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Biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs)

1980

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOC) sind flüchtige organische Verbindungen, die von lebenden Organismen, vor allem Pflanzen, produziert und emittiert werden. Isopren ([latex]C_5H_8[/latex]) und Terpene sind die am häufigsten vorkommenden BVOCs. Obwohl sie natürlich vorkommen, sind ihre Emissionen enorm und übersteigen weltweit die der anthropogenen VOC. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Pflanzenabwehr und der Signalübertragung und sind wichtige Vorläufer für atmosphärisches Ozon und sekundäre organische Aerosole, die die Luftqualität und das Klima beeinflussen.

Biogene flüchtige organische Verbindungen stellen einen massiven Fluss von Kohlenstoff aus der Biosphäre in die Atmosphäre dar, der auf etwa 1 Milliarde Tonnen pro Jahr geschätzt wird. Isopren ist die am meisten emittierte organische Nicht-Methan-Verbindung, vor allem von Laubbäumen. Monoterpene ([latex]C_{10}H_{16}[/latex]), wie Alpha-Pinen und Limonen, sind charakteristische Emissionen von Nadelbäumen. Pflanzen produzieren diese Verbindungen aus verschiedenen ökologischen Gründen, u. a. um Pflanzenfresser abzuschrecken, Bestäuber anzulocken, sich vor thermischem Stress zu schützen und mit anderen Pflanzen zu kommunizieren.

Einmal in der Atmosphäre, sind BVOCs sehr reaktiv. Ihre Oxidation, hauptsächlich durch das Hydroxylradikal ([latex]\bullet OH[/latex]), Ozon ([latex]O_3[/latex]) und das Nitratradikal ([latex]NO_3\bullet[/latex]), ist ein zentraler Prozess in der Atmosphärenchemie. Diese Oxidation trägt wesentlich zur Bildung von Sekundärschadstoffen bei. In verschmutzten Umgebungen mit hohem NOx-Gehalt kann die BVOC-Oxidation die Bildung von Ozonsmog verschlimmern. In saubereren Umgebungen führt sie zur Bildung von sekundären organischen Aerosolen (SOA), winzigen Partikeln in der Luft, die die Wolkenbildung, die Strahlungsbilanz der Erde und die menschliche Gesundheit beeinträchtigen können. Das Zusammenspiel zwischen natürlichen BVOC-Emissionen und anthropogenen Schadstoffen ist ein wichtiger Forschungsbereich für das Verständnis der regionalen Luftqualität und des globalen Klimas.

Biodiversität, Biologische Sanierung, Klima, Ökosystem, Umweltauswirkungen, Verschmutzung, Nachhaltige Entwicklung

UNESCO Nomenclature: 2501

- Atmosphärische Wissenschaften

Typ

Ökologischer Prozess

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

Entdeckung und Charakterisierung von Isopren und Terpenen
Entwicklung der Gaschromatographie zur Analyse komplexer organischer Gemische
Verständnis der Pflanzenphysiologie und des Stoffwechsels
erste Beobachtungen von ‘blauem Dunst’ über bewaldeten Gebieten

Anwendungen

Modelle der Atmosphärenchemie
Klimaforschung
Entwicklung natürlicher Pestizide und Duftstoffe
Luftqualitätsvorhersage
Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Pflanzenfressern

Patente:

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandt mit: BVOC, biogen, Isopren, Terpene, Atmosphärenchemie, Pflanzenemissionen, sekundäres organisches Aerosol, Luftqualität, Wechselwirkung Biosphäre-Atmosphäre, Klima.

Historischer Kontext

Geochemiker bei der Analyse von Bändereisenformationen in einem Labor.

Das große Sauerstoffereignis (GOE)

Das Große Sauerstoffereignis (GOE) vor etwa 2,4 Milliarden Jahren war eine Periode, in der die Sauerstoffkonzentration in der Erdatmosphäre und den flachen Ozeanen erstmals deutlich anstieg. Ursache war die Evolution von Cyanobakterien, die Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese produzierten. Diese Veränderung löste ein Massenaussterben anaerober Organismen aus, für die Sauerstoff giftig war.

GPS-Empfänger im Vermessungskontext mit Satellitensignalen und DOP-Werten.

GPS-Präzisionsverdünnung (DOP)

Die Präzisionsminderung (DOP) ist ein Maß, das den Einfluss der Satellitengeometrie auf die GPS-Genauigkeit quantifiziert. Ein niedriger DOP-Wert weist auf eine höhere Genauigkeit hin. Wenn die Satelliten weit voneinander entfernt am Himmel stehen, ist die Geometrie stark und die DOP niedrig. Wenn die Satelliten dicht beieinander liegen, ist die Geometrie schwach und die DOP hoch, und kleine Fehler bei Pseudorange-Messungen werden zu großen Positionsfehlern vergrößert.

Phytosanierungsstandort mit verschiedenen Pflanzen zur Beseitigung von Bodenverunreinigungen in der Umweltbiologie.

Phytoremediation

Phytoremediation ist ein biologischer Sanierungsprozess, bei dem verschiedene Pflanzenarten eingesetzt werden, um Schadstoffe aus Boden und Grundwasser zu entfernen, zu transportieren, zu stabilisieren oder zu zerstören. Diese kostengünstige, solarbetriebene Technik eignet sich zur Sanierung von Standorten mit geringer bis mittlerer Schadstoffbelastung. Verschiedene Mechanismen sind beteiligt, darunter Phytoextraktion (Aufnahme in erntefähiges Pflanzengewebe), Phytodegradation (Abbau von Schadstoffen) und Phytostabilisierung (Verringerung der Mobilität).

Biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs)

Paläontologe, der Dinosaurierfossilien in geologischen Schichten ausgräbt, die das Massenaussterben illustrieren.

Die “großen fünf” Massenaussterben

Die „Big Five“ sind fünf große Aussterbeereignisse der Erdgeschichte, bei denen innerhalb eines geologisch kurzen Zeitraums über 75 % der Arten verschwanden. Jack Sepkoski und David M. Raup identifizierten sie als Ordovizium-Silur, Oberdevon, Perm-Trias, Trias-Jura und Kreide-Paläogen. Diese Ereignisse veränderten die Biosphäre grundlegend und eröffneten Möglichkeiten für die Ausbreitung neuen Lebensformen.

Techniker im Außendienst, der chemische In-situ-Oxidation zur Sanierung von Schadstoffen in der Umwelt durchführt.

Chemische Oxidation vor Ort (ISCO)

Die chemische In-situ-Oxidation (ISCO) ist eine aggressive Sanierungstechnologie, bei der starke chemische Oxidationsmittel direkt in den kontaminierten Untergrund eingebracht werden, um Schadstoffe zu zerstören. Gängige Oxidationsmittel sind Permanganat, Persulfat, Wasserstoffperoxid (Fenton-Reagenz) und Ozon. Diese Chemikalien reagieren mit Schadstoffen und wandeln sie in weniger giftige Substanzen wie Kohlendioxid, Wasser und anorganische Salze um, ohne dass das kontaminierte Material ausgegraben werden muss.

Atmosphärenchemiker, die sekundäre organische Aerosole in einer Laborumgebung analysieren.

Sekundäres organisches Aerosol (SOA)

Sekundäre organische Aerosole (SOA) sind feine Partikel in der Luft, die durch die Oxidation von flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphäre entstehen. Gasförmige flüchtige organische Verbindungen reagieren mit Oxidationsmitteln wie [latex]O_3[/latex], [latex]\bullet OH[/latex] oder [latex]NO_3\bullet[/latex] zu schwerflüchtigen Produkten. Diese Produkte können dann in Gaspartikel umgewandelt werden, indem sie entweder neue Partikel bilden (Keimbildung) oder an bereits vorhandenen Aerosolen kondensieren. SOAs sind ein Hauptbestandteil von PM2,5 und wirken sich auf das Klima und die menschliche Gesundheit aus.

1970

1975

1980

1982

1990

1970

1978

1980

1982

1990

Umweltwissenschaftler bei der Bioremediation an einem kontaminierten Standort.

Biologische Sanierung

Bioremediation ist ein Verfahren, bei dem Mikroorganismen, Pilze, Grünpflanzen oder deren Enzyme eingesetzt werden, um eine kontaminierte Umwelt in ihren ursprünglichen Zustand zurückzuversetzen. Es kann eingesetzt werden, um bestimmte Bodenschadstoffe, wie z. B. chlorierte Pestizide, zu bekämpfen oder ein breiteres Spektrum an Schadstoffen zu behandeln. Bioremediation kann natürlich erfolgen (natürliche Dämpfung) oder durch die Zugabe von Düngemitteln (Biostimulation) oder bestimmten Mikroorganismen (Bioaugmentation) beschleunigt werden.

Meeresforschungslabor, das die Tarnung durch Gegenlicht bei mesopelagischen Tieren untersucht.

Counter-illumination Camouflage

Many mid-ocean (mesopelagic) animals use bioluminescence for camouflage through a strategy called counter-illumination: they possess light-producing organs (photophores) on their undersides that generate light matching the intensity and color of the downwelling sunlight or moonlight. This effectively eliminates their silhouette when viewed from below, hiding them from predators hunting from the depths.

Vielfältiger Permakulturgarten mit Nahrungspflanzen, Bäumen und integrierten Tiersystemen.

Permakultursysteme

Ein Ansatz zur Landbewirtschaftung und -philosophie, der sich an den in blühenden natürlichen Ökosystemen beobachteten Regelungen orientiert. Er umfasst eine Reihe von Gestaltungsprinzipien, die aus dem Systemdenken abgeleitet sind, und zielt darauf ab, nachhaltige Siedlungen und landwirtschaftliche Systeme nach natürlichen Mustern zu gestalten. Zu den Kernprinzipien gehören die Sorge um die Erde, die Sorge um die Menschen und die gerechte Verteilung (Rückgabe von Überschüssen).

Bodenluftentnahmestelle mit Entnahmebrunnen und Überwachungsgeräten für die VOC-Sanierung.

Bodenluftextraktion (SVE)

Die Bodenluftabsaugung (SVE) ist eine physikalische Sanierungstechnologie vor Ort, die für flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und einige schwerflüchtige organische Verbindungen (SVOCs) in ungesättigten Böden (der ungesättigten Zone) eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren wird über Absaugbrunnen ein Vakuum auf den Boden aufgebracht, wodurch ein Druckgradient entsteht, der gasförmige Schadstoffe durch den Boden wandern und zur Behandlung auffangen kann.

Einschlagskrater Chicxulub mit geologischen Beweisen für die Alvarez-Hypothese.

Alvarez-Hypothese zum K-Pg-Aussterben

Die Alvarez-Hypothese geht davon aus, dass das Massenaussterben an der Kreide-Paläogen-Grenze (K-Pg), das die nicht-aviären Dinosaurier auslöschte, durch den Einschlag eines großen Asteroiden verursacht wurde. Die 1980 aufgestellte Hypothese war der Hauptbeweis für die Entstehung dieser Hypothese eine ungewöhnlich hohe Konzentration von Iridium, einem auf der Erdoberfläche seltenen, auf Asteroiden jedoch häufig vorkommenden Element, das in einer Tonschicht an dieser Grenze gefunden wurde.

Paläontologe, der fossile Proben in einem Labor analysiert und sich dabei auf Aussterbeereignisse konzentriert.

Der Signor-Lipps-Effekt

Der Signor-Lipps-Effekt ist ein paläontologisches Prinzip, das besagt, dass das letzte bekannte Fossil einer Art aufgrund der Unvollständigkeit des Fossilienbestands mit ziemlicher Sicherheit vor dem tatsächlichen Aussterben dieser Art existiert. Dieses Artefakt kann dazu führen, dass abrupte Massenaussterben im Fossilienbestand allmählich erscheinen, da die letzten Vorkommen verschiedener Arten zeitlich verwischt werden.

Laboranalyse von flüchtigen organischen Verbindungen mit Hilfe der Gaschromatographie in der organischen Chemie.

Flüchtige organische Verbindungen (VOC)

Eine flüchtige organische Verbindung (VOC) ist eine organische Chemikalie, die bei Raumtemperatur einen hohen Dampfdruck aufweist und daher stark verdunstet. Diese Eigenschaft ist auf den niedrigen Siedepunkt zurückzuführen. Die Europäische Union definiert VOC als jede organische Verbindung mit einem Siedepunkt von höchstens 250 °C bei einem Standarddruck von 101,3 kPa.

Geologischer Standort für die Kohlenstoffsequestrierung mit Injektionsbohrungen und Pipelines für die CO2-Speicherung.

Geologische Kohlenstoffbindung

Der Prozess der Abscheidung von Kohlendioxid (CO2) aus großen Punktquellen wie Kraftwerken und dessen Einpressung in tiefe Gesteinsformationen zur langfristigen Speicherung. Geeignete Formationen sind beispielsweise salzhaltige Grundwasserleiter, erschöpfte Öl- und Gaslagerstätten sowie nicht abbaubare Kohleflöze. Das CO2 wird durch ein undurchlässiges Deckgestein und verschiedene physikalische und chemische Mechanismen gebunden, wodurch seine Freisetzung in die Atmosphäre verhindert wird.

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)