Tailor-made polymers as tracers for colloid transport in natural porous media

Der Transport von Kolloiden in natürlichen porösen Medien ist für die kritische Zone (CZ) der Erde essenziell. Organische Kolloide, wie Proteine und Huminsäuren, sind wichtige Kohlenstoffquellen für Bodenorganismen und beeinflussen den Kohlenstoffumsatz und die mikrobielle Dynamik der CZ. Eine adäquate Quantifizierung des Kolloidtransports ist somit für das Verständnis der Prozesse der CZ und effektives Ökosystemmanagement unerlässlich. Der Transport organischer Kolloide zeichnet sich jedoch durch starke Interaktionen an biogeochemischen Grenzflächen aus, was eine Quantifikation reaktiver Oberflächen notwendig macht. Die Untersuchung spezifischer organischer Kolloidfraktionen ist durch ihre diverse Funktionalität und Größe, Inter-Kolloid-Interaktionen (z.B. trägervermittelter Transport), heterogene biogeochemische Grenzflächen und anisotrope hydraulische Bodeneigenschaften eine große Herausforderung. Ein Verständnis des Kolloidtransports erfordert daher sowohl eine isolierte Beobachtung als auch die Berücksichtigung mobiler Sorbenten. Diese Arbeit widmet sich der Anwendung von Poly(ethylenglykol) (PEG) als kolloidaler Grenzflächen-Tracer zur Quantifizierung reaktiver biogeochemischer Grenzflächen, insbesondere Tonminerale in Kalkstein, deren Verteilung mit PEG durch Fluoreszenzmikroskopie sogar sichtbar gemacht werden konnte. In Verbindung mit Montmorillonit als mobilen Sorbenten konnte kolloidaler Transport von PEG auch unter Bedingungen von Co-Transport untersucht werden. Zudem wurde bereits adsorbiertes PEG in Kalkstein durch Montmorillonit freigesetzt, was die kompetitive Sorption zwischen mobilen und immobilen Sorbenten offenbarte. Die erfolgreiche Rekonstruktion dieser Daten mithilfe von Modellsimulationen ist ein vielversprechender Schritt zur Beurteilung mobiler Sorbenten für die kontrollierte Freisetzung stark sorbierender Schadstoffe. Die Arbeit endet mit einer Felduntersuchung des Verhaltens von PEG in Bodenlysimetern, das, im Gegensatz zu simultan applizierten Phagen und Deuterium, deren Transport von den bodenhydraulischen Bedingungen geprägt war, eine starke Adsorption an biogeochemischen Grenzflächen zeigte. Diese Arbeit präsentiert somit eine umfassende experimentelle und numerische Abhandlung zur quantitativen Bewertung des Kolloidtransports in natürlichen porösen Medien mithilfe von PEG.