Produktübersicht
Water Isotope Probe (WIP)-System
Das WIP-System dient der kontinuierlichen Erfassung von Wasserdampf und der stabilen Wasserisotope d18O und d2H im Boden, Xylem von Bäumen und/oder der Atmosphäre. Die Signaturen können so durch den gesamten Boden-Pflanzen-Wasserkreislauf verfolgt und untersucht werden.
Damit ist das WIP-System ideal für bodenkundliche und ökohydrologische Untersuchungen zur Wasseraufnahme von Regenwasser durch Pflanzen sowohl im Freiland als auch in Lysimetern und EcoLabs, einschließlich von Markierungsversuchen.
Das System umfasst die WIP-Sonden, die wir in exklusiver Lizenz fertigen, ein Verteilersystem sowie eine Steuersoftware, die auf den Messrechner eines Laserspektrometers zur Gas- und Isotopenmessung installiert wird (z.B. Picarro L2130-i).
Referenz Universität Oulo Flyer WIP-System
Unsere Produkte im Bereich Water Isotope Probe (WIP)-System
Wissenswertes
Hintergrund
Die Analyse der stabilen Isotope d²H und d18O des Wassermoleküls hat sich in vielfältigen wissenschaftlichen Disziplinen als wichtige Tracertechnologie etabliert. In der Ökohydrologie wird sie genutzt, um die Wasser- und Stoffkreisläufe auf verschiedenen Skalen von Pflanzen bis Landschaften besser zu verstehen.
Konventionelle Isotopenmessungen umfassen die destruktive Entnahme von Bodenkernen, Holzbohrkernen oder Astproben mit anschließender Extraktion und Laboranalyse. Der Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand für jede Messung ist sehr hoch und die Messung kann nicht an gleicher Stelle (in-situ) wiederholt werden. Dadurch werden nur Daten mit geringer zeitlicher Auflösung generiert, die aufgrund der räumlichen Heterogenität ein hohes Signalrauschen aufweisen (Volkmann und Weiler 2014).
In-Situ-Methoden haben große Vorteile gegenüber konventionellen Isotopenmessungen, da sie minimalinvasiv sind und mit hoher Frequenz am selben Ort messen können. Das Messprinzip basiert auf dem Gleichgewicht zwischen Gas- und Flüssigphase „Direct Vapor Equilibrium Methode“ (Volkmann und Weiler 2014, Seeger und Weiler 2021): Die Messung von Wasserdampfgehalt und Isotopensignatur in der Gasphase erlaubt Aussagen über die Flüssigphase, ohne die Extraktion von Wasser. Nach diesem Grundprinzip arbeiten die innovativen Wasserisotopensonden (WIPs). Die Sonden wurden an der Universität Freiburg entwickelt und basieren auf den wissenschaftlichen Erkenntnissen von Volkmann und Weiler (2014) (Patentnummer DE102013013969B3).
UGT mit exklusiver Lizenz
Seit 2022 optimieren wir sie stetig, stellen sie in exklusiver Lizenz her und vertreiben sie. Die WIPs sind bisher die einzigen In-situ-Sonden, die nachweislich im Boden und im Baumxylem funktionieren (Volkmann et al. 2016 in Seeger und Weiler 2021).
So funktionierts
Die WIPs arbeiten nach der DVE-DDS Methode ("Diffusion Dilution Sampling", Volkmann und Weiler 2014). Bei der Gasprobenahme wird kein absoluter Druckgradient aufgebaut, sondern die Einstellung des Gleichgewichts erfolgt über Diffusion, unter Nutzung des unterschiedlichen Wasserdampfpartialdrucks im Gasgemisch in der Filterkerze und dem umgebenden Medium (Boden/ Schnee/ Xylem/ Luft). Hierfür bestehen die WIPs aus drei Teilen: der Filterkerze, dem Schaft mit Mischkammer und dem Schlauch mit den drei Gastransportkapillaren für Verdünnung, Probe und Durchfluss.
Über die Filterkerze diffundiert Wasserdampf aus dem umgebenden Medium in die Mischkammer. Die Beprobungskapillare führt den Gasstrom von der Sonde zum Isotopen-Laserspektrometer. Eine zweite Kapillare liefert kontrolliert Stickstoff zur Verdünnung des Messgases in die Mischkammer. Auf diese Weise kann eine relativ stabile Wasserdampfkonzentration des Messgases gewährleistet werden. Die dritte Kapillare reicht bis in die Filterkerze reicht. Sie führt während der Messung gerade genug Stickstoff zu um den Druckausgleich zu gewährleisten und sorgt zwischen den Messzyklen für die Spülung.
Die Vorteile des Verdünnungsprinzips der WIPs ggü. vergleichbaren Sonden liegen in der relativ stabilen Wasserdampfkonzentration und den sehr kleinen Leitungsdurchmessern. Kondensation und damit Fraktionierung wird weitgehend verhindert, was auch die Messkammer des Isotopenanalysators schützt. Der Einbau ist leicht und es können die gleichen Sonden für alle Medien (Boden/ Baum/ Luft) genutzt werden.
Optimaler Messerfolg mit dem WIP-System
Sie können die WIP-Sonden einzeln erwerben. Die optimale Funktion haben wir jedoch bisher nur in Verbindung mit unserem WIP-System getestet, bestehend aus:
- den WIP-Sonden
- den Schläuchen
- der zentralen Steuereinheit (Master) für die Ansteuerung der WIPs und die Kontrolle der Verdünnungsraten
- bei Bedarf weiteren Verteilerboxen (Hubs)
- der Software, die idealerweise auf einen Wasserisotopenanalyzer von Picarro installiert wird.
Das modulare WIP-System wurde von der TU Freiburg entwickelt (Volkmann und Weiler 2014) und in Langzeitversuchen getestet (Seeger und Weiler 2021). Es konnte gezeigt werden, dass das WIP-System über automatisierte Messzyklen (inkl. Spülung, Standards) über Wochen und Monate wartungsarm und autark im Feld funktioniert (Gessler et al. 2014, Mennekes et al. 2021, Volkmann et al. 2016 a und 2016 b). Das WIP-System agiert dabei als Probenahme-, Multiplexer- und Standards Delivery Modul - ohne die Notwendigkeit für weitere Peripheriegeräte.
Referenzen
- Gessler, A., Bächli, L., Rouholahnejad Freund, E., Treydte, K., Schau,b M., Haeni, M., Weiler, M., Seeger, S., Marshall, J., Hug, C., Zweifel, R., Hagedorn, F., Rigling, A., Saurer, M., Meusburger, K. Drought reduces water uptake in beech from the drying topsoil, but no compensatory uptake occurs from deeper soil layers. New Phytol. 2022 Jan;233(1):194-206. doi: 10.1111/nph.17767. Epub 2021 Oct 15. PMID: 34610146Volkmann, T. H. M. and Weiler, M.: Continual in situ monitoring of pore water stable isotopes in the subsurface, Hydrol. Earth Syst. Sci., 18, 1819–1833, https://doi.org/10.5194/hess-18-1819-2014, 2014.
- Mennekes, D., Rinderer, M., Seeger, S., and Orlowski, N.: Ecohydrological travel times derived from in situ stable water isotope measurements in trees during a semi-controlled pot experiment Hydrol. Earth Syst. Sci., 25, 4513–4530, https://doi.org/10.5194/hess-25-4513-2021, 2021.
- Volkmann, T. H. M., and Weiler, M.: Continual in situ monitoring of pore water stable isotopes in the subsurface, Hydrol. Earth Syst. Sci., 18, 1819–1833, ttps://doi.org/10.5194/hess-18-1819-2014, 2014.
- Volkmann, T. H. M., Haberer, K., Gessler, A., and Weiler, M.: High-resolution isotope measurements resolve rapid ecohydrological dynamics at the soil-plant interface, New Phytol., 210, 839–849, https://doi.org/10.1111/nph.13868, 2016 a.
- Volkmann, T. H. M., Kühnhammer, K., Herbstritt, B., Gessler, A., and Weiler, M.: A method for in situ monitoring of the isotope composition of tree xylem water using laser spectroscopy, Plant Cell Environ., 39, 2055–2063, https://doi.org/10.1111/pce.12725, 2016 b.
- Seger, S. and Weiler, M.: Temporal dynamics of tree xylem water isotopes: In-situ monitoring and modelling, Biogeosciences, 18, 4603–4627, https://doi.org/10.5194/bg-18-4603-2021, 2021.
Kontaktieren Sie uns
Sie sind auf der Suche nach einem starken Partner und einer nachhaltigen Zusammenarbeit? Dann melden Sie sich einfach bei uns! Wir lieben spannende und herausfordernde Projekte rund um Umwelttechnik.
+49 33432 7559-0
info@ugt-online.de