Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1315: Biogeochemische Grenzflächen in Böden; Biogeochemical Interfaces in Soil, Highly-resolved imaging in artificial and natural soils to yield dynamics and structure of interfaces from oxygen, pH and water content" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Potsdam, Institut für Erd- und Umweltwissenschaften.In soils and sediments there is a strong coupling between local biogeochemical processes and the distribution of water, electron acceptors, acids, nutrients and pollutants. Both sides are closely related and affect each other from small scale to larger scale. Soil structures such as aggregates, roots, layers, macropores and wettability differences occurring in natural soils enhance the patchiness of these distributions. At the same time the spatial distribution and temporal dynamics of these important parameters is difficult to access. By applying non-destructive measurements it is possible to overcome these limitations. Our non-invasive fluorescence imaging technique can directly quantity distribution and changes of oxygen and pH. Similarly, the water content distribution can be visualized in situ also by optical imaging, but more precisely by neutron radiography. By applying a combined approach we will clarify the formation and architecture of interfaces induces by oxygen consumption, pH changes and water distribution. We will map and model the effects of microbial and plant root respiration for restricted oxygen supply due to locally high water saturation, in natural as well as artificial soils. Further aspects will be biologically induced pH changes, influence on fate of chemicals, and oxygen delivery from trapped gas phase.
Das Projekt "Effects of water content, input of roots and dissolved organic matter and spatial inaccessibility on C turnover & determination of the spatial variability of subsoil properties" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Kassel, Lehr- und Forschungsgebiet Umwelt- und Lebensmittelwissenschaften, Fachgebiet Umweltchemie.It is well established that reduced supply of fresh organic matter, interactions of organic matter with mineral phases and spatial inaccessibility affect C stocks in subsoils. However, quantitative information required for a better understanding of the contribution of each of the different processes to C sequestration in subsoils and for improvements of subsoil C models is scarce. The same is true for the main controlling factors of the decomposition rates of soil organic matter in subsoils. Moreover, information on spatial variabilities of different properties in the subsoil is rare. The few studies available which couple near and middle infrared spectroscopy (NIRS/MIRS) with geostatistical approaches indicate a potential for the creation of spatial maps which may show hot spots with increased biological activities in the soil profile and their effects on the distribution of C contents. Objectives are (i) to determine the mean residence time of subsoil C in different fractions by applying fractionation procedures in combination with 14C measurements; (ii) to study the effects of water content, input of 13C-labelled roots and dissolved organic matter and spatial inaccessibility on C turnover in an automatic microcosm system; (iii) to determine general soil properties and soil biological and chemical characteristics using NIRS and MIRS, and (iv) to extrapolate the measured and estimated soil properties to the vertical profiles by using different spatial interpolation techniques. For the NIRS/MIRS applications, sample pretreatment (air-dried vs. freeze-dried samples) and calibration procedures (a modified partial least square (MPLS) approach vs. a genetic algorithm coupled with MPLS or PLS) will be optimized. We hypothesize that the combined application of chemical fractionation in combination with 14C measurements and the results of the incubation experiments will give the pool sizes of passive, intermediate, labile and very labile C and N and the mean residence times of labile and very labile C and N. These results will make it possible to initialize the new quantitative model to be developed by subproject PC. Additionally, we hypothesize that the sample pretreatment 'freeze-drying' will be more useful for the estimation of soil biological characteristics than air-drying. The GA-MPLS and GA-PLS approaches are expected to give better estimates of the soil characteristics than the MPLS and PLS approaches. The spatial maps for the different subsoil characteristics in combination with the spatial maps of temperature and water contents will presumably enable us to explain the spatial heterogeneity of C contents.
Das Projekt "Forschergruppe (FOR) 1525: INUIT - Ice Nuclei research UnIT, Chemische und mineralogische Charakterisierung von Eisnuklei und Eisresiduen" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt.Vorkommen, Häufigkeit, chemische Zusammensetzung und Mischungszustand jener Aerosolpartikel in der Erdatmosphäre, an denen sich durch heterogene Nukleation in unterkühlten Wolken Eis bilden kann (Ice Nucleating Particles = INP), werden experimentell untersucht. Diese Informationen sind wichtig für das Verständnis der Niederschlagsbildung, und finden in parametrisierter Form Eingang in meteorologische Modelle zur Vorhersage des Niederschlages. Das Projekt verwendet hierbei im Wesentlichen physikalische Methoden zur Identifikation und Isolation der Partikel aus der Atmosphäre, und nachfolgend elektronenmikroskopische Methoden zur mineralogischen Analyse einzelner Partikel. Die Identifikation jener wenigen Aerosolpartikel (ca. 1 von 10.000 bis 1 von 100.000), die Eisbildungsfähigkeit besitzen, erfolgt, indem eine Aerosolprobe einer Unterkühlung unter 0°C und Wasserdampfübersättigung ausgesetzt wird, und die an INP entstehenden Eiskristalle fotografiert und gezählt werden. Es werden sowohl Aerosolpartikel aus luftgetragenem Aerosol untersucht (aus dem Eiskeimzähler FINCH) wie auch Partikel, die aus einer Luftprobe auf einem Silizium-Probenträger niedergeschlagen und danach als INP identifiziert wurden (Eiskeimzähler FRIDGE). Eine dritte und vierte Methode (Ice-CVI und ISI) isolieren eisbildungsfähige Partikel, indem aus einer angesaugten Probe von Wolkenluft die Eiskristalle strömungstechnisch von den übrigen Luftbestandteilen getrennt werden. Alle Eiskeimproben werden im Rasterelektronenmikroskop auf Größe, Morphologie, Mischungszustand und chemische Zusammensetzung untersucht und die Ergebnisse der verschiedenen Ansätze verglichen. In Feldexperimenten werden Atmosphärenproben verschiedener geographischer Provenienz (Mitteleuropa, Forschungsstation Jungfraujoch, Wüstenstaub, Vulkanstaub) erhalten. In Laborexperimenten wird mit vorher gesammelt und charakterisierten Modellsubstanzen gearbeitet. Weiterhin wird durch tägliche Messungen der Anzahl-Konzentration und Zusammensetzung von Eiskeimen am Taunus Observatorium nahe Frankfurt über einen längeren Zeitraum untersucht, ob es Saisonalitäten, bevorzugte Quellgebiete (z.B. Wüsten, Industrie, etc.) und biologische Einflussfaktoren (z.B. Pollen, Pflanzenabrieb, Bakterien) für das Vorkommen von Eisnuklei gibt.
Das Projekt "Physicochemical Aging Mechanisms in Soil Organic Matter (SOM- AGING): II. Hydration-dehydration mechanisms at Biogeochemical Interfaces" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Institut für Umweltwissenschaften.Soil organic matter (SOM) controls large part of the processes occurring at biogeochemical interfaces in soil and may contribute to sequestration of organic chemicals. Our central hypothesis is that sequestration of organic chemicals is driven by physicochemical SOM matrix aging. The underlying processes are the formation and disruption of intermolecular bridges of water molecules (WAMB) and of multivalent cations (CAB) between individual SOM segments or between SOM and minerals in close interaction with hydration and dehydration mechanisms. Understanding the role of these mediated interactions will shed new light on the processes controlling functioning and dynamics of biogeochemical interfaces (BGI). We will assess mobility of SOM structural elements and sorbed organic chemicals via advanced solid state NMR techniques and desorption kinetics and combine these with 1H-NMR-Relaxometry and advanced methods of thermal analysis including DSC, TGADSC- MS and AFM-nanothermal analysis. Via controlled heating/cooling cycles, moistening/drying cycles and targeted modification of SOM, reconstruction of our model hypotheses by computational chemistry (collaboration Gerzabek) and participation at two larger joint experiments within the SPP, we will establish the relation between SOM sequestration potential, SOM structural characteristics, hydration-dehydration mechanisms, biological activity and biogechemical functioning. This will link processes operative on the molecular scale to phenomena on higher scales.
Das Projekt "Externes Qualitätssicherungsprogramm für Parameter des Biologischen Monitorings" wird/wurde ausgeführt durch: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Medizinische Fakultät - Institut und Poliklinik für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin.Ziele: Qualitätssicherung des Biologischen Monitorings organischer und anorganischer Stoffe in arbeits- und umweltmedizinischen Bereichen; Vorgehensweisen: Ringversuch (halbjährlich)
Das Projekt "DFG Trilateral collaboration Deutschland-Israel-Palestine: 'Biotic and abiotic factor affecting biological soil crust formation and recovery in a semiarid dune ecosystem : Gaza and NW Negev'" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Rostock, Institut für Biowissenschaften, Abteilung Pflanzenphysiologie.Sandy soils of the arid/semiarid dune fields of the Palestinian Gaza Strip and the Israeli western Negev are extensively covered by biological soil crusts (BSC), which stabilize the surface and prevent desertification. Political discussions in Israel suggest transferring a large part of this sand belt to the Gaza Strip within a final peace accord. Inappropriate land uses may lead to destruction of the BSC and initiate desertification, as already occurring in parts of the Gaza Strip. In this interdisciplinary project the influence of environmental factors on the vitality, stability and the recovery potential of the BSC will be investigated in order to evaluate the carrying capacity of this fragile landscape, in relation to rainfall, soil and relief conditions. A transect stretching from the Mediterranean coast in the Palestinian Gaza Strip (370 mm rainfall) to 65 km southwards in Israel ( Nizzana , less than 100 mm rainfall) has been selected. The interactions of molecular biological, physiological, physical and soil chemical processes, expressed in specific characteristics of the BSC and the underlying soil, will be assessed from the molecular to the landscape scale.
Das Projekt "Biologische Badewasseraufbereitung mit Biofilter - Biofilter-Teststand für Produktsicherheit und Innovation zur biologischen Badewasseraufbereitung" wird/wurde gefördert durch: Bundesamt für Umwelt. Es wird/wurde ausgeführt durch: Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW), Institut Umwelt und natürliche Ressourcen (IUNR).Das Wasser von naturnahen Schwimmteichen wird mit Biofiltern aufbereitet. Biofilter sind mit Substrat gefüllte, vom Wasser durchströmte Filterkörper, die Aufwuchsfläche für Biofilme aus Mikroorganismen bieten. Die eingetragenen Stoffe werden entweder abgebaut (organische Stoffe, Stickstoff, Krankheiterreger) oder an das Filtermedium und den Biofilm gebunden (Phosphor). Durch die resultierende Phosphorlimitierung können unerwünschte Algenblüten im Schwimmteich vermieden werden. Die Filter müssen periodisch rückgespült werden, um den im Filter gebundenen Phosphor aus dem System zu entfernen. Bisher wurden die Filter dafür 14 Tage lang abgestellt womit die Sauerstoffzufuhr im Filterkörper unterbrochen wird. Durch die entstehenden anaeroben Bedingungen im Filterkörper sollten sich Nährstoffe aus dem absterbenden Biofilm lösen und über die Rückspülung (Wasser ablassen) entfernt werden können. Vorversuche im Labor und Messungen im Feld haben jedoch gezeigt, dass mit diesem Verfahren nur ein geringer Prozentsatz des eingebrachten Phosphors ausgetragen werden kann, und weitere Verbesserungen am Rückspülverfahren notwendig sind. Bis jetzt sind Biofilter in der Schweiz nicht normiert. Im vorliegenden Projekt sollen die Voraussetzungen für einen transparenten Qualitätsstandard und damit für eine künftige Verbesserung und Normierung von Biofiltern für Schwimmteiche geschaffen werden. Hypothese ist, dass der Biofilm das entscheidende Element für die Leistungsfähigkeit des Biofilters ist. Es geht also darum, optimale und standardisierte Wachstumsbedingen für die auf den Biofilmen lebenden Mikroorganismen zu finden und diese Bedingungen reproduzieren zu können. Optimierungsbedarf besteht bei den Faktoren Filtersubstrat und -struktur, Dimensionierung und Aufbau des Filters, Filtermanagement (z.B. Rückspülungsmodus und -zyklen) und Wasserchemie. Das vorliegende Projekt soll durch den Aufbau eines Teststandes ermöglichen, dass verschiedene Biofiltersysteme miteinander verglichen werden können sowie Wasserzusätze für die Schaffung optimaler Wachstumsbedingungen für die Biofilme Die Ergebnisse werden einerseits der Weiterentwicklung von Biofiltern dienen, andererseits in Form eines Planungs- und Kontroll-Tools den Praktikern zur Verfügung stehen und die Basis legen für eine Zertifizierung der Filterleistung. Der SVBP als Interesseverband von ca. 45 Betrieben, die auf den Bau von Schwimmteichen spezialisiert sind, unterstützt das Projekt finanziell und logistisch. Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 14.03.2016 (Beilage 1) genehmigt. Projektziele: 15 Filterprüfstände sind betriebsbereit inkl. Standard Operating Procedure (SOP) und für die normierte Prüfung von Biofiltern erprobt. Für Schwimmteichbauer ist ein Planungs- und Kontroll-Tool für die Messung der Leistungsfähigkeit der Filter vorhanden. Eine Datenbank zur Definition des Stands der Technik ist erstellt.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1313: Biological Responses to Nanoscale Particles, Impact of Metal and Semiconductor Nanoparticles on Model Membranes and Cells from the Human Blood Compartment (PARCEL)" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Mainz, Institut für Physikalische Chemie.
Das Projekt "Forschung im Ökologischen Landbau - Integrale Schwerpunktthemen und Methodikkriterien" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung / Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft Österreich. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Ökologischen Landbau.Die Forschungsinitiative Biologischer Landbau (FBL) Österreich besteht seit dem Jahr 1991 als informeller Zusammenschluß von im Biologischen Landbau tätigen Wissenschaftlern mit dem Ziel, den Erfahrungsaustausch auch zwischen fachlich auseinanderliegenden Disziplinen innerhalb der Forschung im Biologischen Landbau zu fördern. In den Jahren 1994/95 erfolgte von seiten des BMLF und des BMWFK die Finanzierung eines acht-monatigen Forschungsprojektes zu grundlegenden Fragen der Forschung im Biologischen Landbau ( Erarbeitung integraler Schwerpunktthemenbereiche und Methodikkriterien für die Forschung im Biologischen Landbau in Österreich). Unter Mitwirkung von Wissenschaftlern aus Deutschland und der Schweiz sowie unter Einbeziehung eines erweiterten Expertenkreises fand im Rahmen der FBL eine intensive Diskussion über die zukünftige Ausrichtung der Forschung im Biologischen Landbau statt. Dabei erfolgte ein umfassender Diskurs über aktuelle Forschungsdefizite, interdisziplinär auszurichtende Schwerpunktthemen, über Methodikkriterien sowie über Kriterien zur Beurteilung der Dringlichkeit und Systemgerechtheit von Forschungsthemen im Biologischen Landbau in Österreich. Des weiteren wurden schlußfolgernd aus dieser Arbeit Forderungen der Forscher, die im Biologischen Landbau aktiv sind, an die Institutionen der Forschungsförderung zur Optimierung der wissenschaftlichen Weiterentwicklung dieser Landbaumethode formuliert. Grundlage der Diskussion über die zukünftige Forschung im Biologischen Landbau in Österreich sind die Prinzipien des Biologischen/Ökologischen Landbaus: Das Streben nach weitgehend geschlossenen Stoffkreisläufen im Betrieb, der schonende Umgang mit nicht erneuerbaren Rohstoff- und Energieressourcen, die Stärkung und Nutzung natürlicher Selbstregulationsmechanismen sowie die Erhaltung und Verbesserung der Vielfalt der Arten und des Landschaftsbildes. Diese Leitlinien der Biologischen Landwirtschaft werden im Rahmen der vorliegenden Studie (als Folge der Diskussion in der FBL) präzisiert und zu Strategien, Schwerpunktthemen, Forschungsdefiziten sowie Methodikkriterien für die Forschung im Biologischen Landbau ausgeweitet. Damit soll letztlich eine effektive ökosystemorientierte Weiterentwicklung dieser Landbaumethode sichergestellt werden.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Formation of brine channels in sea ice" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Fachhochschule Münster, Fachbereich Physikalische Technik.Within this interdisciplinary project the formation of brine channels in sea ice will be explored. The microscopic properties of sea ice, especially the permeability plays an important role for the energy exchange between ocean and atmosphere and is determined by the brine channel volume. The brine channel structure will be measured by computer tomography and image analysis. We intend to describe the channel structure by two phenomenological models, a morphogenesis approach of Alan Turing in connection with the phase transition theory of Ginzburg and Landau, and the phase field method with respect to the Cahn-Hilliard equation. We solve these nonlinear evolution equations in two and three dimensions and compare the size and texture of the brine channels with the measurements. In addition to the phenomenological equations we support our studies with molecular dynamics simulations and the density functional theory in order to obtain deeper insights at the molecular scale. Comparative first-principles studies will then enhance the trust in the extracted parameters and will lead to classical density functional for the two phases. We will discuss the phase transitions in terms of a phenomenological theory based on microscopic parameters and try to extract the underlying mechanism for the formation of water-ice boundaries. Specifically, we want to explore three theoretical questions: (i) How are ice-water melting fronts moving, (ii) How are brine channels formed and (iii) How do surface properties influence the structure formation of brine channels. The project is based on the experiences of three fields, the theoretical biological physics, chemical physics and the many-body theory. The final aim of the project is to provide input parameters for global climate models.