BGR-Publikation zur NMR-Relaxometrie von Moorböden (03/2025)

Moore sind sensible und wertvolle Ökosysteme, und der Zersetzungsgrad des Moorbodens ist ein wichtiger Indikator für den Zustand der Moore. Für eine angepasste und nachhaltige Nutzung der Moorböden sind räumliche Informationen über Bodeneigenschaften und –funktionen notwendig, von denen die meisten mit dem Grad der Torfzersetzung zusammenhängen.
Diese Laborstudie testet ein neues Verfahren, die NMR-Relaxometrie, für einen einfachen und schnell zu bestimmenden Indikator des Zersetzungsgrads von Torf. In unseren Untersuchungen stellten wir fest, dass die mittlere NMR-Relaxationszeit gut korreliert mit etablierten bodenkundlichen Parametern, wie Wasserabsorptionsindex, Wassereinheitsgehalt, Trockenrohdichte und von Post-Index, die bisher den Zersetzungsgrad beschreiben. Je höher der Zersetzungsgrad ist, desto schneller ist die NMR-Relaxation, was hauptsächlich auf eine Verringerung des Porenraums zurückzuführen ist.

Abbildung 1: Grafischer Abstrakt der Publikation der zeigt, welchen Einfluss der Zersetzungsgrad auf den Zusammenhang zwischen der spin-lattice Relaxationszeit (T1) und der spin-spin Relaxationszeit (T2) hat und wie die Zusammenhänge zwischen Indices aus den NMR-Messungen zu bisher verwendeten Indices der Zersetzungsgrades sind Quelle: Costabel & Stange 2025

Bei der NMR-Relaxometrie werden zwei unterschiedliche Relaxationsmechanismen, die sog. spin-lattice oder T1- bzw. spin-spin oder T2-Relaxation beobachtet, sodass mit dem Verhältnis zwischen den beiden entsprechenden Relaxationszeiten ein weiterer Parameter zur Verfügung steht. T1/T2-Verhältnisse von mehr als zehn werden für wenig zersetztes Torfmaterial mit zellulären Komponenten beobachtet, während im Gegensatz dazu vererdeter Moorboden ein Verhältnis kleiner zwei hat.
Die NMR-Relaxometrie wird für Mineralböden auch genutzt, um die Porengrößenverteilung und damit das Wasserrückhaltevermögen des Bodens abzuschätzen. Unser Versuch, die NMR-Relaxationsdaten auch für Moorböden für diese Schätzungen zu nutzen, lässt noch Fragen offen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Relaxationsmechanismen in Moorböden nicht nur von der Porengröße gesteuert werden. Wir beobachteten mit zunehmendem Zersetzungsgrad zunehmende Oberflächenrelaxivitäten, was sehr wahrscheinlich durch chemische Umwandlungen der Porenoberfläche verursacht wird. Hier besteht für die Zukunft weiterer Forschungsbedarf, da sich das Ausmaß dieser Veränderung in den T1-Zeiten deutlich stärker bemerkbar macht als in den T2-Zeiten.

Der Artikel Costabel & Stange 2025: Nuclear magnetic resonance relaxometry to characterise the decomposition degree of peat soils erscheint Open Access im April-Issue in Geoderma.

Publikation: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2025.117244
Datensatz: https://doi.org/10.25928/80xb-g819

Die Untersuchungen werden aktuell fortgesetzt in dem Projekt MePhysTo.