Die Bestattung von Menschen findet in Mitteleuropa hauptsächlich im Erdreich statt. Das Interesse am Studium der hierbei ablaufenden postmortalen Zersetzung hat bereits eine lange Tradition. Untersuchungen hierzu erfolgten bevorzugt unter forensischen Gesichtspunkten, so zur Bestimmung des Todeszeitpunktes und der Todesursache an Leichen aus Erdgräbern. Dabei überwiegen jedoch fast ausschließlich kasuistische Mitteilungen ohne das Medium, in dem die Zersetzung ablief, näher zu charakterisieren. Dies wäre jedoch zur exakten Aussage bezüglich des Todeszeitpunktes speziell bei Variationen der Leichenzersetzung trotz vergleichbarer Liegezeiten im Erdreich von Wichtigkeit.

In diesem Kontext interessieren wir uns besonders für den Einfluss standortspezifischer Eigenschaften auf die Zersetzung erdgelagerter menschlicher Überreste. Die postmortale Veränderung, die über die zeitlich nicht streng voneinander abgrenzbaren Phasen und Prozesse der Autolyse, Hämolyse, Fäulnis und Verwesung abläuft, endet mit der Skelettierung des Leichnams. Der Zeitraum zwischen Todeszeitpunkt und Skelettierung beträgt im Erdgrab unter günstigen Bedingungen 3-12 Jahre. Während der postmortalen Veränderung gelangen Dekompositionsprodukte in das umgebene Erdreich, werden dort angereichert, ggf. chemisch verändert oder mit dem Sickerwasser verlagert. Diese Verbindungen können als Biomarker verwendet werden, die eine niedrige Konzentration im unveränderten Boden aufweisen sollten, eine lange Verweilzeit vorzeigen und in ihrer ursprünglichen chemischen Struktur erhalten bleiben. Jüngere Studien an Schweinekadavern zeigen, dass einige Abbauprodukte (z.B. Fettsäuren) selbst nach einer kurzen Liegezeit im Boden nachweisbar sind. Durch den Nachweis dieser Verbindungen in Bodenproben von leergeräumten Erdgräbern, können diese als Ort der vorübergehenden Zersetzung identifiziert werden. Ein Schwerpunkt unserer Forschung stellt die Untersuchung typischer Biomarker der Zersetzung, Entwicklung von Analysemethoden zur Quantifizierung dieser und die Interpretation der Wechselwirkungen zwischen Dekompositionsprodukten und Böden dar.

Die Zersetzung kann jedoch auch erheblich verzögert werden oder zu einem scheinbaren Stillstand kommen, wenn bereits im frühen Stadium der Fäulnis standortbedingte Prozessstörungen auftreten. Wichtigste Sonderform der späten Leichenveränderung ist die Bildung von Leichenlipid (Adipocire, sog. Fettwachs) durch Umwandlung der Weichteile in eine ‚panzerartige‘ feste und beständige Masse. Tritt diese Dekompositionshemmung auf, ist die Rekonstruktion der Todeszeit praktisch unmöglich. Während die Prozesse der Lipidbildung als aufgeklärt gelten, herrscht Unklarheit welche äußeren Einflussfaktoren die Bildung von Adipocire steuern. Häufig wird angegeben, dass neben leichenspezifischen Eigenschaften und Beisetzungsart, insbesondere der Boden durch seine Eigenschaften (z.B. anaerobes Milieu, Anwesenheit von Ca²⁺ und Mg²⁺) die Zersetzungsrate steuert, obwohl der eigentliche Zersetzungsprozess primär unabhängig vom Boden ist. Unsere Untersuchungen sollen dazu beitragen, die Bildung sowie den Abbau von Adipocire im Zusammenhang variierender Bodeneigenschaften besser als bislang zu verstehen.

“Repräsentative Erfassung der Emissionen klimarelevanter Gase aus Mooren Baden-Württembergs (EmMo), Teil 3” gefördert durch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) als Projektträger des Landes Baden-Württemberg (Förderungszeitraum: 01.06.2012 bis 31.12.2014)

Organische Böden emittieren 98 % der bodenbürtigen, klimarelevanten Treibhausgase. Bis heute besteht jedoch nur eine unzureichende Datengrundlage, so dass diese Emissionen einen erheblichen Unsicherheitsfaktor innerhalb des nationalen Treibhausgasinventars im Rahmen der nationalen Klimaberichterstattung darstellen. Ziel des Projektes ist es einen Beitrag zur Verbesserung der Kenntnis über Zusammensetzung der Treibhausgasemissionen des Landes Baden-Württembergs zu leisten. Zurzeit ist es noch nicht möglich die Emissionen klimarelevanter Treibhausgase aus den organischen Böden zuverlässig zu quantifizieren. Um zukünftig die Emissionen klimarelevanter Treibhausgase aus organischen Böden zuverlässig schätzen zu können, werden im Rahmen dieses Projektes auf verschiedenen Standorten im badischen Moorgebiet Graben-Neudorf (Regierungsbezirk Karlsruhe) die Gasflüsse von CO₂, N₂O und CH₄ zwischen Pedos- und Atmosphäre mit Hilfe stationärer und dynamischer Haubenmessungen untersucht. Zusätzlich zu den Emissionsmessungen werden klimatische, hydrologische und bodenchemische Parameter erfasst. Wir erhoffen uns so ein besseres Verständnis über die die Gasflüsse zwischen Pedo- und Atmosphäre bestimmenden Prozesse sowie über die Bedeutung verschiedener Landnutzungen auf die Emission bodenbürtiger Treibhausgase.

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“Changes in the mineral assemblage of paddy soils upon redox cycles”, Teilprojekt (P1) der DFG Forschergruppe 995 “Biogeochemistry of Paddy Soil Evolution” (2008 – 2011, Projektphase 1)

Rund 11% der landwirtschaftlichen Fläche weltweit werden für den Anbau von Reis (Oryza sativa L.) genutzt. Wichtigstes Anbausystem ist hierbei der Nassreisanbau mit periodischer Überflutung der Felder. Infolgedessen werden die Böden sowohl zeitlichen als auch räumlichen Redoxschwankungen unterworfen. Ziel des Projekts ist es, Langzeitauswirkungen des Nassreisanbaus auf Mineraltransformation und die Zusammensetzung der Bodenlösung aufzuklären. Wir nehmen an, dass die Dauer des Nassreisanbaus die Standorte entsprechend ihrer Redoxdynamik separiert, was sich in der Zusammensetzung des Mineralbestands, der Bodenlösung und der Akkumulation von organischer Substanz widerspiegelt. Die Untersuchungen werden im Jangtse-Deltagebiet (Zhejiang, China) entlang einer Chronosequenz  von Nassreisböden und nicht-bewässerter Vergleichsflächen gleichen Ausgangsmaterials durchgeführt. Ausgewählte Standorte (100 bis 2000 Jahre Nassreisanbau) werden hinsichtlich ihrer Unterschiede im Mineralbestand und der Variabilität der Bodeneigenschaften untersucht. Die Charakterisierung der Mineralphasen erfolgt mittels XRD, ergänzt durch Mößbauerspektroskopie zur Kennzeichnung der Fe-haltigen Mineralphasen, sowie nasschemischen Extraktionsverfahren. Darüber hinaus erfolgen Feldversuche zur Messung der Redoxverhältnisse und Zusammensetzung der Bodenlösung sowie Verwitterungsexperimente mit Testmineralen über mehrere Anbauzyklen. Durch die Zusammenführung der Ergebnisse erhoffen wir uns ein besseres Verständnis von Mineraltransformationen in Böden durch Redoxschwankungen.

Leitung: Prof. Dr. Reinhold Jahn (Bodenkunde, Universität Halle-Wittenberg) und Prof. Dr. Sabine Fiedler
Mitarbeiterin: Vanessa Vogelsang

“Dissolved organic matter driven changes in minerals and organic-mineral interactions during paddy soil development“, Teilprojekt (P1) der DFG Forschergruppe 995 “Biogeochemistry of Paddy Soil Evolution” (2012 – 2015, Projektphase 2)

Voruntersuchungen deuten an, dass Entwicklung und Biogeochemie von Nassreisböden vom  Ausgangsmaterial, also dem ursprünglichen Bodentyp abhängen. Das beantragte Forschungsprojekt zielt auf die durch Redoximorphose verursachten Veränderungen im Mineralbestand und von mineral-assoziierter organischer Substanz. Dazu sollen Bodenproben einer Abfolge von Redoxzyklen unterworfen werden. Ziel ist Bildung und Entwicklung von Nassreisböden im Labor experimentell zu untersuchen. Die ausgewählten Bodentypen werden ein weites Spektrum an Eigenschaften sowie unterschiedliche Entwicklungsstufen zu Nassreisböden aufweisen. Wir vermuten, dass gelöste organische Substanz ein Schlüsselfaktor der redox-induzierten Umwandlung zu Nassreisböden ist. Sie dient als Elektronendonator und interagiert mit Metallionen und Mineralen. Das Ausmaß der Effekte sollte von Mineralbestand und der organischen Substanz (sowie deren Wechselwirkungen) des Ausgangsbodens abhängen. Die experimentelle Nassreisboden-Bildung wird durch Untersuchungen der Bodenlösung, der Umverteilung von Kohlenstoff (unter Verwendung ¹³C-markierten Reisstrohs), von Biomarkern (Zucker, Aminosäuren, Fettsäuren, Lignin) und von Mineralen (einschließlich des Redoxzustands von Fe) verfolgt. Die Analyse der organischen Substanz als auch der Minerale wird außerdem mit EXAFS und XPS erfolgen; für Fe-haltige Minerale planen wir den Einsatz von Mößbauer-Spektroskopie. Unser Konzept einer experimentellen Pedologie verspricht eine umfassende Verbesserung des Verständnisses der Hauptfaktoren der Bildung und Entwicklung von Nassreisböden.

Leitung: Dr. Klaus Kaiser, Prof. Dr. Reinhold Jahn, Prof. Dr. Sabine Fiedler
Mitarbeiterin: Pauline Geier (Bodenkunde, Universität Halle-Wittenberg)
Kooperation: Prof. Dr. Karsten Kalbitz (Earth Surface Sciences, Universität Amsterdam)

„Reconciling future food production with environmental protection“, Teilprojekt der BMBF-Initiative „GlobE – Globale Ernährungssicherung“

Das Teilprojekt setzt den Schwerpunkt auf eine nachhaltige Nutzung von Wetlands/Feuchtgebieten in ausgewählten Ländern Ost-Afrikas – Kenia, Ruanda, Tansania und Uganda. Dabei geht es nicht alleine um bodenkundliche Fragestellungen sondern durch die unterschiedlichen deutschen und afrikanischen Projektpartner werden auch agrarwissenschaftliche und sozioökonomische Fragestellungen untersucht. Besonders durch das hohe Bevölkerungswachstum in den entsprechenden Ländern und dem damit verbundenen Verlangen nach Nahrungsmitteln ist eine bestmögliche Nutzung der Wetlands von außerordentlicher Bedeutung. Ziel des Projekts soll sein die Nahrungsmittelproduktion und -sicherheit bei geringsten negativen Effekten auf die Umwelt zu sichern und zu steigern.

Leitung: Prof. Dr. Mathias Becker (INRES Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz, Universität Bonn)