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Redox Eigenschaften und Reaktivität von Adsorbiertem natürlichem organischem Material

Natürliches organisches Material (NOM) ist die Triebfeder für viele biogeochemische Prozesse in Böden und Grundwässern. Diese herausragende Rolle resultiert nicht nur aus dessen Eigenschaft als Elektronendonor sondern insbesondere auch durch die Fähigkeit Elektronen aufzunehmen und zu speichern (Redoxpuffer) sowie Redoxprozesse zwischen anderen redoxsensitiven Spezies zu vermitteln und zu beschleunigen (Mediator). Obwohl NOM in Böden und Grundwässern zu einem erheblichen Teil in sorbierter Form vorliegt, wurde der Einfluss von Redoxzustand und Redoxeigenschaften auf die Sorption von NOM bisher nicht detailliert untersucht und umgekehrt auch nicht der Einfluss von Sorption auf dessen Redoxzustand. Wir postulieren, dass die Redoxeigenschaften von adsorbiertem NOM sich signifikannt unterscheiden von gelöstem NOM aufgrund von Fraktionierungsvorgängen und Konformationsänderungen. Die vorgeschlagenen Forschungsarbeiten zielen darauf ab, diese Prozesse im Detail zu untersuchen um somit eine Grundlage zu schaffen für ein mechanistisches Verständnis wie Sorptionsprozesse die biogeochemischen Funktionen in natürlichen wässrigen Systemen steuern. Da Sorption die mobilen und immobilen Fraktionen von NOM in diesen Systemen bestimmt, sind die Resultate auch relevant für die Beurteilung der Rolle von NOM für Transport und Transformation von Schadstoffen und mikrobiellen Atmungsprozessen. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts möchten wir konkret folgende Kernfragen bearbeiten:- Wie verändert Sorption an natürliche Oberflächen per se (d.h. ohne Elektronentransfer mit dem Sorbens) die Redoxeigenschaften von NOM (Elektronenakzeptor/-donor Kapazität, EH-Werte und -Verteilung, Elektronenmediator-Eigenschaften) - Wie beeinflusst der Redoxzustand von NOM dessen Sorptionsverhalten? - Wie beeinflusst Elektronentransfer zwischen Sorbens und NOM dessen Redoxeigenschaften? - Welchen Einfluss haben Materialeigenschaften von NOM (Herkunft, Aromatizität, Säure/Base Eigenschaften etc.) auf Sorptions- und Redoxprozesse? Hierzu werden wir im Labor mit Hilfe von Batchversuchen unter umweltrelevanten Bedingungen systematisch den Einfluss von Sorptionsprozessen an unterschiedliche natürliche Oberflächen auf die Redoxeigenschaften verschiedenartiger NOM-Proben und Chinon-Modellverbindungen untersuchen und dabei neuartige und sensitive elektrochemische Methoden anwenden. Da NOM-Überzüge auf Mineralien praktisch in allen natürlichen Systemen vorhanden sind erwarten wir uns von den Forschungsergebnissen einen wesentlichen Erkenntnisgewinn im Hinblick auf ein quantitatives Verständnis von Redoxprozessen in natürlichen heterogenen Systemen. Die Resultate sollen somit die Grundlage bilden für eine Weiterentwicklung quantitativer Modelle zur Beschreibung biogeochemischer Prozesse an der Mineral-Wasser Grenzfläche unter natürlichen Bedingungen.

Sanierung des ehemaligen Gaswerkstandortes Schillerplatz, Bad Hersfeld

Durch den Bau eines Regenueberlaufbeckens sind zum Teil erhebliche Belastungen an gaswerkspezifischen Schadstoffen (PAK, Cyanide, Phenole) im Erdreich des ehemaligen Gaswerkstandortes festgestellt worden. Der Bau mehrerer Grundwassermessstellen ergab ebenfalls eine Belastung des Grundwassers, deren Ausdehnung durch einen Dauerpumpversuch ermittelt werden soll. Durch weitere Sondierungsuntersuchungen soll die genaue Ausdehnung der Schadensbereiche erkundet und ein Sanierungsplan erarbeitet werden. Ca. 10000 t. des durch die Baumassnahmen angefallenen verunreinigten Bodenaushubes werden durch ein thermisches Reinigungsverfahren saniert und einer Verwertung zugefuehrt. Abfallrechtliche Genehmigungsverfahren zur Entsorgung und Verwertung des Bodenaushubes bzw. Finanzierung des Gesamtprojektes wurden eingeleitet.

Ausarbeitung eines Systems zur Codierung chemischer Strukturen, einschliesslich eines Retrieval-Systems fuer Substrukturen, Vorhersage von Folgeprodukten von Chemikalien in der Umwelt

Pilotstudie zur Erstellung von Programmsystemen zur Registrierung und Wiedergabe von chemischen Strukturen auf der Basis des mathematischen-logischen Modells der Chemie unter besonderer Betonung des Einsatzes von graphischen Sicht- und Zeichengeraeten. Programmsystem zur Untersuchung von abiotischen Reaktionsmoeglichkeiten von Xenobiotika in der Umwelt und zur Vorhersage von Folgeprodukten und zu deren Bereitstellung als Abfrageobjekte des Datenbanksystems.

Ausbreitung von Schadstoffen in der Atmosphaere und Umweltbelastung

In der Zentralabteilung Strahlenschutz (ZST) wird u.a. auch die Ausbreitung von Gasen und Aerosolen im lokalen und regionalen Bereich untersucht. Weitere Untersuchungen betreffen: Turbulenzstrukturmessungen zur Beurteilung der Orts- und Hoehenabhaengigkeit der Diffusionsparameter und deren Verwendung bei der Berechnung der Umweltbelastung durch Schadstoffemissionen. Ablagerungsuntersuchungen von Testaerosolen auf verschiedenen Grenzflaechen wie Boden und Vegetation. Ergaenzende Messungen zur Jodablagerung im Freiland und in einem abgeschlossenen System. Erarbeitung eines Rechenprogramms LISA zur Ermittlung der lokalen, individuellen Strahlenexposition durch Abluftfreisetzung aus kerntechnischen Anlagen fuer alle relevanten Radionuklide. Expositionspfade, Bevoelkerungsgruppen und Organe.

ELPOS - Kriterien für die Persistenz und das Potential für Langstreckentransport von Pestiziden und Industriechemikalien

ELPOS - Kriterien für die Persistenz und das Potential für Langstreckentransport von Pestiziden und Industriechemikalien ELPOS läuft seit Oktober 1999 und wird durch das Umweltbundesamt (UBA) finanziert. Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Untersuchung von quantitativen Kriterien für das Potential für Langstreckentransport und die Persistenz von organischen Verbindungen. Das Multimediamodell ELPOS-1.0 beschreibt chemische Abbau- und Transformationsprozesse. Es wurde zur Berechnung der allgemeinen Persistenz und der charakteristischen Transportzeit in der Luft verwendet. Diese beiden beschreibenden Größen berücksichtigen den Austausch zwischen und den Abbau in Transportmedien und sind unabhängig von den Emissionen. Physikalisch-chemische Labordaten und Abbauraten in der Umwelt von 65 zurzeit benutzten Pestiziden, 21 persistenten organischen Schadstoffen (POP) und 23 Industriechemikalien wurden zusammengestellt. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Sensitivität hauptsächlich von den Eigenschaften der Chemikalien und einigen Umweltparametern abhängt. Die Reihenfolge der Chemikalien kann beeinflusst werden, wenn die Unsicherheit der Parameter berücksichtigt wird. Das gilt besonders, wenn bei der Sensitivitätsanalyse anstatt des Median das 90%-Perzentil verwendet wird. Das Modell wurde modifiziert, um die Temperaturabhängigkeit in einem Bereich zwischen 5°C und 30°C darzustellen. Die allgemeine Aufenthaltszeit und die charakteristische Transportdistanz wiesen eine starke Abhängigkeit von der Temperatur auf. Die charakteristische Transportdistanz kann in Abhängigkeit von den chemischen Eigenschaften sowohl mit der Temperatur ansteigen als auch abnehmen, während die Aufenthaltszeit in jedem Fall invers mit der Temperatur korreliert. Die charakteristische Transportdistanz wurde mit gemessenen räumlichen Konzentrationsgradienten in der Umwelt verglichen. Monitoring-Daten von verschiedenen PCB-Kongeneren wurden entlang eines Nord-Süd-Transektes erhoben und zeigten die gleiche Reihenfolge von Chemikalien, wie sie anhand der charakteristischen Transportdistanz vorhergesagt wurde. Unter Berücksichtigung der Unsicherheit und den begrenzten Möglichkeiten von ELPOS kann die allgemeine Aufenthaltszeit und die charakteristische Transportdistanz der Analyse, Reihung und Begutachtung von Substanzen hinsichtlich Persistenz und Potential für Langstreckentransport dienlich sein. So wurden durch Begutachtung der derzeit benutzten Pestizide einige Kandidaten für weitere Untersuchungen und Maßnahmen identifiziert.

Pollution Transport to Switzerland inferred from Satellite Observations (POLTRASAT)

POLTROSAT is a 3-year PhD project that started in May 2003 and gets support from both the Swiss Agency of Environment, Forests and Landscape (BUWAL) and the Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa). It aims in evaluating the usability of space-borne data for air pollution surveillance purposes based on measurements from GOME and SCIAMACHY

Umwelt, Gesundheit und soziale Lage

<p>Die soziale Lage entscheidet mit darüber, ob und in welchem Umfang Kinder, Jugendliche und Erwachsene durch Umweltschadstoffe belastet sind. Strukturell schlechter gestellte Menschen sind von Umweltproblemen oftmals stärker betroffen als strukturell besser Gestellte.</p><p>Strukturell und gesundheitlich benachteiligt</p><p>Bildung, Einkommen und Faktoren wie die berufliche Stellung beeinflussen die Wohnbedingungen und Lebensstile sowie die damit verbundenen Gesundheitsrisiken der Menschen. Das belegen sozial- und umweltepidemiologische Untersuchungen wie die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/belastung-des-menschen-ermitteln/deutsche-umweltstudie-zur-gesundheit-geres">Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit (GerES)</a>, die das Umweltbundesamt seit dem Jahr 1985 durchführt.</p><p>Diese Studien zeigen, dass strukturell benachteiligte Bevölkerungsgruppen in den meisten Fällen häufiger und stärker von Umweltproblemen betroffen sind als strukturell besser Gestellte. Sie verfügen meist auch nicht über die Ressourcen, um solche Belastungen zu vermeiden. In einigen Fällen sind aber auch strukturell besser Gestellte höher belastet.</p><p>Nach den Ergebnissen der bundesweit repräsentativen Umweltbewusstseinsstudie von 2024 fühlten sich in Deutschland rund 31 % der Befragten durch Umweltprobleme gesundheitlich „sehr stark“ oder „stark“ belastet. Dabei nahmen Befragte mit niedrigem Einkommen subjektiv deutlich häufiger umweltbedingte Gesundheitsbelastungen wahr als Befragte mit hohem Einkommen. Das galt insbesondere für Hitzeperioden sowie Schadstoffe in Trinkwasser und Lebensmitteln (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/umweltbewusstsein-in-deutschland-2024">UBA 2025</a>).</p><p>Umweltbedingte Mehrfachbelastungen</p><p>In einer Studie von 2024 konnte für Deutschland gezeigt werden, dass Haushalte mit geringeren Einkommen häufiger in Gebieten leben, in denen Mehrfachbelastungen aus schlechter Luftqualität (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PM25#alphabar">PM2,5</a>⁠, Stickstoffdioxid), Lärm und besonders hohen Lufttemperaturen auftreten als finanziell besser gestellte Haushalte (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/soziale-aspekte-der-umweltpolitik">UBA 2024</a>).</p><p>Für das Land Berlin wurde ein „Umweltgerechtigkeitsmonitoring“ entwickelt, das über die sozialräumliche Verteilung gesundheitsrelevanter Umweltbelastungen und -ressourcen Auskunft gibt. Aktuelle Daten zeigen, dass es in der Stadt viele Gebiete gibt, die gleichzeitig Lärm- und Luftbelastungen aufweisen, einen Mangel an Grünflächen besitzen und eine hohe soziale Problemdichte (u. a. eine hohe Arbeitslosigkeit) haben und damit mehrfach belastet sind (<a href="https://www.berlin.de/sen/uvk/umwelt/nachhaltigkeit/umweltgerechtigkeit/">SenUVK 2022</a>).</p><p>In einer Studie in Dortmund wurden im nördlichen Teil der Stadt zahlreiche „Hotspots“ identifiziert, in denen es gleichzeitig eine hohe ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/s?tag=soziale_Verwundbarkeit#alphabar">soziale Verwundbarkeit</a>⁠ (u.a. mit einer hohen Anzahl an Transferleistungsempfänger*innen und Menschen mit Migrationshintergrund) und umweltbedingte Mehrfachbelastungen gibt. In den „Hotspots“ konzentrierten sich hohe Feinstaub (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PM10#alphabar">PM10</a>⁠), Stickstoffdioxid (NO2) und Lärmbelastungen sowie eine große Entfernung zu Grünflächen (<a href="https://doi.org/10.3390/ijerph13070691">Shrestha et al. 2016</a>).</p><p>Belastungen durch Straßenverkehr </p><p>Menschen mit einem niedrigen sozioökonomischen Status sind in Deutschland öfter verkehrs- und industriebedingten Luftschadstoffen ausgesetzt als Menschen mit einem hohen sozioökonomischen Status. Sie fühlen sich auch häufiger durch äußere Umwelteinflüsse belästigt. Drei Beispiele:</p><p>Lärmbelästigung und Lärmbelastung</p><p>Eine dauerhafte Lärmbelastung kann krank machen (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/einfluss-des-laerms-auf-psychische-erkrankungen-des">UBA 2023</a>). Menschen mit niedrigem sozioökonomischen Status sind sowohl subjektiv als auch objektiv mehr Lärm und insbesondere Straßenverkehrslärm im Wohnumfeld ausgesetzt als Menschen mit höherem sozioökonomischen Status. Fünf Beispiele:</p><p>Zugang zu Grünräumen</p><p>Bundesweit repräsentative und regionale Studien zur sozialräumlichen Verteilung von Umweltressourcen in Deutschland zeigen, dass Menschen mit geringeren Einkommen und niedrigem Bildungsniveau häufig einen schlechteren Zugang zu umweltbezogenen Gesundheitsressourcen wie Grün- und Freiflächen haben:</p><p>Innenraumluftbelastungen</p><p>In Innenräumen ist die Situation komplexer. Die Qualität der Innenraumluft ist von vielen Faktoren abhängig, unter anderem von der Wohnungseinrichtung und dem Verhalten der Bewohnerinnen und Bewohner. In GerES V wurde die Schadstoffbelastung der Innenraumluft bei Kindern und Jugendlichen erfasst (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/umweltbewusstsein-in-deutschland-2024">UBA 2025</a>). Drei Beispiele:</p><p>Schadstoffe im Menschen </p><p>In GerES V wurden im Rahmen des Human-Biomonitoring Schadstoffe und ihre Abbauprodukte im Blut und Urin der Teilnehmenden analysiert (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/deutsche-umweltstudie-zur-gesundheit-von-kindern-1">UBA 2023</a>). Die Belastung durch Umweltschadstoffe ergibt ein uneinheitliches Bild, wie drei Beispiele zeigen:</p><p>Umweltassoziierte Erkrankungen</p><p>Auch bei den umweltassoziierten Erkrankungen zeigt sich ein differenziertes Bild in Abhängigkeit vom sozioökonomischen Status:</p><p>Die Verbesserung der Datenbasis über die soziale Verteilung von Umweltbelastungen und deren gesundheitliche Auswirkungen ist eine wichtige Aufgabe für die Zukunft. Die Verknüpfung von Umwelt-, Gesundheits- und Sozialberichterstattung ist ein Aufgabenfeld, das stärker verfolgt werden muss. Aussagekräftige Daten bilden die Grundlage, auf der sich umweltpolitische, verkehrsplanerische und verbraucherbezogene Maßnahmen gezielter planen und umsetzen lassen.</p><p><em>Tipps zum Weiterlesen:</em></p><p><em>Bolte, G., Bunge, C., Hornberg, C., Köckler, H. (2018): Umweltgerechtigkeit als Ansatz zur Verringerung sozialer Ungleichheiten bei Umwelt und Gesundheit. Bundesgesundheitsblatt, 61. Jg. (6): 674–683.</em></p><p><em>Bolte, G., Bunge, C., Hornberg, C., Köckler, H., Mielck, A. (Hrsg.) (2012): Umweltgerechtigkeit. Chancengleichheit bei Umwelt und Gesundheit: Konzepte, Datenlage und Handlungsperspektiven. Hans Huber Verlag, Bern.</em></p><p><em>Rehling, J., Bunge, C. (2020): Umweltgerechtigkeit in Städten. Empirische Befunde und Strategien für mehr gesundheitliche Chancengleichheit. Informationen zur Raumentwicklung (IzR) 47 (1).</em></p><p><em>Senatsverwaltung für Umwelt, Mobilität und Verbraucher- und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimaschutz#alphabar">Klimaschutz</a>⁠ (SenUMVK) Berlin (Hrsg.) (2022): Die umweltgerechte Stadt. Umweltgerechtigkeitsatlas. Aktualisierung 2021/2022. Berlin.</em></p><p> <a href="https://difu.de/projekte/2012/umweltgerechtigkeit-im-staedtischen-raum"><i></i> difu: Umweltgerechtigkeit im städtischen Raum</a> <a href="https://www.who.int/europe/publications/i/item/9789289054157"><i></i> 2019: WHO-Bericht: “Environmental health inequalities in Europe. Second assessment report” (englisch)</a><a href="https://www.who.int/europe/publications/i/item/9789289002608"><i></i> 2012: WHO-Bericht „Environmental Health Inequalities“ (englisch)</a><a href="https://www.umweltbundesamt.de/dokument/bericht-strategien-fuer-mehr-umweltgerechtigkeit"><i></i> 2011: Bericht „Strategien für mehr Umweltgerechtigkeit“</a><a href="https://www.umweltbundesamt.de/dokument/ungleichheit-gesundheitsrelevanter"><i></i> 2009: Bericht „Umwelt, Gesundheit und soziale Lage.</a><a href="https://www.umweltbundesamt.de/dokument/umweltgerechtigkeit-die-soziale-verteilung"><i></i> 2008: Dokumentation der Fachtagung „Umweltgerechtigkeit – die soziale Verteilung gesundheitsrelevanter Umweltbelastungen“</a> </p><p><a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/umsetzung-einer-integrierten-strategie-zu"><i></i> Umsetzung einer integrierten Strategie zu Umweltgerechtigkeit – Pilotprojekt in deutschen Kommunen</a><a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/umweltgerechtigkeit-im-staedtischen-raum"><i></i> Umweltgerechtigkeit im städtischen Raum – Entwicklung von praxistauglichen Strategien und Maßnahmen zur Minderung sozial ungleich verteilter Umweltbelastungen</a><a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/untersuchungen-beitraege-von-umweltpolitik-sowie-0"><i></i> Ökologische Gerechtigkeit - Entwicklung einer Strategie</a><a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/umid-022011-themenheft-umweltgerechtigkeit-ii"><i></i> UMID 02/2011: Themenheft Umweltgerechtigkeit II</a><a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/umid-022008-themenheft-umweltgerechtigkeit-umwelt"><i></i> UMID 02/2008: Themenheft Umweltgerechtigkeit - Umwelt, Gesundheit und soziale Lage</a></p>

Ausbreitung von Luftschadstoffen

Ausbreitungsrechnungen: Rechenprogramme.

Versuche zur Ermittlung und zum Verhalten von Bioindikatoren in mit Schadstoffen kontaminierter Luft

Die Raumluft ist haeufig mit toxischen Stoffen (besonders chlorierte Kohlenwasserstoffe wie PCP, Lindan sowie mit Formaldehyd) angereichert. Die ueblichen Analysen sind kompliziert, kostspielig und nicht lebensbezogen. Mit Pflanzen, Samen und pflanzlichem Plasma koennte der Nachweis verbessert werden, so dass ihn auch der Laie anwenden kann (was wegen der ubiquitaeren Verbreitung der Schadstoffe noetig waere).

Meteorological Observation and Assimilation of the Atmosphere on Long term (Dead Sea, Israel)

Since 2006, the Institute for Meteorology and Climate Research (IMK-TRO) is involved in intensive field measurements at the Dead Sea. Long term measurements of meteorological parameters, particle concentrations and ozone mixing ratios were initiated - accompanied by short term activities like vertical profiling and determination of radiation and the surface energy balance. Objective and Results: The objective is to study the mesoscale wind systems and their role in the distribution of pollutants near the Dead Sea. Preliminary data evaluation shows that a complexe superposition of various wind systems is abundant. The existence of the widespread lake plays a mayor role in the development of atmospheric layering during the course of the day. However, synoptic influence can disturb the regional system. Since September 2006 an permanent meteorological station is working at Massada National Monument approx. at elevation sea level. Measurements of the actual week are shown here . The whole data set is available on request.

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