Die Rolle von Huminstoffen in Biogeochemischen Prozessen

Umweltverschmutzung stellt eines der größten Probleme moderner Gesellschaften dar. Die chemischen Schadstoffe bedeuten ernsthafte Gefahren für die Qualität der Luft, der Wasserversorgung und der Böden. Das Verständnis des Transportes, der Fixierung, Akkumulationg und Transfer von Schadstoffen in der Umwelt ist von höchster Bedeutung für die Beurteilung von Bodenverunreinigungen und für die Anwendung von Sanierungstechniken. Das Schicksal der Schadstoffe in Böden wird durch Adsorptionsprozesse bestimmt, welche den Transport dieser Substanzen, mikrobiellen Abbau und Aufnahme durch Pflanzen über die Wurzeln, und dadurch den Transfer der Schadstoffe in andere Segmente des Ökosystems und sogar der Nahrungsmittelkette, sehr stark beeinflussen. Organisches Bodensubstanz ist die bedeutendste Quelle für aktiven Kohlenstoff auf der Erde, und Huminstoffe stellen davon den wichtigsten Anteil dar. Huminstoffe kommen in großer Verbreitung vor und sind in fast allen Boden- und Wassersystemen zu finden, wobei sie Bodenfunktionen und Wassereigenschaften stark beeinflussen. Es ist das Ziel dieses Projektes, umfassende Modelle für die Huminstoffe in der Form mikroskopischer Subszenarien (Oligomer- und Polymerstrukturen von z.B. Polyakrylsäure und Modifikationen, Struktureinheiten von Lignin und Zellulose) zu entwickeln, um mit Hilfe theoretischer und experimenteller Methoden die Wechselwirkungen spezifischer chemischer Gruppen oder Kombinationen von Gruppen, die die Aktivität des organischen Bodenmaterials darstellen, mit organischen Substanzen, hauptsächlich bestimmte Klassen von Pestiziden, zu untersuchen. Kationenbrücken und Kationenretention stellen eine der wichtigsten Forschungsfragen dieses Projektes dar. Die theoretischen Untersuchungen werden auf der Basis von Molekulardynamik- und Monte Carlo Rechnungen, welche auf Dichtefunktionaltheorie basiert, gefolgt von Kraftfelduntersuchungen, durchgeführt. Die experimentellen Sorptionsuntersuchungen, welche die Wechselwirkung der organischen Verbindungen mit ausgewählten Huminstoffmodellen beschreiben, werden mit den Resultaten der theoretischen Simulationen im Detail verglichen werden. Dieses Projekt sollte zu einer besseren Konzeptualisierung der Wechselwirkung organischer Verbindungen mit Huminstoffeinheiten in Bodensystemen und zu einem Klassifizierungsschema der verschiedenen Wechselwirkungen führen. Die angestrebten Resultate sollen nicht nur zu einem besseren prinzipiellen Verständnis von Bodenprozesse führen, sondern auch zu einer umfassenden Beschreibung spezifischer Problemstellungen und Bodenszenarien.

Umweltverschmutzung stellt eines der größten Probleme moderner Gesellschaften dar. Die chemischen Schadstoffe bedeuten ernsthafte Gefahren für die Qualität der Luft, der Wasserversorgung und der Böden. Das Verständnis des Transportes, der Fixierung, Akkumulationg und Transfer von Schadstoffen in der Umwelt ist von höchster Bedeutung für die Beurteilung von Bodenverunreinigungen und für die Anwendung von Sanierungstechniken. Das Schicksal der Schadstoffe in Böden wird durch Adsorptionsprozesse bestimmt, welche den Transport dieser Substanzen, mikrobiellen Abbau und Aufnahme durch Pflanzen über die Wurzeln, und dadurch den Transfer der Schadstoffe in andere Segmente des Ökosystems und sogar der Nahrungsmittelkette, sehr stark beeinflussen. Organisches Bodensubstanz ist die bedeutendste Quelle für aktiven Kohlenstoff auf der Erde, und Huminstoffe stellen davon den wichtigsten Anteil dar. Huminstoffe kommen in großer Verbreitung vor und sind in fast allen Boden- und Wassersystemen zu finden, wobei sie Bodenfunktionen und Wassereigenschaften stark beeinflussen. Es ist das Ziel dieses Projektes, umfassende Modelle für die Huminstoffe in der Form mikroskopischer Subszenarien (Oligomer- und Polymerstrukturen von z.B. Polyakrylsäure und Modifikationen, Struktureinheiten von Lignin und Zellulose) zu entwickeln, um mit Hilfe theoretischer und experimenteller Methoden die Wechselwirkungen spezifischer chemischer Gruppen oder Kombinationen von Gruppen, die die Aktivität des organischen Bodenmaterials darstellen, mit organischen Substanzen, hauptsächlich bestimmte Klassen von Pestiziden, zu untersuchen. Kationenbrücken und Kationenretention stellen eine der wichtigsten Forschungsfragen dieses Projektes dar. Die theoretischen Untersuchungen werden auf der Basis von Molekulardynamik- und Monte Carlo Rechnungen, welche auf Dichtefunktionaltheorie basiert, gefolgt von Kraftfelduntersuchungen, durchgeführt. Die experimentellen Sorptionsuntersuchungen, welche die Wechselwirkung der organischen Verbindungen mit ausgewählten Huminstoffmodellen beschreiben, werden mit den Resultaten der theoretischen Simulationen im Detail verglichen werden. Dieses Projekt sollte zu einer besseren Konzeptualisierung der Wechselwirkung organischer Verbindungen mit Huminstoffeinheiten in Bodensystemen und zu einem Klassifizierungsschema der verschiedenen Wechselwirkungen führen. Die angestrebten Resultate sollen nicht nur zu einem besseren prinzipiellen Verständnis von Bodenprozesse führen, sondern auch zu einer umfassenden Beschreibung spezifischer Problemstellungen und Bodenszenarien.