Project

Discipline

soil erosion; fallout radionuclides; radiogenic isotopes; 239+240Plutonium; 137Caesium; alpine grasslands

Lead
Bodenerosion hat in alpinen Grasländern, verursacht durch Landnutzungs- und Klimawandel, in den letzten Jahrzehnten deutlich zugenommen. Aufgrund der extremen Topographie, des harschen Klimas und der kleinräumigen Heterogenität ist es bisher aber nicht gelungen, effiziente Methoden für eine zuverlässige Bestimmung der Erosionsraten zu entwickeln. Ohne diese ist eine geeignete Bewirtschaftung sowie ein sinnvoller Schutz der alpinen Grasländern nicht möglich.
Lay summary
Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts Mit einer kombinierten Auswertung der radiogenen Tracer 137Cs und 239+240Pu wollen wir eine geeignete Methode entwickeln und gelichzeitig zuverlässige Raten der Bodenerosion in alpinen Grasländern erfassen. Hierzu werden wir zum einen Flächen, die wir 2007 hinsichtlich des 137Cs Inventars untersucht haben, erneut beproben, um zu bestimmen, ob wir gestörte (Veränderung des Inventars) oder ungestörte (keine Veränderung des Inventars) Flächen vorfinden. Gleichzeitig wird diese sogenannte „Re-Sampling“- Methode genutzt werden, um Erosionsraten der letzten 6 Jahre zu bestimmen. Zusätzlich werden wir an den Standorten 239+240Pu Inventare erheben. Dieser Tracer wurde hauptsächlich in den 50iger und 60iger Jahren weltweit ubiquitär als Nebenwirkung von Atombombentests deponiert. Erste Voruntersuchungen haben gezeigt, dass die Deposition des Plutoniums wesentlich homogener ist und es daher als Tracer für die Bodenerosion besser geeignet scheint als das sehr heterogen verteilte 137Cs. Über die Anwendung des Plutoniums können wir langfristige Erosionsraten der letzten 50-60 Jahre ermitteln. Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts Mit den vorgeschlagenen Methoden können wir die bisherigen Limitierungen der Bestimmung von Bodenerosionsraten in alpinen Grasländern überwinden. Damit wird es erstmals möglich sein, zuverlässige Angaben zur Bodenerosion in alpinen Grasländern zu machen. Eine effiziente Methode um zuverlässige Bodenerosionsraten abzuschätzen, wird nicht nur für die Bewirtschaftung von alpinen Grasländern entscheidend sein, sondern auch für die Validierung bestehender Erosionsmodelle (Regionalisierung) und die Definition von Grenzwerten im Bodenschutz.   Keywords: Bodenerosion, Alpine Grasländer, radiogene Isotope, atmosphärische Radionuklide, 137Cäsium, 239+240Plutonium soil erosion, alpine grasslands, radiogenic isotopes, fallout radionuclides, 137Caesium, 239+240Plutonium

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Last update: 05.08.2013

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The combined pressure of land use and climate change has resulted in accelerated soil erosion rates in Alpine grasslands. To efficiently mitigate and control soil losses by erosion and reduce their environmental impacts in Alpine grasslands, reliable and validated methods for comprehensive data generation on the magnitude and spatial extent of soil erosion are needed. Sheet erosion, which is one of the main forms of erosion affecting Swiss Alpine grasslands, is particularly difficult to investigate with conventional methods. While the use of the fallout radionuclide 137Cs has been successfully used to determine sheet erosion rates in lowland arable areas, the method was found to produce relatively large uncertainties in Alpine grasslands. The latter difficulties were most likely caused by a combination of (i) the general heterogeneous distribution of atmospheric 137Cs Chernobyl fallout, (ii) the partly snow covered ground in Alpine areas during the fallout event in April 1986, which results in inhomogeneous 137Cs distribution during snow melt and (iii) uncertainties in finding undisturbed references sites in the geomorphological and anthropogenic highly active slopes of the Swiss central Alps. We will implement an innovative combined use of radionuclide soil tracers (the 137Cs re-sampling approach and 239+240Pu based erosion rates) in the alpine valleys of Ursern (Canton Uri, northern central Alps) and Piora (Canton Ticino, southern central Alps) to overcome these difficulties. We will replace the classical 137Cs approach, where an undisturbed reference site is compared to erosional sites, with a re-sampling approach, where previous measurements from 2007 will be compared to 2013 sampling, thus using temporal instead of spatial reference. Using 239+240Pu which originates from nuclear bomb testing during the 1950’s and 1960’s as an erosional tracer is an approach only recently suggested to the soil science community. With the proposed concepts of combining 239+240Pu based erosion rates (averaging over the last 50 - 60 years, more homogeneous fallout distribution) with the 137Cs re-sampling approach (which allows short term erosion assessment integrating the last 6 years erosive events with no dependence on undisturbed reference sites) we are confident to overcome the above discussed limitation already encountered with the classical 137Cs approach in the Swiss Alps. Assessing soil erosion magnitude in Swiss mountainous areas through radionuclide methods is not only a first step towards an efficient resource management policy to target a successful implementation of agricultural soil conservation practices but also to validate existing soil erosion models which is in urgent need to up-scale and regionalize soil erosion rates in mountain areas.