Nanopartikel und Staub

Kleinste Partikel im sub-mm-Bereich spielen in den Geo- und Umweltwissenschaften eine herausragende Rolle. Aufgrund ihrer geringen Größe können sie im Wasser und der Atmosphäre über weite Strecken transportiert werden und tief in Organismen eindringen. Zudem sind sie aufgrund ihres hohen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen häufig Hauptakteure bei Sorptionsprozessen.

Die AG Angewandte Geologie arbeitet in verschiedenen Bereichen zu kleinsten Partikeln. Dabei werden sowohl verschiedene Umweltkompartimente als auch natürliche und anthropogene Partikel beleuchtet.

Nanopartikel/Kolloide

Die quantitative Beschreibung der transportkontrollierenden Prozesse von natürlichen und künstlichen Nanopartikeln über die Bodenzone in Grundwasserleiter oder aus dem Grundwasserleiter über die Bodenzone in die Biosphäre ist noch weitestgehend unverstanden. Prozessverständnis 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 Kollektors (Sandkorn, Kluft- Oberfläche) und Fließgeschwindigkeitsvariationen im Porenraum bedingt durch das komplexe Kluftnetzwerk sind Gegenstand aktueller Forschung.  Bisherige Arbeiten konnten zeigen, dass speziell für <100nm große Nanopartikel die Oberflächenrauigkeit eine dominierende Rolle spielt und selbst unter „nicht favorisierenden“ geochemischen Bedingungen diese Nanopartikel signifikant in geologischen Systemen immobilisiert werden können. Weitere Fokus der Arbeiten liegt auf dem Co-Transport von Schadstoffen an solchen Nanopartikeln/Kolloiden und hier speziell (a) die Gründe für die beobachteten Spurenelement Desorptionskinetiken (Sorption oder struktureller Einbau) und (b) die modelltechnische Beschreibung dieser Transportprozesse.

Projektleiter: Thorsten Schäfer

AFM Messungen Rauigkeitsmessungen an einem Biotitmineral aus der Granitdioritoberfläche mittels Kolloid-Probe Technik.
Gemessene Snap-in Kräfte, die eine starke Anziehung im Bereich der Biotitkanten zeigen (pH 5, 1 mM NaCl).

Feinstaub

In der Atmosphäre treten kleinste Partikel als Feinstaub auf. Insbesondere in Städten, in denen häufig erhöhte Feinstaubkonzentrationen zu verzeichnen sind, stellt der Feinstaub eines der größten Umweltprobleme dar. Etliche Gesundheitsgefahren für den Menschen sowie Einflüsse auf Ökosysteme und das Klima sind bereits bekannt. In der AG Angewandte Geologie wird die Eignung biologischer Materialien ("Biomonitoring") und einfacher Passivsammler zur Beprobung von Feinstaub getestet. Dabei kommen sowohl aktuelle Aspekte des Biomonitorings als auch weniger bekannte Methoden zum Einsatz. Mit Hilfe diverser Methoden der (multivariaten) Statistik werden die Schwermetallgehalte im Probematerial genutzt um räumlich heterogene Feinstaubquellen zu identifizieren.