Transport- und Umsetzungsprozesse des klimarelevanten Gases N20 im System Grundwasser/ungesättigte Zone - Flächenhafte Abschätzung der indirekten Emissionen des klimarelevanten Gases N20 aus dem System Grundwasser/ungesättigte Zone und seiner Steuergrößen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein Verständnis der räumlichen und zeitlichen Variabilität von gelöstem N2O ist wesenflich für ein Prozessverständnis der N20-Emissionen vom oberflächennahen Grundwasser über die ungesättigte Zone zur Atmosphäre (indirekte Emission). Abschätzungen zur indirekten N2O-Emission, die auf der IPCC-Methodik (Phase (I) basieren, verwenden das mittlere N2O-NO3-Verhältnis im oberflächennahen Grundwasser. Da die Prozessdynamik durch die obere und untere zeitabhängige Randbedingung (Infiltration. und GWL-Schwankungen; GWL - ground water level) und durch den nicht-linearen Gastransport und Massentransfer zwischen Wasserund Gasphase bestimmt ist, kann dieser Prozess nicht durch einfache algebraische Beziehungen von Mittelwerten beschrieben werden. Zur Beschreibung des Gasblasen-vermittelten Massentransfers (BMT - bubblemediated Mass Transfer) innerhalb der Austauschzone, welche durch die Amplitude der GWL-Schwankungen definiert ist wurde ein konzeptionelles Modells vorgeschlagen. Es konnte sowohl durch Visualisierung der räumlich interpolierten Messergebnisse als auch mit Hilfe der deskriptiven Statistik gezeigt werden, dass die N2O-Konzentration des oberflächennahen Grundwassers einer hohen zeitlichen und räumlichen Variation unterliegt, mit einem CV von bis zu 260%, eine signifikante Anti-Korrelation zur O2-Konzentration aufweist mit einer räumlichen Korrelation im Meterbereich. Die zeitliche Variation der räumlich gemittelten N20-Konzentraftionen zeigen eine signifikante Korrelation zur zeitlichen Variation des gemittelten GWL (Mittlungsintervall: 14 Tage). Es wird vermutet, dass nicht nur das zeitliche Verhalten des mittleren GWL sowohl N20-Bildung als auch BMT bestimmt sondern auch die Frequenz der GWL-Schwankungen. Die experimentellen Ergebnisse deuten darauf hin. Zum Upscaling-Problem: Implikationen und Konsequenzen der hohen räumlichen und zeifiichen Variabilität auf 1. Gradienten-basierte Flussmodelle, wie z.B. das steady-state flat-interface (SSFI) Modell, welches gewöhnlich in der Literatur verwendet wird und 2. auf Upscaling-Strategien von typisierten Untersuchungsflächen (lOOm-Skala) mit geringer Datendichte auf die regionale Skala müssen kritisch diskutiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2007) Reactive Transport-Modeling of N2O-Emission from near-surface Groundwater taking into account Small-Scale Heterogeneous Permeability Fields. International Workshop on Biogeochemical Processes in Groundwater Systems, Munich, Germany
H. Geistlinger and D. Eisermann
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(2007): Reaktive Transport-Modellierung und prozessbasiertes Upscaling der N2O-Emission aus dem oberflächennahen Grundwasser. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, Dresden, Deutschland
H. Geistlinger, D. Eisermann, F. Reinsdorf, J. Böttcher, R. Well und W. Schäfer
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(2008) Gas Transport and Mass Transfer within the Vadose Zone. Workshop der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft: „Wasser und Stoffflüsse in der Landschaft - Messung und Modellierung zum Schutz von Boden und Wasser", Kiel, Deutschland
H. Geistlinger, D. Eisermann, Ruijan Jia, J. Böttcher, R. Well und W. Schäfer
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(2008) Gas Transport and Mass Transfer within the Vadose Zone: Tracer Experiments, 1-D Analytical and 2-D Numerical Modeling Intemafional EGU-conference, Vienna, Austria
H. Geistlinger
