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Einfluss der Quervernetzung der organischen Bodensubstanz durch mehrwertige Kationen auf die Reversibilität der Bleibindung in Humusauflagen

CROSSLINK, DFG: SCHA 849/6-1

 

Zusammenfassung

Während die Sorption von Blei an die organische Bodensubstanz gut untersucht ist, ist wenig darüber bekannt, über welche Prozesse die Reversibilität und Alterung der Bleibindung gesteuert werden. Ausgehend von der Modellvorstellung der organischen Bodensubstanz als vernetzte (pseudo)makromolekulare Matrix, werden die folgenden Hypothesen überprüft: (1) Mehrwertige Kationen bilden in der festen und kolloidalen organischen Substanz koordinative Quervernetzungen aus, die die Starrheit der Matrix verstärken und die Bleidesorption behindern. (2) Die langsame Zunahme der Quervernetzungen ist die Ursache für die Festlegung von Pb mit zunehmender Kontaktzeit zur organischen Substanz.

Zur Überprüfung der Hypothesen werden Proben aus dem Of und Oh Horizont einer Rohhumusauflage und deren DOM-Extrakte in unterschiedlichen Kationenbelegungen und Alterungszuständen untersucht. Mit Hilfe der Differential Scanning Kalorimetrie (DSC) wird über das Glasübergangsverhalten die Starrheit der festen organischen Matrix charakterisiert. Kolloidgröße und -eigenschaften werden über Laserstreuung, Zetapotentialmessung und Kleinwinkelröntgenstreuung (SAXS) ermittelt. Ausgewählte Proben werden röntgenspektroskopisch (Pb- und Fe- XANES und EXAFS) auf die Kationenkoordination und mit NMR auf die Beweglichkeit von Molekülbereichen untersucht. Die Materialgrößen werden mit der Desorptionskinetik (Batch, Durchfluss und Isotopenaustausch) von Blei in Verbindung gebracht.

Auf diese Weise werden Informationen über den Einfluss der Kationenvernetzung auf sorptionsrelevante Festkörpereigenschaften der organischen Bodensubstanz sowie über den Mechanismus der Alterung der Bleibindung in organischen Auflagen erwartet.

Projektleitung

Prof. Dr. Gabriele E. Schaumann (Project leader)
Dr. Friederike Lang, TU Berlin (Co-Applicant)
Prof. Dr. Wolfgang Rotard (Co-applicant)

Mitarbeiter

Dipl.-Ing. Daniela Gildemeister (Scientific Assistant)
Sabina Hens (Student Assistant)
Lidiya Shemotyuk (Student Assistant)

Publikations

with peer-review

2015

4. Gildemeister, Daniela, Metreveli, George, Spielvogel, Sandra, Hens, Sabina, Lang, Friederike, Schaumann, Gabriele Ellen 2015. Stabilization of precipitates of pedogenic dissolved organic matter by multivalent cations. Journal of Soils and Sediments. 15 (1): 1-12. Download

2013

3. Kunhi Mouvenchery, Yamuna, Jaeger, Alexander, Aquino, Adélia J. A., Tunega, Daniel, Diehl, Dörte, Bertmer, Marko, Schaumann, Gabriele Ellen 2013. Restructuring of a peat in interaction with multivalent cations: Effect of cation type and aging time. PLOS One. 8 (6): e65359. Download

2. Schaumann, Gabriele Ellen, Gildemeister, Daniela, Kunhi Mouvenchery, Yamuna, Spielvogel, Sandra, Diehl, Dörte 2013. Interactions between cations and water molecule bridges in soil organic matter. Journal of Soils and Sediments. DOI: 10.1007/s11368-013-0746-7. Download

2009

1. Mikutta, Robert, Schaumann, Gabriele Ellen, Gildemeister, Daniela, Bonneville, Steeve, Kramer, Marc G., Chorovere, Jon, Chadwick, Oliver A., Guggenberger, Georg 2009. Biogeochemistry of mineral-organic associations across a long-term mineralogical soil gradient (0.3-4100 kyr), Hawaiian Islands. Geochimica et Cosmochimica Acta. 73 (7): 2034-2060. Download

Other publications

2015

7. Gildemeister, Daniela 2015. Effects of multivalent cations on the structure of soil organic matter (SOM). University Koblenz-Landau. PhD. Download

2013

6. Schaumann, Gabriele Ellen 2013. Labile structures in organic matter under the incfluence of multivalent cations an issue for dynamic interfaces?. Goldschmidt 2013 Conference Abstracts. Forence, Italy: Goldschmidt. 2149. Download

2011

5. Schaumann, Gabriele Ellen, Diehl, Doerte, Bertmer, Marko, Jäger, Alexander, Conte, Pellegrino, Alonzo, Giuseppe, Bachmann, Joerg 2011. Effect of cation loading of peat on low-field and high- field proton NMR characteristics. Geophysical Research Abstracts. 13 EGU2011-4469. Download

2010

4. Schaumann, Gabriele Ellen, Conte, Pellegrino, Jäger, Alexander, Alonzo, Giuseppe, Bertmer, Marko 2010. Interactions between cations and peat organic matter monitored with NMR wideline, static and FFC NMR relaxometry. Geophysical Research Abstracts. 12 EGU2010-15007-1. Download

2007

3. Gildemeister, Daniela, Schaumann, Gabriele Ellen 2007. Koordinative Quervernetzungen in der organischen Bodensubstanz: Effekte bei der Belegung mit Calcium. Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft. 110 (1): 191-192.

2006

2. Rudolph, Nicole, Schaumann, Gabriele Ellen 2006. Effect of Lead and Calcium on glassiness in soil organic matter. Frimmel, Fritz H.; Abbt-Braun, Gudrun Humic Substances - Linking Structure to Functions. Proceedings of the 13th Meeting of the International Humic Substances Societyin Karlsruhe. Karlsruhe: Universität Karlsruhe. 45-II 833-836.

1. Schaumann, Gabriele Ellen, Lang, Friederike, Frank, Jennifer 2006. Do multivalent cations induce cross-links in DOM precipitates?. Frimmel, Fritz H.; Abbt-Braun, Gudrun Humic Substances - Linking Structure to Functions. Proceedings of the 13th Meeting of the International Humic Substances Societyin Karlsruhe. Karlsruhe: Universität Karlsruhe. 45-II 941-944.

 

Kooperationen
Max Wilke, Potsdam