Forschung

Schwerpunkte in der Forschung

  • Biogeochemische Stoffkreisläufe in Atmosphäre, Hydrosphäre und Pedosphäre
  • Geochemische und Umweltanalytik
  • Umweltgeochemie und -toxikologie
  • Isotopenuntersuchungen und Geochronologie
  • Spurengasemissionen von Böden und Ökosystemen

Umweltgeochemie

Spurengasemissionen aus Böden

FeldmessungBöden sind sowohl Quelle als auch Senke klimarelevanter Spurengase. Zu den wichtigsten, durch Böden freigesetzten Gasen, gehören CO2, CH4, N2O und NO. Sie entstehen aufgrund mikrobiologischer und biologischer Aktivität im Boden. NO und N2O entstehen mikrobiell durch Nitrifikation und Denitrifikation. CO2 wird vorwiegend durch die Atmung von Wurzeln und Bakterien gebildet. CH4 wird durch Bakterien vorwiegend in Böden mit sehr hohen Feuchtigkeitsgehalten wie beispielsweise Moore gebildet. 

Die Menge der freigesetzten Gase ist u.a. abhängig von Bodentemperatur, Bodenfeuchte und Nährstoffgehalt des Bodens. Aber auch Landnutzung und die Art der Bodenbearbeitung (wendende/nicht wendende Bearbeitung) sind wichtige Einflussgrößen. Die Menge der aus dem Boden emittierten Spurengase ist für die Konzentration dieser Gase in der Atmosphäre nicht zu vernachlässigen. Beispielsweise ist die Menge des durch Böden freigesetzten NO global gesehen mit der Menge vergleichbar, welche durch Verbrennung fossiler Rohstoffe entsteht. Aber auch für den Nährstoffhaushalt von Böden dürfen Spurengasemissionen aus Böden nicht vernachlässigt werden, da verstärkte Emissionen auch zu einem verstärktem Verlust an Nährstoffe im Boden führen. Da Menge und Art der Bodengasemissionen Rückkopplungen auf atmosphärische Prozesse besitzen, ist die Analyse der Bodenentgasung von großer Bedeutung. Wichtig ist hierbei die Analyse der Auswirkungen sich ändernder Umweltbedingungen auf die Bodenentgasungen, um Prognosen für die Zukunft abgeben zu können. Beprobt werden Gebiete in Sachsen mit unterschiedlicher Landnutzung und unterschiedlichen Bodentypen. 

Die Analysen der Bodenentgasung werden mit Hilfe der IR-Spektroskopie (CO2) und der Gaschromatographie (CO2, CH4 und N2O) durchgeführt. Die Messungen hierzu erfolgen sowohl im Freiland als auch unter kontrollierten Bedingungen in Klimaprüfschränken, wobei im Labor sowohl ungestörte als auch gestörte Bodenproben verwendet werden. Die Akkumulation der Gase erfolgt mit Kammersystemen, welche automatische Öffnungs- und Schließmechanismen besitzen, und somit eine automatisierte Probenahme ermöglichen. Weitere wichtige Kenngrößen, welche für das Verständnis der Bodenentgasung untersucht werden müssen, sind neben Bodeneigenschaften Enzym- und mikrobiolgische Aktivität.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. rer. nat. habil. Jörg Matschullat


Professur für Geochemie und Geoökologie

Werner-Bau, Brennhausgasse 14, Zimmer 36

+49 3731 39-3399+49 3731 39-3399
joerg [dot] matschullatatioez [dot] tu-freiberg [dot] de

 


Atmosphärenchemie

Nebelchemie

NebelwetterstationNebel ist als eine am Boden aufliegende Wolke charakterisiert in der Sichtweiten von weniger als 1000 Meter herrschen. Sein Vorkommen ist an bestimmte lokale Gegebenheiten geknüpft, die des Weiteren die Verweilzeit dieses Phänomens in bodennahen Schichten maßgeblich beeinflusst. Diese Verweildauer und der stoffliche Inhalt der umgebenden Luftmassen bestimmen die Stoffkonzentrationen des Nebels. Hohe Beladungen werden dabei vorwiegend für die Hauptkomponenten Sulfat, Nitrat und Ammonium, für Spurenelemente wie Al, Pb, Cu und Zn und Partikel wie Ruß erzielt. Diese Stoffkonzentrationen führen nicht selten zu Schädigungen der Vegetation, zum Beispiel durch hohe Sulfatbelastungen, oder Atemwegserkrankungen (hervorgerufen durch lungengängige Partikel). Die human- und ökotoxikologische Wirkung des Nebels ist somit immanent. 

Ein Gebiet mit hoher Nebelhäufigkeit ist das Erzgebirge, das in der Vergangenheit stark von Emissionen aus dem so genannten „Schwarzem Dreieck“ (Industrieregion Südsachsen, Nordböhmen, Schlesien) beeinflusst wurde. Nach wie vor tragen verunreinigte Luftmassen hier zu einer Stoffanreicherung in der Nebelphase bei. Die letzten Studien auf diesem Gebiet liegen 20 Jahre zurück. Grund genug, dass sich die Arbeitsgruppe mit der aktuellen Nebelchemie des Erzgebirges befasst. Mögliche Veränderungen in der Zusammensetzung des Nebels werden hierzu erforscht. Auf dieser Grundlage werden die human- und ökotoxikologischen Auswirkungen des Erzgebirgsnebels neu bewertet. 

Dazu werden Nebelproben an den Standorten des Deutschen Wetterdienstes Zinnwald – Georgenfeld und Fichtelberg – Oberwiesenthal genommen. Zum Einsatz kommen passive Nebelsammler mit Nylonfäden sowie ein passiver Sammler aus Edelstahl. Zusätzliche Informationen bezüglich des Flüssigwassergehaltes und der auftretenden Partikelmasse liefert ein PVM-100. Die Proben werden anschließend aufbereitet und mittels Ionenchromatografie, der ICP-MS und dem TOC-Analyzer auf Hauptkomponenten, Spurenelemente und den Gesamt Organischen Kohlenstoff (TOC) hin untersucht. Fotos 1;3-5 Stephanie Schüttauf

Ansprechpartner:

Dr. rer. nat. Frank Zimmermann


Lehrstuhl für Geochemie und Geoökologie

Brennhausgasse 5, Zimmer 114

+49 3731 39-2328+49 3731 39-2328
frank [dot] zimmermannatioez [dot] tu-freiberg [dot] de

Aerosolforschung

AerosolAerosole sind definiert als Lösung von festen oder flüssigen Bestandteilen in einer Gasphase. Aerosolpartikel stammen aus unterschiedlichen Emissionsquellen und werden sowohl durch natürliche Prozesse, als auch anthropogen verursacht freigesetzt. Zudem unterscheidet man zwischen primärer Emission von Partikeln und der sekundären Bildung von Partikeln aus Vorläufersubstanzen. Aerosolpartikel werden durch nasse und trockene Deposition wieder aus der Atmosphäre entfernt. Durch ihre geringe Verweildauer in der Atmosphäre, sind die Belastungen einer Region stark von lokalen Gegebenheiten, wie Emissionsquellen, dem Einfluss von Ferntransport, sowie lokalen Senken, abhängig. Partikel in der Atmosphäre treten in unterschiedlichen Größenfraktionen und chemischer Zusammensetzung auf. Sie beeinflussen die menschliche Gesundheit und stehen mit Materialien und Ökosystemen in Wechselwirkung. Außerdem haben sie direkte und indirekte Rückwirkungen auf das Klima. 

Je nach ihrer chemischen Zusammensetzung und Größe wirken Partikel stark auf die menschliche Gesundheit. In Europa gelten Grenzwerte für PM10 (Particulate Matter < 10 µm), wobei ein Tagesmittelwert von 50 µg/m³ an nicht mehr als 35 Tagen im Jahr und ein Jahresmittelwert von 40 µg/m³ nicht überschritten werden darf. 

Das Osterzgebirge war ehemals durch hohe Luftbelastungen gekennzeichnet (sogenanntes „Schwarzes Dreieck“ (Industrieregion)). Langzeituntersuchungen zeigen einen starken Rückgang dieser Belastungen, beispielsweise Untersuchungen des Niederschlags am Forschungsstandort Oberbärenburg. Die Region ist momentan als Reinluftstandort einzustufen, was vor allem auf den Rückgang der Emissionen aus der Industrie Sachsens zurückzuführen ist. An der Forschungsstation wird seit den 90er Jahren Aerosolforschung betrieben. Seit 2008 werden Partikel größenfraktioniert gesammelt und auf Ionen, organische Spurenstoffe, organischen und elementaren Kohlenstoff, sowie Spurenelemente untersucht. Seit 2009 wird ein Berner – Impaktor eingesetzt mit dessen Hilfe weit über Grenzwertbestimmungen hinaus Feinstaub im Größenbereich von 10 µm bis 0,05 µm gesammelt werden kann. Dies geschieht in Zusammenarbeit mit dem IfT auch an Stationen in Dresden (urbaner Hintergrund) und Melpitz (regionaler Hintergrund). Die Beprobung findet wetterlagenabhängig statt, mit dem Ziel den Einfluss von Klimaänderungen auf die Feinstaubcharakteristik der Region zu bestimmen. Fotos Silvia Leise

Ansprechpartner:

Dr. rer. nat. Frank Zimmermann


Lehrstuhl für Geochemie und Geoökologie

Brennhausgasse 5, Zimmer 114

+49 3731 39-2328+49 3731 39-2328
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Regionaler Klimawandel

Im Rahmen des BMBF-Projekts REGKLAM erfolgt an unserem Lehrstuhl die Forschung zum Regionalen Klimawandel. Hierbei steht die Entwicklung von Anpassungsstrategien an die klimatischen Veränderungen in der Modellregion Dresden im Vordergrund. Eine Zusammenfassung über die Arbeiten zum regionalen Klimawandel ist im folgenden Artikel verfügbar: Managing regional climatic change 

Ansprechpartner:

Prof. Dr. rer. nat. habil. Jörg Matschullat


Professur für Geochemie und Geoökologie

Werner-Bau, Brennhausgasse 14, Zimmer 36

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