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Isotopes in soils: modeling transport under climate interactions

Projektbeschreibung

Auf der Spur des Wassers in Zeiten des Klimawandels

Die Verfolgung der Wasserbewegung durch den Boden gibt Aufschluss darüber, wie Niederschläge in den Boden einsickern, das Grundwasser anreichern und Nähr- sowie Schadstoffe transportieren oder zurückhalten. Dazu verwenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die stabilen Isotope Sauerstoff-18 und Wasserstoff-2. Steigende Temperaturen und unberechenbare Wettermuster verzerren jedoch diese wichtigen Isotopensignale. In kalten Regionen verkompliziert das Zusammenwirken von Schneeschmelze, Sublimation und Frost-Tau-Zyklen die Isotopenwanderung, sodass die Daten an Unschärfe gewinnen. Mit Unterstützung durch das Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmenprogramm soll Projekt ISO-SOITIN erforschen, wie Klimaveränderungen die Genauigkeit dieser Indikatoren beeinträchtigen. Durch die Verknüpfung von Felddaten aus sensiblen Umgebungen mit ausgefeilten Transport- und Fraktionierungsmodellen untersucht das Team, wie die Bodenvielfalt und vorübergehende Wasserflüsse die Isotopensignaturen verändern. Dies ist von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass unser ökologisches „Gedächtnis“ im Zuge der Erderwärmung stets nachvollziehbar bleibt.

Ziel

The stable natural isotopes 18O, 2H are instrumental hydrological tracers, widely used to study historical climate change. We explore the opposite approach and study how climate change, which is expected to increase temperatures and climate variability, affects isotope tracer signal quality. Signal quality refers to the extent that water can be traced to distinct infiltration events. As isotope fractionation processes are strongly governed by ambient temperatures, we hypothesize that the signal quality of isotope tracers infiltrating into soils may increase under climate change. However, competing effects that degrade signal quality occur during transport through the vadose zone, yielding uncertain total effects on signal quality. E.g. water may experience more frequent and substantial reversals in flux direction, causing more mixing and information loss. In heterogeneous soils, horizontal mixing, and the spatially separate transport of isotopes and heat (which affect fractionation rates nonlinearly) may further degrade signals across multiple spatial scales of observation.

Signal alteration by climate change is especially impactful in cold regions: snowfall has different isotope compositions than rainfall, and freeze-thaw and sublimation-deposition fractionation also occur. Thus, we develop models to simulate isotope transport and fractionation in the vadose zone under spatio-temporally heterogeneous fluxes, validated with field data from diverse vulnerable cold regions. We aim to study how complex interactions arising from climate change, transient fluxes, and soil heterogeneity affect signal quality, and identify implications for isotope tracer research under changing climates. If signal degradation is substantial, paradigm shifts to two-way complex interactions between isotope tracer signals and signal quality is necessary: research must consider how signal quality changes, together with how the signal itself changes, both of which are not easily disentangled.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Koordinator

OULUN YLIOPISTO
Netto-EU-Beitrag
€ 226 276,80
Adresse
PENTTI KAITERAN KATU 1
90014 Oulu
Finnland
Region
Manner-Suomi Pohjois- ja Itä-Suomi Pohjois-Pohjanmaa
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
Keine Daten

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