Die Bodenphysik befasst sich mit den Flüssen von Energie, Fluiden und gelösten Stoffen im Dreiphasensystem Boden. Wichtige Anwendungsbereiche sind das Be- und Entwässerungsmanagement, die Quantifizierung und Optimierung des Wasserverbrauchs von Nutzpflanzen, die Bodenerosion, die Bewirtschaftung der organischen Substanz und die Kohlenstoffspeicherung, die Bodenverdichtung und ihre nachteiligen Auswirkungen auf das Bodenleben und die Pflanzenproduktion sowie die Produktion und der Transport von Treibhausgasen. Unser primäres Forschungsziel ist die Verbesserung des Verständnisses, der Messung und der Modellierung des Transports von Wasser, Energie und gelösten Stoffen im Untergrund zwischen der Atmosphäre und dem Grundwasser. Dies wird durch die Entwicklung und Kombination modernster Methoden zur Messung und numerischen Modellierung von Strömung und Transport im Labor- und Feldmaßstab erreicht.
Hydraulische Eigenschaften von porösen Medien
Ein besonderer Schwerpunkt unserer Forschung liegt in der allgemeinen methodischen Entwicklung von Identifikationswerkzeugen zur Bestimmung effektiver Transportprozesse für Wasser in der ungesättigten Zone. Um dieses Ziel zu erreichen, kombinieren wir fortschrittliche Messtechnik mit modernster inverser numerischer Modellierung unter Verwendung von Strömungs- und Transportmodellen. So erhalten wir hydraulische Eigenschaften in hoher Auflösung und Qualität und können bestehende Parametrisierungen testen und verbesserte Modelle entwickeln.
Wasserressourcen und Verdunstung aus Böden
Böden spielen eine wichtige Rolle bei der Verdunstungsdynamik von Landoberflächen. Bei ausreichend hohem Wassergehalt steuern die atmosphärischen Bedingungen die Verdunstungsmenge. Wenn die Böden trocken werden, werden die ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit und die Dampfdiffusion im Boden zu begrenzenden Faktoren. Die Entschlüsselung der komplexen Wechselwirkungen zwischen Oberboden und Atmosphäre hilft, die Folgen eines sich ändernden Klimas auf die Grundwasserneubildung in ariden und semiariden Regionen und das Mikroklima in zukünftigen Städten abzuschätzen.
Bodenphysikalische Messtechnik
In Zusammenarbeit mit einem kommerziellen Hersteller für bodenphysikalische Messgeräte entwickeln wir automatisierte Systeme zur Bestimmung wichtiger bodenhydraulischer und bodenphysikalischer Eigenschaften. Ein aktuelles Beispiel ist eine innovative Methode zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung von Böden, die auf Druckmessungen in einer Bodensuspension beruht. Die Partikelgrößenverteilung ist eine wichtige physikalische Eigenschaft von Böden, die viele makroskopische physikalisch-chemische Eigenschaften kontrolliert.
Reaktiver Transport gelöster Stoffe in ungesättigten Böden
Um die Verschmutzung von Grundwasserressourcen zu minimieren, ist es wichtig, die Prozesse des Transports gelöster Stoffe in Böden zu verstehen. Wir verbessern unser Wissen über diese Prozesse, indem wir Messungen in verschiedenen Maßstäben (vom Labor- bis zum Feldmaßstab) kombinieren und neue Modellansätze anwenden und entwickeln.