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Die Rolle von Huminstoffen in Biogeochemischen Prozessen

Projektleitung
Gerzabek Martin, BOKU Projektleiter/in
Laufzeit:
14.06.2008-13.06.2011
Art der Forschung
Grundlagenforschung
Projektpartner*innen
ARC Seibersdorf research GmbH, Biogenetics - Natural Resources, Abteilung Umweltforschung, A-2444 Seibersdorf, Österreich.
Kontaktperson: Univ.-Doz. DI Dr. Georg Haberhauer;
Funktion des Projektpartners: Partner
Universität Wien, Institut für Theoretische Chemie, Währinger Straße 17, 1090 Wien, Österreich.
Kontaktperson: Univ.-Prof. Dr. Hans Lischka;
Funktion des Projektpartners: Partner
Mitarbeiter*innen
Aquino Adelia, Projektmitarbeiter/in (bis 28.02.2019)
Beteiligte BOKU-Organisationseinheiten
Institut für Bodenforschung
Gefördert durch
Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) , Sensengasse 1, 1090 Wien, Österreich
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
Theoretische Chemie; Bodenkunde; Bodenuntersuchungen;
Bodenkunde; Computerchemie; Humistoffe; Sorptionsmodellierung;
Publikationen

Gerzabek, M,H., Aquino, A.J.A., Tunega, D., Pašalić, H., Haberhauer, G., Lischka, H. (2011): Interactions of organic compounds with soil components – elucidating mechanisms on a molecular level. [Poster]
[6th ISMOM Conference 2011 - Soil Interfaces in a Changing World, Montpellier, France, 26.06.2011 - 01.07.2011]

In: INRA, Book of Abstracts, p. 231

** Pasalic, H; Aquino, AJ; Tunega, D; Haberhauer, G; Gerzabek, MH; Georg, HC; Moraes, TF; Coutinho, K; Canuto, S; Lischka, H Thermodynamic stability of hydrogen-bonded systems in polar and nonpolar environments..

J Comput Chem. 2010; 31(10):2046-2055 WoS PubMed FullText FullText_BOKU

Gerzabek, M.H., Tunega, D., Aquino, A.J.A., Pasalic, H., Haberhauer, G., Lischka, H. (2010): Interactions of organic pollutants with soil components investigated by means of molecular modelling. [Poster]
[19th World Congress of Soil Science 2010 - Solutions for a changing world, Brisbane, Australia, 01.08.2010 - 06.08.2010]

In: Gilkes, R.J., Prakongkep, N. (editors), Proceedings of the 19th World Congress of Soil Science; Solutions for a changing world, published on DVD, Symposium 2.2.1., pp 117-120; ISBN: ISBN: 978-0-646-5378

Aquino, A.J.A., Tunega, D., Schaumann, G.E., Gerzabek, M.H., Haberhauer, G., Lischka, H. (2009): Water- and calcium-bridges in nanopores of humic acid models: Static DFT and dynamic DFTB investigations.
[DFG-IUSS Symposium 2009 - Advances of Molecular Moedling of Biogeochemical Interfaces – Perspectives for Soil Research, Dornburg, Germany, 06.10.2009 - 07.10.2009]

In: Friedrich Schiller Universität Jena (Hrsg.), DFG-IUSS Symposium: Advances of Molecular Moedling of Biogeochemical Interfaces – Perspectives for Soil Research, Book of Abstracts, p.31

Pasalic, H., Tunega, D., Aquino, A., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. (2009): Alkali metal cations on pyrene – A black carbon model.
[DFG-IUSS Symposium 2009 - Advances of Molecular Moedling of Biogeochemical Interfaces – Perspectives for Soil Research, Dornburg, Germany, 06.10.2009 - 07.10.2009]

In: Friedrich Schiller Universität Jena (Hrsg.), DFG-IUSS Symposium: Advances of Molecular Moedling of Biogeochemical Interfaces – Perspectives for Soil Research, Book of Abstracts, p.19

Pasalic, H., Tunega, D., Aquino, A., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. (2009): Acetic acid dimer in various environments. [Poster]
[DFG-IUSS Symposium 2009 - Advances of Molecular Moedling of Biogeochemical Interfaces – Perspectives for Soil Research, Dornburg, Germany, 06.10.2009 - 07.10.2009]

In: Friedrich Schiller Universität Jena (Hrsg.), DFG-IUSS Symposium: Advances of Molecular Moedling of Biogeochemical Interfaces – Perspectives for Soil Research, Book of Abstracts, p. 36

Solc, R., Pasalic, H., Tunega, D., Gerzabek, M.H., Lischka, H. (2009): Wettability of kalolinite surfaces – A molecular dynamics study. [Poster]
[DFG-IUSS Symposium 2009 - Advances of Molecular Moedling of Biogeochemical Interfaces – Perspectives for Soil Research, Dornburg, Germany, 06.10.2009 - 07.10.2009]

In: Friedrich Schiller Universität Jena (Hrsg.), DFG-IUSS Symposium: Advances of Molecular Moedling of Biogeochemical Interfaces – Perspectives for Soil Research, Book of Abstracts, p. 37

Solc, R., Tunega, D., Gerzabek, M.H., Lischka, H. (2009): A DFT study of radical sites in humic acid components. [Poster]
[DFG-IUSS Symposium 2009 - Advances of Molecular Moedling of Biogeochemical Interfaces – Perspectives for Soil Research, Dornburg, Germany, 06.10.2009 - 07.10.2009]

In: Friedrich Schiller Universität Jena (Hrsg.), DFG-IUSS Symposium: Advances of Molecular Moedling of Biogeochemical Interfaces – Perspectives for Soil Research, Book of Abstracts, p. 38

Aquino, A.J.A., D. Tunega, H. Pasalic, G. Haberhauer, M.H. Gerzabek, H. Lischka (2008): The role of hydrogen bonds and cation-bridges on the thermodynamic stability of humic acids: modeling study.
[EUROSOIL 2008, Vienna, Austria, 25.08.2008 - 29.08.2008]

In: Blum, W.E.H., M.H. Gerzabek, M. Vodrazka (Eds.), EUROSOIL 2008, Soil - Society - Environment, Book of Abstracts, University of Natural Resources and Applied Life Sciences Vienna, EUROSOIL 2008, 25 - 29 August 2008, Wien, 88; ISBN: ISBN: 978-3-902382-0

Vorträge

Gerzabek, M.H., Tunega, D., Aquino, A.J.A., Pasalic, H., Haberhauer, G., Lischka, H. (2011): Interactions of organic pollutants with soil components investigated by means of molecular modeling.

, Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, Sep. 3-9, 2011, Berlin

Gerzabek, M.H., Lair, G.J., Zehetner, F. (2010): Veränderung der Retentionseigenschaften im Zuge der Bodenentwicklung.

, Hydrologie und Bodenkunde - vom Punkt zur Fläche, 8.-9. Juni, 2010, Vienna, Austria

Gerzabek, M.H., Tunega, D., Lischka, H.,Aquino, A., Pasalic, H., Haberhauer, G., Haas, U. (2009): Interactions of organic pollutants with soil components – elucidating mechanisms on a molecular level.

, Computational Science and Engineering Workshop, January 8-9, 2009, Rust, Austria

Aquino, A.J.A., D. Tunega, H. Pasalic, G. Haberhauer, M.H. Gerzabek, H. Lischka (2008): The role of hydrogen bonds and cation-bridges on the thermodynamic stability of humic acids: modeling study.

EUROSOIL 2008, 25 - 29 August 2008, Wien

Gerzabek, M.H., Tunega, D., Lischka, H., Aquino, A.J.A., Pasalic, H., Haberhauer, G., Haas, U. (2008): Interactions of organic pollutants with soil components – elucidating mechanisms on a molecular level.

, Statuskolloquium des DFG-SPP 1315 "Biogeochemical Interfaces in Soils", Oct 8-9, 2008, Umweltforschungszentrum Leipzig, Germany

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