Wie sich Sedimente bewegen Neue Forschungsgruppe am Leichtweiß-Institut für Wasserbau entwickelt Computersimulation
Um Ökosysteme besser zu verstehen, sind manchmal ungewöhnliche Experimente notwendig: Denn wer würde vermuten, dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zur Untersuchung von Sedimenten aus Seen oder Ozeanen in den Weltraum fliegen? Dr. Bernhard Vowinckel vom Leichtweiß-Institut für Wasserbau der Technischen Universität Braunschweig nutzt diese Experimente auf der Internationalen Raumstation (ISS) jetzt, um den Transport von Sedimenten mit Hilfe von Computersimulationen zu analysieren.
Der Nachwuchswissenschaftler Dr. Bernhard Vowinckel wird in den nächsten Jahren an der Technischen Universität Braunschweig eine neue Forschungsgruppe zur numerischen Modellierung von Sedimenttransport in Oberflächengewässern und Küstenbereichen aufbauen. Die in diesen Bereichen vorherrschenden Sedimente sind feinkörnig und kohäsiv, ballen sich also zusammen, und werden gemeinhin als Ton und Schluff bezeichnet. „Durch die geplanten Computersimulationen erhoffen wir uns ein besseres Verständnis der Ablagerung und des Transportes feinkörniger Sedimente“, sagt Dr. Vowinckel. „Dadurch erhalten wir bessere Vorhersagen über die Ausbreitungen von Nähr- und Schadstoffen, die sich an diese Sedimente binden.“ Die gewonnenen Erkenntnisse sind relevant für die Forschung im Bereich der Modellierung des globalen Kohlenstoffkreislaufs, hinsichtlich der Bindung von CO2, der Bewertung von Ökosystemen und der Erkundung von Kohlenwasserstofffeldern, wie zum Beispiel Erdöl oder Erdgas.
Die neue Gruppe wird in der Abteilung Wasserbau und Gewässermorphologie von Professor Jochen Aberle am Leichtweiß-Institut für Wasserbau (LWI) angesiedelt sein. „Wir sind sehr froh, dass Herr Dr. Vowinckel einen so tollen Erfolg für das LWI einwerben konnte. Wir erwarten durch die geplanten Computersimulationen starke Synergieeffekte mit der experimentellen Forschung in unserem hydraulischen Versuchslabor“, so Professor Aberle.
Internationale Zusammenarbeit mit Forschenden in den USA und Schottland
Die Arbeiten der Forschungsgruppe konzentrieren sich auf die Flokkulation (Flockung), das Absetzverhalten und die Erosion von kohäsiven Sedimenten. Das Forschungsvorhaben ist durch die Zusammenarbeit mit der University of California Santa Barbara (UCSB), USA, und der University of Aberdeen, School of Engineering in Schottland in einen internationalen Kontext eingebettet. Insbesondere wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler experimentelle Vorarbeiten auf der Internationalen Raumstation (ISS), die die Flokkulation von kohäsiven Sedimenten in der Schwerelosigkeit untersuchen, mit Hilfe numerischer Simulationen weitergehend analysieren. Die Experimente auf der ISS erlauben es, die Interaktion freischwebender Sedimente durch kohäsive Kräfte über einen sehr langen Zeitraum bis zu 100 Tage zu untersuchen. Daran hat Bernhard Vowinckel bereits während seines PostDocs an der UCSB in den Jahren 2016 bis 2018 gearbeitet, so dass eine wertvolle Datengrundlage für das anstehende Forschungsprojekt existiert.
Der Forschungsantrag „Partikelaufgelöste Simulation der Dynamik von kohäsiven Sedimenten“ wurde im Oktober 2019 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) als herausragendes Konzept zur Förderung im Emmy-Noether-Programm angenommen. Die Förderung ist in zwei Projektphasen aufgeteilt und beläuft sich über einen Zeitraum von insgesamt sechs Jahren auf rund 1,66 Millionen Euro. Im Rahmen der Förderung wurden finanzielle Mittel für drei Doktorandinnen und Doktoranden bewilligt.
Videos zu den ISS-Experimenten:
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Aufnahmen zum aktuellen Forschungsprojekt 1min 30sec bis 1min 37sec
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