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Projekt
Aufklärung der Rolle der Oberflächenalteration und der dynamischen Verlagerung für die Bildung und Alteration von Mikroaggregaten im Boden-Ausgangsgesteins-Kontinuum
Antragsteller
Professor Dr. Kai Uwe Totsche
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung von 2019 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251268514
Aggregation und der Aufbau von Aggregaten sind einzigartige Merkmale von Böden. Aggregierung führt zu einer nicht-zufälligen räumlichen Anordnung der festen Phase bereits im Submikronbereich. Mikroaggregate gelten als die fundamentalen Bausteine der Aggregatstruktur in fast allen Böden, einschließlich derer mit einer Aggregathierarchie. Sie sind Verbundstrukturen kleiner <0,25 mm und umfassen auch die kolloidalen und nanopartikulären Mischphasen sowie organo-mineralische Komposite. Hervorzuheben ist dabei, dass Mikroaggregate, insbesondere solche kleiner als < 20 Mikrometer, auch als Komponenten der mobilen Phase vorliegen. So können sie mit dem Sickerwasser verlagert werden und Oberflächen- und Porenraumeigenschaften verändern. Mikroaggregatbildung durch Oberflächenalterierung in Folge von Interaktionen mit Komponenten der Flüssigphase stellt wahrscheinlich einen entscheidenden, bisher im Wesentlichen noch unerforschten Weg im Boden-Ausgangsgestein-Kontinuum während der initialen Pedogenese dar. In Böden fortgeschrittener Entwicklung entstehen Mikroaggregate aus Tonmineralen, schlecht kristallinen, aber hochreaktiven pedogenen Mineralphasen und organischer Substanz aus im Zuge eines Nukleationsprozess aus der chemisch heterogenen Bodensuspension. Beide Bildungswege laufen im Kontinuum Boden-Ausganggestein ab, können aber insbesondere in der Übergangszone von Boden zu Ausgangsgestein in einem frühen Stadium der Bodenbildung untersucht werden, bei der die Bildung von sekundären Mineralphasen noch in einem frühen Stadium steht. Die Stabilität von Mikroaggregaten sowie ihre Wechselwirkungen werden durch Befeuchtung-Austrocknung- und damit Hydratation-Dehydratation-Zyklen wesentlich beeinflusst. Diese von der Bodenfeuchte-Dynamik abhängigen Prozesse finden in Böden der gemäßigten Zonen regelmäßig bis in den Untergrund statt. Das bedeutet, dass sowohl hydraulischer als auch osmotischer Stress sowie deren Historie Interaktionen und Translokation von Mikroaggregaten maßgeblich beeinflussen können. Mit diesem Projekt wollen wir fundamentale Wissenslücken beim Verständnis der Bildung und Stabilität von Mikroaggregaten und deren Verknüpfung zu den Funktionen im Boden-Ausgangsgesteins-Kontinuum schließen. Das Forschungsprogramm hierzu umfasst Studien in-situ (Profilanalyse entlang einer Löß-Pedosequenz), in-vitro (dynamische Transportexperimente mit ungestörten Bodenkernen) und in-silico (numerische Simulation von Heteroaggregation). Dabei fokussieren wir auf zwei bislang vernachlässigte Bildungswege, die "geochemische Vererbung" und die "Heteroaggregation aus Suspension“. Mit diesem Teilprojekt zielen wir durch die Untersuchung der resultierenden Phänomene auf ein verbessertes Verständnis des Zusammenspiels und der Abhängigkeiten der Bildungswege für Mikroaggregate in Raum und Zeit und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung des quantitativen theoretischen Rahmens zum Verständnis der Bildung, Eigenschaften und Funktionen von Mikroaggregaten in Böden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
