Wechselseitige Interaktionen von organischer Substanz und Bodenmineralen: Kinetik, Adsorptionsmechanismen, Transformation und Stabilität von Komplexen

• Antragsteller: Professor Dr. Thilo Rennert
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436804888

Die organische Bodensubstanz (OBS) ist die wichtigste Senke für organischen Kohlenstoff in terrestrischen Ökosystemen. Die Adsorption von OBS an Mineraloberflächen ist einer der Hauptstabilisierungsmechanismen, die den Abbau von OBS verzögern. Die OBS besteht aus einer Vielzahl organischer Verbindungen mit unterschiedlichen Strukturen und Eigenschaften, die potenziell mit Mineralen interagieren. Allerdings sind die Mechanismen der wechselseitigen Interaktionen dieser chemischen Verbindungen und die Auswirkungen dieser Interaktionen auf die Stabilität der OBS und OBS-Mineral-Komplexen bisher nicht geklärt. Im beantragten Vorhaben folgen wir einem neuen Ansatz, der die Zusammensetzung und die Struktur sowohl der OBS als auch von Mineralen berücksichtigt. Wir planen, eine systematische Studie über die wechselseitigen Interaktionen von wichtigen OBS-Bestandteilen (Phenolsäuren, Cutinmonomere, Peptide) mit Bodenmineralen durchzuführen. Diese sind Montmorillonit sowie Fe- und Mn-Oxide (Ferrihydrit, Birnessit) mit variabler Kristallinität. Wir werden die schnelle Kinetik der Interaktionen untersuchen, um die Art und Energie der OBS-Adsorption an die Minerale zu bestimmen. Wir werden analytische Techniken des neuesten Standes anwenden (LC/MS, XPS), um die Mechanismen der kompetitiven oder kooperativen Adsorption und Transformation der OBS-Komponenten durch Minerale und den Einfluss dieser Interaktionen auf die Stabilität/Alteration der Minerale aufzuklären. Zwei Szenarien zur Untersuchung von Adsorption und Transformation organischer Verbindungen durch Minerale sowie zur Aufklärung der Bildung von OBS-Mineral-Komplexen unter natürlichen Bedingungen werden betrachtet werden: gleichzeitige Zugabe der Verbindungen zu den Mineralen oder Zugabe eines Konkurrenten zu Mineralen mit zuvor adsorbierter OBS einer anderen Verbindungsklasse. Wir werden auch den Einfluss variierender Redoxbedingungen auf die Stabilität von OBS und OBS-Mineral-Komplexen untersuchen. Unsere experimentellen Resultate und konzeptionellen Schlussfolgerungen werden das Verständnis der Mechanismen der Bildung von OBS-Mineral-Komplexen und ihrer Stabilität sowie den Verbleib von OBS und Mineralen in der Umwelt vertiefen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr. Benny Chefetz
• Kooperationspartnerin: Dr. Tamara Polubesova