2023-06-252024-01-222024-01-292023-06-25https://hdl.handle.net/11420/15728Bodenversalzung, also eine übermäßige Anhäufung von löslichen Salzen im Boden, hat schädliche Auswirkungen auf Pflanzen, Tiere & die menschliche Gesundheit. Sie ist eine der Hauptbedrohungen für Bodenfruchtbarkeit & -stabilität und die biologische Vielfalt des Bodens und führt zu unerwünschten Veränderungen der physikalischen, chemischen & biologischen Bodenfunktionen. Abgesehen vom Boden, hat sie erhebliche Effekte auf andere Prozesse z.B. die Haltbarkeit von Baumaterialien, die Lebensdauer von Straßenbelägen und die CO2-Sequestrierung. Die Salzwasserverdunstung wird von den Transporteigenschaften des porösen Mediums, den äußeren Bedingungen (z. B. Wind, Umgebungstemperatur & relative Luftfeuchtigkeit), den Eigenschaften der verdunstenden Lösung und der Salzkristallisation beeinflusst. Während der Wasserverdunstung wird die gelöste Substanz durch kapillarinduzierte Flüssigkeitsströmung von der feuchten Zone am Boden zur Verdunstungsoberfläche transportiert. Dabei tendiert die Diffusion dazu, den gelösten Stoff homogen über die gesamte Domäne zu verteilen. Die Konkurrenz zwischen Aufwärtsadvektion und Diffusionstransport bestimmt die Verteilung der gelösten Stoffe im gesamten Boden. Wenn die Advektion die Diffusion dominiert, wird der gelöste Stoff meist in Oberflächennähe abgelagert, was zu einem allmählichen Konzentrationsanstieg führt. Bei klarer Überschreitung der Löslichkeitsgrenze, kommt es zur Ausfällung von Kristallen an der Bodenoberfläche. Die Oberflächenkristalle bilden komplexe Strukturen, die die für die Verdunstung verfügbare Fläche erheblich vergrößern können. Wie genau das Vorhandensein des sich verdunstungsbedingt bildenden porösen kristallisierten Salzes an der Oberfläche die Verdunstungswasserverluste aus dem Boden unter verschiedenen Bedingungen beeinflusst, ist nur unzureichend verstanden. Genaue Informationen über die komplexe Kopplung zwischen Strömungs- & Transportprozessen in porösen Medien und dem sich entwickelnden kristallisierten Salz an der Oberfläche sind für eine genaue Prognose der Wasserverdunstung aus dem Boden erforderlich, da unsere Beschreibung dieses Prozesses sonst auf die Anpassung von Parametern reagieren würde. Ohne dieses Wissen kann man die Wasserverfügbarkeit und die Verdunstung von der Bodenoberfläche deutlich unter- oder überschätzen, was verschiedene hydrologische Prozesse beeinflusst. Wir planen eine umfassende multiskalige, numerische & experimentelle Untersuchung, um die Auswirkungen des verdunstungsgetriebenen kristallisierten Salzes an der Oberfläche auf die verdunstenden Wasserverluste aus porösen Medien zu quantifizieren und werden die modernsten numerischen & experimentellen Werkzeuge wie Molekulardynamiksimulationen, Porennetzwerk- & Kontinuumsskalenmodellierung, Synchrotron-Röntgenmikrotomographie und maßgeschneiderte Laborexperimente einsetzen. Dies ermöglichet uns, die Salzwasserverdunstung genau zu beschreiben und die Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre zu quantifizieren.Soil salinization, referring to excess accumulation of soluble salts in soil, has detrimental impacts on crops, animal and human health. It is one of the main land-degrading threats influencing soil fertility, stability, and bio-diversity leading to undesirable changes in the physical, chemical, and biological functions of the soil. Beyond soil, it has significant impacts on other processes such as the durability of building materials, preservation of pavements, and CO2 sequestration. Saline water evaporation is influenced by transport properties of the porous media, external conditions (e.g. wind, ambient temperature, and relative humidity), properties of the evaporating solution, and salt crystallization. During water evaporation from soil, solute is transported via capillary induced liquid flow, from the wet zone at the bottom to the evaporation surface. Simultaneously, diffusion tends to spread the solute homogeneously across the entire domain. The competition between upward advection and diffusion transport determines solute distribution throughout the soil. When advection dominates diffusion, solute in preferentially deposited close to the surface leading to gradual increase of its concentration. When salt concentration substantially exceeds the solubility limit, crystals will precipitate at soil surface. The crystals formed at the surface create complex, branching structures, which can substantially increase the surface area available for evaporation. How exactly the presence of the evolving evaporation-driven porous crystallized salt at the surface influences the evaporative water losses from soil under different boundary conditions is poorly understood. Detailed information about the complex coupling between flow and transport processes within porous media and the evolving crystallized salt at the surface is required for accurate prediction of water evaporation from soil otherwise our description of this process would reply on adjusting parameters. Without such knowledge, one may notably underestimate or overestimate water availability and evaporation from land surface which will influence several hydrologic processes. In this project, we plan to conduct a comprehensive multiscale numerical and experimental investigations to quantify the effects of the evolving evaporation-driven crystallized salt at the surface on the evaporative water loses from porous media. Within this context, we will utilize the state-of-art numerical and experimental tools such as molecular dynamics simulation, pore-network and continuum-scale modelling, synchrotron X-ray micro-tomography and customized laboratory experiments to achieve the objectives of this project. Such efforts will enable us to provide an accurate description of saline water evaporation which will place us in a stronger position to quantify soil water evaporation and land-atmosphere interactions.