Die Rolle von Huminstoffen in Biogeochemischen Prozessen
Abstract
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 Verhalten 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. Organische 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 Bodenprozessen führen, sondern auch zu einer umfassenden Beschreibung spezifischer Problemstellungen und Bodenzustandsszenarien.
Schlagworte Computerchemie Humistoffe Sorptionsmodellierung Bodenkunde
Publikationen
The role of hydrogen bonds and cation-bridges on the thermodynamic stability of humic acids: modeling study
Autoren: Aquino, A.J.A., D. Tunega, H. Pasalic, G. Haberhauer, M.H. Gerzabek, H. Lischka Jahr: 2008
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Alkali metal cations on pyrene – A black carbon model
Autoren: Pasalic, H., Tunega, D., Aquino, A., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2009
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Water- and calcium-bridges in nanopores of humic acid models: Static DFT and dynamic DFTB investigations
Autoren: Aquino, A.J.A., Tunega, D., Schaumann, G.E., Gerzabek, M.H., Haberhauer, G., Lischka, H. Jahr: 2009
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Acetic acid dimer in various environments
Autoren: Pasalic, H., Tunega, D., Aquino, A., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2009
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Wettability of kalolinite surfaces – A molecular dynamics study
Autoren: Solc, R., Pasalic, H., Tunega, D., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2009
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
A DFT study of radical sites in humic acid components
Autoren: Solc, R., Tunega, D., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2009
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Thermodynamic stability of hydrogen-bonded systems in polar and nonpolar environments.
Autoren: Pasalic, H; Aquino, AJ; Tunega, D; Haberhauer, G; Gerzabek, MH; Georg, HC; Moraes, TF; Coutinho, K; Canuto, S; Lischka, H Jahr: 2010
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Interactions of organic pollutants with soil components investigated by means of molecular modelling
Autoren: Gerzabek, M.H., Tunega, D., Aquino, A.J.A., Pasalic, H., Haberhauer, G., Lischka, H. Jahr: 2010
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Interactions of organic compounds with soil components – elucidating mechanisms on a molecular level
Autoren: Gerzabek, M,H., Aquino, A.J.A., Tunega, D., Pašalić, H., Haberhauer, G., Lischka, H. Jahr: 2011
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Mitarbeiter*innen
Martin Gerzabek
Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Dr.h.c.mult. Martin Gerzabek
martin.gerzabek@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-91112
BOKU Projektleiter*in
14.06.2008 - 13.06.2011
Adelia Aquino
Dr. Adelia Aquino
adelia.aquino@boku.ac.at
Projektmitarbeiter*in
14.06.2008 - 13.06.2011
BOKU Partner
Externe Partner
ARC Seibersdorf research GmbH, Biogenetics - Natural Resources, Abteilung Umweltforschung
Univ.-Doz. DI Dr. Georg Haberhauer
Partner
Universität Wien, Institut für Theoretische Chemie
Univ.-Prof. Dr. Hans Lischka
Partner