Fakultätsbericht 2016-2017

120 — FORSCHUNG Die quantitative Beschreibung der transportkon- trollierenden Prozesse von natürlichen und künst- lichen Nanopartikeln über die Bodenzone in Grundwasserleiter oder aus dem Grundwasserlei- ter über die Bodenzone in die Biosphäre ist noch weitestgehend unverstanden. Prozessverständ- nis durch einen sogenannten „Bottom-up“ Ansatz mit der gezielten Variation einzelner Parameter, wie z. B. der Oberflächenladung, Geometrie oder Dichte der Nanopartikel, der Rauigkeit des Kollek- tors (Sandkorn, Kluft-Oberfläche) und Fließge- schwindigkeitsvariationen im Porenraum bedingt durch das komplexe Kluftnetzwerk, ist Gegen- stand aktueller Forschung. Nanopartikeltransport kontrollierende Prozesse in Grundwasserleitern Bisherige Arbeiten konnten zeigen, dass spe- ziell für <100 nm große Nanopartikel die Oberflä- chenrauigkeit eine dominierende Rolle spielt und selbst unter „nicht favorisierenden“ geochemi- schen Bedingungen diese Nanopartikel signifikant in geologischen Systemen immobilisiert werden können. Weiterer Fokus der Arbeiten liegt auf dem Co-Transport von Schadstoffen an solchen Nanopartikeln/Kolloiden und hier speziell (a) die Gründe für die beobachteten Spurenelement De- sorptionskinetiken (Sorption oder struktureller Einbau) und (b) die modelltechnische Beschrei- bung dieser Transportprozesse. [4] Stoll, M., Huber, F.M., Schill, E., Schäfer, T. (2017): Parallel-plate fracture transport experiments of nanoparticulate illite in the ultra- trace concentration range investigated by Laser-Induced Breakdown Detection (LIBD). Colloids and Surfaces A, 529, 222-230, DOI 10.1016/j.colsurfa.2017.05.067. [5] Stoll, M., Huber, F.M., Darbha, G.K., Schill, E., Schäfer, T. (2016): Impact of gravity, collector surface roughness and fracture orientation on colloid retention kinetics in an artificial fracture. J. Colloid Interface Sci. 475, 171-183, DOI 10.1016/j.jcis.2016.04.045. [6] Reiche, T., Noseck, U., Schäfer, T. (2016): Migration of Contaminants in Fractured-Porous Media in the Presence of Colloids: Effects of Kinetic Interactions. Transport in Porous Media, 111, 143- 170, DOI 10.1007/s11242-015-0585-7. Abb. 4. (links) Illit Tonpartikel angebracht an einen AFM Cantilever und (rechts) gemessene Oberflächen- Rauigkeit einer Granit-Oberfläche. Kleinste Partikel in der Atmosphäre („Feinstaub“) stellen insbesondere in Städten eine große Ge- sundheitsgefahr für den Menschen dar. Zudem können Staubtransport und -deposition das Klima sowie verschiedene Ökosysteme beeinflussen. Die Zusammensetzung des Feinstaubs ist von einer Vielzahl von Parametern, insbesondere aber von den Quellen, abhängig und im bodennahen Bereich von Städten bereits kleinräumig (horizon- tal wenige Meter) heterogen. Um die Immission für Mensch/ Ökosystem zu minimieren, ist daher ein exaktes Wissen um den räumlich variablen Einfluss der Emissionsquellen nötig. Passive Staubsammler sowie Methoden des Biomonitorings (Spinnweben, Moos-Säckchen) kommen zum Einsatz, um den Feinstaub an ver- Analyse der geochemischen Signatur von Feinstaub zur Identifizierung der Emissionsquellen schiedenen Lokationen in Jena sowie an quell- nahen und quellfernen Standorten in Mittel- deutschland zu beproben. Die Beprobung erfolgt bodennah etwa auf der Kopfhöhe von Menschen und umfasst den Feinstaub weniger Tage bis hin zu einem Jahr. Im Labor werden die Proben geo- chemisch analysiert, wobei der Schwerpunkt auf der Bestimmung der Gehalte an (Schwer-)Me- tallen in den Proben liegt. Mit Hilfe dieser geo- chemischen Signatur sowie multivariant statisti- scher Methoden können beispielsweise Fein- staubquellen im Raum Jena sowie ihr räumlich heterogener Einfluss identifiziert werden. Auch eine Unterscheidung der Probennahmelokatio- nen anhand der Zusammensetzung des Fein- staubs ist möglich. Lehrstuhl für Angewandte Geologie Prof. Dr. Thorsten Schäfer & Prof. em. Dr. Georg Büchel Fortsetzung 20 μm Granit Oberfläche Illit