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Geochemische Untersuchungen am Bodensee

Die innere Mischung des Sees, sowie die Wechselwirkung des Sees mit der Atmosphaere und dem Sediment soll mit Hilfe von Spurenstoffmessungen untersucht werden. Geplant sind Messungen von Temperatur, Sauerstoff, Leitfaehigkeit, Phosphat, SO2, Tritium, Helium-3, Radium 226, Radon-222, Blei-210 und Ionium.

Spurenelementkreisläufe und Flüsse im südlichen Indischen Ozean - ein Beitrag zu GEOTRACES

Der südliche Indische Ozean gehört zu den am wenigsten untersuchten Meeresgebieten. Entlang eines zonalen Transekts bei 23°S im südlichen Indischen Ozean wollen wir mit Hilfe der Verteilung von isotopischen Tracern (Radiumisotope, Thorium, Helium) die Quellen, die Senken und die Flüsse von Spurenelementen (TEs: Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, V, Zn) in der Wassersäule untersuchen. Die Anwendung von Radiumisotopen (224Ra, 223Ra, 228Ra,226Ra,), Thoriumisotopen (234Th, 232Th) und Heliumisotopen (3He, 4He) erlaubt ein besseres Verständnis der biogeochemischen Zyklen von TEs. Da einige dieser Spurenelemente als Mikronährstoffe fungieren, wollen wir ihre biogeochemischen Kreisläufe und ihre Wechselwirkungen mit der Bioproduktivität im Oberflächenwasser sowie ihre Wechselwirkungen mit den Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufen erforschen. Durch die Kombination von Messungen von TEs mit Radium- und 234Th-Isotopen als Tracer für vertikale und horizontale Flüsse, 232Th als Tracer für den Staubeintrag und Heliumisotope als Tracer für einen hydrothermalen Eintrag, werden wir die Zufuhrpfade von TEs aus der Atmosphäre, den Kontinenten (hauptsächlich dem Sambesi-Fluss), den Sedimenten der afrikanischen und australischen Kontinentalschelfe und aus den hydrothermalen Quellen (Hydrothermalismus am Mittelindischen Ozeanrücken) bestimmen und quantifizieren. Diese Untersuchungen sollen auf Probenmaterial basieren, das während der Sonne Ausfahrt SO-276 (Juli – August 2020) von Durban (Südafrika) nach Fremantle (Australien) gewonnen wird. Unsere Untersuchungen sind Teil des international koordinierten Programms GEOTRACES und werden zum „Second Indian Ocean Expedition Program (IIOE-2)“ beitragen. Wir erwarten, dass die Ergebnisse der vorgesehenen Untersuchungen einen signifikanten Beitrag zum Verständnis von Ökosystemen und ihrem chemischen Milieu liefern werden.

Messungen des Radiumsgehaltes in Brauch- und Abwaessern sowie Getraenken

Es ist zu erwarten, dass der Radiumgehalt der Trinkwaesser in Abhaengigkeit von den geologischen Verhaeltnissen in der Bundesrepublik Deutschland schwankt. In Ergaenzung zu der Erhebung ueber die externe Strahlenexposition der Bevoelkerung soll eine Erhebung ueber die Radiumkonzentration im Trinkwasser der Bundesrepublik Deutschland erfolgen, um Schwankungsbreite eines Beitrages zur inneren Strahlenexposition - in diesem Falle des Knochens - zu erfassen. Speicherung aller anfallenden Daten im EDV-System BIBIDAT. Es wird eine umfassende Erhebung des Radiumgehaltes von Trinkwasser in der Bundesrepublik Deutschland in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen durchgefuehrt. Die Daten werden vom Bundesgesundheitsamt gesammelt und im EDV-System BIBIDAT gespeichert. Darueber hinaus werden Abwaesser sowie Getraenke (Bier, Wein, Milch) in bezug auf ihren Radiumgehalt untersucht. Damit soll versucht werden, den Beitrag des mit Fluessigkeiten aufgenommenen Radiums zur inneren Strahlenexposition zu erfassen.

Uran-, Thorium- und Radiumisotopenspezifische Bestimmung von Boden-Pflanzen Transferfaktoren

Handling of radium and uranium contaminated waste piles and other wastes from phosphate ore processing

Transferfaktoren Boden-Pflanze fuer Radium und andere Radionuklide

Bestimmung von Transferfaktoren Erde-Pflanze fuer Radionuklide, bes. Ra226 fuer Gemuesepflanzen. Wichtig im Zusammenhang mit Biosphaerentransportmodellen (Lagerung radioaktiver Abfaelle), Werte unter praktischen Bedingungen zu bestimmen, die fuer die hier herrschenden Parameter (Saatgut, Klima, Konsum) zutreffen. Bestimmung der Beeinflussung der Ra226-Aufnahme durch das Verhaeltnis Erdalkalimetalle/Radium, besonders des Kalziums, welches im Pflanzenstoffwechsel eine wichtige Rolle spielt. Versuche zur Bestimmung der Loeslichkeit, der biologischen 'availability' des Radiums als Funktion der Zeit, da bekannt ist, dass Radium im Boden keine grosse Mobilitaet besitzt. Diese Arbeiten sollen in einem neu erstellten Treibhaus weitergefuehrt werden. Versuche mit anderen Radionukliden sind vorgesehen.

Natural Radionuclides in Groundwater (NORM) (WMS)

Considering water as the primary resource necessary for social life, agriculture, industry, and wealth, the importance of groundwater investigation is clear. Apart from many other pollutants, this work focusses on geogenic uranium (U) and radium (Ra), which both stand for natural radionuclides (NORM) that need to be considered frame of groundwater exploration and monitoring programmes due to their specific mobility and chemo-/radiotoxicity. As investigation of U and – to a lesser extent - Ra is done by an increasing number of scientific working groups, the global dataset is improving continuously. In order to give a summarized overview on available and recent literature, scientific papers, reports, and governmental documents have been reviewed for U-238 mass concentrations and Ra-226 and Ra-228 activity concentrations and collected in tables and global maps. Further natural isotopes of U and Ra have been rarely subject of investigation. The collected data were evaluated and interpreted in frame of an associated scientific publication (see citation). From the available data it can be concluded that high geogenic U occur mainly under oxidizing conditions and carbonate rich groundwater, which might be seen as indicator for elevated U concentrations. Certain geological formations, as for example sedimentary, granitic, and volcanic host rocks, promote high U concentrations in groundwater. For geogenic Ra, the search for definite indications proved difficult, since less clear correlation is given for any observed factor. In a global perspective, the most promising evidence for elevated Ra are highly reducing redox conditions, as well as the occurrence of Fe/Mn mineral phases. Furthermore, barite represents a sink for Ra due to its ability to incorporate Ra isotopes. Dissolution of those mineral phases eventually results in co-dissolution of Ra, when Ra is found in host rocks of investigated aquifers, or downstream of such groundwater reservoirs. Furthermore, cation exchange might enhance Ra mobility process, especially in case of sedimentary aquifers with low sorption capacity and/or aquifers with high salinity. Given those chemical requirements for the occurrence of U and Ra, a negative correlation between mother and daughter nuclide can be established. When knowledge on present geological and geochemical constraints is available, elevated U and Ra concentrations might be predictable, as long as anthropogenic influence is excluded.

Natural Radionuclides in Groundwater (NORM)

Considering water as the primary resource necessary for social life, agriculture, industry, and wealth, the importance of groundwater investigation is clear. Apart from many other pollutants, this work focusses on geogenic uranium (U) and radium (Ra), which both stand for natural radionuclides (NORM) that need to be considered frame of groundwater exploration and monitoring programmes due to their specific mobility and chemo-/radiotoxicity. As investigation of U and – to a lesser extent - Ra is done by an increasing number of scientific working groups, the global dataset is improving continuously. In order to give a summarized overview on available and recent literature, scientific papers, reports, and governmental documents have been reviewed for U-238 mass concentrations and Ra-226 and Ra-228 activity concentrations and collected in tables and global maps. Further natural isotopes of U and Ra have been rarely subject of investigation. The collected data were evaluated and interpreted in frame of an associated scientific publication (see citation). From the available data it can be concluded that high geogenic U occur mainly under oxidizing conditions and carbonate rich groundwater, which might be seen as indicator for elevated U concentrations. Certain geological formations, as for example sedimentary, granitic, and volcanic host rocks, promote high U concentrations in groundwater. For geogenic Ra, the search for definite indications proved difficult, since less clear correlation is given for any observed factor. In a global perspective, the most promising evidence for elevated Ra are highly reducing redox conditions, as well as the occurrence of Fe/Mn mineral phases. Furthermore, barite represents a sink for Ra due to its ability to incorporate Ra isotopes. Dissolution of those mineral phases eventually results in co-dissolution of Ra, when Ra is found in host rocks of investigated aquifers, or downstream of such groundwater reservoirs. Furthermore, cation exchange might enhance Ra mobility process, especially in case of sedimentary aquifers with low sorption capacity and/or aquifers with high salinity. Given those chemical requirements for the occurrence of U and Ra, a negative correlation between mother and daughter nuclide can be established. When knowledge on present geological and geochemical constraints is available, elevated U and Ra concentrations might be predictable, as long as anthropogenic influence is excluded.

Temporal characterization of the isotope hydrobiogeochemistry composition of the Warnow River

A temporal study of the isotopic hidrobiogeochemical composition of the Warnow River, which drains into the southern Baltic Sea, has been carried out. The sampling covered five years (2017-2021) and it was carried out at a site just before the river reaches the estuary. Surface water was sampled by using a telescopic rod and a plastic beaker and preserved for further analysis. Major and trace elements and selected nutrients were measured using an ICP-OES (iCAP, 7400, Duo Thermo Fischer Scientific). Concentrations of NH4 and NO3 were measured using a QuAAtro autoanalyzer system. Dissolved inorganic carbon (DIC), and δ13CDIC were measured using an isotope gas mass spectrometer (MAT 253) coupled to a Gasbench II. Dissolved organic carbon (DOC) and δ13CDOC using an Elementar iso TOC cube with Thermo Electron MAT 253 mass spectrometry, δ18OH2O, and δ2HH2O using a CRDS system (laser cavity-ring-down-spectroscopy, Picarro L2140- I). δ34S and δ18O of SO4 using a gas-isotope mass spectrometer MAT253 (Thermo-Finnigan) with EA-Isolink (Thermo-Fisher-Scientific). 224Ra using a Radium Delayed Coincidence Counters (RaDeCC).

Stickstoffbiogeochemie der Grundwasserabfluss zu den Flussmündungen im nördlichen Golf von Mexiko

Der Golf von Mexiko beherbergt einige der vielfältigsten Ökosysteme der Welt, jedoch ist die ökologische Vielfalt derzeit durch schlechte Wasserqualität und -knappheit bedroht: Gegenwärtig befindet sich die größte hypoxische Zone der US-Küstengewässern im nördlichen Teil des Golfes. Die schlechtere Wasserqualität korreliert mit dem Eintrag von Süßwasser-Stickstoff (N), der aus dem Mississippi-Delta stammt. Neuere Studien weisen jedoch darauf hin, dass Flusswassereinträge nur einen geringen, nähstoffreiche Grundwassereinträge dagegen einen großen Beitrag, zum lokalen Hypoxieproblem leisten. In dieser Studie möchte ich (1) Grundwasserbedingte N-Einträge quantifizieren, (2) Süßwasser-N-Quellen bestimmen und (3) N-Umwandlungen im organisch reichen Küstensedimenten im nördlichen Golf von Mexiko bewerten. Insbesondere möchte ich mich hierbei auf mehrere, bisher nicht untersuchte, kleinere Flussmündungen entlang der Küste fokussieren, die Grundwassereinträge in direkter Nähe zum Mississippi-Delta, welches das größte Delta der USA ist, aufweisen. Ich gehe davon aus, dass Grundwasserbedingte N-Einträge teilweise für das Hypoxie-Problem im nördlichen Golf von Mexiko verantwortlich sind, wobei das organisch-reiche Küstensediment durch eine Kombination von biogeochemischen Prozessen als Senke für anthropogenes NO3 wirken kann. Um meine Hypothesen zu testen, möchte ich eine Kombination von Feld- und Laborarbeiten durchführen. Diese beinhalten Messungen von Radon, Radium, gelöster organischer und anorganischer N-Konzentration und mikrobieller Sequenzierung. Die Ergebnisse dieser Studie ermöglichen (1) den Grundwasserbeitrag zum regionalen N-Budget zu bewerten, (2) die Rolle unterirdischer Transformation, bzw. Abschwächung, des anthropogenen N-Transports zu bestimmen und (3) das Prozessverständnis der Wasserqualität im Golf von Mexiko zu verbessern. Übergreifend werden die Projektergebnisse dazu beitragen die Bedeutung von Grundwasserbeiträgen im globalen Nährstoffbudget der Meere einzuschätzen.

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