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Projekt
FOR 831: Dynamic Capillary Fringes - A Multidisciplinary Approach
Fachliche Zuordnung
Geowissenschaften
Förderung
Förderung von 2007 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 31352921
Der Kapillarsaum erstreckt sich über die Wechselzone von grundwassergesättigtem Untergrund nach oben bis zum unbeeinflussten feuchten Boden und umfasst biogeochemische Gradienten mit unterschiedlichen biologischen Aktivitäten. Zur quantitativen Ermittlung von physikalischen (Fließ-, Diffusions- und Dispersionsvorgängen), (geo)chemischen (Reaktions-, Lösungs- und Präzipitationsvorgängen) und biologischen (Stoffwechsel-, Ausscheidungs- und Adsorptionsvorgängen) Prozessen im Kapillarsaum und deren Kopplung an transiente Fließvorgänge und wechselnde chemische Randbedingungen sollen umfangreiche analytische und instrumentelle Labor- und halbtechnische Experimente unternommen werden. Dies schließt Langzeituntersuchungen zum reaktiven Transport von leicht und schwer mikrobiell abbaubaren Stoffen im Kapillarwasser und zur Biofilmbildung auf den Mineralkörnern ein.
Die biologische Aktivität im Kapillarwasser und im Biofilm auf den Mineralien bestimmen "Mass-transfer"- und Umsatzraten und beeinflussen z. B. durch Ausscheidung von Biopolymeren oder bakteriellen Detergenzien hydraulische Parameter. Zur Bestimmung der verantwortlichen Schlüsselparameter sollen hoch zeit- und raumauflösende Sensoren und spektrokopische Methoden eingesetzt werden. Insbesondere soll auch ein Vergleich der Reaktivität von Kapillarsäumen unter "nährstoff-limitierten" (oligotrophen) Bedingungen und Bedingungen mit üppiger Substratversorgung (eutrophen Bedingungen) durchgeführt werden. Parallel zur experimentellen Arbeit soll ein numerischer Simulator für den gekoppelten Multiphasenfluss im Kapillarsaum unter Einbezug reaktiver Transportvorgänge untersucht werden, mit dem die in Experimenten eingestellten Bedingungen bzw. ablaufenden Prozesse passgenau beschrieben und Abweichungen simuliert werden sollen.
Ziel der ersten Förderphase ist es, eine Antwort auf folgende Frage zu finden: Wie beeinflussen suspendierte oder in Biofilmen immobilisierte autochthone und allochthone Bakterien und/oder ihre Stoffwechselausscheidungen im natürlichen oligotrophen oder anthropogen beeinflussten eutrophen Kapillarsaum physikalische, hydraulische und chemische/geochemische Prozesse, die zu morphologischen Änderungen und Änderungen der Dynamik von Prozessen im Kapillarsaum führen?
Die biologische Aktivität im Kapillarwasser und im Biofilm auf den Mineralien bestimmen "Mass-transfer"- und Umsatzraten und beeinflussen z. B. durch Ausscheidung von Biopolymeren oder bakteriellen Detergenzien hydraulische Parameter. Zur Bestimmung der verantwortlichen Schlüsselparameter sollen hoch zeit- und raumauflösende Sensoren und spektrokopische Methoden eingesetzt werden. Insbesondere soll auch ein Vergleich der Reaktivität von Kapillarsäumen unter "nährstoff-limitierten" (oligotrophen) Bedingungen und Bedingungen mit üppiger Substratversorgung (eutrophen Bedingungen) durchgeführt werden. Parallel zur experimentellen Arbeit soll ein numerischer Simulator für den gekoppelten Multiphasenfluss im Kapillarsaum unter Einbezug reaktiver Transportvorgänge untersucht werden, mit dem die in Experimenten eingestellten Bedingungen bzw. ablaufenden Prozesse passgenau beschrieben und Abweichungen simuliert werden sollen.
Ziel der ersten Förderphase ist es, eine Antwort auf folgende Frage zu finden: Wie beeinflussen suspendierte oder in Biofilmen immobilisierte autochthone und allochthone Bakterien und/oder ihre Stoffwechselausscheidungen im natürlichen oligotrophen oder anthropogen beeinflussten eutrophen Kapillarsaum physikalische, hydraulische und chemische/geochemische Prozesse, die zu morphologischen Änderungen und Änderungen der Dynamik von Prozessen im Kapillarsaum führen?
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Projekte
- Dynamic Capillary Fringe: Flow and Transport Processes (Antragsteller Roth, Kurt )
- Dynamic capillary fringes - a multidisciplinary approach (Antragsteller Geistlinger, Helmut )
- Dynamic capillary fringes - Central experiment and scientific communication (Antragsteller Winter, Josef U. )
- Microorganisms in the capillary fringe, rapidly changing environment (Antragstellerin Gallert, Claudia )
- Numerical methods for the accurate and efficient simulation of multiphase multicomponent reactive flow in the capillary fringe (Antragsteller Bastian, Peter )
- Reactive transport in the dynamic capillary fringe (Antragsteller Grathwohl, Peter )
- Refractory Organic Substances in Capillary Fringes: Dynamics, Gradients and Reactions (Antragsteller Frimmel, Fritz )
Sprecher
Professor Dr. Josef U. Winter
