Kohäsive Feinpartikel sind potentielle Träger von anorganischen und organischen Schadstoffen und spielen eine entscheidende Rolle beim Stoffaustausch zwischen Wasserkörper, Schwebstoff und Sediment. Daher ist die Kenntnis der Depositionsdynamik dieser Feinpartikel ein wichtiger Baustein für ein effizientes Sedimentmanagement und eine physikalisch basierte Modellierung des Schadstofftransfers in Fließgewässern. Es überrascht jedoch, dass sich Untersuchungen zum Transport- und Sedimentationsverhalten kohäsiver Partikel bisher häufig auf definierte stationäre Randbedingungen im Labormaßstab und Trockenwetterbedingungen im Gelände konzentrieren. Weitgehend ungeklärt ist hingegen das Verhalten von Feinpartikeln und deren Speicherung im Gerinnebett während der dynamischen Phase von Hochwasserereignissen. Um die im Gerinne ablaufenden Prozesse weitgehend unabhängig von den Einzugsgebietsprozessen zu untersuchen hat sich in unserer Arbeitsgruppe seit nunmehr über 10 Jahren ein Ansatz mit künstlich generierten Hochwasserwellen bewährt. Es ist ein genereller Vorteil von solchen Geländeexperimenten, dass einzelne steuernde Größen ausgeschlossen oder gezielt kontrolliert werden können. Außerdem ist ein solcher Ansatz eine Voraussetzung, um die Aussagekraft experimentell gewonnener Laborergebnisse zur potentiell hohen Feinpartikel-Retention in Sand- und Kiessedimenten in einem natürlichen System zu validieren. Das übergeordnete Ziel des hier beantragten Projekts ist es, die Gerinnespeicherung kohäsiver Feinpartikel in einem natürlichen System bei variierenden hydrologisch-hydraulischen Randbedingungen zu quantifizieren. Zu diesem Zweck werden standardisierte Feinpartikeltracer (Kaolinit, d50 = 2ìm, ñ = 2,6 g/cm3) sowohl im Verlauf von künstlich generierten Hochwasserwellen als auch während stationärer Trockenwetterbedingungen in einen Mittelgebirgsbach induziert. Die Retention und Sedimentation der eingegebenen Feinpartikel wird gezielt in kleinräumig variierenden Flussbettstrukturen (Hyporheische Zone, Stillwasserzonen, Gerinnerandbereiche, Riffle-Pool-Sequenzen) und für einzelne Gerinneabschnitte erfasst. Die Quantifizierung der Speicherung erfolgt mit bereits erprobten Resuspensionstechniken und Sedimentfallen sowie einer in Pilotprojekten erfolgreich getesteten Tracerfrachtberechnung mittels FTIR-DRIFT Spektroskopie an mehreren Basismessstationen im Längsprofil. In einem interdisziplinären Forscherverbund mit Kollegen des 'Hydraulics Laboratory' und des 'Dept. of Civil Engineering' der Universität Gent, der 'Ecosystem Management Research Group, Dept. of Biology' der Universität Antwerpen und des 'Dept. of Hydrology and Hydraulic Engineering' der Freien Universität Brüssel in Belgien wird darüber hinaus die Transport- und Speicherdynamik der Feinpartikel mit der neuen, FORTRAN basierten Modellierungssoftware 'FEMME' ('Flexible Environment for Mathematically Modelling the Environment') abgebildet.
A compilation of 29,574 published radiometric dates for metamorphic rocks from the South American Andes and adjacent parts of South America have been tabulated for access by researchers via GEOROC Expert Datasets. The compilation exists as a spreadsheet for access via MS Excel, Google Sheets, and other spreadsheet applications. Initial igneous compilations were utilized in two publications by the author, Pilger (1981, 1984). The compilations have been added to in subsequent years with the metamorphic and sedimentary compilations separated in the last few years. Locations in latitude and longitude are largely taken from the original source, if provided, with UTM locations maintained and converted; in some cases, sample locations were digitized from electronic maps if coordinates were otherwise not available. Analytical results are not included to prevent the files from becoming too large. The existing compilation incorporates compilations by other workers in smaller regions of the Andes. References to original and compilation sources are included. While I am updating reconstructions of the South American and Nazca/Farallon plates, incorporating recent studies in the three oceans, for comparison with the igneous dates for the past 80 m. y., it is hoped that the spreadsheets will be of value to other workers. Reliability: In most cases the data have been copy/pasted from published or appendix tables. In a few cases, the location has been digitized from published maps; the (equatorial equidistant) maps were copied into Google Earth and positioned according to indicated coordinates, with locations digitized and copied/pasted into the spreadsheet. (It is possible that published maps are conventional Mercator-based, even if not so identified, rather than either equatorial equidistant or Universal Transverse Mercator; this can be a source of error in location. For UTMs, the errors should be minor.) Duplicates are largely recognized by equivalent IDs, dates, and uncertainties. Where primary sources have been accessed, duplicate data points in compilations are deleted. (Analytic data are NOT included.) This compilation is part of a series. Companion compilations of radiometric dates from igneous and sedimentary rocks are available at https://doi.org/10.5880/digis.e.2023.005 and https://doi.org/10.5880/digis.e.2023.006, respectively.
The soil state factors climate and time are of growing interest in respect to landscape and consequently soil evolution. Climate change can have significant impact on the global biogeochemical cycle by altering the type and rate of soil processes and the resulting soil properties. Direct and dramatic ecological responses to this impending warming are expected. Climatic warming is thought to increase soil temperature and to change many critical factors in plant productivity, phenology and succession. A main unknown parametre is the reactivity of soils and the rate of reactions. - Consequently, a soil sequence along an elevational gradient ranging from subtropical to subalpine climate zones in the Etna region (Sicily, southern Italy) are investigated in respect of organic C, kaolinite and crystalline to non-crystalline Al- and Fe-phases. Special emphasis is given to the stabilization of soil organic carbon (SOC) and its interaction with the inorganic phases. Furthermore, a weathering sequence with soils developing on volcanic, trachy-basaltic parent materials with ages ranging from 100 - 115000 years in the Etna region serve as the basis to analyse and calculate the accumulation and stabilisation mechanisms of soil organic matter (SOM), the transformation of pedogenic Fe and Al, the formation and transformation of clay minerals, the weathering indices and, by means of mass-balance calculations, net losses of the main elements.
Die vorliegende Arbeit beinhaltet drei Studien, die sich mit der Bildung und Nutzung von amorphem Siliziumdioxid beschäftigen. Dieses Material ist sowohl in den Geo- als auch in den Materialwissenschaften von großer Bedeutung, da es einerseits natürlich, z.B. in den Schalen von Kieselalgen oder auch als chemisch gefälltes Sediment (u.a. als Feuerstein ), vorkommt, andererseits aufgrund seiner oftmals großen spezifischen Oberfläche und damit hohen Reaktivität künstlich erzeugt und technisch eingesetzt wird, z.B. zur dosierten Freisetzung von Arzneimitteln. Zunächst wurde die Adsorption monomerer und polymerer Kieselsäure an Gibbsit als Funktion des pH-Wertes (3 = pH = 8) und der gelösten Kieselsäurekonzentration (0.34 mmol L-1 = (Si) = 1.47 mmol L-1) untersucht, da die Adsorption eine wichtige Vorstufe der Bildung von amorphen und kristallinen kieselsäurehaltigen Festphasen darstellt. Es wurde festgestellt, dass der relative Anteil adsorbierter Kieselsäure mit zunehmendem pH-Wert (für pH kleiner als 9) und abnehmender initialer Kieselsäurekonzentration steigt. Bei der Adsorption monomerer Kieselsäure wird das leichte Isotop 28Si gegenüber dem schwereren 30Si aufgrund seiner massebedingt höheren Reaktionsgeschwindigkeit bevorzugt fixiert. Die Isotopenfraktionierung ist umso stärker, je höher die initiale Kieselsäurekonzentration ist. Daher kann die Siliziumisotopensignatur von Mineralphasen, die sich durch Adsorptionsprozesse gebildet haben, möglicherweise als Proxy für die Adsorptionsrate verwendet werden. Polymere Kieselsäure wird rascher adsorbiert als monomere Kieselsäure und zerfällt an der Mineraloberfläche und in der Lösung, so dass am Ende der Versuche nur noch monomere Kieselsäure in der Lösung vorliegt. Darauf aufbauend wurde amorphes Siliziumdioxid durch zyklisches Gefrieren wässriger Lösungen ausgefällt. Es wurde gezeigt, dass mehr Silizium aus der Lösung entfernt wird, wenn gelöstes Aluminium oder Germanium oder suspendierter Kaolinit vorhanden sind, während die Zugabe von Natriumchlorid die Ausfällung hemmt. Der Anteil an ausgefällter Kieselsäure erreicht für pH-Werte zwischen 5 und 7 ein Maximum und nimmt im sauren und alkalischen Bereich ab. Die Ausfällung von amorphem Siliziumdioxid wird im sauren Milieu von einer Polymerisation der gelösten Kieselsäure begleitet, insbesondere in Gegenwart von Bor, nicht aber in Gegenwart von Germanium. Eine Fraktionierung der Siliziumisotope erfolgt nur in Gegenwart ausreichender Aluminiumkonzentrationen (Al = 1 mmol L-1) bei Übersättigung bzgl. amorphem Aluminiumhydroxid. In den letzteren Fällen wird 28Si gegenüber 30Si bevorzugt im Festkörper fixiert, was durch eine Adsorption an primär gebildeten Aluminiumhydroxid-Präzipitaten oder eine Kopräzipitation einer Si-Al-O-OH-Phase erklärt werden kann. usw.
Within the framework of the Baikal Drilling Project (BDP), a 192 m long sediment core (BDP-96-1) was recovered from the Academician Ridge, a submerged topographic high between the North and Central Basins of Lake Baikal. Sedimentological, clay mineralogical and geochemical investigations were carried out on the core interval between 90 and 124 m depth, corresponding to ca. 2.4–3.4 Ma. The aim was to reconstruct the climatic and tectonic history of the continental region during the intensification of Northern Hemisphere glaciation in Late Pliocene time. A major climate change occurred in the Lake Baikal area at about 2.65 Ma. Enhanced physical weathering in the catchment, mirrored in the illite to smectite ratio, and temporarily reduced bioproduction in the lake, reflected by the diatom abundance, evidence a change towards a colder and more arid climate, probably associated with an intensification of the Siberian High.
Lake Baikal, in south-central Siberia, has been the focus of an international effort (the Baikal Drilling Project; BDP) to obtain continuous long cores (upwards of 100 m) from this unique rift-valley lake and to interpret the paleoclimatic history from various proxy data. As part of this effort, the clay minerals were examined by two research teams. A consistent clay-mineral assemblage, containing illite, interstratified illite-smectite, chlorite, and kaolinite as the major minerals, characterizes much of the modern sediments. The relative abundance of these minerals changes with depth in both short piston cores from various parts of the lake and in 100-m-long cores taken from the distal toe of the Selenga Delta (BDP-93).
1. Die Kinetik der Komplexbildung verschiedener Schwermetalle, die repräsentativ für radiotoxilogische Nuklide sind, mit der Huminsäure ist Schwerpunkt der Untersuchungen. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die Entwicklung einer geeigneten Speziationsanalytik. Diese muss in der Lage sein, kinetische Informationen in einem sehr komplexen System aus Metall, Huminsäure und anorganischem Kolloid zu gewähren. 2. Arbeitspaket (AP) 1: es wird die Wechselwirkung der Huminsäure mit der Festphase charakterisiert. AP2: Schwerpunkt ist die Untersuchung der Kinetik der Komplexbildung a) Untersuchungen der Kinetik mittels Fluorimetrie, b) Methodenentwicklung einer neuen Speziationsanalytik (CE-Fluoreszens-ICP-OES). AP 3: Beschreibung des Systems Metall-Kaolinit, Aufnahme von pH-edges und Adsorptionsisothermen von Eu und Gd mit Kaolinit. AP 4: Beschreibung des Systems Metall-Huminsäure-Kaolinit. Es wird gezeigt, das die neu entwickelte Speziationsanalytik in der Lage ist, Einblicke in dieses hochkomplexe System zu gewähren. 3. Gemäß den Inhalten und der Struktur des Vorhabens werden keine unmittelbaren wirtschaftlichen Erfolge angestrebt.
Ziel des Vorhabens sind Beiträge für zuverlässige Prognosen zur räumlichen und zeitlichen Ausbreitung von Actiniden in Tongesteinen in Gegenwart von Huminstoffen (HS), Hauptaugenmerk liegt auf den Wechselwirkungen zwischen HS, U und Np und Kaolinit als Modelltonmineral. In detaillierten Studien werden die Actinid-HS-Komplexierung sowie der Einfluss von HS auf die Actinidensorption untersucht. Dabei sollen auch kinetische Prozesse und Konkurrenzreaktionen Berücksichtigung finden. Neue syntheti-Prozentsche HS werden entwickelt um detaillierteres Wissen über das Komplexbildungsverhalten von HS zu erhal-Prozentten. Im Hinblick auf präzisere Modellrechnungen zur Actinidenmigration in der Umwelt ist die Weiter-Prozententwicklung eines existierenden HS-Komplexierungsmodells geplant. Die zu erwartende Ergebnisse gestatten in ihrer Kombination eine wesentlich bessere, realitätsnähere Beschreibung der Komplexierung und Migration von Actiniden unter Endlagerbedingungen im Ton sowie den Vergleich mit Untersuchengen hinsichtlich anderer bisher betrachteter Wirtsgesteine für die Errichtung eines Endlagers für radioaktive Abfälle.
Ein wesentliches Ziel des Projektes war es, am Beispiel ausgewählter Modellverbindungen die Wechselwirkung organischer Moleküle (Pflanzenschutzmittel) mit den mineralischen und organischen Bestandteilen im Boden mittels theoretischer Methoden zu berechnen. Da die Huminstoffe und mineralische Bodenbestandteile von sehr großer Komplexität und Variabilität sind, ist es zumindest derzeit praktisch unmöglich, diese Substanzen in ihrer Gesamtheit zu modellieren. Es wurden Vereinfachungen und Idealisierungen vorgenommen, um das Pestizidverhalten modellhaft zu beschreiben. Damit sind wir dem Gesamtziel, nämlich die Basis für ein Simulationsmodell für das Verhalten von organischen Schadstoffen im Boden zu schaffen, näher gekommen.Folgende wesentliche Fortschritte wurden erzielt und zwar auf den Gebieten (i) des Verhaltens von freiem Al3+ in der Bodenlösung und dessen Interaktion mit organischen Säuren (ii) der Modellierung von Adsorptionsprozessen ausgewählter Modellmoleküle an mineralischen Oberflächen von Kaoliniten und (iii) der Untersuchung der Wechselwirkung zwischen typischen funktionellen Gruppen von Huminstoffen und Pestiziden:- Es wurde die Komplexbildung des hydratisierten Aluminiums mit Acetat, Citrat und Oxalat untersucht. Dabei wurden Ergebnisse für die Gasphase und flüssige Phase verglichen. Detaillierte Ergebnisse über Strukturen und thermodynamische Parameter (inklusive der Gibbs Free Energy) liegen vor. Bei diesen Studien wurden mono- und bidentate Komplexe und verschieden starker Ersatz der Wasserionen Al-Hydoxokomplexes durch die organischen Säuren verglichen. Als besonders stabile Komplexe wurden jene mit Citratliganden erkannt.- Ein weiterer Schwerpunkt betraf die Wechselwirkung ausgewählter Modellmoleküle mit Kaolinit/Dickitoberflächen. Dazu wurde vorerst die Struktur optimiert und die Dyanmik der Wasserstoffbindungen untersucht. Um die Wechselwirkungen untersuchen zu können wurde ein ONIOM Clustermodell erstellt. Basierend auf diesem Modell wurden Berechnungen zu Interaktionen von Wasser und Acetat an den Mineraloberflächen (sowohl für die Tetraederseite als auch für die Oktaederseite) durchgeführt. Moleküldynamiksimulationen unterstrichen die zunächst mit dem Clustermodell erzielten Ergebnisse. In beiden Fällen konnte nachgewiesen werden, dass Wasser und Acetat an der okatedrischen Seite sehr stark gebunden werden und mehrere Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. An der tetraedrischen Seite waren die Bindungen wesentlich schwächer. 2,4D wurde als Pestizidmodellsubstanz herangezogen, wobei sich herausstellte, daß 2,4D etwas schwächer gebunden wird als Acetat unter gleichen Bedingungen.Auf dem Gebiet der Wechselwirkungen mit Huminstoffen wurden wichtige funktionelle Gruppen für Modellstudien ausgewählt. So berechneten wir Interaktionen von 2,4D mit Carboxyl/Carboxylat. Ein weiterer Vereinfachungsschritt ersetzte 2,4D durch Essigsäure. Wechselwirkungen zwischen Essigsäure und Essigsäure, Methanol, Acetaldehyd, Phenol, Acetamid und Am
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