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Umweltprobenbank des Bundes (German Environmental Specimen Bank)

Die Umweltprobenbank des Bundes (UPB) mit ihren Bereichen Bank für Umweltproben und Bank für Humanproben ist eine Daueraufgabe des Bundes unter der Gesamtverantwortung des Bundesumweltministeriums sowie der administrativen und fachlichen Koordinierung des Umweltbundesamtes. Es werden für die Bank für Umweltproben regelmäßig Tier- und Pflanzenproben aus repräsentativen Ökosystemen (marin, limnisch und terrestrisch) Deutschlands und darüber hinaus für die Bank für Humanproben im Rahmen einer Echtzeitanalyse Blut-, Urin-, Speichel- und Haarproben studentischer Kollektive gewonnen. Vor ihrer Einlagerung werden die Proben auf eine Vielzahl an umweltrelevanten Stoffen und Verbindungen (z.B. Schwermetalle, CKW und PAH) analysiert. Der eigentliche Wert der Umweltprobenbank besteht jedoch in der Archivierung der Proben. Sie werden chemisch veränderungsfrei (über Flüssigstickstoff) gelagert und somit können auch rückblickend Stoffe untersucht werden, die zum Zeitpunkt ihrer Einwirkung noch nicht bekannt oder analysierbar waren oder für nicht bedeutsam gehalten wurden. Alle im Betrieb der Umweltprobenbank anfallenden Daten und Informationen werden mit einem Datenbankmanagementsystem verwaltet und aufbereitet. Hierbei handelt es sich insbesondere um die biometrischen und analytischen Daten, das Schlüsselsystem der UPB, die Probenahmepläne, die Standardarbeitsanweisungen (SOP) zu Probenahme, Transport, Aufbereitung, Lagerung und Analytik und die Lagerbestandsdaten. Mit einem Geo-Informationssystem werden die Karten der Probenahmegebiete erstellt, mit denen perspektivisch eine Verknüpfung der analytischen Ergebnisse mit den biometrischen Daten sowie weiteren geoökologischen Daten (z.B. Daten der Flächennutzung, der Bodenökologie, der Klimatologie) erfolgen soll. Ausführliche Informationen und eine umfassende Datenrecherche sind unter www.umweltprobenbank.de abrufbar.

Platinbestimmung von Membran- Elektroden- Einheiten aus Brennstoffzellen

Die genaue Kenntnis der Platingehalte von Membranen aus Brennstoffzellen ist für einen Aufbereitungsprozess und vor allem zur genauen Berechnung der Wertschöpfung von großer Bedeutung. Auf Grund der chemischen Zusammensetzung, vor allem durch erhöhte Fluorfrachten, wird die genaue Analytik, aber auch die Aufbereitung, erschwert. Im Mittelpunkt dieses Forschungsprojektes stand deshalb die Prüfung von Probenahme, Probenaufbereitung und Analytik hinsichtlich ihrer Eignung bei der Bestimmung von Platingehalten der Membran- Elektroden Einheiten. Es konnte dabei gezeigt werden, dass die größten Probleme erwartungsgemäß bei der Probenvorbereitung und -aufbereitung auftreten. Bei der anschließenden vergleichenden Analytik lagen die Messwerte sehr eng beieinander, so dass keinem der Verfahren hier der Vorrang gegeben werden kann. Auf Grund der gewonnenen Erkenntnisse in der Probenaufbereitung konnten abschließend auch einige Vorschläge für einen Aufbereitungsprozess zusammengestellt werden.

Entwicklung von Aufbereitungsverfahren und chemisch-physikalischen Schnellerkennungsmethoden fuer die Eingangskontrolle auf abfalltechnischen Behandlungsanlagen - PROTECTA, Entwicklung eines Abfalldeponie-Probenehmers mit Schnelltests (PROBS)

Fuer den Deponie-Eingangsbereich soll ein Probenahmesystem entwickelt werden, das aus heterogenen Abfallfrachten eine Mischprobe im Sinne einer gezielten Stichprobe nehmen soll. Aus dieser Mischprobe soll nach Probenaufbereitung der Gluehverlust, die Fluegelscherfestigkeit, elektrische Leitfaehigkeit und der pH-Wert bestimmt werden,um die Deponie-Zuordnungskriterien zu ueberpruefen. Der Zeitraum fuer Probenahme, -aufbereitung und -analytik soll im Sinne einer Schnellanalyse 15 Minuten nicht ueberschreiten.

Deformationsabhängige hydraulische Materialfunktionen von Böden

Das Forschungsvorhaben dient der Untersuchung der Auswirkungen von Deformationsprozessen (Quellung/Schrumpfung, mechanische Belastung) auf die hydraulischen Materialeigenschaften von Böden (Wasserretentionsfunktion und hydraulische Leitfähigkeit). Auch die Inkonsistenzen bei der Bestimmung von Wasserretentionsfunktionen, die sich aus der üblichen Vernachlässigung von Quellung und Schrumpfung ergeben, sollen analysiert werden. Unter den 6 Deformationsfreiheitsgraden kommt der Volumenänderung der offensichtlichste Einfluss auf das Wasserretentionsverhalten zu. Auf der Grundlage von Messungen des Wasserretentionsverhaltens unterschiedlich vorverdichteter Proben unter simultaner Erfassung der Probenvolumina wird die Entwicklung parametrisierter Beschreibungsmodelle der Wasserretentionsfunktion j(h, e) in Abhängigkeit von Saugspannung h und Porenziffer e angestrebt. Dabei soll die am weitesten verbreitete Formulierung der Wasserretentionsfunktion nach van Genuchten (1980) durch die Verwendung porenzifferabhängiger Parameter js(e), jr(e), a(e), n(e) und m(e) erweitert werden. In analoger Weise werden ungesättigte hydraulische Leitfähigkeitsfunktionen unter Erfassung des Probenvolumen bestimmt und porenzifferabhängige Erweiterungen ku(h,e) des Beschreibungsmodells nach Mualem (1976a) und van Genuchten (1980) entwickelt.

Moosmonitoring 1995/96, Untersuchungen der Schwermetallgehalte in Moosen, Daten

In der Bundesrepublik Deutschland wurden von 1990 bis 2005 in fünfjährigem Abstand sowie in den Jahren 2015/16 und 2020/21 Untersuchungen zur Bestimmung der Inhaltsstoffe von Moosen durchgeführt. Schwerpunkt war die Analyse von Schwermetallen, ab 2005/06 auch von Sticksoff. Seit 2015/16 wurde das Stoffspektrum auf persistente organische Stoffe (POP) und Mikroplastik ausgeweitet. Dieses „Moosmonitoring“ ist der deutsche Beitrag zum europäischen Moosmonitoringprogramm, welches durch das „Internationale Kooperativprogramm zur Wirkung von Luftverunreinigungen auf die natürliche Vegetation und auf landwirtschaftliche Kulturpflanzen“ („International Cooperative Programme on Effects of Air Pollution on Natural Vegetation and Crops“, kurz: ICP Vegetation) der Genfer Luftreinhaltekonvention (Convention on Long-range Transboundary Air Pollution, CLRTAP) koordiniert wird. Mit der Durchführung der einzelnen Probenahmekampagnen sowie der Auswertung der Untersuchungsergebnisse wurden durch das Umweltbundesamt (UBA) wechselnde Institutionen beauftragt, so die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) mit dem Moosmonitoring 1995/96. Die Ergebnisse der nachfolgenden Monitoringjahre hat das Umweltbundesamt veröffentlicht. Sie sind abrufbar unter https://www.umweltbundesamt.de/daten/luft/bioindikation-von-luftverunreinigungen. Das Moos-Monitoring 1995/96 ist mit 1026 Standorten neben dem Moos-Monitoring 2000 das mit der größten Probenahmedichte und mit 40 analysierten Elementen das mit dem größten Untersuchungsspektrum. Obwohl die in den Jahren 1998 und 1999 fertiggestellten Forschungsberichte (Siewers & Herpin, 1998; Siewers, Herpin & Straßburg, 1999) eine Auswertung (Kurzbeschreibung, statistische Maßzahlen, Verteilungskarten) aller 40 analysierten Elemente enthalten, wurden bislang nur die Daten von 12 der analysierten Elemente veröffentlicht. Darüber hinaus wurden im Jahr 2007 die im Ergebnis der Analytik vorliegenden Rohdaten aus den Laboratorien einer Neubewertung unterzogen. Daraus resultiert eine Reihe von Fehlerkorrekturen, das auswertbare Elementspektrum konnte auf 42 Elemente erweitert werden. Auch die Ergebnisse dieser Neubewertung sind bislang unveröffentlicht. Die ergänzende Bearbeitung der Daten mit modernen Verfahren bringt eine zusätzliche Aufwertung dieser. Die Downloads enthalten die fehlerbereinigten Originaldaten im xlsx- bzw. csv-Format. Ergänzt werden die Downloads durch einen kurzen Abriss zur Probenahme, zur Probenaufbereitung und zur Analytik.

Massenspektrometrische Strukturanalyse im Ostseewasser geloester organischer Schadstoffe und deren Abbauprodukte

Anreicherung geloester organischer Schadstoffe durch fluessig-fest-Adsorption, kapillargaschromatographische Trennung, massenspektrometrische Strukturanalyse.

Einsatz stabiler Isotope in der Ökophysiologie: Stickstoff- und Kohlenstoffallokation sowie Kohlenstoffumsatz junger Bäume im Bodenraum

Im Rahmen des hier beantragten 12-monatigen Aufenthalt bei Prof. Dr. T. Dawson werde ich verschiedene Einsatzmöglichkeiten von stabilen Isotopen zum mechanistischen Verständnis von Prozessen in der Ökophysiologie/Baumphysiologie erlernen. Besonderer Schwerpunkt wird hierbei auf dem Studium biotischer Interaktionen und Stoffumsätze im Boden liegen. Anhand von eigenem Probenmaterial aus bereits abgeschlossenen Experimenten werde ich mir zunächst die Probenaufarbeitung, Verwendung der Massenspektrometer und Dateninterpretation von Grund auf aneignen. Während eines etwa vierwöchigen Aufenthalts bei Dr. C. Andersen werde ich in die Handhabung einer Messvorrichtung für unterirdische Untersuchungen an jungen Bäumen eingeführt. Diese 'mycocosms' werden anschließend für die in Berkeley geplanten Versuche eingesetzt. Mit Hilfe der stabilen Isotope 13C und 15N und Messungen der Bodenatmungsraten werden der Fluss an neu fixiertem C von den Blättern in den Boden, der C-Umsatz dort quantifiziert sowie die N- und C-Allokation erfaßt. Die Experimente dienen dem mechanistischem Verständnis qualitativer und quantitativer Änderungen dieser Allokations- und Umsatzprozesse durch Mykorrhizapilze und Konkurrenzinteraktionen. Die erlernten Methoden werden nach Beendigung des Auslandsstipendiums in Deutschland im Rahmen von Projekten eingesetzt, die sich mit der Konkurrenz zwischen Buche und Fichte beschäftigen.

Einfluß von Laccase-Produktion durch Pilze und Mykorrhizen auf die Bildung und Stabilität organischer Substanz in land- und forstwirtschaftlichen Böden

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.

Einfluß der Mikro- und Makrobioturbation durch Bodentiere auf die Stabilisierung der organischen Substanz in Ackerböden

Ziel des Projektes ist es, den Einfluß der Makro- und Mikrobioturbation durch sog. soil engineers (Lumbriciden, Enchytraeiden, Collembolen) auf die Stabilisierung der organischen Substanz in Ackerböden zu untersuchen. Dafür sollen Freiland- und Laborexperimente mit Böden aus dem Dauerdüngungsversuch in Halle durchgeführt werden. Methodische Grundlage ist die Analyse der natürlichen 13C-Verteilung im Vergleich von Kohlenstoff aus C3- und aus C4-Pflanzen. Dadurch wird eine Differentialanalyse der Wirkung von Bodentieren auf die Stabilität von C-Komponenten unterschiedlichen Alters möglich. Düngungsvarianten sollen genutzt werden, um die Abhängigkeit der Wirkung der Tiere vom Nährstoffstatus des Bodens zu quantifizieren. Zusätzlich sollen Feldexperimente zur gezielten Steuerung der Bodenfauna durch Managementmaßnahmen durchgeführt werden. Neben Grobfraktionierungen werden chemische und physikalische Feinfraktionierungen vorgenommen. Durch die Bestimmung der 13CVerteilung ermöglichen die bodenmikrobiologischen Parameter 'Biomasse' und 'Mineralisationsleistung' eine Quantifizierung der mikrobiellen Nutzung unterschiedlicher C-Quellen. Weitere Parameter sind: Funktionelle Diversität der Bakterien, Nematoden Maturity Index, Mikroarthropoden. Langfristig ist die Einbeziehung von bodenzoologischen Steuergrößen in ein Modell zum Umsatz der organischen Bodensubstanz geplant.

Identifizierung und Messung von Kohlenwasserstoffen natuerlicher und anthropogener Herkunft in Luft

Entwicklung eines Probenahme- und Anreicherungsverfahrens; Verbesserung der gaschromatographischen Nachweismethodik; Versuch der Identifizierung moeglichst vieler vorkommender Kohlenwasserstoffe natuerlicher und anthropogener Herkunft; Zusammenhang der in Reinluft und belasteter Luft gefundenen Konzentrationen einzelner Kohlenwasserstoffe mit meteorologischen Faktoren und anderen Luftbeimengungen.

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