Redox-Oszillationen und Quantifizierung amorpher Phasen - Bodentonmineralogie-Forschung mit der Universität Hannover
Land / Region: Deutschland
Projektanfang: 01.05.2019
Projektende: 21.07.2024
Projektstand: 20.03.2024
Hintergrund:
Durch den Klimawandel wird es periodisch zu verstärkter Austrocknung und Wassersättigung von Böden kommen. Dies führt u. a. zu extremeren Schwankungen des Redoxpotentials in Böden, welches stärkere Veränderungen der organomineralischen Phasen induziert. Diese Bodenfunktions-Veränderungen können wichtige Funktionen wie die Filter- und Pufferkapazität (Grundwasserschutz) oder die Beeinträchtigung der natürlichen Bodenfruchtbarkeit (Ertrag) herabsetzen, weshalb mechanistische Untersuchungen der Mineralphasen bei veränderten Redoxbedingungen unerlässlich sind. Auch die Kinetik der Mineral-Transformationen ist noch Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion.
Die BGR entwickelt mineralogische Werkzeuge zur Mineralquantifizierung, die von der DFG geförderten Projekte werden gemeinsam mit den Partnern der AG Bodenmineralogie der LUH durchgeführt.
Bodenmineral- und Kolloid-Alterationen bei variierendem Redoxpotential - Effects of redox oscillations on soil clay mineralogy and colloid dynamics
Quelle: C. Mikutta, LUH; BGR
Das von der DFG geförderte Projekt „Bodenmineral- und Kolloid-Alterationen bei variierendem Redoxpotential“ fokussiert auf dynamische Redox-Oszillationen. Diese tragen wesentlich zur Alteration von Tonmineralen in Böden und zur mikrobiellen Aktivität bei. Die Stabilitätsbedingungen der anorganischen Substanzen und Mineralphasen unterliegen in diesen Milieus sehr kurzfristigen Veränderungen, die in Reaktions-Ungleichgewichte resultieren. Entsprechend gering ist bisher das Verständnis der Reaktionsmechanismen und des kolloidalen Transports in diesen Systemen. Ziel ist die Bewertung (i) von Mineralveränderungen auf fluktuierende Redoxbedingungen in Böden mit Fokus auf Fe(III)-Oxide und Phyllosilikate; außerdem (ii) der Dynamik der Kolloidbildung und Zusammensetzung unter diesen Bedingungen.
Anorganische Röntgen-Amorphe Phasen in Böden (iXAM) - Abundance and Composition of Inorganic X-Ray Amorphous Materials in Soils
Quelle: C. Mikutta, LUH; BGR
Das von der DFG geförderte Projekt „Anorganische Röntgen-amorphe Phasen in Böden (iXAM)“ fokussiert auf die Quantifizierung der schwierigsten anorganischen Bestandteile von Böden: Glasphasen, Mineraloide und short-range ordered (“Nanokristalline") Phasen. Die Schwierigkeit besteht darin, dass diese Phasen besonders schlecht strukturell geordnet sind und sich damit Modell-Berechnungen entziehen, die auf Kristallstrukturen beruhen. Hier ist die Grundlage des für die Anwendung der Rietveldmethode notwendigen physikalisch basierten Ansatzes nahezu vollständig abwesend. Ziel ist die Analyse solcher Phasen mit iterativen Ansätzen und unter Verwendung von Kombinationen mit Röntgendiffraktometrie (XRD) und internem Standard bzw. mit bodenchemischen Extraktionsverfahren und anschl. Quantifizierung. Validiert wird dies durch hochauflösende Transmissionselektronen-mikroskopie-Mikroanalytik (TEM) beim Partner TU Graz.
Ergebnisse zur Bodenmineral-Alteration bei variierenden Redoxpotentialen
Quelle: Mikutta et al., BGR
Die Ergebnisse aus der ersten Projektphase wurden bereits in Geochimica et Cosmochimica Acta publiziert. Durch den Klimawandel werden extreme Schwankungen der Redoxbedingungen in Böden induziert, was in der vorliegenden Studie in Laborexperimenten simuliert wurde. In den Experimenten nahm sowohl die Kristallinität der Eisenoxide als auch der Anteil nicht-kristalliner Fe(III)-Oxide in der Bodenfestphase zu. Die erhöhte Redoxfrequenz führte zu einem höheren Austrag von gelöstem organischen Kohlenstoff und Metalloiden aus dem Boden.
Literatur:
Partner:
