Teilchenbasierte Simulation des äolischen Sandtransports und der damit verbundenen Staubemission

<p>Im gegenwärtigen Beitrag wird ein numerisches Werkzeug für die teilchenbasierte Simulation des äolischen Sedimenttransports in der atmosphärischen Grenzschicht vorgestellt. Die zuverlässige Modellierung dieses Transports als Funktion der Windverhältnisse und der Bodenerodierbarkeit ist für viele Anwendungen, von der Küsten- bis hin zur Desertifikationsforschung, sehr wichtig. Im Zusammenhang mit der Klimasimulation ist die korrekte Vorhersage der äolischen Sedimentransportraten für die Repräsentation des Staubzykluses im Erdsystem unabdingbar – die Emission von Staubpartikeln aus dem Boden wird hauptsächlich durch die Kollision größerer Sandpartikeln in sprungweiser Bewegung (Saltation) auf das Sedimentbett verursacht. Doch die Auswirkungen der Bodenbeschaffenheit und turbulenten Windfluktuationen auf die Partikelbewegung sind noch wenig verstanden. Ungeachtet der zahlreichen, auf empirischen Beobachtungen basierten Parametrisierungsschemata zur Erfassung äolischer Prozesse zählt die quantitative Bestimmung der Bodenerosionsrate und des damit verbundenen vertikalen Staubemissionsflusses zu den wichtigsten Unsicherheitsquellen in Klimamodellen.</p> <p>Deshalb befasst sich gegenwärtige Arbeit mit der direkten, teilchenbasierten Simulation des äolischen Sedimenttransports mit Hilfe der Diskrete-Elemente-Methode (DEM). Dabei werden die Newtonschen Bewegungsgleichungen für jedes einzelne Teilchen im System – ob in der Luft oder im Sedimentbett – unter Berücksichtigung der Schwerkraft, einer effizienten hydrodynamischen Beschreibung der Teilchen-Wind-Kopplung, sowie eines Modells für die interpartikulären Kontakt- und van-der-Waals-Kräfte numerisch gelöst. Die hier vorgestellte numerische Simulation verzichtet somit vollständig auf Splash-Funktionen. Zudem wird ein Modell für die stochastische Natur des Teilchen-Teilchen-Wechselwirkungspotentials miteinbezogen.</p> <p>Unsere numerische Vorhersage der Sandtransportrate (<em>Q</em>) als Funktion der zeitlich gemittelten turbulenten Windschergeschwindigkeit (<em>u<sub>*</sub></em>) stimmt quantitativ mit entsprechenden Daten aus Windkanalversuchen überein. Auch die erforderliche Schergeschwindigkeit für den Sandtransport im Windkanal wird von unserem Modell quantitativ wiedergegeben. Aus den Simulationsergebnissen wird weiterhin deutlich, dass die Dicke <em>D</em> des losen Sedimentbettes im Verhältnis zum Teilchendurchmesser <em>d</em> eine entscheidende Rolle für die Skalierung von <em>Q</em> mit <em>u</em><sub>*</sub> einnimmt. Im Besonderen wird bei einer Verringerung der Sedimentverfügbarkeit ein Übergang von einer quadratischen (<em>D/d</em> >~ 2) in eine kubische (<em>D/d</em> << 2) Skalierung der Sandtransportrate mit der Schergeschwindigkeit beobachtet. Eine Erweiterung des Modells für stark polydisperse Systeme ermöglicht die Ermittlung des mit dem Sandtransport hervorgehenden vertikalen Staubemissionsflusses.</p>

Monte-Carlo-Methode zur Verringerung von Messfehlern bei der Materialparameterbestimmung mit Hohlraumresonatoren

ZusammenfassungDie quantitative Bestimmung von Materialparameterverläufen in Hohlraumresonatoren ist eine relativ neue Methode zur echtzeitfähigen Überwachung verfahrenstechnischer Prozesse. Dazu werden elektromagnetische Resonanzen des Hohlraumresonators als Eingangsdaten für die Rückrechnung (Inversion) verwendet. Der Rückrechenalgorithmus ist allerdings empfindlich auf Störungen (= Messabweichungen) der Eingangsdaten und neigt zum Divergieren. In dieser Arbeit wird ein auf der Monte-Carlo-Methode beruhender Korrekturalgorithmus präsentiert, der für ein konvergentes Verhalten des Rückrechenalgorithmus sorgt.

Hyperthyreose – Fokus Immunthyreopathie Basedow

Zusammenfassung Die häufigsten Ursachen für die Entstehung einer Hyperthyreose sind die Immunthyreopathie Basedow sowie die Schilddrüsenautonomie. Für die Diagnosestellung sind die Bestimmung der TSH-Rezeptor-Antikörper (TRAK) nebst Thyroidea-stimulierendem Hormon (TSH), freiem Thyroxin (fT4) und freiem Trijodthyronin (fT3) wichtig. Die Bestimmung der T3/T4-Ratio kann in der Abgrenzeng einer Immunthyreopathie Basedow zu einer destruktiven Thyreoiditis hilfreich sein. Bei der Immunthyreopathie Basedow sind das typische sonographische Bild einer hypoechogenen Schilddrüse mit erhöhter Vaskularisation und zunehmend auch die quantitative Bestimmung der Durchblutung in Form der „peak systolic velocity“ (PSV) weitere diagnostische Hilfsmittel. Die Szintigraphie hat bei der Diagnosestellung der Schilddrüsenautonomie nach wie vor ihren Stellenwert. Therapeutisch steht bei der Immunthyreopathie Basedow die medikamentöse, thyreostatische Therapie vorrangig mit Thiamazol in Form des Titrationsschemas im Vordergrund, die für 12–18 Monate durchgeführt wird. Liegen die TRAK dann im Normbereich, kann ein Absetzversuch unternommen werden. Wenn nicht, oder wenn es zum Auftreten eines Rezidivs kommt, sollte eine definitive Therapie mittels Radiojodtherapie oder Thyreoidektomie erwogen werden. Zur symptomatischen Behandlung können Betablocker wie Propranolol eingesetzt werden. Es gibt Hinweise, dass die lange praktizierte Jodrestriktion im Management der Immunthyreopathie Basedow vermieden werden sollte. Zum Einsatz von Selen liegen positive, aber noch großteils inkonsistente Daten vor, sodass eine Therapieempfehlung derzeit nicht ausgesprochen werden kann. In der Therapie der Schilddrüsenautonomie stehen Radiojodtherapie und die Operation im Vordergrund. Die Diagnose einer thyreotoxischen Krise ist eine klinische und wird anhand des Burch-Wartofsky-Scores gestellt – das Management erfordert meist intensivmedizinische Betreuung.

Warum eine Risikoabschätzung und Grenzwertsetzung für Mikrokunststoffe in der aquatischen Umwelt problematisch ist

Zusammenfassung Kunststoffe sind allgegenwärtig und werden in allen aquatischen Umweltkompartimenten den Meeren, in Flüssen, an Stränden, den Sedimenten und in der gesamten Wassersäule und auch innerhalb von Biota gefunden. Durch dessen Zerfall entstehen kleinere Bruchstücke, die unter den Begriff Mikroplastik (MP) fallen. Ein besonderes Problem in der Diskussion stellt die Definition von Mikroplastik dar. Die obere Grenze von 5 mm ist von den EU-Mitgliedsstaaten und vielen internationalen Organisationen akzeptiert, aber die Definition einer unteren Grenze ist sehr verschieden, z. B. umfasst sie bei ECHA 1 nm oder bei EFSA 100 nm oder 1 µm. Ziel dieses Artikels ist es, verschiedene Informationen und Kenntnisse aber auch offene Fragen über MP in der Umwelt zusammenzuführen und die komplexen Zusammenhänge in Hinblick auf MP, dessen Definition, Untersuchungsmethodik und die damit verbundenen Probleme für eine Risikoabschätzung und Grenzwertsetzung aufzuzeigen. Neben der Definition, sind auch die Methoden zur Probenahme und Analyse und Zuordnung zu Partikelgrößen und die Erfassung der relevanten Wirkungen noch nicht standardisiert. Aktuell erfolgt die quantitative Bestimmung von MP hauptsächlich über mikroskopische, spektroskopische oder thermoanalytische Methoden, wobei es nur mit spektroskopischen Verfahren möglich ist, die Partikelanzahl, die Partikelgröße und das Material zu bestimmen, die aber nur bis zu Größen von 20 µm (FTIR) bzw. 1 µm (Raman) verlässliche Daten liefern. Die potenziellen toxischen Einflüsse einer Exposition gegenüber MP können vielfältig sein und von Fütterungsstörungen, Verletzungen und Geschwüren, Verstopfungen des Verdauungstrakts, bis hin zu verminderter Reproduktionsleistung, Störungen des Energiestoffwechsels, bzw. Veränderungen der Leberphysiologie reichen. Die wenigen verfügbaren Daten zu den Wirkungen zeigen, dass Partikel im Nanobereich signifikant wirksamer sind als solche im µm Bereich. Über indirekte Gefahren durch die Polymere selbst über Restmonomere oder Polymeradditive oder an MP adsorbierte Umweltschadstoffe, gibt es wenige Studien, die den spezifischen Einfluss der Kontamination von der Wirkung des MP trennen. Da die Expositionsdaten mit den Wirkdaten, wegen der fehlenden Größenklassen, nicht ohne weiters vergleichbar sind, ist eine Risikobewertung und Grenzwertsetzung schwierig und auch fraglich, weil das Risikomanagement in der Umwelt problematisch ist. Obwohl verschiedene Experten, die vorläufige Risikoabschätzungen durchgeführt haben, ein konkretes Risiko durch MP (in der untersuchten Größe zumeist >300 µm) im aquatischen Bereich ausschließen, wählt die ECHA und die UNEP einen Vorsorgeansatz in dem sie die Verwendung von MP (Definition 1 nm–5 mm) stark einschränkt und MP auf die Liste XV (substances of very high concern) setzt. Dies wird damit begründet, dass MP persistent ist, leicht aufgenommen wird, dadurch in die Nahrungskette gelangt und potenzielle Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben kann und es unmöglich ist MP aus der Umwelt zu entfernen.

Filterrotationsspektrometer für den Nachweis von Ethen im ppb-Bereich

ZusammenfassungEthen (Ethylen, {\text{C}_{2}}{\text{H}_{4}}) ist eines der wichtigsten Phytohormone im Reifungsprozess klimakterischer Früchte. Die Menge des emittierten Ethens liefert Informationen über den aktuellen Reifezustand dieser Früchte. Deshalb können Ethensensoren in der Lieferkette für die Umsetzung fortschrittlicher Logistik-Prozesse wie dem First-Expired-First-Out-Prozess (FEFO) eingesetzt werden. Diese Arbeit beschreibt den aktuellen Stand der Entwicklung eines kostengünstigen Filterrotationsspektrometers für den Nachweis von Ethen in der klimakterischen Reifephase von Früchten. Das Spektrometer basiert im Wesentlichen auf Komponenten, die auch in nichtdispersiven Infrarotsensoren (NDIR) zum Einsatz kommen. Durch eine modellbasierte Auswertung der gemessenen Spektren konnte die Stabilität eines ersten Laborprototyps gegenüber klassischen NDIR-Sensoren deutlich verbessert werden. In Verbindung mit einer optimierten Langwegzelle wurde eine Nachweisgrenze von 150 ppb erreicht. Simulationen haben außerdem gezeigt, dass sich dieses Prinzip auch für die quantitative Bestimmung potentieller Querempfindlichkeitsgase wie Ammoniak ({\text{NH}_{3}}) und Kohlenstoffdioxid ({\text{CO}_{2}}) eignet. Durch Verknüpfung der Simulations- und Messergebnisse wird eine Nachweisgrenze von 0,19 % für {\text{CO}_{2}} und 62 ppb für {\text{NH}_{3}} erwartet.

Nutzen und Grenzen von Hausstaubuntersuchungen in Innenräumen/Benefits and limitations of house dust examinations indoors

Hausstaub, der vor allem auf dem Boden sedimentierte Staub in Gebäuden, ist ein bedeutsamer Marker für bestimmte Innenraumverunreinigungen. In ihm reichern sich unter anderem schwerflüchtige organische Verbindungen wie Biozide, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Weichmacher an. Daneben finden sich im Hausstaub Milben, Pollen und andere mikrobielle Verunreinigungen. Die Komplexität des Haustaubs hinsichtlich seiner Zusammensetzung ist aber auch ein Grund, warum es keine einheitliche Messtechnik gibt und die Beurteilung des Ergebnisses so schwierig ist. Das beginnt mit der Frage der Siebung und Abtrennung grobkörniger Bestandteile, mit der Bestimmung des Alters des Staubs vor der Analyse und endet mit der Bewertung der Inhaltstoffe nach der Analyse. Der vorliegende Beitrag liefert eine aktuelle Bestandsaufnahme zur generellen Aussagekraft von Hausstaubuntersuchungen. Die Autorinnen und Autoren zeigen auf, dass die quantitative Bestimmung chemischer Substanzen im Hausstaub durchaus sinnvoll sein kann, um bestimmte Substanzen im Innenraum nachzuweisen und deren Konzentration nach statistischen Kriterien zu beurteilen. Ebenso deutlich wird aber auch dargelegt, dass hinsichtlich der Exposition im Innenraum eine gesundheitliche Bewertung anhand von Hausstaub und dessen Inhaltsstoffen nicht möglich ist.