Weltweit gefährden erhöhte Arsenkonzentrationen im Grundwasser die Gesundheit von mehr als 100 Millionen Menschen insbesondere in den dicht besiedelten Deltaregionen Süd- und Südostasiens. Aquifere mit hohem und niedrigem As-Gehalt sind durch unterschiedliche Redoxbedingungen gekennzeichnet und durch schmale Übergangszonen voneinander getrennt. Diese Fe dominierten Redoxfronten spielen hinsichtlich der Advektion und Retention von As eine entscheidende Rolle und schützen unbelastete Aquifere vor As Eintrag. Diese Schutzfunktion wird in Zukunft immer bedeutender, da die Grundwasserentnahme aufgrund des global zunehmenden Wasserbedarfs steigt und somit, durch erhöhte Advektionsraten, bisher nicht mit As belastete Grundwässer zusehends gefährdet. Trotz langjähriger Forschung bleibt ungeklärt, inwieweit und in welchem Ausmaß Fe dominierte Redoxfronten, insbesondere bei erhöhtem Grundwassertransport, der Kontamination von Grundwasser mit As entgegenwirken und verlangsamen können. Im Mittelpunkt unseres Projektes steht die Hypothese, dass die Langzeitstabilität und somit die Kontrollfunktion Fe dominierter Redoxfronten durch ein Zusammenspiel von (a) Transportprozessen, (b) mikrobieller Aktivität und (c) der Stabilität der Arsenträgerphasen (meist Fe Phasen) bestimmt wird. Wir nehmen an, dass sich sowohl Art und Menge an Fe Mineralen als auch die As Speziierung entlang des Redoxgradienten verändern und zwar in Abhängigkeit der verfügbaren Elektronendonatoren und -akzeptoren, der mikrobiellen Aktivität, der hydrogeochemischen Gradienten, sowie dem vorherrschenden Wassertransport. Weiter gehen wir davon aus, dass vertikale Austauschprozesse gelösten organischen Kohlenstoff aus den begrenzenden Aquitarden dem Aquifer zuführen, welches die Arsenmobilisierung weiter verstärkt. Übergeordnetes Ziel unseres Forschungsprojekts ist es, die Wissenslücken hinsichtlich der Arsenmobilität an Fe dominierten Redoxgrenzen durch einen bewusst integrativen und interdisziplinären Ansatz zu schließen, um die Gefährdung bisher nicht kontaminierter Grundwässer sachlich fundiert abschätzen zu können. Die fachübergreifenden Arbeiten sollen an einem Testfeld in Vietnam durchgeführt werden, welches durch viele gemeinsame Vorarbeiten sehr gut charakterisiert ist und sich als Modellstandort für unsere Fragestellungen bestens eignet. Alle erhaltenen Daten und Informationen werden in einem reaktiven Transportmodell zusammengeführt und so einheitlich interpretiert. Dieses Modell koppelt die grundlegenden biogeochemischen Prozesse mit den relevanten Transport- und Austauschmechanismen, so dass auch quantitative Vorhersagen über die zeitliche und räumliche Entwicklung der Redoxfronten bzw. der Arsenmobilität getroffen werden können. Ein vergleichbarer integrativer Ansatz, der von Beginn an und bewusst alle wesentlichen Fachrichtungen zur Beurteilung der As Dynamik einbezieht und gesicherte Prognosen erst ermöglicht wurde in dieser Form noch nicht unternommen.
Die adsorptive Bindung reaktiver Stoffe steuert deren Mobilität und Auswaschungsgefährdung in Böden und wird meist durch Sorptionsisothermen quantifiziert. Diese werden an punktuell entnommenen Bodenproben gemessen und weisen meist eine große Variabilität auf. Aufgrund dieser Variabilität können viele Fragestellungen auf der Feldskala nur unzuverlässig beantwortet werden. Ziel des Projekts ist es, eine wesentlich verbesserte Methodik für das upscaling der adsorptiven Bindung reaktiver Stoffe am Beispiel ausgewählter Schwermetalle zu entwickeln. Die Methodik beruht auf der Berechnung von Skalierungsfaktoren, die den linearen Variabilitätsanteil der Sorption erfassen. Kernhypothesen des Antrags sind, dass diese Skalierungsfaktoren für Sorptionsisothermen verschiedener Schwermetalle eng korreliert sind und dass sie weiterhin eng mit physikochemischen Bodeneigenschaften (Kationenoder Anionenaustauschkapazität) korrelieren. Daraus resultiert als wesentliche Innovation, dass nur wenige Messungen zur lokalen Stoffadsorption und zu physikochemischen Bodeneigenschaften erforderlich sind, um feldskalige Aussagen zur Schwermetallbindung und -mobilität machen zu können. Die Entwicklung der Methodik sowie die Prüfung ihrer Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen sollen für eine Auswahl verbreiteter Böden durchgeführt werden.
Projektziel ist die Ermittlung der Umsetzungsdynamik sowie der Mineralisierung- und Stabilisierungsprozesse organischer Bodensubstanz unterschiedlicher Stabilität unter unterschiedlichen landwirtschaftlichen Bearbeitungsmaßnahmen. Trotz unseres bereits umfangreichen Wissensstandes über die Kohlenstoffdynamik im Boden, treten in aktuellen Kohlenstoff-Bilanzierungen immer wieder Unsicherheiten bezüglich der Größe und des Umsatzes von unterschiedlich stabilen Kohlenstoff-Pools im Boden auf. Zur Erstellung und Validierung von Kohlenstoff-Modellen liegen allgemein nur wenige sichere Daten vor. Relativ wenig bekannt sind im Besonderen die Mechanismen und Transferraten von Kohlenstoff-Fraktionen zwischen labilen Pools mit raschem Umsatz und stabileren Pools mit bis zu mehreren Jahrzehnten andauernden Umsätzen. Für die Evaluierung bzw. Verbesserung von bestehenden Kohlenstoffmodellen sind diese Pool-Größen und deren Umsetzungsraten allerdings von entscheidender Bedeutung. Der 14C-Freiland-Langzeitversuch, der bereits 1967 in Fuchsenbigl in Niederöstereich nahe Wien errichtet und seitdem konsequent geführt wurde, bietet die in Österreich einmalige Chance, den Umsatz und die Bilanz des 1967 ausgebrachtem, markiertem Dünger-Kohlenstoff unter unterschiedlichen Fruchtfolgesystemen (Schwarzbrache, Sommerweizen, Fruchtfolge) über eine Periode von 35 Jahren zu untersuchen. Aufgrund dieser ausgesprochen langen Versuchsdauer sollte es möglich sein, tiefergehende Erkenntnisse über die Kohlenstoffdynamik, im Besonderen über Kohlenstoff-Pools mit langsameren Umsetzungsraten, zu gewinnen. Ziel dieses Projektes ist daher, die Größe, Struktur und Umsetzungsdynamik von unterschiedlichen Kohlenstoffpools mittels Partikelgrößen-Fraktionierung an ausgewählten Bodenproben zweier Langzeitversuche mit unterschiedlicher Bewirtschaftung zu ermitteln. Diese Ergebnisse sollen mit chemischen, isotopischen und spektroskopischen Analysen des Gesamtbodens (ohne Fraktionierung) in Einklang gebracht werden. Im besonderen erscheint es wichtig, die Rolle des Bodenhumus im Kohlenstoff-Stabilisierungsprozess besser abschätzen zu können. Abschließend werden die über die ganze Versuchsdauer erhobenen Daten verwendet, um die Kohlenstoff-Bilanzierung der untersuchten Freilandversuche unter unterschiedlichen Bewirtschaftungsmaßnahmen zu erstellen. Schlussendlich sollen diese Daten in die Validierung und Verbesserung bestehender Kohlenstoffmodelle einfließen.
Die anthropogene Verbreitung der Edelmetalle durch die Nutzung vornehmlich als Katalysator in der chemischen Industrie und in Kraftfahrzeugen hat bereits zu messbaren Veraenderungen der Edelmetallgehalte in Umweltproben gefuehrt. Ein systematischer Ueberblick ueber die Veraenderungen und deren Auswirkungen auf Lebewesen ist noch nicht machbar, da zu wenige Untersuchungen vorliegen. Fuer das Element Platin sind, zumindest fuer die Verbreitung in der Umwelt, einige Aussagen verfuegbar. Fuer die Metalle Palladium, Rhodium und Iridium sind Untersuchungen nur ansatzweise zu finden. Praktisch keine Aussagen sind ueber die Bindungszustaende zu erhalten. Angaben ueber die vorkommenden Metallspezies sind aber fuer die Kenntnis der Wirkungsmechanismen dieser Metalle auf Lebewesen wichtig. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung von Umweltproben, speziell biologischer Proben, bezueglich ihrer Gehalte an Edelmetallen und deren Spezies.
Zur Erfassung von Schadstoffbelastungen und zugeordneten geogenen Systemparametern in oberflaechennahen Sedimenten und Boeden wurde im Rahmen mehrerer Diplomarbeiten Typlokalitaeten unterschiedlicher anthropogener Nutzung und Belastung untersucht: - tonreiche Flutablagerungen in der Saale-Aue bei Halle - glaziale Sedimente im Bereich der Rieselfelder suedlich Berlin - Sandaufschuettungen auf Kinderspielplaetzen im Stadtgebiet von Berlin. Ueber spezifische Aufschluss- und Messverfahren in unterschiedlichen Kornfraktionen (- 200 mym im Oberboden bzw. - 63 mym im Unterboden und Sediment) werden unterschiedliche Bindungsarten und Mobilisierungsphasen ermittelt: - Element-Screening mittels RFA fuer 11 Haupt- und Nebenelemente sowie 20 Spurenelemente ueber Pulvertabletten an Fraktion - 63 mym; - Koenigswasseraufschluss nach DIN 38414 mit atomspektrometrischer Analytik zur Vergleichbarkeit mit Pruefwertlisten; - sequenzielle Laugungen zur Erfassung der an organische Bestandteile gebundenen Schadstoff/Schwermetallkonzentrationen (H2O2) sowie der Pflanzenverfuegbarkeit (Zitronensaeure); - sequenzielle Laugungen an Vertikalprofilen nach Zeien & Bruemmer; - Erfassung der mineralischen Komponenten ueber Abschaetzung der RFA-Hauptelementkonzentrationen mit Kontrolle ueber RD-Phasenanalytik. Die Darstellungen flaechiger Verteilungsmuster sowie zum vertikalen Migrationsverhalten von Schwermetallkonzentrationen und physiko-chemischen Systemparametern bilden die Basis des anorganischen Schadstoff-Monitoring.
Mit der Unterzeichnung des UNEP Minamata Vertrages in 2013 haben Regierungen weltweit die Gefahr und Toxizität von Quecksilber (Hg) anerkannt und Maßnahmen zur Kontrolle und Reduzierung von Hg festgelegt. Obwohl Quecksilber in der Umweltforschung schon seit Jahrzehnten ein wichtiges Thema ist, gibt es noch offene Fragen zu den grundlegendsten Prozessen im globalen Hg Kreislauf und auch bezüglich der Transformation von Hg Spezies. Der Anteil von Hg aus hydrothermalen Quellen könnte einer der bedeutsamsten, natürlichen Beiträge zum globalen Hg Kreislauf sein, jedoch unterscheiden sich die Schätzungen um mehrere Größenordnungen von 20 bis 2000 t pro Jahr. Es gibt, wenngleich widersprüchliche, Daten über Hg Konzentrationen in hydrothermalen Quellen in der Tiefsee, wogegen hydrothermale Quellen in flacher, küstennaher Umgebung bisher jedoch ignoriert wurden. Gerade diese haben jedoch einen großen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung der biologisch wichtigen Küstengewässer. Hydrothermale Quellen setzen nicht nur giftige Verbindungen frei, wie z.B. Schwefelwasserstoff und Arsenverbindungen, sondern liefern auch Nährstoffe wie Eisen und Kohlenstoffverbindungen und sind dadurch eine ökologische Nische für Organismen. Obwohl einige Studien diese hydrothermalen Systeme im Flachwasser als eine mögliche Quelle für Hg thematisierten waren die Ergebnisse nicht zufriedenstellend. Ein Grund könnte die herausfordernde Matrix der hydrothermalen Lösungen sein, sowie eine unzureichende Datenlage um Aussagen über den Gesamteintrag von Hg zu treffen. Noch wichtiger als die Gesamtmenge des Hg Eintrages ist die Verteilung der individuellen Hg-Spezies. Eine fundamentale Transformation ist die Methylierung von Quecksilber (MeHg) und die daraus resultierende Verstärkung der Toxizität. MeHg bioakkumuliert und biomagnifiziert sich innerhalb der marinen Nahrungskette und damit auch letztlich im Menschen. Die Methylierung von Quecksilber ist ein ozeanweites Phänomen. Die niedrigen Konzentrationen von Hg im offenen Gewässer machen das genaue Erforschen dieser biologisch-chemischen Reaktion jedoch schwierig. Hier können hydrothermale Quellen im Flachwasser als natürliche Laboratorien genutzt werden um die Umwandlungsraten von Hg-Spezies und deren Abhängigkeit von Umwelt Faktoren zu bestimmen. Dementsprechend schlagen wir vor, die Speziierung und den Eintrag von Hg für Flachwasser-Hydrothermalsysteme zu bestimmen, um damit bessere Schätzungen für den globalen Quecksilber Kreislauf zu bekommen. Die geplante Arbeit besteht aus 4 Teilen: (1) Probenahme an ausgewählten Standorten, (2) Vollständige Charakterisierung der freigesetzten Hg-Spezies (anorganisches Hg, MeHg und elementares Hg), (3) Bestimmung der Methylierungsrate und (4) eine Schätzung der mengenmäßigen Freisetzung von totalem und methyliertem Hg.
Untersuchung des Einflusses der Landnutzung auf die Gehalte an Naehrstoffen und deren Bindungsformen (insbes. Phosphor) in Boeden und Bewertung im Hinblick auf Nachlieferung (Pflanzenernaehrung), Verlagerungen in Boeden (Grundwasserschutz) und Verteilungen in der Landschaft (Landschaftsschutz).
In Amazonien dominieren nährstoffarme Oxisole und Ultisole, die nur schwer nachhaltig nutzbar sind. Innerhalb dieser Bodenlandschaft kommen allerdings aufgrund langandauernder anthropogener Nutzung durch präkolumbische Indianer tiefhumose, nachhaltig bewirtschaftbare Böden vor. Unsere bisherigen Untersuchungen belegen, dass die hohen und stabilen Humusvorräte dieser Böden maßgeblich auf pyrogenen Kohlenstoff zurückzuführen sind. Ungeklärt ist bisher die Herkunft ihrer hohen Nährstoffgehalte (bes. N, P, Ca, Mg). Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es deshalb, durch die kleinräumige Analyse von Biomarkern und ihrer Stabilisotopenverhältnisse sowie von P-Bindungsformen Hinweise auf die Terra Preta-Genese zu bekommen. Insbesondere soll zwischen dem Eintrag menschlicher und tierischer Exkremente sowie zwischen aquatischer und terrestrischer Biomasse unterschieden werden. Von den Ergebnissen der Untersuchungen erwarte ich gezielte Aussagen über die Anreicherung der Terra Preta-Böden mit Nährstoffen sowie die Heterogenität der Eintragspfade.
Der menschliche Einfluss durch Landnutzung hat global zu starken Veränderungen in der Bodenentwicklung geführt und verursachte Verluste von Kohlenstoff aus terrestrischen Ökosystemen. Trotz relativ langsamer netto-Änderungen ist organische Bodensubstanz eine der wichtigsten Speichergrößen für Kohlenstoff. Der heutige Stand der Forschung zeigt dass die Größe der Quellen- oder Senkenfunktion von Böden für atmosphärisches Kohlenstoffdioxid von Bodeneigenschaften abhängt, die wiederum das Ergebnis pedogenetischer Prozesse sind. Bisher wurden allerdings Landnutzung und Kohlenstoffspeicherung kaum hinsichtlich ihrer Verbindung mit pedogenetischen Prozessen erforscht. Ein Grund ist sicherlich dass es kaum Referenzflächen gibt, die sicher als natürlich bezeichnet werden können aber trotzdem vergleichbare Bedingungen zu genutzten Flächen aufweisen. In der Region Cusco in den peruanischen Anden haben wir solche natürlichen Flächen identifizieren können. Sie liegen an abgelegenen Berghängen und sind nur mit Bergsteigerausrüstung zu erreichen, sind aber direkt mit Flächen benachbart die seit Jahrtausenden durch extensive Weidewirtschaft gekennzeichnet sind. Unsere Hypothesen lauten (a) Landnutzung und assoziierte Veränderungen in der Vegetation beeinflussten die Bodenentwicklung so stark dass sich in natürlichen und genutzten Böden unterschiedliche Klassifikationseinheiten entwickelten und (b) Landnutzung und veränderte Bodenentwicklung haben die relative Bedeutung von Mechanismen der Stabilisierung organischer Bodensubstanz verschoben. Um diese Hypothesen zu untersuchen werden Bodenklassifizierung und Indikatoren der Profilentwicklung genutzt und mit der Verteilung der organischen Bodensubstanz in Fraktionen unterschiedlicher Stabilisierungsmechanismen in Verbindung gebracht. Die Verbindung von Aspekten der Bodengenese mit der Stabilisierung der organischen Bodensubstanz wird das Verständnis des menschlichen Einfluss auf Kohlenstofffestlegung im Boden verbessern und kann somit helfen Strategien zu entwickeln die den Landnutzungsinduzierten Verlust von Kohlenstoff in die Atmosphäre verringern.
Wissenschaftliche Aufklaerung des kurz- und langfristigen Verhaltens von Schadstoffen bei der offenen Verwendung von Reststoffen mit dem Ziel, das Nutzungspotential zu quantifizieren. Dazu werden organische und anorganische Schadstoffe in Muellverbrennungsschlacken charakterisiert und spezifiziert, anhand geochemischer Modellrechnungen die thermodynamischen Existenzbereiche von Schwermetallspecies in Waessern ermittelt, die wesentlichen Mobilisierungsmechanismen untersucht und diese mit kapazitiven Groessen wie Saeure- und Redoxpufferkapazitaet gekoppelt. Bisher konnte an drei MVA-Schlacken durch TG- und DTA-Untersuchungen eine Speziation des Kohlenstoffs in organisch gebundenen, karbonatischen und graphitaehnlichen (black carbon) Kohlenstoff erreicht werden. Die Identifikation organischer Bestandteile gelang nach Soxhlet-Extraktion mit einer Reihe an Loesemitteln sinkender Polaritaet und dem Einsatz von GC-MS und HPLC-Technik. Damit konnten erstmals Alkane, Fettsaeuren, Phenole und Phthalate im mg/kg-Bereich in MVA-Schlacken nachgewiesen werden. Die Ionenchromatographie eignet sich nach Elimination von SO4 hoch 2minus, Cl minus fuer die Identifikation pelarer, org. Saeuren. Am Beispiel des Kupfers konnte fuer ein Schwermetall eine Speziation durchgefuehrt werden. Dabei wurden sechs Kupferphasen (Cu(O), Cu(l)-Oxid, Cu(II)-Oxid, Cu-Legierungen und basische Kupferkarbonate) identifiziert.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 563 |
| Europa | 30 |
| Kommune | 4 |
| Land | 27 |
| Wirtschaft | 7 |
| Wissenschaft | 360 |
| Zivilgesellschaft | 12 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 563 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 563 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 508 |
| Englisch | 97 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 1 |
| Keine | 330 |
| Webseite | 233 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 438 |
| Lebewesen und Lebensräume | 478 |
| Luft | 358 |
| Mensch und Umwelt | 563 |
| Wasser | 386 |
| Weitere | 563 |