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Persistente, mobile organische Chemikalien (PMOCs) im Grundwasser - Untersuchung der Persistenz als Grundlage für die Analyse und die Verminderung der Exposition von PMOCs im Grundwasser

Persistente, mobile organische Chemikalien (PMOCs), wie p-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonamid, Sulfanilsäure und Dimethylbenzolsulfonsäure, gelangen nachweislich ins Grundwasser. Grund dafür ist vor allem ihre Mobilität: Die Substanzen können besonders leicht im Wasser durch Boden und Untergrund transportiert werden. Ihre Mobilität ist dabei ein Alleinstellungsmerkmal unter den organischen Substanzen und Schadstoffen. Die chemische Analytik von PMOCs ist wegen dieser schlechten Retentionseigentschaften außergewöhnlich herausfordernd, was eine ausgeprägte Wissenslücke über den Verbleib von PMOCs verursacht. Nur einzelne Forschergruppen weltweit können PMOCs mit Multimethoden quantifizieren. Erstmalig konnte 2019 mithilfe neuer analytischer Methoden in einer umfangreicheren Studie, geleitet durch das Department Analytik des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung GmbH - UFZ, die weite Verbreitung von PMOCs u.a. im Grundwasser im ng/L- mikro g/L Bereich nachgewiesen werden. Bisher wird die Persistenz regulatorisch, z.B. von REACH-Chemikalien (Verordnung (EG) Nr. 1907/2006: EU-Chemikalienverordnung), nicht im Grundwasser untersucht. Einzelne Studien zeigen jedoch, dass die Persistenz im Grundwasser besonders stark ausgeprägt sein kann. Dies trifft auch auf die vier erwähnten Substanzen zu, welche Halbwertszeiten von mehr als einem Jahr in Aquiferen aufweisen - jedoch mit den derzeitigen Persistenzkriterien unter REACH als nicht persistent gelten. Es bedarf Grundlagenforschung, um den Verbleib und die Persistenz im Grundwasser, und somit die Expositionssituation gegenüber Mensch und Natur, von PMOCs zu untersuchen. In diesem Projekt sollen experimentelle Instrumentarien zur Untersuchung des Verbleibs und der Persistenz von PMOCs im Grundwasser entwickelt und angewendet werden. Dies beinhaltet die Weiterentwicklung von analytischen Methoden, die Durchführung eines Monitorings und die Entwicklung eines Testsystems zur Persistenzuntersuchung in Aquiferen und zugehörigem Sediment unter verschiedenen Redox-Bedingungen. So kann die Exposition durch PMOCs untersucht und abgeschätzt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Exposition und das entwickelte Testsystem zur Persistenzuntersuchung im Grundwasser könnten zu einer Weiterentwicklung der Regulation unter der REACH-Verordnung für grundwassergängige, mobile organische Substanzen beitragen.

Entwicklung witterungsbestaendiger Dekorpapiere fuer Holzwerkstoffe

Ziel des Projektes ist die Entwicklung dekorativer Beschichtungsfilme fuer Holzwerkstoffe, die durch eingefuehrte Pressverfahren appliziert werden koennen und zu witterungsbestaendigen, in ihrer Optik frei gestaltbaren Oberflaechen fuehren. Zu diesem Zweck sollen mit duroplastischen Harzen getraenkte Dekorpapiere zusaetzlich mit einem witterungsbestaendigen Klarlacksystem versehen werden, um als Vorprodukt fuer die witterungsbestaendige Pressbeschichtung von Holzwerkstoffen zur Verfuegung stehen.

Rückstandsgehalte und Verteilung von subtherapeutischen Antibiotika in Feedlot-Böden

Feedlots sind v.a. in Nordamerika verbreitete Tierproduktionsbetriebe mit intensivster Freilandhaltung. Es wird vermutet, dass Feedlots Brennpunkte einer Umweltbelastung mit pharmazeutischen Antibiotika sind, da große Tierbestände gehalten werden, die regelmäßig Antibiotika erhalten. Es wurden Bodenproben von einer Grasland-Kontrolle sowie Boden- und Tierdung-Proben von Bodenprofilen eines gewerblichen und eines experimentellen Feedlots entnommen und analysiert. Rückstände der üblicherweise verwendeten Antibiotika Sulfamethazin, Chlortetracyclin und Tylosin wurden mit unterschiedlichen Konzentrationen in Dung, Boden und Wasser gefunden. Die Ergebnisse weisen auf eine nicht unerhebliche Persistenz, Tiefenverlagerung und insbesondere Oberflächenabfluss der Antibiotika Sulfamethazin und Chlortetracyclin hin.

ELPOS - Kriterien für die Persistenz und das Potential für Langstreckentransport von Pestiziden und Industriechemikalien

ELPOS - Kriterien für die Persistenz und das Potential für Langstreckentransport von Pestiziden und Industriechemikalien ELPOS läuft seit Oktober 1999 und wird durch das Umweltbundesamt (UBA) finanziert. Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Untersuchung von quantitativen Kriterien für das Potential für Langstreckentransport und die Persistenz von organischen Verbindungen. Das Multimediamodell ELPOS-1.0 beschreibt chemische Abbau- und Transformationsprozesse. Es wurde zur Berechnung der allgemeinen Persistenz und der charakteristischen Transportzeit in der Luft verwendet. Diese beiden beschreibenden Größen berücksichtigen den Austausch zwischen und den Abbau in Transportmedien und sind unabhängig von den Emissionen. Physikalisch-chemische Labordaten und Abbauraten in der Umwelt von 65 zurzeit benutzten Pestiziden, 21 persistenten organischen Schadstoffen (POP) und 23 Industriechemikalien wurden zusammengestellt. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Sensitivität hauptsächlich von den Eigenschaften der Chemikalien und einigen Umweltparametern abhängt. Die Reihenfolge der Chemikalien kann beeinflusst werden, wenn die Unsicherheit der Parameter berücksichtigt wird. Das gilt besonders, wenn bei der Sensitivitätsanalyse anstatt des Median das 90%-Perzentil verwendet wird. Das Modell wurde modifiziert, um die Temperaturabhängigkeit in einem Bereich zwischen 5°C und 30°C darzustellen. Die allgemeine Aufenthaltszeit und die charakteristische Transportdistanz wiesen eine starke Abhängigkeit von der Temperatur auf. Die charakteristische Transportdistanz kann in Abhängigkeit von den chemischen Eigenschaften sowohl mit der Temperatur ansteigen als auch abnehmen, während die Aufenthaltszeit in jedem Fall invers mit der Temperatur korreliert. Die charakteristische Transportdistanz wurde mit gemessenen räumlichen Konzentrationsgradienten in der Umwelt verglichen. Monitoring-Daten von verschiedenen PCB-Kongeneren wurden entlang eines Nord-Süd-Transektes erhoben und zeigten die gleiche Reihenfolge von Chemikalien, wie sie anhand der charakteristischen Transportdistanz vorhergesagt wurde. Unter Berücksichtigung der Unsicherheit und den begrenzten Möglichkeiten von ELPOS kann die allgemeine Aufenthaltszeit und die charakteristische Transportdistanz der Analyse, Reihung und Begutachtung von Substanzen hinsichtlich Persistenz und Potential für Langstreckentransport dienlich sein. So wurden durch Begutachtung der derzeit benutzten Pestizide einige Kandidaten für weitere Untersuchungen und Maßnahmen identifiziert.

Ökologische und physiologische Auswirkungen auf Lavaeidechsen nach der Ausrottung invasiver Säugetiere auf einer Galapagos-Insel

Die Ausrottung invasiver Säugetiere ist ein Managementansatz, mit dem die negativen Auswirkungen invasiver Säugetierarten auf Inselökosysteme reduziert werden sollen. Die Veränderungen im Ökosystem und der Einsatz von Antikoagulanzien aus der Luft, die bei der Ausrottung eingesetzt werden, können jedoch unerwartete Auswirkungen haben, wie z. B. kaskadenartige Auswirkungen auf das Ökosystem und die Persistenz von Antikoagulanzien auf allen trophischen Ebenen, die noch nicht genau bekannt sind. Eine für 2023 geplante Ausrottungskampagne auf der Insel Floreana auf den Galapagos-Inseln und die Wiederansiedlung von 13 einheimischen Arten auf dieser Insel bieten die Gelegenheit, die Auswirkungen der Ausrottung von Arten und der Anwendung des Antikoagulans Brodifacoum auf das Ökosystem der Insel zu untersuchen. Mit Hilfe eines BACI-Design-Ansatzes sollen die möglichen negativen Auswirkungen einer subletalen Exposition dieses Giftstoffs auf eine bisher wenig untersuchte Gruppe, die Reptilien, untersucht werden. Lavaeidechsen sind in den Nahrungsnetzen der Galapagos-Inseln gut vernetzt und erfüllen mit der Verbreitung von Samen eine wichtige Funktion für das Ökosystem. Daher werden sie als Indikatorart verwendet, um die möglichen Auswirkungen auf die Reptilienpopulationen und die Auswirkungen auf das Ökosystem nach einer Ausrottung mit Brodifacoum zu untersuchen. Diese Forschung wird Erkenntnisse über die Auswirkungen dieses Giftstoffs auf Reptilienpopulationen und ihre jeweiligen Nahrungsnetze liefern. Die Forschungsarbeiten werden auch wertvolle Daten für die erfolgreiche Wiederansiedlung einiger einheimischer Arten nach der Ausrottung auf der Insel Floreana sowie für Ausrottungspläne und Wiederansiedlungen auf dem gesamten Archipel und weltweit liefern. Dies wird es uns ermöglichen, die Techniken zum Schutz der Inseln und unser Verständnis der Folgen von Ausrottungen für das Verständnis von Inselökosystemen zu verfeinern.

Verhalten von Herbiziden im Boden

Untersuchung von Abbau, Persistenz und Transport von Herbiziden im Boden. Entwicklung und Standardisierung biologischer Nachweisverfahren.

Grasslands for biodiversity: supporting the protection of the biodiversity-rich grasslands and related management practices in the Alps and Carpathians

Semi-natural grasslands are among the most species-rich habitats in Europe but have sharply declined in spatial extent and biodiversity in recent decades. Within Europe, the grasslands of the Alps and the Carpathians harbour extraordinary plant diversity but their biodiversity varies significantly due to local environmental conditions and management intensities. Thus, there is general agreement that, in order to prevent further grassland biodiversity loss, the protection, enhancement and potential expansion of species-rich grasslands is necessary. Knowledge of the areas suitable for protection, enhancement and potential expansion comes largely from vegetation samples and experimental studies. However, these are unaffordable and unfeasible for systematic evaluation of biodiversity patterns over large areas. Further, existing monitoring programs generally lack information on grassland management regimes and a historical perspective, both of which can strongly influence current biodiversity. Fortunately, the availability of earth observational data over large areas now allows extrapolation of field measurements over time and space with acceptable accuracy. Combining these data with biodiversity datasets and an understanding of the socioeconomic context offers powerful opportunities for reaching conservation targets. The aims of the proposed project are to (1) identify diversity-rich grasslands and their distribution in the Alps and Carpathians; (2) identify diversity-supporting grassland management practices and their change and persistence; (3) identify the areas suitable for expanding the grassland protection network; and (4) propose new protection areas and their management across Alps and Carpathians. By addressing these aims we will cooperate with stakeholders to (i) identify effective methods for extrapolation of vegetation samples across the mountain ranges; (ii) identify the grassland management drivers and legacy effects on grassland diversity; (iii) identify constraints and motivations for biodiversity-supporting management practices (iv) provide scientific background for expanding the protection area network in the Alps and Carpathians. The proposed research provides a great opportunity to strengthen the cooperation, data and knowledge exchange between the researchers and stakeholders across the two largest mountain ranges in Europe: the Alps and the Carpathians.

Diffusion and advection with sorption of anions, cations and non-polar molecules in organo-clays at varying thermo-chemical conditions - validation by analytical methods and molecular simulation

The sorption of anions in geotechnical multibarrier systems of planned high level waste repositories (HLWR) and of non-ionic and organic pollutants in conventional waste disposals are in the center of recent research. In aquatic systems, persistent radionuclides such as 79Se, 99Tc, 129I exist in a form of anions. There is strongly increasing need to find materials with high sorption capacities for such pollutants. Specific requirements on barrier materials are long-term stability of adsorbent under various conditions such as T > 100 C, varying hydrostatic pressure, and the presence of competing ions. Organo-clays are capable to sorb high amounts of cations, anions and non-polar molecules simultaneously having selectivity for certain ions. This project is proposed to improve the understanding of sorption and desorption processes in organo-clays. Additionally, the modification of material properties under varying chemical and thermal conditions will be determined by performing diffusion and advection experiments. Changes by sorption and diffusion will be analyzed by determining surface charge and contact angles. Molecular simulations on models of organo-clays will be conducted in an accord with experiments with aim to understand and analyze experimental results. The computational part of the project will profit from the collaboration of German partner with the group in Vienna, which has a long standing experience in a modeling of clay minerals.

LURCH - PFClean: Innovatives modulares System zur nachhaltigen Reduzierung von PFAS-Kontaminanten aus Boden und Grundwasser, Teilprojekt 5

Mesocosms of brown algae of Laminariales and Fucales to quantify fucoidan secretion, persistence and aggregation

Six mesocosm experiments with specimens of Fucales or Laminariales were conducted across six georegions (3 mesocosms with brown algae, 3 mesocosms without brown algae). Incubations lasted 24 days, followed by a year-long monitoring of incubation water. During the first 12 days, brown algae were maintained in mesocosms adjacent to control mesocosms, with 1 L of water sampled every second day. Half of the mesocosm water was replaced with fresh seawater after each sampling. Environmental conditions and primary productivity of specimens was recorded during the incubation. After 12 days, specimens were removed and incubation continued for another 12 days, maintaing the same sampling routine. At the end of the 24 day- incubation period, long-term monitoring was set-up with 6-10L of incubation water in two different conditions: one exposed to a controlled light cycle at 20°C, the second set in darkness at 4°C with added nutrients (40 µM NO3- and 3µM PO43-). Additional water samples were collected along transects extending from near-shore brown algae poplulations. Water samples were filtered over pre-combusted GFF filters (450°C, 4.5h), and both the filtrate and filters were analysed for dissolved organic carbon (DOC), particulate organic carbon (POC). Fucoidan was quantified in dissolved (>1kDa) fraction and surface active fraction (SAF) (> 1kDa and negative charged fraction purified with anion exchange chromatography) fractions through monosaccharide quantification after acid-hydrolysis (100°C, 24h) using HPAEC-PAD, according to Engel and Händel, 2011. Intact polysaccharides were detected using structure-sensitive monoclonal antibodies (Torode et al., 2015; Vidal-Melgosa et al., 2021). Microbial cells were quantified using DAPI-cell staining and counting. Semi-quantitative measurements of particulate fucoidan were performed via acid hydrolysis of GFF filter pieces, followed by monosaccharide analysis via HPAEC-PAD. Sedimented particles to bottom of mesocosms were scooped out on day 24 for monosaccharide analysis and BAM1 antibody binding specific to fucoidan.

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