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Forschergruppe (FOR) 1525: INUIT - Ice Nuclei research UnIT, Kompositionsanalyse von Eisresiduen mittels der Kombination von Aerosol-Massenspektrometrie mit einem virtuellem Gegenstromimpaktor

Dieser Fortsetzungsantrag eines bestehenden Forschungsprojekts innerhalb der Forschergruppe INUIT (Ice Nuclei Research UnIT) hat zum Ziel, die physikalischen und chemischen Eigenschaften von atmosphärischen Eiskeimen (ice nucleating particles, INP) und Eispartikelresiduen (ice particle residuals, IPR) zu untersuchen. Es werden hauptsächlich zwei Messtechniken eingesetzt: virtueller Gegenstromimpaktor und Laserablationsmassenspektrometrie. Eiskeime (INP) aus atmosphärischem Aerosol werden erst in einem Eiskeimzähler aktiviert, so dass sich Eiskristalle bilden, die dann mit einem bepumpten Gegenstromimpaktor aufgrund ihrer Größe extrahiert und verdunstet werden können. Die freigesetzten INP können wiederum mit dem Massenspektrometer oder anderen Messtechniken untersucht werden. Dieses Experiment wird während einer Feldmesskampagne in der Nähe der Quellen von potentiell guten Eiskeimen (Mineralstaub, Biopartikel, anthropogene Partikel) durchgeführt. Ein geeigneter Kampagnenort hierfür ist die Mittelmeerregion, z.B. Südspanien. Die Eispartikelresiduen werden direkt aus unterkühlten Mischphasenwolken gesammelt. Hierzu wird ein spezieller Eis-Gegenstromimpaktor eingesetzt, der nur Eiskristalle sammelt und von den unterkühlten Wolkentröpfchen trennt. Nach der Sammlung wird das Eis der Eiskristalle verdunstet, so dass die Eisresidualpartikel freigesetzt werden und mittels des Laser- Ablationsmassenspektrometers analysiert werden können. Dieses Experiment wird auf einer Bergstation (Jungfraujoch) durchgeführt. Die Kombination aus Eiskeimzähler, bepumptem Gegenstromimpaktor und Massenspektrometer wird auch unter Laborbedingen zur Bestimmung der Eiskeimfähigkeit von internen und externen Partikelmischungen (z.B. biologisch/mineralisch) betrieben. Das Laserablationsmassenspektrometer in seiner Eigenschaft als Einzelpartikel-Analysegerät wird ebenfalls dazu eingesetzt, um den Mischungszustand der erzeugten Mischpartikel zu charakterisieren.

Untersuchungen zur Optimierung der Wasseraufbereitung im Wasserwerk Tettau (Lausitz)

Im Rahmen der Sanierung des Wasserwerkes Tettau (Lausitz) ist eine Optimierung der einzelnen Verfahrensstufen zur Trinkwasseraufbereitung erforderlich. Unsere Aufgabe ist im Wesentlichen die Erarbeitung von Grundlagen für eine technologische Planung bezüglich der Eisen- und Manganreduktion sowie die Prüfung einer Notwendigkeit der Behandlung der im Rohwasser enthaltenen organischen Inhaltsstoffe bzw. die Untersuchung ihrer Auswirkungen bei einer Desinfektion (Bildung von Desinfektionsnebenprodukten). Im Anschluss an das Projekt 'Optimierung des Verfahrenskomplexes Flockung/Sedimentation + Filtration' im letzten Jahr wurden nun entsprechend der Zielstellung 'Organische Wasserinhaltsstoffe im Rohwasser des Wasserwerkes Tettau' kleintechnische Versuche zur Entfernung von organischen Stoffen durchgeführt. Grundlage dafür waren Desinfektionsversuche mit Chlor und Chlordioxid im Labormaßstab zu Beginn des Projektes, um eine mögliche Bildung von Desinfektionsnebenprodukten (DNP) zu überprüfen. Die Vermeidung der Entstehung von DNP durch die Entfernung organischer Wasserinhaltsstoffe nach der Aufbereitungsstufe Filtration wurde in anschließenden kleintechnischen Versuchen mittels Membranverfahren (Nanofiltration und Umkehrosmose) und Aktivkohlefiltration untersucht.

Optimization of a Method for the Isolation of Chloroplasts from Fresh Plant Material for the Development of a Bioassay Test for the Determination of Pesticides in Water

Bio-assays are increasingly used in supplement to classical analyses to determine the effect of contamination of waters with herbicides, some of which have been shown to be able to determine herbicides within the limits in compliance with EC-ordonance for drinking water. Preliminary work carried out at the University of Bonn has demonstrated that contamination of different water systems can be identified using inhibition of the light dependent production of oxygen by chloroplasts. Further experiments at IRMM have shown a potential to transfer membrane systems of chloroplasts into stable powder that can be used to carry out such bio-assays. Results: A method has been developed tor the isolation and breakage ot chloroplasts that allow freeze drying of the thylakoid membranes. The photosynthetic activity of the lyophilized material was maintained to 86 - 95 per cent. This powder can be stored for over five month without loss of activity.

Untersuchungen zur Ausbreitung von Haldenlösungen der Kalirückstandshalden am Beispiel der Halde Sollstedt, Thüringen

Durch die Verarbeitung und Förderung von Kalisalzen sind in Thüringen große Abraum- und Rückstandshalden entstanden. Die aufgehaldeten Salze werden niederschlagsinduziert aufgelöst und gelangen in Grund- und Oberflächengewässer. Das hoch mineralisierte Infiltrationswasser breitet sich im Grundwasser als Salzfahne aus und kann in Quellen wieder zutage treten. Am Beispiel der Kalirückstandshalde Sollstedt wird die Ausbreitung der in den Untergrund eingebrachten Salzlösung untersucht. Ziel des Vorhabens ist der Erwerb von Kenntnissen über die regionalen geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse einerseits. Andererseits im Sinne der Wasserwirtschaft, Untersuchungen der Wasserverhältnisse im Hinblick auf ihre Salinität und Wasserwegsamkeit. Im Abstromgebiet der Halde Sollstedt liegen mehrere Quellen, die stark mineralisiert sind. Die Halde Sollstedt sowie der von ihr ausgehende Salzeintrag in Oberflächen- und Grundwässer ist aufgrund der topographischen Situation und der geologischen Verhältnisse als möglicher Teilverursacher der hohen Mineralisation der Quellen einzustufen. Als weiterer möglicher Teilverursacher der Quellwasserbelastung wird eine ehemalige Hausmülldeponie, die sich im vermuteten Einzugsbereich der Quellen befindet untersucht. Geogene Ursachen, wie bisher nicht bekannte, natürliche Salzvorkommen im Untergrund sind als Weitere Ursachen der hohen Quellwassermineralisation nicht auszuschließen.

GC-MS-Analyse zur Unterstuetzung der Charakterisierung und Reinigung kontaminierter Waesser und Schlaemme

In der Bundesrepublik Deutschland, insbesondere im Umfeld Thueringens gibt es eine Vielzahl von Altlasten, die mit den verschiedenen Verfahren der Bodenreinigung saniert werden koennen. Bei kostenguenstigen Verfahren, wie z.B. der Bodenwaesche, bleiben bestimmte Schadstoffraktionen als hochbelastete Waesser und Schlaemme zurueck. Soweit es bei dem derzeitigen Stand der Technik wirtschaftlich moeglich ist, koennen sie weiter aufbereitet werden. Hier kommen verschiedene Verfahren, u.a. Einsatz von Aktivkohle, Hochleistungsbiologie, Strippen, und die chemische Oxidation zum Einsatz. Zur Entwicklung weiterer Verfahren zu diesem Zweck ist es erforderlich, begleitende Untersuchungen der einzelnen Verfahrensschritte zu taetigen, um somit zur Verfahrensoptimierung beizutragen und neuartigen Verfahren den Weg zur Einsatzfaehigkeit zu ebnen. Das Forschungsprojekt soll das Profil der Fachhochschule Erfurt in der Umweltanalytik erweitern sowie Gelegenheit geben, ein ueber den Durchschnitt hinausreichendes Fachwissen zu etablieren. Es soll insbesondere dem Fachbereich Versorgungstechnik, der den Aufbaustudiengang Umwelttechnik mit beinhaltet, ermoeglichen, Wirtschaftsunternehmen vor allem in Thueringen Kooperationsmoeglichkeiten anzubieten, die diese fuer die Entwicklung geeigneter Erzeugnisse, Verfahren und Anlagen nutzen koennen, um somit ihre Wettbewerbsfaehigkeit zu steigern.

Menge, Zusammensetzung und Umsetzung der organischen Substanz im Unterboden

Das Wissen über die Menge, Zusammensetzung und Umsetzung der organischen Substanz in Böden der gemäßigten Breiten beschränkt sich bis auf wenige Ausnahmen auf die Oberböden (A-Horizonte und Auflagen). Hier finden sich die höchsten Konzentrationen der organischen Substanz. Jüngere Inventurarbeiten haben nun gezeigt, dass auch im Unterboden (B- und Cv-Horizonte) beträchtliche Mengen an organischer Substanz, allerdings in niedrigen Konzentrationen vorliegen. Ziel des geplanten Vorhabens ist es, (1) die Menge der organischen Substanz im Unterboden zu erfassen, (2) ihre Zusammensetzung und Herkunft zu bestimmen und (3) ihre Umsetzbarkeit zu erfassen. Daraus sollen Rückschlüsse auf die Stabilisierungsmechanismen der organischen Substanz im Unterboden gezogen werden. Nach einer Inventur der Bodenprofile an den SPP-Standorten (C-Gehalte, 14C-Alter) erfolgt die Erfassung der Zusammensetzung der organischen Substanz mittels Festkörper-13C-NMR-Spektroskopie. Die Zusammensetzung der Lipid-, Polysaccharid- und Ligninfraktion soll Hinweise auf die Herkunft der stabilisierten organischen Substanz differenziert nach oberirdischen, unterirdischen Pflanzenrückständen und mikrobiellen Resten geben. Abbauversuche unter kontrollierten Bedingungen im Labor und die Erfassung des 14C-Alters des freigesetzten CO2 sollen Aufschluß über die Umsetzbarkeit des 'jungen' und 'alten' C im Unterboden geben. Dabei werden jeweils die Profile über die gesamte Entwicklungstiefe betrachtet, um die Unterbodenhorizonte in Bezug zu den Oberböden und zu den Ergebnissen anderer AG im SPP zu setzen. Darauf aufbauend können dann in den nächsten Phasen des SPP die Eigenschaften der organischen Substanz im Unterboden und die Regulation der C-Umsetzungen im Unterboden untersucht werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), CIRRUS-HL – Die HALO Mission zu Zirren in hohen Breiten Umbrella Proposal HALO2020 - CIRRUS-HL

Die Mission CIRRUS-HL – Zirren in hohen Breiten nutzt das Forschungsflugzeug HALO gemeinsam mit Modellen und Satelliten, um die Nukleation, den Lebenszyklus und die Klimawirkung von Eiswolken in hohen Breiten, einer Region mit massiven anthropogenen Klimaänderungen, genauer zu bestimmen. InhaltSchnellste und massivste anthropogen verursachte Änderungen der Erdoberflächentemperatur finden in hohen Breiten statt. Hier führen Eiswolken im Winter zu einem großen positiven Strahlungsantrieb. Direkte Messungen der mikrophysikalischen Eigenschaften von Eiswolken und ihrer Variabilität sind jedoch unvollständig und Eisanzahlkonzentrationen werden in Klimamodellen nicht adäquat repräsentiert, dies schränkt die Aussagekraft von Klimamodellen in hohen Breiten deutlich ein. Die Messkampagne CIRRUS-HL, in den letzten 6 Jahren die einzige HALO Messkampagne mit in situ Wolken-Instrumentierung nutzt neuere Wolkensonden gemeinsam mit umfangreichen Spurengas-, Aerosol- und Strahlungs-Messungen um die Nukleation, den Lebenszyklus und die Klimawirkung von Eiswolken in hohen Breiten genauer zu bestimmen. Die Flugzeugmessungen werden begleitet von Messaktivitäten von Bodenstationen und Satelliten, und liefern Daten für Prozessmodelle und die Evaluierung von globalen Klimamodellen. Die CIRRUS-HL Mission ist eingebunden in einen internationalen Verbund an Messaktivitäten in der Arktis und besitzt als Alleinstellungsmerkmal einen Fokus auf Eiswolken. Von Oktober bis Dezember 2020 werden in Nordeuropa und Kanada 20 Flüge mit dem Forschungsflugzeug HALO, stationiert in Oberpfaffenhofen und Keflavik, Island, durchgeführt, um die Eigenschaften von Eiswolken genau zu vermessen, die sich in verschiedenen dynamischen Regimes wie zum Beispiel Frontensystemen oder orographisch induzierten Hebungen von Luftmassen gebildet haben. Eigenschaften von Zirren, die sich entweder unterhalb von 238 K in situ homogen oder heterogen gebildet haben, oder die ihren Ursprung in einer flüssigen oder Mischphasen-Wolke bei Temperaturen oberhalb von 238 K haben werden differenziert. Die CIRRUS-HL Mission liefert 1.) einen neuen Datensatz der mikrophysikalischen Eigenschaften von Eiswolken in hohen Breiten zur Verbesserung des Prozessverständnisses der Eisnukleation und zum Vergleich mit Satellitenbeobachtungen und Klimamodellen, 2.) neue Einblicke in den Transport von Aerosolen in hohe Breiten und ihre Prozessierung in Mischphasen- und Eiswolken und 3.) umfassende Beobachtungen von Strahlungseigenschaften von Eiswolken in hohen Breiten im Frühwinter. Der umfangreiche Datensatz zu Eiswolken dient dazu, das Verständnis der Rolle von arktischen Zirren im Klimasystem zu erhöhen.

Untersuchung der Festigkeit von Rueckstaenden der Kautschukproduktion in Hinblick auf ihre Deponiefaehigkeit

Concentrations and loadings of fatty acids in surface sediments of Helgoland Mud Area in the North Sea

Surface sediment were extracted 4 times by ultrasonication with dichloromethane: methanol (9:1, v/v) for 15 min for FAs and alkanes. For quantification of FAs and alkanes, known amounts of 19-methylarachidic acid and squalane were added as internal standards prior to extraction. Supernatants from each extraction were obtained by centrifugation and combined. The total lipid extracts were concentrated and evaporated under a nitrogen stream. The total lipid extracts were saponified for 2 h at 80 °C with 1 mL of KOH (0.1 M) in methanol: H2O (9:1, v/v). After saponification, the neutral fractions were liquid-liquid extracted with n-hexane and alkanes were eluted from the neutral fractions by silica gel column chromatography with n-hexane. The remaining KOH solution was acidified to pH 1, from which FA were liquid-liquid extracted into dichloromethane. The extracted and dried FAs were converted to methyl ester derivatives (FAMEs) in methanol: HCl (95:5, v/v) at 60 °C for 12 h. After methylation, the FAME fraction was further purified by silica gel column chromatography using dichloromethane: hexane (2:1, v/v) to remove residual polar compounds. FAMEs and alkanes were analyzed on a 7890A gas chromatograph (GC) equipped with a DB-5MS fused silica capillary column (60 m, 250 µm, 0.25 µm) and a flame ionization detector (FID). Peak areas were determined by integrating the respective peaks and concentrations were calculated against the internal standards. FAME contents were subsequently corrected for the derivative methyl carbon to determine FA contents. FAs and alkanes were normalized to OC content.

Butterfly weight data from lower mountain range regions in southwest Germany

The dataset contains mean masses of butterfly species and different noctuid moth size classes collected between end of May and beginning of September 2020 using different Malaise traps in three low mountain range regions in Germany: Hunsrueck (National Park Hunsrueck-Hochwald), Spessart (Rhine-Main-Observatory) and Steigerwald. The butterflies were stored in alcohol after their capture and were weighed with a precision scale (0.001 g) after shaking them briefly to remove residual alcohol. Part of the specimen collected was used for DNA-metabarcoding. The other part was deposited in the specimen collection of the Environmental Campus Birkenfeld (Trier University of Applied Sciences).

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