PEI授予101万美元的水和环境大挑战项目

极端天气对生态的影响,新泽西草地上的国家“气候公园”,以及针对地下水污染物的工程纳米颗粒,是普林斯顿环境研究所(PEI)资助的13个项目之一,是其水和环境大挑战项目的一部分。这些新获得资助的项目总计101万美元,探索了多个学科的一系列课题,从废水排放和气候变化在植物病害传播中的作用,到嗜氮细菌,以及一项在减少采矿径流的同时捕获二氧化碳的计划。这些项目将于2019年至2021年实施。

作为PEI“大挑战”计划的一部分,“水与环境挑战”关注与海洋和淡水系统的物理、化学和生物方面相关的关键环境问题。这些项目的成果不仅得到公布,而且成为社区外展努力的基础。每个项目都包含一个教育部分——特别是以普林斯顿课程和PEI实习的形式——使可持续未来所需的知识永久化。

最近资助的项目描述如下。

一种新的基于特征的方法来解决植物群落和陆地生物群落中植物-根-水的相互作用

Lars赫定教授乔治·m·莫菲特生物学和生态学和进化生物学教授和普林斯顿大学环境研究所和Amilcare Porporato,托马斯·吴的94土木与环境工程教授和普林斯顿环境研究所将进行第一根特征的深入研究和地下竞争对水的形状结构和弹性的陆地生态系统变化的世界。他们的研究结果可能会对理解气候变化将如何影响陆地生态系统的移动和稳定产生重大影响,并为全球变暖的农业和保护提供战略信息。

colorful cross-section of plant roots

化石燃料基础设施和阴极屏蔽对地下水水质的环境影响

图利斯·昂斯托特(Tullis Onstott)是一位地学教授,他将研究设计用来抵御微生物腐蚀的天然气管道是否也会刺激生物地球化学过程,从而将砷和其他有毒金属释放到地下水中。研究人员将在新泽西州的亨特顿县与Raritan Headwaters组织合作,对主要天然气管道附近的100口私人和社区井进行检测,这些井使用外加电流阴极保护(ICCP)系统,该系统使用电流来减缓腐蚀。作为PEI暑期实习生的本科生将带头收集和分析水和土壤样本,并与土地所有者和国家机构直接分享结果。

草地:国家气候公园

马里奥•Gandelsonas 1913级讲师教授架构和体系结构,将评估新泽西草地作为国家“气候公园”的网站,将提供一个重要的天然屏障对海平面上升、风暴潮纽约区,以及一个关键的当地野生动物的避难所。该团队将研究如何开发现有和未来的环境条件下的娱乐基础设施,以及如何将公园融入城市景观,并制定减轻草地工业污染的战略,以防止海平面上升造成的毒素传播。研究人员将参与公园周边社区的设计,并确定如何提供就业机会。

green fields with cityscape in the distance

极端天气事件的生态影响:热带气旋艾岱对戈龙戈萨国家公园正在恢复的生态系统的影响

生态学和进化生物学副教授Robert Pringle将领导一项关于热带气旋对自然系统功能和稳定性影响的研究。该项目将建在莫桑比克的戈龙戈萨国家公园,该公园在2019年遭遇了毁灭性的洪水、农作物受损以及热带气旋“伊代”(Idai)造成的生命损失。“伊代”是袭击南半球最致命的气旋之一。Pringle的团队将评估Idai如何影响动物的运动和饮食,野生动物的数量和多样性,公园植物群落的结构,以及公园野生动物和Gorongosa周围村庄之间的相互作用,特别是由于食物短缺。

House under water

评估废水排放的温室气体和空气污染物及其影响

副教授马克Zondlo土木与环境工程,和z . Jason任土木与环境工程教授Andlinger能源和环境问题,中心将进行试点领域研究测量甲烷和一氧化二氮排放的温室气体——从污水处理厂。废水处理占全球非二氧化碳温室气体排放的5%,但由于化学循环、气候暴露和污水处理厂的位置,这些排放很难衡量。如果成功,该项目将扩大到监测全国范围内的工厂,以揭示废水工业对环境的影响,并探索潜在的缓解策略。

超越干旱范式:水文驱动病原体对植物健康的影响?

生态学、进化生物学和公共事务助理教授杰西卡·梅特卡夫和博士研究生伊恩·米勒将研究水从陆地到空气的流动是如何通过植物推动植物病原体的传播和进化的,而植物病原体会大量破坏农作物。研究人员的目标是为开发预测农业系统中病原体风险的全球模式以及植物病原体的传播如何应对气候变化的模型建立一个起点。这些发现将被用于根据循证生态学和进化理论制定可持续的疾病管理方案。

南非水资源开采与气候的关系:解决当地问题的全球方案

土木与环境工程教授凯瑟琳•彼得斯(Catherine Peters)和地球科学教授萨蒂什•迈内尼(Satish Myneni)将领导一个在南非工作的团队,开发一种双重用途的工具,在处理矿井径流污染的水的同时,减轻大气中的二氧化碳含量。南非正面临着迫在眉睫的极端气候和水资源短缺,然而,该国的许多淡水资源却受到了开采黄金、铂和其他资源的有毒副产品的污染。Peters和Myneni将建立一种利用采矿废料化学捕获二氧化碳的技术,并将其扩展到去除和控制水中的硫酸盐和微量元素。

acid lake

海平面上升及相关盐水入侵对沿海生物地球化学过程和温室气体排放的影响

地球科学教授萨蒂什•迈内尼(Satish Myneni)将领导一项调查,研究沿海淡水生态系统在与海平面上升带来的盐水接触时,会释放出大量的温室气体。这个项目是基于他在新泽西和南卡罗莱纳的实验室的工作,他的工作表明,当盐水接触到沿海湿地沉积物中发现的有机卤素时,它会引发分解地球臭氧层的卤甲烷的释放。Myneni公司将扩大这项工作的范围,将佛罗里达和巴拿马的沿海红树林包括在内。由于海平面上升和沿海地区的发展,这些红树林受到海水入侵的威胁。

干旱非洲牧场水介质模式形成的原因和后果

生态学和进化生物学副教授Corina Tarnita和Robert Pringle将研究水、营养、土壤类型和大型食草动物活动如何相互作用,从而形成半干旱非洲牧场的植物群落和空间格局。非洲的牧场为数百万人提供了至关重要的放牧和农业用地,然而,关于这些生态系统将如何应对气候变化的数据却少之又少。Tarnita和Pringle的目的是为他们提出的解释水分限制如何决定植被模式的理论提供首批实验基础测试之一。他们将把研究结果纳入理论框架,作为干旱胁迫生态系统中生态系统崩溃的预警指标。

Namib fairy circles

利用工程纳米颗粒对地下水进行定向修复

Sujit Datta和Rodney Priestley分别是化学和生物工程的助理教授和教授,他们将开发出大小、形态和化学性质可控的合成纳米颗粒,用于安全、经济地清除地下水中的污染物。这种新型结构——他们称之为工程纳米级零价铁(enZVI)粒子——将嵌入自然产生的粒子,这些粒子已被证明可以降解常见的污染物,但不能针对特定的污染物。研究人员将对enZVIs的设计和输送进行改进,使其能够在含水层中稳定运输,以锁定和修复被截留的污染物。

次生有机气溶胶中水的微观物理学

普林斯顿环境研究所的土木与环境工程助理教授Ian Bourg将使用分子动力学模拟来描述次生有机气溶胶(SOA)粒子中水的微观物理特性,这些粒子是水、有机化合物和无机离子的纳米混合物。虽然这些微小的液滴对地球的热量平衡和人类健康有很大的影响,但人们对它们在大气中的形成和行为知之甚少。波尔的研究可以阐明大气水对气候和空气质量的作用,也可以更准确地预测地球未来的气候及其对人类健康的影响。

亚硝酸盐的命运决定着沿海水域氮的去除

威廉·j·辛克莱(William J. Sinclair)地球科学教授、普林斯顿环境研究所(Princeton Environmental Institute)的贝斯·沃德(Bess Ward)将在切萨皮克湾开展工作,研究将沿海水域过剩的氮转化为惰性气体的微生物反应。亚硝酸盐决定了氮是从系统中流失还是循环回到硝酸盐中,硝酸盐是浮游植物重要的氮源,可以导致沿海藻类大量繁殖。沃德和她的研究小组将确定这些微生物反应的分布和调节,并研究气候变化如何改变氮的自然调节。

dolphin leaping at sunset

无铅的:一项测量特伦顿铅水位的建议

社会学和公共事务教授詹妮弗·詹宁斯和地球科学副教授约翰·希金斯将领导一个跨学科团队,收集和分析新泽西州特伦顿各地居民的水样,以评估全市铅污染的患病率和分布。他们将分发测试包给公立学校的学生,让他们在学校和家里采集水样,这样研究人员就可以确定污染的高风险区域,并与家庭合作减少铅暴露。研究人员计划建立一个网站,并公开特伦顿市铅污染水平和位置的地图。与此同时,他们将与特伦顿教师合作,提供教师培训、课堂材料和课程计划,重点是避免铅暴露。该项目扩展了希金斯正在进行的PEI城市大挑战项目,为特伦顿居民开发一种无成本铅测试。

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