Die Verweilzeit von Grundwasser in ausgedehnten Grundwasserleitern liegt oft im Bereich von Dekaden, so dass auch langsame mikrobielle Stoffumsätze (z.B. von Nitrat, Atrazin und dessen Abbauprodukten) die Stofffracht in solchen Systemen erheblich beeinflussen können. In diesem Projekt werden mittels geologischer und geochemischer Analysen die reaktiven Zonen und die zugehörigen Verweil- und Kontaktzeiten des Wassers eines Kluftgrundwasserleiters bestimmt. Omics und molekularbiologische Methoden werden genutzt, um Abbaupotential und Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaften zu untersuchen. In begleitenden Laborexperimenten werden effektive Diffusions-konstanten und metabolische Raten, deren limitierende Faktoren und die beteiligten Mikroorganismen quantifiziert.
In dem Projekt wird ein stochastischer Modellieransatz für den reaktiven Stofftransport im Landschaftsmaßstab entwickelt. Prozesse an der Landoberfläche und in Böden werden durch stochastische Boden-Pflanzen-Modelle beschrieben, die an ein stochastisches 3-D Strömungsmodell des Untergrunds unterhalb der Wurzelzone sowie an fließ- bzw. kontaktzeitbasierte reaktive Stofftransportmodelle für Nitrat und Pestizide gekoppelt sind. Als Ergebnis statistisch verteilter Parameter und Randbedingungen, ergeben sich statistische Verteilungen der Zielgrößen, wie z.B. Wasserstände und -flüsse, Konzentrationen reaktiver Spezies. Diese Verteilungen werden anschließend anhand gemessener Daten mittels Ensemble-Kalman-Filtermethoden konditioniert.
Das Verhalten anthropogener Schadstoffe im Landschaftsmaßstab stellt eine der größten Herausforderungen heutiger Umweltwissenschaften dar. Forschungsergebnisse der letzten zehn Jahre haben wiederholt gezeigt, dass Umsatzraten von Schadstoffen, die im Labor ermittelt wurden, im Widerspruch zu Feldbeobachtungen stehen. Dies weist darauf hin, dass wir die relevanten Prozesse, die den Schadstoffumsatz in der Natur bestimmen, nur unvollständig verstehen. Entsprechend sind wir nicht in der Lage, zukünftige Entwicklungen der Wasser- und Bodenqualität in Folge des Klima- und Landnutzungswandels zuverlässig vorherzusagen. Der SFB CAMPOS beruht auf der Hypothese, dass auf der Feldskala Prozesse maßgeblich sind, die in Laborexperimenten nur schwer zu erfassen sind. Viele Schadstoffe, die unter Laborbedingungen vergleichsweise schnell abgebaut werden, zeigen eine unerwartete Langlebigkeit im Feld; sie werden in Böden und Grundwasserleitern über lange Zeiträume gespeichert und können noch Jahre, nachdem der anthropogene Eintrag aufgehört hat, nachgewiesen werden. Während wichtige, aber langsame Prozesse in Laborstudien möglicherweise übersehen werden, erschwert die ausgeprägte hydrologische und biogeochemische Dynamik die Interpretation konventioneller Beobachtungskampagnen im Feld. CAMPOS zielt darauf ab, reaktive Landschaftselemente zu identifizieren und ihre Prozessdynamik mit ausführlichen Feldstudien zu biogeochemischen Umsätzen von Schadstoffen in einer beispiellosen Auflösung zu quantifizieren. Derartige Studien sind erst durch den enormen Fortschritt in der Analytik und Messtechnik der letzten Jahre (z.B. substanzspezifische Isotopen- und Enantiomeranalytik, 'non-target screening', Bioanalytik, insitu Sensoren, molekularbiologische Techniken inklusive omics) ermöglicht worden, die bislang noch nicht in gezielten Felduntersuchungen kombiniert wurden. Jedes im SFB vorgesehene Projekt vereinigt Expertise aus unterschiedlichen Disziplinen, die notwendig sind, um den Verbleib von Schadstoffen in der Natur zu verstehen. Die untersuchten Landschaftselemente umfassen Fließgewässer, den Übergang zwischen Gerinnen und dem Untergrund, Transekten im Grundwasser sowie verschiedene Bodenkompartimente. Ein neuer stochastischer Modellieransatz ermöglicht es, den reaktiven Stofftransport im Landschaftsmaßstab prozessbasiert zu modellieren und die damit verbundene Unsicherheit zu quantifizieren. Unser neuartiger multidisziplinärer Ansatz quantifiziert das langfristige Verhalten anthropogener Schadstoffe in der Umwelt, indem Einzugsgebiete als biogeochemische Reaktoren betrachtet werde. CAMPOS trägt somit zum Fortschritt der Umweltwissenschaften bei und schafft die Grundlage für realistischere Projektionen der zukünftigen Boden- und Wasserqualität unter den Bedingungen des Klima- und Landnutzungswandels.
Oberflächengewässer sammeln die Wasser- und Stoffflüsse eines Einzugsgebiets. Flüsse liefern daher ein räumlich und zeitlich integriertes chemisches Signal einer Landschaft. Ziel des Projekts ist es, den Einfluss physikalisch-chemischer und biologischer Prozesse auf Transport und Umsetzungsprozesse von Schadstoffen im Gewässer besser zu verstehen. Mittels Lagrange'scher Beprobung in Kombination mit neuen analytischen und bioanalytischen Methoden werden Frachten und Abbaupotentiale bekannter und bisher nicht detektierter Mikroschadstoffe und deren Transformationsprodukte quantifiziert. Mit Hilfe eines neuen Masse/Effekt-Bilanzierungsmodell lassen sich wesentliche Faktoren bezüglich biologischer Wirkung und Umsetzungsprozesse identifizieren und beschreiben.
Die landschaftsweite Modellierung des reaktiven Stofftransports beinhaltet eine nichteindeutige Auswahl von Teilmodellen (konzeptionelle Unsicherheit). Die vorliegende Komplexität der Landschaft macht den Einsatz komplexer Modelle erforderlich, wobei eine zu große Komplexität problematisch ist: solche Modelle lassen sich an eine Vielzahl von Datensätzen anpassen, besitzen aber nur begrenzte Vorhersagekraft. Das Projekt wird die konzeptionelle Unsicherheit des genutzten Modells untersuchen und quantifizieren, und prüfen, ob das Modell zulässig im Sinne der verfügbaren Daten ist. Das Modell wird dann genutzt, um Monitoringstrategien und die damit verbundene Modellierungs- und Feldaktivitäten des gesamten Konsortiums zu optimieren.
Der größte Teil unserer Landschaften entwässert direkt in Gewässer erster und zweiter Ordnung. Im Mittelpunkt des Projekts stehen Untersuchungen zum Stoffrückhalt und zu Transformationsprozessen in der Übergangszone zwischen Grundwasser und den Gewässern niederer Ordnung. Dazu wird ein räumlich und zeitlich hoch auflösendes Monitoring von Wasser- und Stoffflüssen mit innovativer online-Sondentechnik, komponenten- und enantiomerspezifischer Isotopenanalytik und molekularbiologischen Werkzeugen kombiniert. Ergänzt werden die Felduntersuchungen durch prozessbasierte reaktive Transportmodelle. Durch diese Kombination modernster Methoden soll ein umfassendes Verständnis der räumlich-zeitlichen Muster von Reaktivität und Umsätzen in Abhängigkeit von Landnutzung und hydraulischen Randbedingungen erreicht werden.
Für den deutschen Teil der Elbe und die Hauptnebenflüsse wurde innerhalb der Flussgebietsgemeinschaft Elbe ein Messprogramm für hydrologische Extremereignisse Extremereignisse (Hochwasser / Niedrigwasser) abgestimmt. Die Messstellen in Sachsen-Anhalt werden durch den Gewässerkundlichen Landesdienst untersucht. Aufgrund der anhaltenden Niedrigwassersituation wurde vom 24.07.2023 bis zum 08.08.2023 ein Messprogramm Niedrigwasser durchgeführt. Die Ergebnisse und weitere Informationen finden Sie hier . Die im Jahr 2014 durchgeführte Nährstoffmodellierung für Sachsen-Anhalt wurde weiterentwickelt und mit aktualisierten Modelleingangsdaten fortgeschrieben. Aufbauend auf der Ist-Zustandsanalyse wurden der regionale N-Reduktionsbedarf zur Erreichung der Schutzziele für das Grundwasser ermittelt. Im Rahmen der Modellierung konnten Belastungsschwerpunkte und damit prioritäre Bereiche für eine Maßnahmendurchführung identifiziert werden. Es wurde eine modellgestützte Analyse von Maßnahmeneffekten für die Schutzziele Grundwasser und Oberflächengewässer vorgenommen. So wurde z.B. ein Szenario zur Auswirkung der novellierten Düngeverordnung auf den diffusen N- Eintrag analysiert und im Bereich der punktuellen Einträge anlagenbezogene Maßnahmen. Den Endbericht (Januar 2023) können Sie durch Anklicken des nachfolgenden Links herunterladen Endbericht Nährstoffmodellierung 2023 [pdf, ca. 15,7 MB] Im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Landwirtschaft und Energie Sachsen-Anhalt hat der Gewässerkundliche Landesdienst im Rahmen eines Sondermessprogramms Messstellen in der Bode untersucht. Hier können Sie die Ergebnisse als pdf-Dokument herunterladen: Sondermessprogramm-Bode (pdf, 0,5 MB) Die Ergebnisse der Abwasseruntersuchungen können Sie als pdf-Dokument hier herunterladen: Sondermessprogramm-Abwasser (pdf, 0,5 MB) Aufgrund der anhaltenden Niedrigwassersituation wurde durch den Gewässerkundlichen Landesdienst seit dem 15.07.2019 in der Elbe und den Hauptnebenflüssen ein Messprogramm Niedrigwasser durchgeführt. Dieses Messprogramm ist innerhalb der Flussgebietsgemeinschaft Elbe abgestimmt. Mehr Informationen Aufgrund der anhaltenden Niedrigwassersituation wurde seit dem 17.07.2018 durch den Gewässerkundlichen Landesdienst ein Messprogramm Niedrigwasser durchgeführt. In Sachsen-Anhalt wurden die Elbe in Wittenberg und Magdeburg, die Mulde in Dessau und die Saale in Groß Rosenburg untersucht. Mit der Probenahme vom 10.12.2018 endete das Messprogramm. Hier erfahren Sie mehr. Basierend auf den im Jahr 2008/2009 vorgenommenen Fauna-Untersuchungen im Grundwasser Sachsen-Anhalts wurde an ausgewählten Messstellen ein jährliches grundwasserfaunistisches Referenzmonitoring durchgeführt. Diese Messstellen sind artenreich und grundwassertypisch besiedelt und repräsentieren gleichzeitig bestimmte Naturräume sowie hydrologische Bezugseinheiten. Neben diesem Referenzmonitoring, d.h. der Erforschung, Beschreibung und Überwachung der Grundwasserlebensgemeinschaften Sachsen-Anhalts, soll das Biomonitoring der längerfristigen Überwachung der Entwicklung diffuser Nitratbelastungen im Grundwasser dienen. Den Abschlussbericht mit den Ergebnissen der Jahre 2016 und 2017 können Sie durch Anklicken des nachfolgenden Links herunterladen: Bericht Monitoring Grundwasserfauna 2016-2017 [pdf, ca. 2,3 MB] In der vorliegenden Studie wurden die Einträge der Nährstoffe Stickstoff und Phosphor sowohl aus Punktquellen als auch aus diffusen Quellen in einer hohen räumlichen Auflösung ermittelt. Hierzu wurden die am FZ Jülich entwickelten Modelle GROWA (Wasserhaushaltsmodell), DENUZ/WEKU (reaktiver Stofftransport in Boden und Grundwasser) und MEPhos (Phosphoreintrag in die Vorfluter) flächendeckend im gesamten Bundesland zur Anwendung gebracht und an die naturräumlichen Bedingungen Sachsen-Anhalts angepasst. Schwerpunkt der Betrachtungen waren die diffusen landwirtschaftlichen und bodenbedingten Quellen, um die räumliche Identifizierung von Belastungsschwerpunkten zu ermöglichen. Den Abschlussbericht können Sie durch Anklicken der nachfolgenden Links herunterladen Bericht - Textteil [pdf, ca. 11 MB] Anhang 1: Modellerläuterung Stoffbilanz (Gesellschaft für angewandte Landschaftsforschung, 2010) [pdf, ca. 1,1 MB] Anhang 2: "Werkzeug zur Modellierung der diffusen N- und P-Emissionen in Sachsen-Anhalt zur Umsetzung des Nährstoffkonzeptes 2010-2013" (Fachinformation der LLFG Sachsen-Anhalt, 2012) [pdf, ca. 2 MB] Aufgrund der Niedrigwassersituation wurde im Zeitraum vom 05.09.2016 - 19.09.2016 durch den Gewässerkundlichen Landesdienst ein Messprogramm Niedrigwasser durchgeführt. In Sachsen-Anhalt wurden die Elbe in Wittenberg und Magdeburg, die Mulde in Dessau und die Saale in Groß Rosenburg untersucht. Hier erfahren Sie mehr. Durch den Gewässerkundlichen Landesdienst wurde aufgrund der Niedrigwassersituation vom 20.07.2015 bis zum 19.10.2015 in der Elbe und den Hauptnebenflüssen ein Sondermessprogramm Niedrigwasser durchgeführt. Das Messprogramm ist innerhalb der Flussgebietsgemeinschaft Elbe abgestimmt. In Sachsen-Anhalt wurden die Messstellen Wittenberg und Magdeburg an der Elbe sowie Rosenburg an der Saale untersucht. weitere Informationen Die Fischbestandserfassung diente dem Ziel, die von 2008 - 2012 durchgeführte fischereiliche Sonderbewirtschaftungsmaßnahme (erhöhte Weißfischentnahme) wissenschaftlich auszuwerten sowie den aktuellen Fischbestandes zu ermitteln. Das limnologische Gutachten beschreibt die limnologische Entwicklung des Sees im Zeitraum 2008–2012, basierend auf einem qualifizierten Gewässermonitoring. weitere Informationen Die Länder Sachsen-Anhalt, Brandenburg und Berlin unternehmen große Anstrengungen, um das Haveleinzugsgebiet für wandernde Fischarten wieder zugänglich zu machen. Auf der Suche nach einem geeigneten Standort für eine Fischaufstiegsanlage wurden im Auftrag des Landes Sachsen-Anhalt der Wehrstandort Neuwerben und die alte Havelmündung in Sachsen-Anhalt sowie der Wehrstandort Gnevsdorf in Brandenburg näher untersucht. weitere Informationen Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. (PIK) hat im Auftrag des Ministeriums für Landwirtschaft und Umwelt Sachsen-Anhalt von 2008 bis 2009 eine Studie mit dem Titel „Klimawandel in Sachsen-Anhalt – Verletzlichkeiten gegenüber den Folgen des Klimawandels“ durchgeführt. Neben verschiedenen anderen Sektoren wurde auch der Sektor Wasser hinsichtlich seiner Vulnerabilität gegenüber den Folgen des Klimawandels untersucht. Der Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt war als Mitglied des Projektbegleitenden Arbeitskreises an der Erarbeitung der Studie beteiligt. weitere Informationen Durch den Gewässerkundlichen Landesdienst wurden aus Radar-Daten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt Karten der Vernässungsflächen von Sachsen-Anhalt für die Gewässer Elbe, Saale, Bode, Weiße Elster und Schwarze Elster erzeugt. Für den Raum Schönebeck wurden zusätzlich hochauflösende Karte erzeugt. weitere Informationen
Problemstellung: Membranfiltrationsverfahren erlebten in der Aufbereitungstechnik von Wässern in den vergangenen 20 Jahren einen starken Zuwachs. Trotz des steigenden Einsatzes bleibt ein Problemfeld kommerzieller Membranen die Anhaftung und die Adsorption deckschichtbildender Substanzen (sogenanntes Fouling). Das Fouling wird im Niederdruckbereich (Mikro- bzw. Ultrafiltation) vornehmlich durch Partikeln und Kolloide (kolloidales Fouling), sowie organische Makromoleküle (organisches Fouling) und Mikroorganismen (Biofouling) verursacht. Bei Hochdruckfiltrationsverfahren wie der Nanofiltration kommt es vornehmlich zur Adsorption gelöster organischer Substanzen sowie zu Biofouling. Maßnahmen zur Fouling Kontrolle reichen von der Vorbehandlung von Wässern, über die hydrodynamische Optimierung der Strömung im Membranmodul bis zur physico-chemischen Anpassung der Oberflächeneigenschaften der eingesetzten Materialien (größtenteils Polymere). Im letzteren Handlungsfeld möchte vorliegendes Forschungsvorhaben offene Fragestellungen zu Wirkzusammenhängen zwischen Ladungseigenschaften der Membranoberfläche, den resultierenden Fouling und Rückhalteverhalten aufklären. Vorgehensweise: Mittels ionengestützter Beschichtung, Plasma Immersions Ionenimplantation und Beschichtung (PBII&D) genannt, wird die Oberflächenleitfähigkeit herkömmlicher Polymermembranen gezielt erhöht. Entsprechend behandelte Membranen werden in verschiedenen wässrigen Lösungen durch definiertes Anlegen eines elektrischen Potentials (- 1,5 V bis 1,5 V) auf das resultierende Fouling- und Rückhalteverhalten hin untersucht. Die Versuchsergebnisse werden mit bekannten Transportmodellen (elektrokinetische Modelle) verglichen und ggf. werden Modellanpassungen durchgeführt. Diese Erkenntnisse werden dazu genutzt, ein Modell zu erstellen, das zur Simulation des Trennverhaltens bei verschiedenen Betriebsbedingungen genutzt werden kann. Ein besseres, umfassendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Oberflächenladung der Membran (Zetapotential) und resultierendem Fouling- bzw. Rückhalteverhalten könnte zur gezielten 'potentialgesteuerten Funktionalisierung' von Membranoberflächen eingesetzt werden.
Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines quantitativen Verständnisses der dynamischen biogeochemischen Prozesse in Auesedimenten, um zu einer prozessbasierten Abschätzung der Umsetzungsprozesse redox-sensitiver Spezies wie Stickstoff und Schwefel und von Herbiziden wie Glyphosat und MCPA zu gelangen. Untersuchungskampagnen (Bohrungen) unter unterschiedlichen Randbedingungen (Hochwasser, Trockenheit, Wiederbefeuchtung) in Kombination mit zielgerichteten Laborexperimenten sollen aufzeigen, wie hydrologische Faktoren, die im Hinblick auf die Umsetzung von Schadstoffen relevanten biogeochemischen Prozesse steuern.
Mikroplastik (MP, Plastikteile kleiner als 5 mm) werden als neu aufkommende Schadstoffe betrachtet und neuste Studien belegen die potentielle Gefahr von MP für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Die Forschung hat sich bisher mehrheitlich auf die Untersuchung von MP in der marinen Umgebung konzentriert. Allerdings konnte MP auch vermehrt Süßwasser und -sedimenten weltweit nachgewiesen werden. Als Primärpartikel oder Sekundärprodukte aus dem Abbau von Makroplastik kann MP entweder direkt toxisch wirken oder als Überträger von sorbierten Schadstoffen fungieren. Neuste Studien belegen außerdem, dass MP in die menschliche Nahrungskette eindringen kann. Weiterhin können die dem MP beigefügten endokrinen Disruptoren wie Bisphenol A (BPA) and Nonylphenol (NP) während der Transportprozesse an das Süßwasser abgegeben werden. Dabei können Flussbettsedimente potentielle Hotspots für die Akkumulation von MP und deren Additive darstellen.Das Hauptziel dieses Projektes ist, die Akkumulation und den Transport von MP in Süßwasser und -sedimenten näher zu untersuchen. Dabei soll den folgenden beiden grundsätzlichen Fragen nachgegangen werden:(i) Welche Prozesse kontrollieren Transport und Akkumulation von MP verschiedener Größe, Dichte und Zusammensetzung und wie bilden sich sogenannte Mikroplastik-Hotspots in der hyporheischen Zone?(ii) Wie können Transport und Akkumulation von MP sowie die Freisetzung von Additiven wie BPA und NP unter variablen Umweltbedingungen beschrieben und vorhergesagt werden? Zwei Arbeitspakete (WP) sollen helfen, diese Fragen zu beantworten:WP1 befasst sich mit den Auswirkungen der grundlegenden Eigenschaften von MP wie Größe, Form, Zusammensetzung, Dichte, Auftrieb auf deren Transport und untersucht systematisch, wie verschiedene Arten von MP in der hyporheischen Zone (hier Flussbettsedimente) unter diversen hydrodynamischen und morphologischen Bedingungen akkumulieren. Dafür sollen Versuche in künstlichen Abflusskanälen (artificial flumes) durchgeführt werden. In diesen Versuchen werden repräsentative hydrodynamische und morphologische Bedingungen geschaffen, um eine Spannbreite an primären und sekundären MP zu testen, ihr Transportverhalten zu beschrieben und die Freisetzung von Additiven näher zu untersuchen. MP wird mit verschiedensten Methoden charakterisiert, z.B. mit single particle ICP-MS zur Bestimmung der Größe oder FT-IR zur Bestimmung des vorherrschenden Polymers. Während der Flume-Experimente werden die Eigenschaften der Sedimente, des Porenwassers und der Biofilme, sowie die Konzentration an BPA und NP gemessen und später analysiert, um die Reaktivität der Akkumulationshotspots zu bestimmen.WP2 beinhaltet die Entwicklung und Anwendung eines Models, um MP-Transport sowie die Freisetzung von Additiven in der hyporheischen Zone vorherzusagen. Da Modelle, die momentan im Bereich Stofftransport verwendet werden nicht für MP ausgelegt sind, soll die Lattice-Boltzmann Methode als neuer Modellansatz verfolgt werden.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 178 |
| Kommune | 2 |
| Land | 11 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 110 |
| Zivilgesellschaft | 2 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 173 |
| Text | 6 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 8 |
| Offen | 173 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 176 |
| Englisch | 37 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 7 |
| Keine | 85 |
| Unbekannt | 1 |
| Webseite | 93 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 152 |
| Lebewesen und Lebensräume | 151 |
| Luft | 117 |
| Mensch und Umwelt | 181 |
| Wasser | 151 |
| Weitere | 180 |