CRG Chemie natürlicher Wässer

Auf Basis unserer Forschung entwickeln wir robuste globale Modelle für biogeochemische Stoff-Flüsse zwischen Land und Ozean zum  Beispiel durch chemische Verwitterung. Diese Modelle können in Erdsystemmodelle integriert werden, um Art und Umfang von Rückkopplungseffekten zu untersuchen.

Für unsere Forschung haben wir zwei Labore aufgebaut: Ein Labor für Geoinformationssysteme (GIS), in dem wir neue Geodaten entwickeln. Und ein hydrochemisches Labor, um Transformationsprozesse zu parameterisieren. Mittels zeitlich und räumlich hochaufgelöster Mesokosmos-Experimente quantifizieren wir fehlende empirische Parameter im Erdsystem.

Forschungsthemen

1. Globale Stoffflüsse

Hochaufgelöste globale Geodaten kombinieren wir mit regionalen hydrochemischen Daten in einer Datenbank (GLORICH-Datenbank) und entwickeln daraus neue globale Verwitterungsmodelle. Diese erlauben uns, sowohl die CO2-Sequestrierung als auch die Land-Ozean-Stofftransporte von Kohlenstoff und Nährstoffen zu quantifizieren. Die GLORICH-Datenbank wird darüber hinaus auch genutzt, um die globale saisonale Ausgasung von CO2 aus dem limnischen System (Binnengewässer) und aus den Ästuaren (Mündungsgewässer) räumlich hochaufgelöst zu quantifizieren. Ergänzt um eine globale Küstentypologie, können wir mit GLORICH zusätzlich die Transformationsraten biogeochemischer Stoffe in der Übergangszone vor ihrer Entlassung in den Ozean bestimmen.

2. Kreislauf von Nährstoffen im Aquatischen System

Das hydrochemische Labor und unsere Partner helfen uns, den Weg des terrestrischen Kohlenstoffs und terrestrischer Nährstoffe im Grenzgebiet Land-Ozean nachzuvollziehen. Die Menge des Kohlenstoffs, der aus dem aquatischen System in die Atmosphäre entweicht, wird am Beispiel des Elbe-Estuars (Elbe-Mündung) analysiert. Wir ermitteln außerdem saisonelle Budgets, um so die Rahmenbedingungen der Ökosystemmodelle für die Nordsee abzuschätzen.

3. Rückkopplungen von Land-Ozean-Stoffflüssen

Wir wenden die Ergebnisse der neu entwickelten Land-Ozean-Stofffluss-Modelle an: Die Gruppe parameterisiert ein Land-Ozean Stofffluss-Modul mit einem gröber skalierten Erdsystemmodell. So können wir die Vorkommen von Silika, anorganischem und organischem Kohlenstoff abbilden sowie die Mobilisierung von Phosphor in die Ökosysteme durch chemische Verwitterung. 

4. Beschleunigte Verwitterung

Der Begriff "Beschleunigte Verwitterung" (englisch: "enhanced weathering") steht im Kontext von Technologien zum Verringern der atmosphärischen CO2 Konzentration. Hierfür wird Gesteinsmehl in terrestrischen oder aquatischen Systemen ausgebracht. Dieses Gestein verwittert chemisch und entzieht der Atmosphäre dabei CO2. Darüber hinaus setzt die Verwitterung, abhängig vom genutzten Gestein, Nährstoffe frei. Wir analysieren die Anwendbarkeit von Beschleunigter Verwitterung unter Berücksichtigung der Aspekte Klimawandel, Nahrungsproduktion und Sicherheit.

Produkte

Für unsere datenintensive Forschung haben wir zwei globale Datenbanken entwickelt, die wir nutzen und mit anderen ForscherInnen teilen:

  • Die Lithologische Weltkarte (GLiM) ist eine hochauflösender Vektordatensatz mit Gesteinseigenschaften.
  • Die Globale Flusschemiedatenbank (GLoRiCh) kombiniert hydrochemische Daten mit Eigenschaften ihrer Einzugsgebiete.


Aktuelle Publikationen der Arbeitsgruppe

  • Gaillardet, J., Calmels, D., Romero-Mujalli, G., Zakharova, E., & Hartmann, J. (in press). Global climate control on carbonate weathering intensity. Chemical Geology, ahead of print, available online. doi:10.1016/j.chemgeo.2018.05.009.
  • Minx, J. C., Lamb, W. F., Callaghan, M. W., Fuss, S., Hilaire, J., Creutzig, F., Amann, T., Beringer, T., Garcia, W. d. O., Hartmann, J., Khanna, T., Lenzi, D., Luderer, G., Nemet, G., Rogelj, J., Smith, P., Vicente, J. L. V., Wilcox, J., & Dominguez, M. d. M. Z. (2018). Negative emissions—Part 1: Research landscape and synthesis. Environmental Research Letters, 13(6): 063001, pp. 1-30. doi:10.1088/1748-9326/aabf9b.
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  • Minx, J. C., Lamb, W. F., Callaghan, M. W., Fuss, S., Hilaire, J., Creutzig, F., Hartmann, J., Nemet, G., Rogers, S., & Smith, P. (2018). Negative emissions—Part 3: Innovation and upscaling. Environmental Research Letters, 13(6): 063003, pp. 1-31. doi:10.1088/1748-9326/aabff4.
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  • de Oliveira Garcia, W., Amann, T., & Hartmann, J. (2018). Increasing biomass demand enlarges negative forest nutrient budget areas in wood export regions. Scientific Reports, 8(1): 5280. doi:10.1038/s41598-018-22728-5.
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  • Strefler, J., Amann, T., Bauer, N., Kriegler, E., & Hartmann, J. (2018). Potential and costs of carbon dioxide removal by enhanced weathering of rocks. Environmental Research Letters, 13(3): 034010, pp. 1-10. doi:10.1088/1748-9326/aaa9c4.
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