G6 | Chemosphäre
Lernziele Die Veranstaltung hat die Vermittlung der wichtigsten umweltgeochemischen Grundkenntnisse und grundlegender Methoden der Umweltanalytik zum Ziel. Sie versetzt die Studierenden in die Lage, wichtige geogene und anthropogen beeinflusste Prozesse der Atmosphären-, Hydrosphären-, Pedosphären-, (Radio)Isotopen- und Lebensmittelchemie sowie die Sanierungskonzepten in den jeweiligen Kompartimenten zugrunde liegenden Strategien in ihrer Vernetzung zu verstehen und auf physikalisch-chemische Gesetzmäßigkeiten zurückzuführen. Ein Schwerpunkt liegt auf der Quantifizierung chemischer Vorgänge in aquatischen Systemen und der Anwendung gelernter Konzepte und Analysenverfahren auf aktuelle Fragestellungen in Zusammenhang mit der Qualität von Grund-, Boden- und Oberflächenwässern. Vermittlung theoretischer Grundlagen sowie praktische Übungen im Bereich Umweltanalytik, die von Probenahme, -stabilisierung und Vor-Ort-Analytik über Aufbau und Funktionsweise einfacher analytischer Geräte bis hin zur Dateninterpretation reichen, ermöglichen den Studierenden die Planung, Durchführung und Validierung geeigneter einfacher Verfahren zur Analyse umweltgeochemischer Prozesse.
Lerninhalte Einführung in die Umweltgeochemie Im Rahmen einer Vorlesung (2 SWS) werden aufbauend auf einer Einführung zur Entstehung der heutigen Umwelt wichtige Prozesse der Entstehung, Ausbreitung, Wechselwirkung, der abiotischen und biotischen Umwandlung umweltrelevanter Stoffe in den Kompartimenten Atmosphäre, Hydrosphäre, Litho-/Pedosphäre und Biosphäre sowie Stoffkreisläufe zwischen den jeweiligen Kompartimenten besprochen. Im Bereich Atmosphäre werden so z.B. die Bildung troposphärischer Oxidantien, Photoabbau und photochemischer Smog, troposphärische Ozon-Bildung und stratosphärischer Ozon-Abbau, sowie der natürliche und anthropogene Treibhaus-Effekt und die CO2-Problematik erläutert und Verfahren zur Luftreinhaltung und Schadstoffreduktion vorgestellt. Aufbauend auf Kenntnissen zu thermodynamischen Grundgesetzen, die im Rahmen der Vorlesung Hydrochemie detailliert erläutert werden, werden chemische Wechselwirkungen zwischen gasförmiger, wässriger und fester Phase an verschiedenen Fallbeispielen betrachtet, insbesondere die unterschiedliche Mobilität und Toxizität redoxsensitiver Elemente wie Stickstoff oder Schwefel. Umweltchemische Effekte der häufigsten anorganischen und organischen Schadstoffe sowie biologischer Kontaminanten und deren natürliche abiotische und biotische Abbaumechanismen in Wasser und Boden sowie gängige Verfahrung zur aktiven Wasserreinigung und Bodensanierung werden behandelt. Im Bereich Isotopenchemie wird sowohl auf die Fraktionierung stabiler Isotope, z.B. 1H/2H, 16O/18O oder 32S/34S, als auch auf die Radiochemie, die natürlichen Zerfallsreihen und die Umweltrelevanz einiger ihrer Zerfallsprodukte eingegangen.
Hydrochemie Die Veranstaltung vermittelt im Rahmen einer Vorlesung (1SWS) detaillierte, grundlegende Kenntnisse der Hydrochemie, insbesondere zur chemischen Thermodynamik, die einerseits in der Einführung Umweltgeochemie in verschiedenen Bereichen an Fallbeispielen wieder aufgegriffen werden, andererseits durch gezielte Laborexperimente im Rahmen eines Praktikums (2 SWS) vertieft werden. Inhalt dieser Laborexperimente sind Fragen in Zusammenhang mit dem Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht, das Verhalten von Elektrolyten in Lösung, Fällungs- und Säure-Base-Gleichgewichte sowie die Grundlagen der Redoxchemie, die unter Anwendung physikalisch-chemischer Gesetzmäßigkeiten ausgewertet werden. In 24 diesem Praktikum werden eine Reihe neuer analytischer Verfahren erlernt, Ziel ist aber vor allem das Erkennen und Verstehen hydrochemischer Zusammenhänge in der Praxis. Eine detailliertere Vermittlung der theoretischen Grundlagen der Analysenverfahren ist u.a. Gegenstand der Vorlesung/Praktikum Umweltanalytik im darauffolgenden Semester.
Umweltanalytik Die kombinierte Vorlesung (1 SWS) und Übung (2 SWS) Umweltanalytik ist in drei Teile gegliedert. Im ersten Teil werden grundlegende Kenntnisse zur Wasser-Probenahme und Stabilisierung vermittelt. Desweiteren geht es um die Bestimmung und kritische Evaluierung einfacher wasserchemischer Parameter wie pH, Leitfähigkeit, Redoxpotential und Sauerstoff, photometrische Bestimmungen, Säure-/Base-Titrationen, Kohlenstoffbestimmung als DOC/TIC, um die Herstellung von Puffern, Komplexometrie und ionensensitive Elektroden. Im Praktikum werden die in der Theorie besprochenen Geräte und Verfahren in Kleingruppen angewandt und einfache Wasseranalysen selbst durchgeführt. Im zweiten Teil werden Grundlagen der Ionenchromatographie zur Bestimmung von Hauptkationen/-anionen, der Gaschromatographie zur Bestimmung flüchtiger Substanzen sowie von AAS, ICP-OES/MS, etc. zur Bestimmung von Spurenelementen in wässrigen, gasförmigen oder festen Proben vermittelt. Der praktische Teil wird in Kooperation mit der Zentralen Analytik des BayCEER als „Industrie“-Projektarbeit durchgeführt, für die am Ende ein Angebot für einen fiktiven Kunden inklusive Kosten- und Zeitaufwandabschätzung erstellt und vorgetragen werden muss. Im dritten Teil wird ein Mini- Forschungsexperiment zu einem grundlegenden umweltgeochemischen Thema im Labor nach Anleitung von den Studenten selbst entworfen, durchgeführt und didaktisch aufbereitet. Dabei wird der Bogen gespannt zu Themen aus der Vorlesung "Einführung in die Umweltgeochemie".
Form der Wissensvermittlung Das Modul besteht aus einer Vorlesung (Einführung Umweltgeochemie) sowie den kombinierten Vorlesungen/Praktika Hydrochemie und Umweltanalytik. In den Praktika werden Experimente selbständig in Kleingruppen durchgeführt, Fragen dazu beantwortet, Rechnungen durchgeführt und experimentelle Daten ausgewertet. Zusätzlich werden im Rahmen des ELearning zur Vorlesung Einführung Umweltgeochemie Fragen und Tests zur eigenständigen und externen Leistungsüberprüfung sowie zum Praktikum Umweltanalytik ein virtuelles Labor angeboten
Leistungsnachweis 50% der Leistung sind während der Vorlesungen und Praktika in Form von Berechnungen Protokollen, Fragen-Beantwortung zu erbringen; dabei entfallen 10% auf die Vorlesung Einführung Umweltgeochemie, 20% auf Vorlesung/Praktikum Hydrochemie sowie 20% auf Vorlesung/Praktikum Umweltanalytik. Die übrigen 50% der Note ergeben sich aus dem Ergebnis einer mündlichen oder schriftlichen Prüfung mit Fragen zu allen drei Teilkomplexen des Moduls nach Abschluss aller Veranstaltungen.
Angebotshäufigkeit Das Modul wird jährlich angeboten. Vorlesung Einführung in die Umweltgeochemie und Vorlesung/Praktikum Hydrochemie sollten im 3. Semester, Vorlesung/Praktikum Umweltanalytik im 4. Semester besucht werden. | 8 | 10 | | |