Spektrometers mit leistungsoptimierter Optoelektronik

Bestimmung von Phosphatformen in Böden sowie Detektion von Uran, Thorium und Chrom (VI) in P-Düngemitteln mittels Raman und Synchrotron Infrarot Spektroskopie

Phosphor ist essentiell für alle Lebensformen. Es wird benötigt für den Stoffwechsel-Prozess und ist Bestandteil der DNA. Aus diesem Grund wird Phosphor in Form von Phosphaten in der Düngemittelindustrie eingesetzt. Früher würden dafür Düngemittel auf der Basis von Rohphosphaten verwendet. Heutzutage, mit schwindenden Rohphosphat-Ressourcen, gewinnen Recycling-Phosphatdüngemittel aus Abwasserströmen an Bedeutung. In diesem Forschungsprojekt sollen die Phosphat-Formen im Boden mittels Mikro-Raman und Synchrotron-Strahlung Infrarot Mikrospektroskopie für eine ressourcenschonende Düngung in der Zukunft bestimmt werden. Des Weiteren sollen ebenfalls Dünger-Boden Reaktionen der Recycling-Phosphate analysiert werden um die Eigenschaften der zukünftigen Düngemittel zu verbessern. Die Resultate dieser Forschung sind wichtig, da neben den Phosphatformen im Düngemittel auch die des Bodens für ein gutes Wachstum der Pflanzen von Bedeutung ist. Dadurch leistet dieses Forschungsvorhaben einen Beitrag dazu, dass die Düngemittelindustrie nicht mehr von Rohphosphat exportierenden Ländern abhängig ist da Recycling-Phosphate aus den lokalen Kläranlagen gewonnen werden können. Im Gegensatz zu den neuen Recycling-Phosphaten enthalten Dünger auf der Basis von Rohphosphaten Uran, Thorium und Chrom (VI) welche über die Nahrungskette in den menschlichen Körper gelangen können. Um Verbindungen dieser Elemente zu bestimmen sind schnelle Analysenmethoden nötig die in diesem Projekt auf der Basis von Schwingungsspektroskopie entwickelt werden.

H2Giga: HTEL-Stacks Ready for Gigawatt, Teilvorhaben: Mikrostrukturelle und mechanische Charakterisierung von Hochtemperatur-Elektrolyseurzellen im Neuzustand und nach Betrieb unter Volllast (HTEL_durability)

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