Biologische und gesundheitliche Wirkungen statischer Magnetfelder Statische Magnetfelder üben Kräfte auf magnetisierbare Metalle sowie auf sich bewegende elektrisch geladene Teilchen aus. Der Mensch nutzt stärkere Magnetfelder beispielsweise für bildgebende medizinische Verfahren. Untersuchungen haben gezeigt, dass statische Magnetfelder bis zu einer Stärke von vier Tesla keine direkten negativen Auswirkungen auf die Gesundheit haben. Die Auswirkungen stärkerer statischer Magnetfelder müssen weiter erforscht werden. Das Erdmagnetfeld lenkt einen Teil der kosmischen Strahlung ab. Diese Strahlung ist ionisierend – also sehr energiereich – und kann Krebs bei Lebewesen verursachen. Am Äquator hat das Erdmagnetfeld eine magnetische Flussdichte von circa 30 Mikrotesla, an den Polen ist seine Stärke doppelt so groß. In Mitteleuropa sind es circa 48 Mikrotesla. Einige Fischarten können sehr schwache statische Felder, wie das Erdmagnetfeld, wahrnehmen und sich danach orientieren. Haie und Rochen haben sehr empfindliche Sinnesorgane in der Haut, die auf elektrische Felder reagieren, die das Magnetfeld im Salzwasser verursacht. Wanderfische wie der Lachs verwenden zur Wahrnehmung des Erdmagnetfeldes Magnetit (eine Verbindung aus Eisen und Sauerstoff) in der Nasenschleimhaut. Auch viele Vogelarten nehmen das statische Erdmagnetfeld wahr und orientieren sich danach. Sie nutzen dafür mehrere voneinander unabhängige Sinnesorgane: Spezielle Rezeptoren in der Netzhaut reagieren auf die Ausrichtung des Magnetfeldes. Im Schnabel befinden sich Zellen, die Magnetit enthalten und zur Wahrnehmung der magnetischen Feldstärke dienen. Auch Teile des Innenohrs reagieren auf Magnetfelder. Unter den Säugetieren besitzen nur einige wenige Tiere die Fähigkeit, sich nach dem Erdmagnetfeld zu orientieren. Sie leben in der Dunkelheit, wie zum Beispiel Fledermäuse, oder unterirdisch, wie die Nacktmulle (Nagetiere). Menschen können das Erdmagnetfeld nicht wahrnehmen. Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) Starke statische Magnetfelder bei der Magnet-Resonanz-Tomographie Beschäftigte und Patientinnen und Patienten können mit starken statischen Magnetfeldern zum Beispiel bei der Magnet-Resonanz-Tomographie (kurz: MRT , einem in der Medizin verwendeten bildgebenden diagnostischen Verfahren) in Kontakt kommen. Die aktuell in der klinischen Praxis verwendeten Geräte haben meistens eine magnetische Flussdichte von 1,5 oder 3 Tesla . In der Forschung werden bereits Geräte mit 7 bis 11 Tesla getestet, die zukünftig auch in der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden sollen. Ob sich die stärkeren Felder bei den Patientinnen und Patienten oder beim medizinischen Personal gesundheitlich auswirken, wird derzeit erforscht. Zusätzlich zu den starken statischen Magnetfeldern werden in der Magnet-Resonanz-Tomographie zeitlich veränderliche Gradientenfelder und hochfrequente elektromagnetische Felder eingesetzt. Bei den Gradientenfeldern handelt es sich um niederfrequente Magnetfelder . Wissenslücken Stärkere Magnetfelder (oberhalb von vier Tesla ) wurden bisher nur unzureichend auf ihre Auswirkungen untersucht, da die Technologie der Magnet-Resonanz-Tomographie mit hohen magnetischen Flussdichten relativ neu ist. Deshalb gibt es in vielen Bereichen noch keine gesicherten Forschungsergebnisse über die gesundheitlichen Auswirkungen. Der Einfluss starker statischer Magnetfelder auf die Schwangerschaft und die Entwicklung des Embryos wurde bisher nur bei geringen Flussdichten untersucht. Dieses Wissen ist jedoch für die Sicherheit von schwangeren Patientinnen und medizinischem Personal wichtig. Aus Vorsorgegründen empfiehlt die Strahlenschutzkommission deshalb vor allem in den ersten drei Schwangerschaftsmonaten eine besonders strenge Abwägung des Nutzen-Risiko-Verhältnisses. Trotzdem wird diese Technologie zunehmend für die Diagnostik von Schwangeren genutzt, da dabei nicht wie beim Röntgen oder bei der Computertomographie ionisierende Strahlung angewandt wird. Ob die unangenehmen Wahrnehmungen und Einflüsse auf das Nervensystem die Leistungsfähigkeit des medizinischen Personals beeinträchtigen, muss ebenfalls untersucht werden, da eine solche Beeinträchtigung eine Gefahr für die Patientinnen und Patienten bedeuten könnte. Mäuse in und vor dem Tomographen Quelle: Universität Duisburg-Essen Forschung des BfS In mehreren vom BfS beauftragten Forschungsvorhaben (siehe Links bei "Zum Thema" am Seitenende) wurde untersucht, ob sich statische Magnetfelder von Magnet-Resonanz-Tomographen bei den Patientinnen und Patienten oder beim medizinischen Personal gesundheitlich auswirken könnten. Es zeigte sich bei Untersuchungen an Mäusen, dass Magnetfelder bis sieben Tesla keinen negativen gesundheitlichen Einfluss auf die Fruchtbarkeit männlicher Mäuse, die Schwangerschaft weiblicher Mäuse und die embryonale Entwicklung sowie die weitere Entwicklung der Jungtiere haben. In Untersuchungen an Menschen konnten unangenehme Empfindungen, vor allem Schwindel, bestätigt werden. Dies wirkte sich aber nicht auf die kognitive Leistungsfähigkeit wie Reaktionszeiten und Gedächtnis aus. Stand: 31.10.2025
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
We propose to use positron emission tomography (PET) for imaging of tracer migration in a soil horizon, to be coupled with image simulation using the lattice Boltzmann equation (LBE) modeling approach. PET enables direct visualization of inert KF or KBr solute migration at the soil horizon scale, but also reactive halogenated organic target (2,4-D and MCPA) compound migration down to nM concentrations once radiolabelling with 18F or 76Br marker is achieved. Retardation at biogeochemical interfaces with different sorption properties will thus be imaged in-situ. Theoretical image simulation for process verification will be enabled by introducing a multi-grid approach and additional kinetic boundary conditions in the parallelized LBE solver. As a boundary condition for the latter, the real pore scale and distribution of biogeochemical interfaces will be derived by X-ray computer-tomography (XCT) down to 300 nm spatial voxel resolution. The aim is to produce by both approaches velocity field movies due to heterogeneous biogeochemical retardation of the target compounds with high resolution in both the spatial and temporal scale (4D).
In the Earth, the dynamo action is strongly linked to core freezing. There is a solid inner core, the growth of which provides a buoyancy flux that drives the dynamo. The buoyancy in this case derives from a difference in composition between the solid inner core and the fluid outer core. In planetary bodies smaller than the Earth, however, this core differentiation process may differ - Fe may precipitate at the core-mantle boundary (CMB) rather than in the center and may fall as iron snow and initially remelt with greater depth. A chemical stable sedimentation zone develops that comprises with time the entire core - at that time a solid inner core starts to grow. The dynamics of this system is not well understood and also whether it can generate a magnetic field or not. The Jovian moon Ganymede, which shows a present-day magnetic dipole field, is a candidate for which such a scenario has been suggested. We plan to study this Fe-snow regime with both a numerical and experimental approach. In the numerical study, we use a 2D/3D thermo-chemical convection model that considers crystallization and sinking of iron crystals together with the dynamics of the liquid core phase (for the 3D case the influence of the rotation of the Fe snow process is further studied).The numerical calculations will be complemented by two series of experiments: (1) investigations in metal alloys by means of X-ray radioscopy, and (2) measurements in transparent analogues by optical techniques. The experiments will examine typical features of the iron snow regime. On the one hand they will serve as a tool to validate the numerical approach and on the other hand they will yield important insight into sub-processes of the iron snow regime, which cannot be accessed within the numerical approach due to their complexity.
In structured soils, the interaction of percolating water and reactive solutes with the soil matrix is mostly restricted to the surfaces of preferential flow paths. Flow paths, i.e., macropores, are formed by worm burrows, decayed root channels, cracks, and inter-aggregate spaces. While biopores are covered by earthworm casts and mucilage or by root residues, aggregates and cracks are often coated by soil organic matter (SOM), oxides, and clay minerals especially in the clay illuviation horizons of Luvisols. The SOM as well as the clay mineral composition and concentration strongly determine the wettability and sorption capacity of the coatings and thus control water and solute movement as well as the mass exchange between the preferential flow paths and the soil matrix. The objective of this proposal is the quantitative description of the small-scale distribution of physicochemical properties of intact structural surfaces and flow path surfaces and of their distribution in the soil volume. Samples of Bt horizons of Luvisols from Loess will be compared with those from glacial till. At intact structural surfaces prepared from soil clods, the spatial distribution (mm-scale) of SOM and clay mineral composition will be characterized with DRIFT (Diffuse reflectance infrared Fourier transform) spectroscopy using a self-developed mapping technique. For samples manually separated from coated surfaces and biopore walls, the contents of organic carbon (Corg) and the cation exchange capacity (CEC) will be analyzed and related to the intensities of specific signals in DRIFT spectra using Partial Least Square Regression (PLSR) analysis. The signal intensities of the DRIFT mapping spectra will be used to quantify the spatial distribution of Corg and CEC at these structural surfaces. The DRIFT mapping data will also be used for qualitatively characterizing the small scale distribution of the recalcitrance, humification, and microbial activity of the SOM from structural surfaces. The clay mineral composition of defined surface regions will be characterized by combining DRIFT spectroscopic with X-ray diffractometric analysis of manually separated samples. Subsequently, the spatial distribution of the clay mineral composition at structural surfaces will be determined from the intensities of clay mineral-specific signals in the DRIFT mapping spectra and exemplarily compared to scanning electron microscopic and infrared microscopic analysis of thin sections and thin polished micro-sections. The three-dimensional spatial distribution of the total structural surfaces in the volume of the Bt horizons will be quantified using X-ray computed tomography (CT) analysis of soil cores. The active preferential flow paths will be visualized and quantified by field tracer experiments. These CT and tracer data will be used to transfer the properties of the structural surfaces characterized by DRIFT mapping onto the active preferential flow paths in the Bt horizons.
In this project we experimentally explore the transport of engineered inorganic nanoparticles (EINP) through soils. This is done for original EINPs and some pre-aged form. Transport of NPs in soil is expected to be different from that of reactive solutes, in that hydrodynamic drag, inertial and shear forces as well as the affinity to water-gas interfaces are expected to be more relevant. Hence, the mobility of EINPs in soil is highly sensitive to the morphology of the porous structure and the dynamics of water saturation.This project provides the pore network structure for natural soils using X-ray micro-tomography to allow for an up-scaling of pore-scale interactions explored by project partners to the scale of soil horizons. The pore structure is represented by a network model suitable for pore scale simulations including the dynamics of water-gas interfaces.Pore network simulations will be compared to column experiments for conservative tracers as well as for unaltered and pre-aged EINPs (obtained from INTERFACE). This includes steady state flow scenarios for saturated (ponding) and unsaturated conditions as well as for transient flow to explore the impact of moving water-gas interfaces. The final goal is to arrive at a consistent interpretation of experimental findings and numerical simulations to develop a module for modelling EINP transfer through soil as a function of particle properties, soil structural characteristics and external forcing in terms of flux boundary conditions.
During the first project period we developed a general approach to quantify soil pore structure based on X-ray micro-tomography Vogel et al. (2010) which is applicable at various scales to cover soil pores larger that 0.05 mm in a representative way. Based on this method we generated equivalent network models to numerically simulate flow and transport of dissolved chemicals. The existing network model was extended to handle reactive transport and infiltration processes which are especially critical for matter flux in soil. The results were compared to experimental findings. The original research question 'what does a particle see on its way through soil' could be answered quantitatively for various boundary conditions including steady state flux and infiltration. However, we identified various critical aspects of the proposed modeling concept which will be in the focus of the second period. This includes 1) the spatial arrangement of interfaces having different quality which is crucial for chemical interactions and pore scale water dynamics, 2) the realistic multiphase dynamics at the pore scale which need to reflect the dynamic pressure and movement of trapped non-wetting phase and 3) the parametrization of structural complexity which need to be developed beyond the measurement of continuous Minkowski functions to allow the development of quantitative relations between structure and function. These aspects will be explored in a joint experiments in cooperation with partners within the SPP.
Die frei fließenden und staugeregelten Flüsse unter den Bundeswasserstraßen sind für die Fische wichtige Verbindungsgewässer zwischen den Habitaten im Meer und an den Flussoberläufen. Fische, die große Distanzen zurücklegen, orientieren sich an der Hauptströmung und werden deshalb an Staustufen entweder zum Kraftwerk oder zum Wehr geleitet. Dort gibt es keine Möglichkeit mehr, aufwärts zu wandern, wenn nicht in der Nähe der Wehr- oder Kraftwerksabströmung eine funktionierende Fischaufstiegsanlage vorhanden ist. Da Schiffsschleusen keine kontinuierliche Leitströmung erzeugen, werden sie von den Fischarten, die der Hauptströmung folgend lange Distanzen zurücklegen, nicht gefunden. Arten, die auf ihrer Wanderung nicht der Hauptströmung folgen, können auf- oder abwandern, wenn sie eine offene Schleusenkammer vorfinden. Flussabwärts: Fische vor Kraftwerken schützen und vorbeileiten: An Staustufen ohne Wasserkraftanlagen ist die abwärts gerichtete Wanderung über ein Wehr hinweg in der Regel unproblematisch. Voraussetzung: Das Wehr ist in Betrieb, die Fallhöhe beträgt nicht mehr als 13 Meter und im Tosbecken ist eine Wassertiefe von mindestens 0,90 Metern vorhanden. Dagegen können bei Abwanderung durch eine Kraftwerksturbine leichte bis tödliche Verletzungen auftreten. Diese turbinenbedingte Mortalität ist von der Fischart und der Körperlänge der Tiere sowie von Turbinentyp und -größe, der Fallhöhe und den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängig. Um hier einen gefahrlosen Fischabstieg zu gewährleisten, sind die Betreiber von Wasserkraftanlagen nach Wasserhaushaltsgesetz verpflichtet, die Wasserkraftanlagen mit geeigneten Maßnahmen zum Schutz der Fischpopulation (z. B. mit Feinrechen und einem Bypass am Kraftwerk vorbei ins Unterwasser) aus- bzw. nachzurüsten. Flussaufwärts: Hier helfen nur Fischaufstiege: Verschiedene Untersuchungen der Durchgängigkeit an Rhein, Mosel, Main, Neckar, Weser, Elbe und Donau haben gezeigt, dass zwar ein großer Teil der Staustufen mit Fischaufstiegsanlagen ausgestattet ist, diese für die aufstiegswilligen Fische jedoch schwer zu finden oder zu passieren sind. Im Mai 2009 stimmten die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) gemeinsam mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS heute: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, BMVI) folgendes Rahmenkonzept für die erforderlichen Arbeiten ab: - Aufstellung fachlicher Grundlagen, insbesondere zu fischökologischen Dringlichkeiten - Fachliche Beratung der WSV sowie Schulungen - Forschungs- und Entwicklungsprojekte für die Erstellung eines technischen Regelwerks, und - Standardisierung der Anforderungen und Ausführung von Fischaufstiegs-, Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen. (Text gekürzt)
Chromium (Cr) is introduced into the environment by several anthropogenic activities. A striking ex-ample is the area around Kanpur in the Indian state of Uttar Pradesh, where large amounts of Cr-containing wastes have been recently illegally deposited. Hexavalent Cr, a highly toxic and mobile contaminant, is present in significant amounts in these wastes, severely affecting the quality of sur-roundings soils, sediments, and ground waters. The first major goal of this study is to clarify the solid phase speciation of Cr in these wastes and to examine its leaching behavior. X-ray diffraction and synchrotron-based X-ray absorption spectroscopy techniques will be employed for quantitative solid phase speciation of Cr. Its leaching behavior will be studied in column experiments performed at un-saturated moisture conditions with flow interruptions simulating monsoon rain events. Combined with geochemical modeling, the results will allow the evaluation of the leaching potential and release kinetics of Cr from the waste materials. The second major goal is to investigate the spatial distribution, speciation, and solubility of Cr in the rooting zone of chromate-contaminated soils surrounding the landfills, and to study the suitability of biochar as novel soil amendment for mitigating the deleterious effects of chromate pollution. Detailed field samplings and laboratory soil incubation studies will be carried out with two agricultural soils and biochar from the Kanpur region.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 88 |
| Land | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 6 |
| Förderprogramm | 79 |
| Text | 1 |
| unbekannt | 3 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 3 |
| offen | 86 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 63 |
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| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 6 |
| Dokument | 4 |
| Keine | 64 |
| Webdienst | 1 |
| Webseite | 22 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 60 |
| Lebewesen und Lebensräume | 83 |
| Luft | 38 |
| Mensch und Umwelt | 87 |
| Wasser | 61 |
| Weitere | 80 |