Studies on the Effect of High Energy Ball Milling On the Structural, Electrical and Magnetic Properties of Some Normal Spinets in the Ultrafine Regime

The present work is an attempt to understand the characteristics of high energy ball milling on the structural, electrical and magnetic properties of some normal spinets in the ultra fine regime, Magnetism and magnetic materials have been a fascinating subject for the mankind ever since the discovery of lodestone. Since then, man has been applying this principle of magnetism to build devices for various applications. Magnetism can be classified broadly into five categories. They are diamagnetic, paramagnetic, ferromagnetic antiferromagnetic and ferrimagnetic. Of these, ferro and ferri magnetic materials assume great commercial importance due to their unique properties like appropriate magnetic characteristics, high resistivity and low eddy current losses. The emergence of nanoscience and nanotechnology during the last decade had its impact in the field of magnetism and magnetic materials too. Now, it is common knowledge that materials synthesized in the nanoregime exhibit novel and superlative properties with respect to their coarser sized counterparts in the micron regime. These studies reveal that dielectric properties can be varied appreciably by high-energy ball milling in nanosized zinc ferrites produced by coprecipitation method. A semi conducting behaviour was observed in these materials with the Oxygen vacancies acting as the main charge carrier for conduction, which was produced at the time of coprecipitation and milling. Thus through this study, it was possible to successfully investigate the finite size effects on the structural, electrical and magnetic properties of normal spinels in the ultra fine regime

Preparation of high surface area TiO (anatase) by thermal hydrolysis 2 of titanyl sulphate solution

Highly crystalline, ultra fine TiO (anatase) having high surface area has been prepared by thermal hydrolysis of titanyl sulphate 2 solution and characterized using B.E.T surface area measurements, XRD and chemical analysis. The dependence of surface area on concentration of staffing solution, temperature of hydrolysis, duration of boiling and calcination temperature were also studied. As the boiling temperature, duration of boiling and calcination temperature increased, the surface area of TiO formed decreased significantly. 2 On increasing calcination temperature, the crystallite size of TiO also increased and gradually the phase transformation to rutile took 2 place. The onset and completion temperatures of rutilation were 700 and 10008C, respectively

Study of cyclohexanol decomposition reaction over the ferrospinels, A1−xCuxFe2O4 (A=Ni or Co and x=0, 0.3, 0.5, 0.7 and 1), prepared by ‘soft’ chemical methods

Preparation of simple and mixed ferrospinels of nickel, cobalt and copper and their sulphated analogues by the room temperature coprecipitation method yielded fine particles with high surface areas. Study of the vapour phase decomposition of cyclohexanol at 300 °C over all the ferrospinel systems showed very good conversions yielding cyclohexene by dehydration and/or cyclohexanone by dehydrogenation, as the major products. Sulphation very much enhanced the dehydration activity over all the samples. A good correlation was obtained between the dehydration activities of the simple ferrites and their weak plus medium strength acidities (usually of the Brφnsted type) determined independently by the n-butylamine adsorption and ammonia-TPD methods. Mixed ferrites containing copper showed a general decrease in acidities and a drastic decrease in dehydration activities. There was no general correlation between the basicity parameters obtained by electron donor studies and the ratio of dehydrogenation to dehydration activities. There was a leap in the dehydrogenation activities in the case of all the ferrospinel samples containing copper. Along with the basic properties, the redox properties of copper ion have been invoked to account for this added activity.

Finite size effects on the electrical properties of sol–gel synthesized CoFe2O4 powders: deviation from Maxwell–Wagner theory and evidence of surface polarization effects

Fine particles of cobalt ferrite were synthesized by the sol–gel method. Subsequent heat treatment at different temperatures yielded cobalt ferrites having different grain sizes. X-ray diffraction studies were carried out to elucidate the structure of all the samples. Dielectric permittivity and ac conductivity of all the samples were evaluated as a function of frequency, temperature and grain size. The variation of permittivity and ac conductivity with frequency reveals that the dispersion is due to Maxwell–Wagner type interfacial polarization in general, with a noted variation from the expected behaviour for the cold synthesized samples. High permittivity and conductivity for small grains were explained on the basis of the correlated barrier-hopping model

Effect of Carbon Black on the Mechanical and Dielectric Properties of Rubber Ferrite Composites Containing Barium Ferrite

Fine particles of barium ferrite (BaFe12O19) were synthesized by the conventional ceramic technique. These materials were then characterized by the X-ray diffraction method and incorporated in the natural rubber matrix according to a specific receipe for various loadings of ferrite. The rubber ferrite composites (RFC) thus obtained have several applications, and have the advantage of molding into complex shapes. For applications such as microwave absorbers, these composites should have an appropriate dielectric strength with the required mechanical and magnetic properties. The N330 (HAF) carbon black has been added to these RFCs for various loadings to modify the dielectric and mechanical properties. In this article we report the effect of carbon black on the mechanical and dielectric properties of these RFCs. Both the mechanical and dielectric properties can be enhanced by the addition of an appropriate amount of carbon black

Evidence for intergranular tunnelling in polyaniline passivated α-Fe nanoparticles

Nanoparticles are of immense importance both from the fundamental and application points of view. They exhibit quantum size effects which are manifested in their improved magnetic and electric properties. Mechanical attrition by high energy ball milling (HEBM) is a top down process for producing fine particles. However, fineness is associated with high surface area and hence is prone to oxidation which has a detrimental effect on the useful properties of these materials. Passivation of nanoparticles is known to inhibit surface oxidation. At the same time, coating polymer film on inorganic materials modifies the surface properties drastically. In this work a modified set-up consisting of an RF plasma polymerization technique is employed to coat a thin layer of a polymer film on Fe nanoparticles produced by HEBM. Ball-milled particles having different particle size ranges are coated with polyaniline. Their electrical properties are investigated by measuring the dc conductivity in the temperature range 10–300 K. The low temperature dc conductivity (I–V ) exhibited nonlinearity. This nonlinearity observed is explained on the basis of the critical path model. There is clear-cut evidence for the occurrence of intergranular tunnelling. The results are presented here in this paper

Low temperature Mössbauer studies on magnetic nanocomposites

Nanocomposites with magnetic components possessing nanometric dimensions, lying in the range 1–10 nm, are found to be exhibiting superior physical properties with respect to their coarser sized counterparts. Magnetic nanocomposites based on gamma iron oxide embedded in a polymer matrix have been prepared and characterized. The behaviour of these samples at low temperatures have been studied using Mössbauer spectroscopy. Mössbauer studies indicate that the composites consist of very fine particles of g-Fe2O3 of which some amount exists in the superparamagnetic phase. The cycling of the preparative conditions were found to increase the amount of g-Fe2O3 in the matrix

Magnetic and processability studies of nitrile rubber vulcanisates containing barium ferrite and carbon black

Fine particles of barium ferrite (BaFe12O19) belonging to the M-type hexagonal ferrites were prepared by the conventional ceramic techniques. They were incorporated into a nitrile rubber matrix according to a specific recipe for various loadings to produce rubber ferrite composites (RFC). The percolation threshold is not reached for a maximum loading of 130 phr (parts per hundred rubber). Here in this paper, the magnetic properties and processability of the nitrile rubber based RFCs containing barium ferrite (BaF) and HAF carbon black is reported. The magnetic properties of the ceramic ferrite and these rubber ferrite composites were evaluated and it was found that the coercivity values of RFCs were less than that of the ceramic BaF, but remained constant with the loading of both the ferrite filler and carbon black. However, other properties like saturation magnetization and magnetic remanence increased with the loading of ferrite filler.

Microwave Absorption of Nylon 6,6 Based Polymer Ferrite Composites

Ferrite composites are magnetic composites consisting of fine particles of metal ferrites dispersed in the polymer matrix. These composites have a variety of applications as flexible magnets, pressure/photo sensors and microwave absorbers. Polymers and magnetic materials play a very important role in our day to day life. Both natural and synthetic polymers are today indispensable to mankind. The polymers, which include rubber, plastics and fibers, make life easier and more comfortable.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Dust production and the release of iron oxides resulting from the aeolian abrasion of natural dune sands

Global dust trajectories indicate that significant quantities of aeolian-transported iron oxides originate in contemporary dryland areas. One potential source is the iron-rich clay coatings that characterize many sand-sized particles in desert dunefields. This paper uses laboratory experiments to determine the rate at which these coatings can be removed from dune sands by aeolian abrasion. The coatings impart a red colour to the grains to which previous researchers have assigned variable geomorphological significance. The quantities or iron removed during a 120 hour abrasion experiment are small (99 mg kg(-1)) and difficult to detect by eye; however, high resolution spectroscopy clearly indicates that ferric oxides are released during abrasion and the reflectance of the particles alters. One of the products of aeolian abrasion is fine particles (<10 mum diameter) with the potential for long distance transport. Copyright (C) 2004 John Wiley Sons, Ltd.

The global atmospheric electrical circuit and climate

Evidence is emerging for physical links among clouds, global temperatures, the global atmospheric electrical circuit and cosmic ray ionisation. The global circuit extends throughout the atmosphere from the planetary surface to the lower layers of the ionosphere. Cosmic rays are the principal source of atmospheric ions away from the continental boundary layer: the ions formed permit a vertical conduction current to flow in the fair weather part of the global circuit. Through the (inverse) solar modulation of cosmic rays, the resulting columnar ionisation changes may allow the global circuit to convey a solar influence to meteorological phenomena of the lower atmosphere. Electrical effects on non-thunderstorm clouds have been proposed to occur via the ion-assisted formation of ultra-fine aerosol, which can grow to sizes able to act as cloud condensation nuclei, or through the increased ice nucleation capability of charged aerosols. Even small atmospheric electrical modulations on the aerosol size distribution can affect cloud properties and modify the radiative balance of the atmosphere, through changes communicated globally by the atmospheric electrical circuit. Despite a long history of work in related areas of geophysics, the direct and inverse relationships between the global circuit and global climate remain largely quantitatively unexplored. From reviewing atmospheric electrical measurements made over two centuries and possible paleoclimate proxies, global atmospheric electrical circuit variability should be expected on many timescales

Aircraft observations and model simulations of concentration and particle size distribution in the Eyjafjallajökull volcanic ash cloud

The Eyjafjallajökull volcano in Iceland emitted a cloud of ash into the atmosphere during April and May 2010. Over the UK the ash cloud was observed by the FAAM BAe-146 Atmospheric Research Aircraft which was equipped with in-situ probes measuring the concentration of volcanic ash carried by particles of varying sizes. The UK Met Office Numerical Atmospheric-dispersion Modelling Environment (NAME) has been used to simulate the evolution of the ash cloud emitted by the Eyjafjallajökull volcano during the period 4–18 May 2010. In the NAME simulations the processes controlling the evolution of the concentration and particle size distribution include sedimentation and deposition of particles, horizontal dispersion and vertical wind shear. For travel times between 24 and 72 h, a 1/t relationship describes the evolution of the concentration at the centre of the ash cloud and the particle size distribution remains fairly constant. Although NAME does not represent the effects of microphysical processes, it can capture the observed decrease in concentration with travel time in this period. This suggests that, for this eruption, microphysical processes play a small role in determining the evolution of the distal ash cloud. Quantitative comparison with observations shows that NAME can simulate the observed column-integrated mass if around 4% of the total emitted mass is assumed to be transported as far as the UK by small particles (< 30 μm diameter). NAME can also simulate the observed particle size distribution if a distal particle size distribution that contains a large fraction of < 10 μm diameter particles is used, consistent with the idea that phraetomagmatic volcanoes, such as Eyjafjallajökull, emit very fine particles.

The effect of adding stinging nettle (Urtica dioica) haylage to a total mixed ration on performance and rumen function of lactating dairy cows

In vitro studies found that inclusion of dried stinging nettle (Urtica dioica) at 100 mg/g dry matter (DM) increased the pH of a rumen fluid inoculated fermentation buffer by 30% and the effect was persistent for 7 days. Our objective was to evaluate the effects of adding stinging nettle haylage to a total mixed ration on feed intake, eating and rumination activity, rumen pH, milk yield, and milk composition of lactating dairy cows. Six lactating Holstein-Friesian cows were used in a replicated 3 × 3 Latin Square design experiment with 3 treatments and 3 week periods. Treatments were a control (C) high-starch (311 g/kg DM) total mixed ration diet and two treatment diets containing 50 (N5) and 100 (N10) g nettle haylage (DM/kg) as a replacement for ryegrass silage (Lolium perenne). There was an increase (linear, P < 0.010) in the proportion of large particles and a reduction in medium (linear, P = 0.045) and fine particles (linear, P = 0.026) in the diet offered with increasing nettle inclusion. A numerical decrease (linear, P = 0.106) in DM intake (DMI) was observed as nettle inclusion in the diet increased. Milk yield averaged 20.3 kg/day and was not affected by diet. There was a decrease (quadratic, P = 0.01) in the time animals spent ruminating as nettle inclusion in the diet increased, in spite of an increase in the number of boli produced daily for the N5 diet (quadratic, P = 0.031). Animals fed the N10 diet spent less time with a rumen pH below 5.5 (P < 0.05) than cows fed the N5 diet. Averaged over an 8.5 h sampling period, there were no changes in the concentration or proportions of acetate or propionate in the rumen, but feeding nettle haylage reduced the concentrations of n-butyrate (quadratic, P < 0.001), i-butyrate (linear, P < 0.009) and n-caproate (linear, P < 0.003). Milk and fat and protein corrected milk yield were not affected when nettles replaced ryegrass silage in the diet of lactating dairy cows, despite a numerical reduction in feed intake. Rumination activity was reduced by the addition of nettle haylage to the diet, which may reflect differences in fibre structure between the nettle haylage and ryegrass silage fed. Changes observed in rumen pH suggest potential benefits of feeding nettle haylage for reducing rumen acidosis. However, the extent to which these effects were due to the fermentability and structure of the nettle haylage compared to the ryegrass silage fed, or a bioactive component of the nettles, is not certain

Kerb and urban increment of highly time-resolved trace elements in PM10, PM2.5 and PM1.0 winter aerosol in London during ClearfLo 2012

Ambient concentrations of trace elements with 2 h time resolution were measured in PM10–2.5, PM2.5–1.0 and PM1.0–0.3 size ranges at kerbside, urban background and rural sites in London during winter 2012. Samples were collected using rotating drum impactors (RDIs) and subsequently analysed with synchrotron radiation-induced X-ray fluorescence spectrometry (SR-XRF). Quantification of kerb and urban increments (defined as kerb-to-urban and urban-to-rural concentration ratios, respectively), and assessment of diurnal and weekly variability provided insight into sources governing urban air quality and the effects of urban micro-environments on human exposure. Traffic-related elements yielded the highest kerb increments, with values in the range of 10.4 to 16.6 for SW winds (3.3–6.9 for NE) observed for elements influenced by brake wear (e.g. Cu, Sb, Ba) and 5.7 to 8.2 for SW (2.6–3.0 for NE) for other traffic-related processes (e.g. Cr, Fe, Zn). Kerb increments for these elements were highest in the PM10–2.5 mass fraction, roughly twice that of the PM1.0–0.3 fraction. These elements also showed the highest urban increments (~ 3.0), although no difference was observed between brake wear and other traffic-related elements. All elements influenced by traffic exhibited higher concentrations during morning and evening rush hours, and on weekdays compared to weekends, with the strongest trends observed at the kerbside site, and additionally enhanced by winds coming directly from the road, consistent with street canyon effects. Elements related to mineral dust (e.g. Al, Si, Ca, Sr) showed significant influences from traffic-induced resuspension, as evidenced by moderate kerb (3.4–5.4 for SW, 1.7–2.3 for NE) and urban (~ 2) increments and increased concentrations during peak traffic flow. Elements related to regional transport showed no significant enhancement at kerb or urban sites, with the exception of PM10–2.5 sea salt (factor of up to 2), which may be influenced by traffic-induced resuspension of sea and/or road salt. Heavy-duty vehicles appeared to have a larger effect than passenger vehicles on the concentrations of all elements influenced by resuspension (including sea salt) and wearing processes. Trace element concentrations in London were influenced by both local and regional sources, with coarse and intermediate fractions dominated by traffic-induced resuspension and wearing processes and fine particles influenced by regional transport.