3D-Architektur der Festen-, Organischen- und Porenphase in Mikroaggregaten und deren Einfluss auf mechanische Stabilität

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Peth
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251268514

Die Bodenstruktur ist Ausdruck einer komplexen räumlichen Anordnung von Feststoffen (organische und anorganische Substanzen) und Poren, die variabel mit Wasser und Gas gefüllt sind. Eine Vielzahl von Bodenfunktionen wie die Bereitstellung von Nährstoffen und Wasser, Kohlenstoffspeicherung, Transformation von Schadstoffen oder Lebensraum für Bodenorganismen etc. werden durch die Bodenstruktur maßgeblich beeinflusst. Trotz der Bedeutung von Aggregaten und deren Beschaffenheit für wichtige Bodenfunktionen sind die Prozesse der Aggregatbildung verhältnismäßig unzureichend erforscht. Im Rahmen der Forschergruppe 2179 (Mad Soil:Microaggregate development in Soil) wollen wir in diesem Teilprojekt physikalische/mechanische Prozesse untersuchen, die für Bildung und Dynamik von Mikroaggregaten (< 250 ¿m) von Bedeutung sind und in Beziehung zur Porenraumarchitektur setzen. Dazu setzen wir moderne experimentelle und analytische Ansätze wie nicht-invasive Röntgentomographie (Universität Kassel), Synchrotrontomographie (HASYLAB), quantitative 3D-Bildanalyse und physikochemischen Mikrosondenmessungen ein, um neue Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen Porenraumgeometrie und davon abhängigen physikalischen Prozessen bei der Aggregatbildung zu erhalten. In der ersten Förderphase sollen sich die Messungen auf eine gemeinsam untersuchte Toposequenz (Tongehaltsgradient) und ein Mikrokosmenexperiment mit marktierten Isotopen konzentrieren. Die zentrale Frage der wir dabei nachgehen wollen ist, wie sich die Bodenstruktur in Abhängigkeit des Tongehaltes entwickelt und wie die dabei entstandene Porenraumgeometrie die Interaktion von physikalischen (Wasser und Sauerstofftransport) mit biologischen (mikrobielle Aktivität, EPS) und mechanischen Parametern (Schaffung von stabilen Strukturen) beeinflusst. Die 3D Bilddatensätze werden mit morphologischen Bildanalyse-Verfahren auf Ihre Strukturmerkmale hin untersucht wobei nicht nur der Porenraum, sondern auch die räumliche Anordnung von grundlegenden Baueinheiten der Mikroaggregate quantitativ erfasst werden sollen. Diese Ergebnisse zur Architektur von Mikroaggregaten werden mit mikroskaligen Messungen (z.B. zur Sauerstoffmikrodiffusion, zur räumlichen Verteilung der organischen Bodensubstanz und zur mechanischen Stabilität) korreliert. Dadurch erhoffen wird uns ein verbessertes Prozessverständnis der Bodenstrukturbildung, und der dabei auftretenden Wechselwirkungen zwischen physikalischen, geochemischen und biologischen Prozessen. Die in diesem Teilprojekt erhobenen Daten werden bei der Entwicklung eines mechanistisch quantitativen Modells zur Aggregatbildung (Teilprojekt PM) von großer Bedeutung sein.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2179: MAD Soil - Microaggregates: Formation and turnover of the structural building blocks of soils
• Mitverantwortlich: Dr. Daniel Uteau Puschmann