Forschungsthemen

 Entsprechend der Komplexität der Prozesse, die in porösen Medien auftreten, erforschen wir Wasser- und Stofftransporte in Böden bei unterschiedlichen Sättigungszuständen und auf verschiedenen Maßstäben. Einige unserer Ansätze sind:

• Kleinskalig (Bereich ≤ 30cm) durch in situ Bildgebungsmethoden: Visualisierung von
  
  • wurzelinduzierten Wasserflüssen in Böden durch Neutronradiographie und Röntgentomographie,
  • pH-Veränderungen und Sauerstoffdynamiken in wurzelbeeinflussten und wurzelunbeeinflussten Bodenbereichen durch Fluoreszenzbildgebung ("dissolved oxygen imaging"),
  • Transport von Schwermetallen in Boden durch Magnetresonanzbildgebung (MRI).
• Großskalig durch
  • die quantitative Erfassung des Bodenwassergehalts (radialer Fußabdruck: 670m) mittels Langzeitmessungen von kosmischen Neutronenflüssen an der Luft-/Boden-Grenze,
  • die Bestimmung der elektromagnetischen Bodeneigenschaften mit Hilfe eines Sensornetzwerks aus TDR ("Time Domain Reflectrometry) und Bodenfeuchtesonden,
  • die Anwendung von Tracern um advektive Transportmechanismen zu erforschen.

Zusätzlich werden die Versuchsdaten zur Kalibrierung von bodenhydraulischen Eigenschaften und Transportparametern auf verschiedenen Skalen verwendet ("inverser Modellierungansatz"). Nach der Kalibrierung werden die Mechanismen von Wasserflüssen und Stofftransporten quantifiziert. Ziel ist es, Grundwassererneuerungsraten und Bodenwasserflüsse in porösen Medien abzuschätzen. Wir hoffen, auf diesem Weg zum besseren Verständnis der Interaktionen im Atmosphären-Bodenprofil-Grundwasser-System beizutragen.

Nicht-invasive Erforschung von Boden-Pflanze-Wechselwirkungen

We analyze the complex interaction of roots and soil using complementary 2D and 3D imaging approaches:

• Neutron tomography
  • root system, soil water distribution and root water uptake
• Combining Neutrons and X-rays
  • Linking soil microstructure to rhizosphere hydraulics
• Combining neutron and fluorescence imaging
  • Biogeochemical gradients (pH, oxygen, water content) influenced by plant root

Kosmische Neutronen zur Erfassung des Bodenwassergehalts

Obtaining area average soil moisture for the root zone with Cosmic-ray neutron sensing (CRNS)

• Passive Neutron detectors
• Non-invasive installation
• Horizontal footprint 20ha
• Integration depth 40cm

ResearchUnit Cosmic Sense: Use and develop CRNS within an interdisciplinary team

• Massive Campaigns to map soil moisture distribution and dynamics at high resolution for small catchments
• Develop a Scanning Probe to obtain spatially resolved information on soil moisture distribution within the footprint
• Use CRNS soil moisture to estimate Groundwater Recharge and measure snow water equivalent to estimate the contribtion of snow melt in recharge

Surface water - Groundwater Interactions

 We aim to understand natural and human impacted systems and their temporal dynamics at the surface water - groundwater interface as well as in shallow aquifers:

• Representative groundwater sampling to access water level, temperature and solute concentrations
• Numerical modelling (e.g. Feflow, Modflow, HydroGeroSphere) to reproduce and evaluate natural and human impacted environments