Das Projekt "Redox processes along gradients" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Hydrologie, Limnologische Forschungsstation durchgeführt. The relevance of biogeochemical gradients for turnover of organic matter and contaminants is yet poorly understood. This study aims at the identification and quantification of the interaction of different redox processes along gradients. The interaction of iron-, and sulfate reduction and methanogenesis will be studied in controlled batch and column experiments. Factors constraining the accessibility and the energy yield from the use of these electron acceptors will be evaluated, such as passivation of iron oxides, re-oxidation of hydrogen sulfide on iron oxides. The impact of these constraints on the competitiveness of the particular process will then be described. Special focus will be put on the evolution of methanogenic conditions in systems formerly characterized by iron and sulfate reducing condition. As methanogenic conditions mostly evolve from micro-niches, methods to study the existence, evolution and stability of such micro-niches will be established. To this end, a combination of Gibbs free energy calculations, isotope fractionation and tracer measurements, and mass balances of metabolic intermediates (small pool sizes) and end products (large pool sizes) will be used. Measurements of these parameters on different scales using microelectrodes (mm scale), micro sampling devices for solutes and gases (cm scale) and mass flow balancing (column/reactor scale) will be compared to characterize unit volumes for organic matter degradation pathways and electron flow. Of particular interest will be the impact of redox active humic substances on the competitiveness of involved terminal electron accepting processes, either acting as electron shuttles or directly providing electron accepting capacity. This will be studied using fluorescence spectroscopy and parallel factor analysis (PARAFAC) of the gained spectra. We expect that the results will provide a basis for improving reactive transport models of anaerobic processes in aquifers and sediments.
Das Projekt "Einfluß von Laccase-Produktion durch Pilze und Mykorrhizen auf die Bildung und Stabilität organischer Substanz in land- und forstwirtschaftlichen Böden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Ernährungswissenschaften durchgeführt. Im Projekt soll der Einfluß oxydativer Exoenzyme von Pilzen und Mykorrhizen auf den Auf- und Abbau der organischen Bodensubstanz charakterisiert werden. Über die gesamte Dauer des SPP sind zwei Arbeitsetappen geplant. Zuerst werden Primer zum molekularbiologischen Nachweis von Boden- und Mykorrhizapilzen mit Laccase-Genen und zur Analyse der Expression dieser Gene in Böden entwickelt. Um die bodenökologische Aussagekraft der Methode zu gewährleisten, werden Protokolle zur Extraktion von DNA und mRNA aus Böden mit Proben von den SPP-Standorten optimiert und geeicht. In einem zweiten Arbeitsschritt werden die Methoden an den landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Böden der SPP-Standorte eingesetzt. Die Ergebnisse von Untersuchungen der Struktur und Funktionen der Pilzpopulationen werden im Zusammenhang mit Analysen anderer SPP-Teilnehmer interpretiert. Dabei sollen insbesondere Daten über Gehalt und Kreislauf der festen und gelösten organischen Bodensubstanz, über Fraktionierung natürlicher Isotope in den Phasen des Kreislaufs sowie über Aufbau- und Abbauvorgänge durch nicht pilzliche Bodenmikroorganismen und durch Bodentiere berücksichtigt werden. Die Beteiligung an Experimenten zum Abbau radioaktiv markierter Streu ist ebenfalls vorgesehen.
Das Projekt "Teilprojekt: Magmatische Prozesse und Krusten-Akkretion an der Grenze Kruste/Mantel von schnell-spreizenden mittelozeanischen Rücken: Neue Erkenntnisse durch Bohrungen im Rahmen des ICDP Oman Drilling Project" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Sektion Geowissenschaften, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Der Oman-Ophiolith ist weltweit das größte, best-aufgeschlossenste und am besten untersuchte Stück ozeanischer Lithosphäre an Land. Im Winter 2017/18 wurde im Rahmen des ICDP Oman Drilling Projects (OmanDP) in diesem Ophiolith erfolgreich der Übergang zwischen Kruste und Mantel durchbohrt. Die beiden gewonnenen Kerne CM1 und CM2 verfügen über eine Länge von 400 bzw. 300 Metern und wurden mit einer Recovery-Rate von nahezu 100% erbohrt, wodurch sie eine einzigartige, besondere Ressource darstellen, mit hohem Wert für zukünftige petrologische und geochemische Untersuchengen. Sie präsentieren ein kohärentes, ungestörtes Profil durch die Kruste/Mantel-Übergangszone, die aus einer Abfolge von Lagigen Gabbros mit eingeschaltetem Dunit, Troktolith und Wehrlit über einer 90 m mächtigen Zone aus massiven Dunit besteht, die tektonisiertem Mantel-Peridotit auflagert. Das eingereicht Projekt fokussiert auf wissenschaftlichen Themen, die zwei unterschiedlichen methodischen Ansätzen verfolgen: (1) In einer experimentelle Studie planen wir Gleichgewichs- und Fraktionierte Kristallisation zu simulieren, um die Phasenbeziehungen und frühe Differentiation in einem parentalen, MORB-typen System zu verstehen, das zwischen trockenen (relevant für den East Pacific Rise) und wasserhaltigen Bedingungen (entspricht früher Izu-Bonin-Mariana arc-type Kruste in einem Setting der Initialisierung einer Subduktionszone) vermittelt. In einem experimentellen Sub-Projekt möchten wir die Spurenelement-Verteilung zwischen Spinel/Chromit und einer wasserhaltigen MORB-Schmelze quantifizieren, die für das Verstehen der Bildung der massiven Dunite benötigt wird. (2) Der zweite methodische Ansatz verfolgt petrologische und geochemische Untersuchungen an den Gesteinen aus den CM-Kernen, um den genauen Mechanismus zu verstehen, wie die massiven Dunite am Übergang Kruste/Mantel entstehen und nach welchem Modus sich die Differenzierung/Fraktionierung in den primitive Schmelzen direkt über dem obersten Mantel vollzieht. Die kombinierten Ergebnisse aus beiden komplementären Ansätzen werden zu einem tiefen Verständnis über die Geodynamik des Kruste/Mantel-Übergangs unter schnell-spreizender ozeanischer Kruste führen, mit genauen Details über den Aufbaumechanismus der tiefen Kruste und die dabei ablaufenden magmatischen Differenzierungs-Prozesse führen, in einem Tiefenfenster, das in rezenter ozeanischer Lithosphäre unerreichbar erscheint.
Das Projekt "Nanopartikel und Kolloide als Vektoren von P-Verlusten und -Umverteilungen/Verlagerungen im Zuge der Entwicklung von Waldökosystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-3 Agrosphäre durchgeführt. Hintergrund: Obwohl Nanopartikel und Kolloide (NPC) als Vektoren für P-Verluste und P-Neuverteilungen in Waldsystemen fungieren, fehlen grundsätzlichen Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen steuernden Umweltfaktoren und dem Schicksal, Transport und der zusammensetzung von NPC und ihrer P-Beladung. Wir postulieren, dass hydrologisch bedingte NPC-Verluste und -umverteilungen eine dreifache Gefahr für das langfristige biogeochemische Recycling von P in Waldökosystemen und damit die Ökosystemernährung darstellen. Projektziel: Aufklärung der Bedeutung und Steuerung von NPC-Verlusten und -umverteilungen für die langfristige Effizienz des P-Recycling in Waldökosystemen. Projekt-Hypothesen: Mobile Kolloide in Waldökosystemen entstammen hauptsächlich dem organischen Oberboden (alle WPs), (ii) Laterale Flüsse vom kolloidalen P während Starkregenereignissen begrenzen langfristig die maximale P-Wiederverwertungseffizienz von Waldökosystemen (WP1), (iii) P ist überwiegend mit organischen Kolloiden assoziiert und größtenteils bioverfügbar, was eine weitere Limitierung der P-Wiederverwertung im Wald darstellt (WP2), (iv) Die Kolloidverlagerung in Wäldern führt zu P-reichen und P-armen Stellen (laterale Umverteilung) bzw. zu einem P-Transfer aus oberflächennahen organischen Horizonten zum mineralischen Unterboden und damit zu einer P-Festlegung in diesem Horizont (WP3), und (v) Abnehmende atmosphärische Einträge von organischen Säuren und Kalkung erhöhen den pH Wert und reduzieren das austauschbare bzw. gelöste Al3+ im Waldoberboden, was die Mobilisierung bzw. den Verlust von kolloidalem P fördert (WP4). Methodik: Wir werden die Konzentration und Zusammensetzung von Kolloiden in den Wasserproben i) aus den Streulysimetern, ii) aus dem lateralen Fluss in Bodeneinschnitte (trenches) und iii) aus den Oberläufen von Bächen an den Versuchsstandorten in Bad Brückenau, Conventwald, Vessertal und Mitterfels bestimmen. Die Kolloide werden mittels Feld Fluss Fraktionierung fraktioniert bzw. isoliert und in Kombination mit ICP-MS, TOC und TN Analyse, sowie TEM gekoppelt mit Energiedispersiver Röntgenspektroskopie charakterisiert. Aufgaben/Arbeitspakete: WP1: Entnahme von Wasserproben aus dem lateralen Fluss in Bodeneinschnitten (trenches) (mit Puhlmann/Weiler und Julich/Feger). Entsprechend unserer Hypothese sollte die Gesamtmenge von NPCs aus präferenziellen Fließwegen, dem lateralen Fluss und den Oberläufen der freigesetzten Menge aus der organischen Bodenoberschicht gleich sein. WP2: Untersuchung der Bioverfügbarkeit der NPC aus dem 'interflow' und den Oberläufen durch Inkubationsexperimente mit Enzymen um Phosphatester und Inositol-Phosphate nachzuweisen (mit Kaiser/Hagedorn/Niklaus). (Text gekürzt)
Das Projekt "Stofftransport bei der Rektifikation von Zwei- und Dreistoffgemischen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Berliner Hochschule für Technik, Fachbereich VIII Maschinenbau, Veranstaltungstechnik, Verfahrenstechnik durchgeführt. Sehr haeufig werden fuer die Rektifikation Fuellkoerperkolonnen eingesetzt. Fuer die Dimensionierung dieser Kolonnen muss der Stoffdurchgangskoeffizient bekannt sein, der sich aus den Stoffuebergaengen auf der Dampf- und Fluessigkeitsseite berechnen laesst. Mit den hierfuer bekannten Gleichungen erhaelt man Werte, die erheblich von den gemessenen Werten abweichen. Im Labor fuer thermische Verfahrenstechnik der Technischen Fachhochschule Berlin wird an einer Versuchskolonne der Stoffdurchgang fuer Zwei- und Dreikomponentensysteme ermittelt.
Das Projekt "Drivers and mechanisms of 13C discrimination in Cleistogenes squarrosa (C4) - reducing uncertainties on bundle sheath leakiness" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Grünlandlehre durchgeführt. The energetic efficiency of C4 photosynthesis is strongly affected by bundle sheath leakiness, which is commonly assessed with the 'linear version' of the Farquhar model of 13C discrimination, and leaf gas exchange and 13C composition data. But, the linear Farquhar model is a simplification of the full mechanistic theory of ? in C4 plants, potentially generating errors in the estimation of leakiness. In particular, post-photosynthetic C isotope fractionation could cause large errors, but has not been studied in any detail. The present project aims to improve the understanding of the ecological and developmental/physiological factors controlling discrimination and leakiness of the perennial grass Cleistogenes squarrosa. C. squarrosa is the most important member of the C4 community which has spread significantly in the Mongolia grasslands in the last decades. It has an unusually high and variable discrimination, which suggests very high (and potentially highly variable) leakiness. Specifically, we will conduct the first systematic study of respiratory 13C fractionation in light and dark at leaf- and stand-scale in this C4 species, and assess its effect on discrimination and estimates of leakiness. These experiments are conducted in specialized 13CO2/12CO2 gas exchange mesocosms using ecologically relevant scenarios, testing specific hypotheses on effects of environmental drivers and plant and leaf developmental stage on discrimination and leakiness.
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 vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Lehr- und Forschungsgebiet Umwelt- und Lebensmittelwissenschaften, Fachgebiet Umweltchemie durchgeführt. 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 "Mathematische Modellierung und experimentelle Untersuchungen zur Pyrolyse von Abfällen in einer Wirbelschicht und an einem Drehrohr im Pilotmaßstab" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Institut für Technische und Makromolekulare Chemie durchgeführt. Das Ziel des hier in einem Paketantrag vorgeschlagenen Forschungsvorhabens besteht in der Entwicklung eines mathematischen Basismodells für die Pyrolyse von Abfällen, das in Verbindung mit den jeweiligen Reaktormodellen für die Beschreibung der Pyrolyse in einer Wirbelschicht und in einem Drehrohr geeignet ist. Dabei entspricht die Wirbelschicht als Reaktormodell einem oder wenigen Rührkesselelementen. Die Hintereinanderschaltung mehrerer dieser Elemente führt zum Kolbenströmermodell für das Drehrohr. Das bisher in Wirbelschichtreaktoren gesammelte, umfangreiche Datenmaterial zur Pyrolyse von homogenen Abfällen soll zunächst in einem detaillierten, mechanistischen Reaktionsmodell mit einem bereits erprobten Wirbelschichtmodell kombiniert werden. Dieses sehr detaillierte Modell liefert grundsätzliche Erkenntnisse zur Bedeutung einzelner Transport- und Reaktionsmechanismen für vergleichsweise homogene Abfallstoffe (z.B. Polymermischungen). Für komplex zusammengesetzte Abfälle, wie z.B. Schredderleichtfraktion, müssen vor dem Hintergrund fehlender Basisdaten bzgl. stoffspezifischer Eigenschaften und Daten zum Transport- oder Mischungsverhalten jedoch entsprechend vereinfachte Summenparameter u.a. mit Thermowagenuntersuchungen im Labor- und Technikummaßstab ermittelt werden. Das auf diese Weise gewonnene vereinfachte Basismodell für komplex zusammengesetzte Abfälle dient dann als Grundlage für das weiter zu entwickelnde Gesamtmodell für das Drehrohr.
Das Projekt "Grundlagen des kolloidalen Stofftransports in der biologischen Abwasserreinigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie und Lehrstuhl für Hydrogeologie, Hydrochemie und Umweltanalytik durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung von Kolloiden (dp = 0.001-1 mym) in biologischen Kläranlagen. Es existieren derzeit kaum Erkenntnisse über die kolloiden Frachten in solchen Anlagen und deren Einfluß auf die Reinigungsleistung. Neben einer elementanalytischen Bilanzierung der räumlichen und zeitlichen Varianz der Kolloidkonzentration in technischen Anlagen und Identifizierung von spezfischen Partikelquellen über größenselektive elementare 'Fingerabdrücke' sollen Erkenntnisse über den Verbleib und die chemische und strukturelle Modifikation von Kolloiden durch Wechselwirkung mit Biofilmen gewonnen werden. Die Bilanzierung basiert methodisch auf der induktiv-gekoppelten Plasmamassenspektrometie (ICP-MS). Der Eintrag der Kolloide in das ICP-MS erfolgt entweder durch Kopplung mit einer asymmetrischen Fluß-Feldflußfraktionierung (AF4), die eine vorherige größenselektive Auftrennung erlaubt, oder durch Laserablation von Membranfiltern nach einer mehrstufigen Ultrafiltration. In einem weiteren Schritt soll mit natürlichen (d.h. Kolloiden, die spezifischen Quellen zugeordnet werden können) bzw. künstlichen Tracerkolloiden die Dynamik von makroskopischen kolloidalen Transportvorgängen in techenischen Anlagen bzw. die mikroskopische Wechselwirkung mit Biofilmen in einem Laborfließsystem untersucht werden.
Das Projekt "Natürliche Nanopartikel und Kolloide in bewaldeten Europäischen Quellgebieten: Neue Erkenntnisse über raumzeitliche Dynamiken und potentielle Herkunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES), Bereich Bodenwissenschaften, Allgemeine Bodenkunde und Bodenökologie durchgeführt. Natürliche Nanopartikel (NNP) und bodenstämmige Kolloide werden zunehmend als hoch relevante Transportform von Elementen in wässrigen Phasen von Ökosystemen anerkannt. Zur elementaren Zusammensetzung dieser Partikel und deren Größenspanne liegen erste Erkenntnisse vor, jedoch fehlen weiterhin wichtige fundamentale Informationen über deren zeitliche Dynamiken und deren Herkunft. Die Ziele dieses Projektes sind (i) die zeitlichen Dynamiken von NNP und Kolloiden aufzudecken, (ii) den Einfluss von signifikant erhöhten Abflussereignissen auf den Export von NNP und Kolloid-bedingtem Transport aufzuklären und (iii) die potentielle Herkunft von Bachwasser-NNP und Kolloiden zu erklären. Um eine Vorstellung über die Validität der Ergebnisse (iv) auf europäischer Skala und durch verschiedene Ökosysteme zu bekommen, werden die Analysen an Bachwasserproben von verschiedenen Dauerbeobachtungsflächen durch Europa durchgeführt. Diese Standorte, mit denen ich bereits erste eigene wissenschaftliche Kooperationen etablieren konnte, bieten Daten über die Böden, die Gewässerchemie und Stoffflüsse innerhalb des Ökosystems. Die Analytik wird mit Hilfe von Kombinationsverfahren der Feld Fluss Fraktionierung (FFF) durchgeführt. Für ausgewählte Proben wird größen- und elementspezifische Analytik von NNP und Kolloiden mit der Analyse von Lignin Phenolen, der natürlichen Häufigkeitsermittlung von 13C, Radiokarbondatierung und zusätzlicher d56Fe Analytik kombiniert. Durch die Kombination der Daten sollte es möglich sein das Vorkommen und die Variabilität von NNP und Kolloiden als vorherrschende Elementtransportform, sowie deren Herkunft aus verschiedenen Bodenhorizonten und die generelle Validität meiner Ergebnisse auf unterschiedliche Standorte in Europa besser verstehen zu können.
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| Bund | 330 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 330 |
| License | Count |
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| offen | 330 |
| Language | Count |
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| Keine | 200 |
| Webseite | 130 |
| Topic | Count |
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| Boden | 270 |
| Lebewesen & Lebensräume | 259 |
| Luft | 171 |
| Mensch & Umwelt | 330 |
| Wasser | 195 |
| Weitere | 329 |