Das Projekt "Dynamics of soil structure and physical soil functions and their importance for the acquisition of nutrients from the subsoil" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde, Professur für Bodenkunde durchgeführt. Subsoils are an often neglected nutrient source for crops. The mobilisation and use of this potential nutrient source is an important factor in sustainable land use. Nutrient accessibility, release, and transport are strongly dependent on soil structure and its dynamics controlled by spatiotemporally variable physical functions of the pore network. A well structured soil, for example, with numerous interconnected continuous biopores will enhance root growth and oxygen availability and hence nutrient acquisition. In contrast to soils with a poorly developed structure nutrient acquisition is limited by restricted root growth and reduced aeration. The goal of this research project is to investigate different preceding crops and crop sequences in developing characteristic biopore systems in the subsoil and to elaborate their effect on the functional performance of pore networks with respect to nutrient acquisition. The main research question in this context is how soil structure evolves during cultivation of different plant species and how structure formation influences the interaction of physical (water and oxygen transport, shrinking-swelling) biological (microbial activity, root growth) and geochemical processes (e.g. by creating new accessible reaction interfaces). In order to study and quantify pore network architectures non-invasively and in three dimensions X-ray computed microtomography and 3D image analysis algorithms will be employed. The results will be correlated with small- and mesoscale physical/chemical properties obtained from in situ microsensor (oxygen partial pressure, redox potential, oxygen diffusion rate) and bulk soil measurements (transport functions, stress-strain relationships) of the same samples. This will further our process understanding regarding the ability of various crop sequences to form biopore systems which enhance nutrient acquisition from the subsoil by generating pore network architectures with an efficient interaction of physical, biological and geochemical processes.
Das Projekt "Highly-resolved imaging in artificial and natural soils to yield dynamics and structure of interfaces from oxygen, pH and water content" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Potsdam, Institut für Erd- und Umweltwissenschaften durchgeführt. 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 "Roentgenmikroanalyse an Asbestfasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zeiss - Chemie und Umweltschutz durchgeführt. Im Lungenstaub verstorbener Mesotheliom-Patienten gilt es nachzuweisen, ob die Asbestfasern aus der Umgebung des Arbeitsplatzes (Steinbruch) kommen, oder ob andere Beeinflussungen vorliegen. Der Nachweis wird mit Hilfe der Roentgenmikroanalyse und Elektronenbeugung gefuehrt. Es werden mehrere Einzelfasern mit Sonderdruckmessern von 15 nm analysiert und mit Standardwerten verglichen.
Das Projekt "Teilprojekt: Mechanismen der Zielgesteinsdeformation während der Peakring-Bildung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Geologie durchgeführt. Kraterböden von Impaktstrukturen terrestrischer Planeten, sogenannte Impaktbecken, sind weitgehend flach und durch mindestens zwei morphologische Ringe gekennzeichnet. Die Mechanismen der Bildung des innersten Ringes, des Peakrings, sowie die mechanische Schwächung von Zielgesteinen, die für die Bildung flacher Kraterböden verantwortlich ist, sind immer noch unbekannt. Die Entschlüsselung dieser Mechanismen sind die vorrangigen strukturgeologischen Ziele der Expedition 364 Drilling the K-Pg Impact Crater und des vorliegenden Forschungsvorhabens, das die Chicxulub Impaktstruktur (Mexiko) als terrestrisches Analogon für die Bildung planetarer Impaktbecken nutzt. Insbesondere soll der Bohrkern hinsichtlich (1) impaktinduzierter Deformationsmechanismen, (2) Schwächung der Zielgesteine während der Kraterbildung, (3) Kinematik der Verformung und (4) struktureller Hinweise für langzeitliche Ausgleichsbewegungen der Kruste unterhalb des Kraters untersucht werden. Dies wird methodisch durch die Analyse von Mikrogefügen mithilfe quantitativer Bildanalyse unter Verwendung einer selbst entwickelten Routine, Mikrosonde-Analysen, Televiewer-Daten sowie durch hochauflösende 3D volumetrische Bildanalyse mittels röntgenographischer Mikrotomographie erreicht. Die gewonnen Strukturdaten werden mit äquivalenten Daten der Sudbury-Impaktstruktur (Kanada) verglichen, um aus der eindimensionalen Information der Bohrung im Rahmen der Expedition 364 ein umfassenderes strukturelles Verständnis großer Meteoriteneinschläge terrestrischer Planeten zu gewinnen.
Das Projekt "Nadelholz für die Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Holzforschung (IHF) durchgeführt. Klimamodelle sagen eine weitere Erhöhung der Lufttemperatur und gleichzeitig Änderungen in der Niederschlagshäufigkeit sowie - Intensität voraus. Hohe Temperaturen fördern Trockenperioden und Hitzewellen - wie z.B. im Jahr 2003 - werden alle paar Jahre auftreten. Ostösterreich ist eine Trockenregion mit jährlichen Niederschlagssummen zwischen 500 und 700 mm. Daher ist die Wasserverfügbarkeit einer der wichtigsten Parameter bezüglich der Stabilität der Wälder in Ostösterreich. Die negativen Effekte klimatischer Extremereignisse sind nicht nur im Jahr des Auftretens sichtbar. Sie zeigen Wirkung auf die Vitalität und Wüchsigkeit der Bäume über mehrere Jahre hinweg. Zum Beispiel konnten nach der Trockenphase 2003 in Zentraleuropa Effekte an Nadeln sowie auf den Zuwachs über bis zu vier Jahre beobachtet werden. Auch die Holzdichte, der wichtigste Parameter der Holzqualität, wird von Trockenperioden beeinflusst. Daher bedrohen klimatische Extremereignisse nicht nur die Stabilität der Wälder, das Einkommen und das finanzielle Risiko der Waldbesitzer sondern auch mögliche Fördergelder der Nationalen Regierung und der Europäischen Union. Die klimatischen Verbreitungsgrenzen von Baumarten werden nicht nur durch mittlere Temperatur- oder Niederschlagswerte bestimmt, sondern in weit größerem Maße von Klimaextremen. Auf Grund der zu erwartenden Änderungen des Klimas muss der Faktor Trockenresistenz verstärkt bei der Auswahl von Baumarten und Samenherkünften sowie Waldbauliches Planen und Handeln berücksichtigt werden. Der vorliegende Projektantrag hat das Ziel, die Reaktion der für die österreichische Forstwirtschaft ökonomisch bedeutsamen Nadelhölzer Fichte, Lärche, Tanne und Douglasie auf Trockenperioden der Vergangenheit mittels Röntgen-densitometrischer Messungen zu bestimmen. Die wesentlichen Fragen des Projektes sind: Wie stark reagieren die Baumarten mit Zuwachseinbußen und Holzdichteveränderungen? Welche Dauer und Intensität muss eine Trockenperiode aufweisen, um für die jeweilige Baumart relevant zu sein? Wie groß ist die genetische Variation der Trockenreaktion der Baumarten und kann diese Variation genutzt werden, um zukünftige Baumpopulation an das erwartete Klima durch Selektion geeigneter Herkünfte anzupassen? Die dendroklimatologischen Untersuchungen werden an Individuen von Herkunftsversuchen, d.h. von Versuchen, auf denen eine Vielzahl verschiedener Samenherkünfte gemeinsam angepflanzt wurden, durchgeführt. Die hier angestrebte Analyse der Trockenreaktion verschiedener Baumarten und Herkünfte wird unser Verständnis der klimatischen Grenzen von Baumarten verbessern und wichtige Impulse zur Entwicklung von Adaptationsmaßnahmen für vitale Wälder unter zukünftigen Klimabedingungen geben.
Das Projekt "Geomorphologisch-paläopedologische Untersuchungen im Glazial- und Periglazialraum des ehemaligen Salzachgletschergebietes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Geographisches Institut durchgeführt. Im ehemaligen Periglazialraum des Salzachgebietes sollen Relief-, Boden-, Sediment- und Vegetationsentwicklung in einen geoökologisch-stratigraphischen Rahmen gestellt werden. Es ist geplant, die Ergebnisse mit den neuen Erkenntnissen aus dem Rheingletschergebiet und anderen Glazialgebieten des Alpenvorlandes zu vergleichen und an die mitteleuropäische Quartärstraphie anzuschließen. Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt im Mittel- und Jungpleistozän. Die Vereisungsgeschichte soll chronostratigraphisch und paläogeographisch differenzierter als die bisher im Untersuchungsraum übliche Viergliederung nach PENCK & BRÜCKNER (1909) aufgelöst werden. Zu dieser Fragestellung besteht im Gebiet des ehemaligen Salzachgletschers ein großer Forschungsbedarf. Neben paläopedologischen Standardmethoden kommen auch Spezialanalysen, wie z.B. Schwermineralanalysen, mikromorphologische Analysen und moderne Arbeitsmethoden (Gesteinsmagnetik, Bohrlochgeophysik, Röntgenanalysen) in einer interdisziplinären Zusammenarbeit zum Einsatz.
Das Projekt "Aetiologie, Biokristallographie und Spurenelementgehalte von Sialolithen und Konkrementen im Mundbereich" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Fachbereich 08 Biologie, Chemie und Geowissenschaften, Institut für Angewandte Geowissenschaften durchgeführt. Mineralisierte Plaque in Form von Zahnstein sowie Konkremente sind entscheidendeFaktoren bei der Entstehung von Parodonthopatien. Aufgrund klinischer Beobachtungen wurde ein spezieller Anamnesebogen entwickelt, um Korrelationen zwischen Bildungsparametern und Haeufigkeit der Zahnsteinentfernung, Speichelkonsistenz, Mundhygienegewohnheiten etc. und dem Grad der parodontalen Erkrankung aufzeigen zu koennen. Fuer Teilbereiche der Ergebnisse werden statistische Auswertungen durchgefuehrt. Elektronen- und phasenkontrastmikroskopische, roentgenographische, infrarotspektroskopische und chemische Untersuchungen zeigen charakteristische, gewohnheitsbedingte Unterschiede in der Zusammensetzung von menschlichen Zahn- und Speichelkonkrementen. Typisch sind geschlechts- und berufsspezifische Abweichungen bei umweltrelevanten Schwermetallen wie Pb, Cd, Cu und Zn. Besonderheiten hinsichtlich Menge, Konsistenz und Haerte von Zahnstein, sowie pH-Wert des Speichels ergeben sich bei Bergleuten.
Das Projekt "Micro-scaled hydraulic heterogeneity in subsoils" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Bodenkunde durchgeführt. Nutrient and water supply for organisms in soil is strongly affected by the physical and physico-chemical properties of the microenvironment, i.e. pore space topology (pore size, tortuosity, connectivity) and pore surface properties (surface charge, surface energy). Spatial decoupling of biological processes through the physical (spatial) separation of SOM, microorganisms and extracellular enzyme activity is apparently one of the most important factors leading to the protection and stabilization of soil organic matter (SOM) in subsoils. However, it is largely unknown, if physical constraints can explain the very low turnover rates of organic carbon in subsoils. Hence, the objective of P4 is to combine the information from the physical structure of the soil (local bulk density, macropore structure, aggregation, texture gradients) with surface properties of particles or aggregate surfaces to obtain a comprehensive set of physical important parameters. It is the goal to determine how relevant these physical factors in the subsoil are to enforce the hydraulic heterogeneity of the subsoil flow system during wetting and drying. Our hypothesis is that increasing water repellency enforces the moisture pattern heterogeneity caused already by geometrical factors. Pore space heterogeneity will be assessed by the bulk density patterns via x-ray radiography. Local pattern of soil moisture is evaluated by the difference of X-ray signals of dry and wet soil (project partner H.J. Vogel, UFZ Halle). With the innovative combination of three methods (high resolution X-ray radiography, small scale contact angle mapping, both applied to a flow cell shaped sample with undisturbed soil) it will be determined if the impact of water repellency leads to an increase in the hydraulic flow field heterogeneity of the unsaturated sample, i.e. during infiltration events and the following redistribution phase. An interdisciplinary cooperation within the research program is the important link which is realized by using the same flow cell samples to match the spatial patterns of physical, chemical, and biological factors in undisturbed subsoil. This cooperation with respect to spatial pattern analysis will include the analysis of enzyme activities within and outside of flow paths and the spatial distribution of key soil properties (texture, organic carbon, iron oxide content) evaluated by IR mapping. To study dissolved organic matter (DOM) sorption in soils of varying mineral composition and the selective association of DOM with mineral surfaces in context with recognized flow field pattern, we will conduct a central DOM leaching experiment and the coating of iron oxides which are placed inside the flow cell during percolation with marked DOM solution. Overall objective is to elucidate if spatial separation of degrading organisms and enzymes from the substrates may be interconnected with defined physical features of the soil matrix thus explaining subsoil SOM stability and -dynami
Das Projekt "Elektro-chemo-mechanische Modellierung von Ceroxid-basierten Festoxidelektrolysezellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. Das Gesamtziel des Projekts 'ElChFest' ist eine dreidimensionale (3D) elektro-chemo-mechanische Modellierung einer kathodengestützten Elektrolysezelle auf der Basis von dotiertem Ceroxid, um die Zusammenhänge zwischen der porösen morphologischen Struktur, den Betriebsparametern und der Rissbildung im Elektrolyten zu beschreiben. Durch Modellierung der mechanischen Spannungen sowie Entstehung von Mikrorissen im Zellgefüge in Abhängigkeit von der Stromdichte werden sichere Betriebsparameter aufgezeigt und eine wissensbasierte Optimierung der Zelle ermöglicht. Die hohe Leistung der Elektrolysezelle soll so in einem stabilen Betrieb nutzbar gemacht werden. Am Forschungszentrum Jülich steht die Herstellung und Optimierung der Zellen, sowie das Bereitstellen von essentiellen Informationen und Parametern für die Modellierung im Vordergrund. Die Zellentwicklung wird mit suspensionsbasierten keramischen Methoden vorangetrieben, um die aufwändigen PVD Schichten möglichst zu ersetzen. Die Bestimmung mechanischer und chemo-mechanischer Kennwerte sowie die 3D Mikrostrukturcharakterisierung mittels FIB-REM Rekonstruktionen und röntgenographischer Computertomographie werden für die Simulation des chemo-mechanischen Verhaltens der Zelle benötigt.
Das Projekt "InOPLaBat - In-Situ und Operando Plating Detektion in Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA), Lehr- und Forschungsgebiet für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik durchgeführt. Das Projekt 'In situ und Operando Plating Detektion in Batterien (InOPlaBat)' soll die räumlich und zeitlich aufgelöste Erkennung von Lithium-Plating (Anlagerung von metallischem Lithium) in Lithium-Ionen-Batterien ermöglichen. Um die Struktur von Elektrodenmaterialien und ihre Veränderungen, insbesondere das Plating von Lithium auf der Anode während des Ladens, skalenübergreifend von nanometer- bis zentimeter-Dimensionen zu er-fassen, sollen im vorliegenden Projekt verschiedene optische, elektronenmikroskopische (FIB, REM und TEM) und röntgenographische (mikro-CT, nano-CT) Verfahren in Kombination mit spektroskopische Verfahren (NMR, EPR, elektrochemische Impedanzspektroskopie(EIS)) eingesetzt werden. Aufbauend auf Erkenntnissen aus post-mortem Untersuchungen sollen für die jeweiligen Methoden geeignete in situ/operando Versuchseinrichtungen aufgebaut werden, um die Lade-/Entladeprozesse direkt in einer Batteriezelle unter Betriebsbedingungen zu untersuchen. Damit soll es möglich werden, Plating-Prozesse erstmals hochauflösend in der Zelle in-situ zu analysieren und dadurch strukturelle Änderungen mit spektroskopisch detektierten dynamischen Prozessen zu korrelieren. Weiterhin wird ein mikroskopisches Modell zur Verknüpfung mikroskopisch-struktureller mit spektroskopisch-dynamischen Daten weiterentwickelt, so dass in einer späteren Verwertung die Genauigkeit makroskopischer Zellmodelle verbessert werden kann. Zudem wird durch die Weiterentwicklung elektrischer Tests eine stichprobenartige günstige Untersuchung von Zellen ermöglicht. Alle Arbeiten haben das Ziel durch verbessertes Verständnis von Lithium-Plating, Lithium Zellen so zu produzieren und so zu betreiben, dass Zelllebensdauer erhöht und die Sicherheitsrisiken und somit mögliche Eindämmungsmaßnahmen im Batteriepack reduziert werden können.
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