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s/spectrometrie/Spektrometrie/gi

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Umsatzraten und Herkunft von Lipiden in Ackerböden: Zeitlich aufgelöste strukturelle und isotopische Charakterisierung der Lipidfraktionen einer natürlich markierten Schwarzerde

Lipide haben wahrscheinlich große Bedeutung für die Stabilisierung organischer Substanz in Böden, sie wurden aber bisher mittels moderner strukturchemischer und isotopischer Methoden nur wenig untersucht. Durch die Kombination dieser Methoden sollen erstmals gleichzeitg Aussagen über Herkunft (Pflanzen, Bakterien, Pilze) und Umsatzraten (d13C) der Lipide auf molekularer Ebene ermöglichen. Der Nutzungswechsel von Roggen- (C3-) zu Mais-Monokultur (C4-Pflanze) markierte die zugeführte Biomasse strukturell und isotopisch. Die Nutzung von Rückstellproben ermöglicht eine über vier Jahrzehnte zeitlich aufgelöste Auswertung dieses landwirtschaftlichen Freilandversuchs. Die Lipide sollen mit einer Kombination moderner struktureller, spektroskopischer und isotopischer Analysetechniken der Bodenchemie, organischen Geochemie und Biochemie untersucht werden. Untersuchungen sollen an Gesamtböden und ausgewählten PartikelgrößenFraktionen erfolgen. Die Bodenlipide werden erstmalig über eine automatisierte sequentielle Flüssigkeitschromatographie in folgende Fraktionen getrennt: a) Aliphaten, b) Ketone/Alkohole, c) Fettsäuren, d) Aromaten, e) basische Lipide und f) hochpolare Biopolymere. Diese Fraktionen sollen anschließend strukturell identifiziert (13C NMR, GC-MS) und die Fraktionen a) bis c) gesamt- und komponentenspezifisch (GC-irmMS) d 13C-isotopisch charakterisiert werden.

Stabilisierung der organischen Bodensubstanz im intrapartikulären Porenraum von Mineralclustern

Die Festlegung von gelöster organischer Substanz im intrapartikulären Raum von Mineralclustern, insbesondere in sogenannter Mikro- und Mesoporen (A kleiner 2-50 nm) kann über physikalischem Ausschluss von Exoenzymen zur Stabilisierung organischer Substanzen führen. Ziel der geplanten Arbeiten ist die Quantifizierung des Beitrags dieses Prozesses zur Bildung stabiler organischer Bodensubstanz. Dazu werden verschiedene Mineralphasen mit natürlicher organischer Substanz belegt. Diese Proben werden im Vergleich zu Bodenproben der vier Referenzstandorte hinsichtlich der Verteilung der organischen Bodensubstanz im intrapartikulären Porenraum untersucht. Gasadsorption (N2, CO2) und Hg-Porosimetrie erlauben Aussagen zur Inkorporation von organischer Substanz in Abhängigkeit von spezifischer Oberfläche, Porengrößenverteilung und Porengeometrie. Die Kombination verschiedener mikroskopischer (TEM, ESEM), mikrospektroskopischer Methoden (XPS, SANS/SAXS, ESI, EELS) liefert detaillierte Informationen zu Ausmaß und Art der Festlegung von organischer Substanz in den intrapartikulären Porenräumen. Die Arbeiten haben ferner zum Ziel, eine geeignete Strategie für zukünftige enzymatische Abbauversuche zu entwickeln, mit denen die Umsatzraten der so stabilisierten organischen Komponenten quantifiziert werden können.

Forschergruppe (FOR) 5288: Schnell und unsichtbar: Zwischenabfluss durch einen interdisziplinären Multi-Standort-Ansatz bezwingen, Teilprojekt: SSF ANGLE - Dynamik und Fließwege des Zwischenabflusses im Vergleich von verschiedenen Hängen

Die hydrologische Dynamik von Hängen, insbesondere des Zwischenabflusses (SSF), ist komplex und variiert in Raum und Zeit. Verfügbare Studien beschränken sich oft auf einzelne Hänge oder Niederschlagsereignisse, so dass die Übertragung dieser Erkenntnisse auf andere Einzugsgebiete mit großen Unsicherheiten verbunden ist. Eine Regionalisierung erfordert daher eine Quantifizierung der hydrologischen Dynamik von Hängen und der Faktoren, die die räumlichen und zeitlichen Muster des unterirdischen Zwischenabflusses beeinflussen. Eng mit der hydrologischen SSF-Dynamik verbunden ist der Export von organischem Kohlenstoff aus den Böden in den Vorfluter. Woher der Kohlenstoff aber genau kommt, ist noch weitgehend unklar, da die genauen Fließwege des SSF nicht bekannt sind.Wir schlagen daher einen kombinierten hydro-biogeochemischen Ansatz vor, der die Hanggrundwasserdynamik mit stabilen Wasserisotope und die wasserlösliche organische Substanz (WSOM; Konzentration, Absorption und Fluoreszenz) in 480 Standorten an 100 Hängen in vier Einzugsgebieten im Mittel- und Hochgebirge (Sauerland, Erzgebirge, Schwarzwald, Alpen) kombiniert. Ziel ist, empirische Beziehungen zwischen verschiedenen Hangformen (z.B. konvergente, divergente und planare Hangformen, Fließweglängen und Talformen), Gesteins- und Bodeneigenschaften und der Grundwasserdynamik abzuleiten, um die räumliche Variabilität und Stabilität von unterirdischen hydrologischen Prozessmustern (z.B. Fließrichtungen, Verweilzeiten, hydrochemische und biochemische Zusammensetzung) zu quantifizieren.Zur Identifizierung repräsentativer Hänge, werden vor der Instrumentierung eine GIS-basierte Landschaftsanalyse und Modellierung mit dem Abflussmodell RoGeR durchgeführt, die topografische, Boden- und Landnutzungsinformationen sowie die räumliche Verteilung von Gebieten, in denen eine Dominanz von SSF erwartet wird, einbeziehen. Die Grundwasserdynamik wird durch Messungen des durch SSF initiierten Grundwasserspiegels an insgesamt 480 Grundwasserrohren an den ausgewählten Hängen erfasst. An allen 480 Standorten werden zweimal (trockene und nasse Bedingungen) Bodenproben in 12 bzw. 6 Tiefen zur Bestimmung der stabile Isotope und WSOM entnommen, um die vertikalen und lateralen unterirdischen Fließwege sowie die räumliche Diskretisierung der Herkunftsräume für den SSF zu beurteilen. Die Analyse der Bodenproben erfolgt im Labor durch TOC-Analyzer, Fluoreszenz Spektrometrie und Isotopen-Analyzer. Der Einsatz von multivariaten statistischen Techniken und maschinellen Lernwerkzeugen wird helfen, zeitliche und räumliche Muster von unterirdischen hydrologischen Prozessen zu identifizieren. Mit dem Modell RoGeR werden zur Vorhersage von SSF-Flüssen, -Richtungen und -Dynamik die Konnektivität zwischen Hang und Bach untersucht, einschließlich der Ausdehnung der beitragenden Fläche. Diese Kenntnisse können nachfolgend zur Vorhersage des Transports von organischem Kohlenstoff vom Hang zum Bach verwendet werden.

Low bandgap dendrimer systems: Synthesis, spectroscopy and microscopy of composite films for photovoltaics. HO3911/4-1

Landnutzungsanalyse mit Hilfe abbildender Spektroskopie

Mit einem flugzeuggetragenen abbildenden Spektrometer wird das vom Boden reflektierte Sonnenspektrum vermessen und die registrierten spektralen Signaturen Landnutzungsklassen zugeordnet. Bei dieser Zuordnung werden auch neuronale Netze eingesetzt. Neben der Verarbeitung spektral aufgeloester Daten wird augenblicklich an der Einbindung von Texturinformationen (mit neuronalen Netzen) gearbeitet.

Tritium in Fluessen

Bei der Messung des Tritiumgehalts in deutschen Fluessen stehen zwei Aspekte im Vordergrund: zum einen sollen Basiswerte erarbeitet werden fuer die Tritium-Belastung durch die Kernenergie, zum anderen sollen die Laufzeitspektren fuer das Wasser zwischen Ausregnen und Auftreten im Flusswasser untersucht werden.

Ableitung von Zustandsparametern der Atmosphäre aus Spektroskopischen DOAS - Messungen - RAPSODI

Die Erdatmosphäre unterliegt komplexen chemischen und dynamischen Prozessen, und eine genaue Kenntnis der Vertikalverteilung von Spurengasen und Aerosolen ist von größter Bedeutung für ein tiefgreifendes Verständnis des atmosphärischen Systems. Fernerkundungsmessungen sind bestens geeignet zur Bestimmung der atmosphärischen Vertikalstruktur. Boden- flugzeug- und satellitengebundene Fernerkundungsmessungen ermöglichen eine berührungslose Messung der atmosphärischen Zusammensetzung. Insbesondere stellt die Multi-Axiale Differentielle Absorptionsspektroskopie (MAX-DOAS) eine vielseitige und kostengünstige Methode zur Bestimmung der Vertikalverteilung zahlreicher Spurengase sowie von Aerosolen. Im Rahmen des beantragten Projektes wird ein neuartiger Auswertealgorithmus entwickelt, der eine vollständige Ausschöpfung des Informationsgehaltes von MAX-DOAS Streulichtmessungen zum Ziel hat. Im Gegensatz zu bisherigen Algorithmen erfolgen hierbei DOAS-Auswertung und Bestimmung des Vertikalprofils in einem einzigen Schritt. Von dieser gleichzeitigen Bestimmung von Vertikalprofilen von Spurengasen und Aerosolen direkt aus den gemessenen spektralen Radianzen erwarten wir eine signifikante Erhöhung des Gesamtinformationsgehaltes. Eine Simulation der breitbandigen spektralen Struktur, die in der traditionellen DOAS Analyse ignoriert wird, sowie eine explizite Modellierung der Rotations-Ramanstreuung (Ring-Effekt) liefern zusätzliche Informationen über den Zustand der Atmosphäre. Eine Kopplung eines T-Matrix- und/oder Mie-Streumodells an ein Strahlungstransportmodell ermöglicht in ähnlicher Weise wie bestehende Algorithmen für Aeronet Sonnenphotometermessungen die Bestimmung von mikrophysikalischen Aerosoleigenschaften, wie z.B. Größenverteilung und komplexer Brechungsindex, von Messungen im solaren Almukantarat. Dieser Algorithmus dient als Basis für eine eingehende Untersuchung des Gesamtinformationsgehaltes von MAX-DOAS Messungen bezüglich Spurengasen, Aerosolextinktion sowie mikrophysikalischen Aerosoleigenschaften. Messungen mittels eines polarisationssensitiven MAX-DOAS (PMAX-DOAS) Instruments, welches im Rahmen des Projektes entwickelt wird, ermöglichen eine weitere Erhöhung des Informationsgehaltes von Streulichtmessungen. Messungen des Himmelslicht bei verschiedenen Ausrichtungen eines rotierbaren Polarisationsfilters ermöglichen eine Rekonstruktion des Stokesvektors, und polarisationsabhängige Messungen der Intensität, der Spurengassäule sowie des Ringeffektes führen zu einer signifikanten Erhöhung der Genauigkeit von Aerosol- und Spurengasbestimmung. Zu einer vollständigen Nutzung des Informationsgehaltes von PMAX-DOAS-Messungen wird der Auswertealgorithmus auf der Basis eines vektorisierten Strahlungstransportmodells, das die Simulation des gesamten Stokes-Vektors ermöglicht, entwickelt.

KI gestützte, spektroskopische Ermittlung der Alterung von Kunststoffen beim mechanischen Recycling, Teilvorhaben: Entwicklung einer Harmonisierungs-KI zur Vereinheitlichung und besseren Übertragbarkeit von spektralen Daten

KI gestützte, spektroskopische Ermittlung der Alterung von Kunststoffen beim mechanischen Recycling, Teilvorhaben: Entwicklung von KI-Modellen zur Bestimmung der prozessierungs-bedingten Alterung dreier Kunststoffe

Organic matter composition in the subsoil: Contribution of root litter and microbial-derived compounds

The aim of P2 within the Research Unit 'The Forgotten Part of Carbon Cycling: Organic Matter Storage and Turnover in Subsoils (SUBSOM)' is to contribute to the understanding of the different sources and stabilization processes of subsoil organic matter. This will be achieved by the analysis of the soil organic matter composition in topsoil versus subsoil by 13C NMR spectroscopy in bulk soils as well as organo-mineral associations. This will be done on a number of soil profiles differing in parent material and mineralogy and therefore also in the relevance of organo-mineral associations for subsoil C stabilization. In addition, a specific sampling approach will allow to differentiate three zones associated with the dominating effect of (1) leaching of DOC (the 'bulk soil' between trees), (2) root litter decomposition (the 'root-affected zone'), and (3) direct rhizodeposition of root exudates (the 'rhizosphere' sensu strictu). The contribution of above-ground versus below-ground litter is differentiated by the analysis of cutin and suberin biomarkers. Organic matter derived from microbial sources will be identified by the microbial signature of polysaccharides in the subsoil through the analysis of neutral sugars and amino sugars. Organo-mineral associations will be further characterized by N2-BET analyses to delineate the coverage of the mineral phase with organic matter. With these analyses and our specific analytical expertise at the submicron scale (nanoSIMS) we will participate in selected joint experiments of the research unit.

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