@phdthesis{Maerz2019,
  author    = {Maerz, Sven},
  title     = {Analyzing pore systems through comprehensive digital image analysis (DIA)},
  doi       = {10.25932/publishup-44588},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-445880},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xii, 107, xxi},
  year      = {2019},
  abstract  = {Carbonates tend to have complex pore systems which are often composed of distinct assemblages of genetically and geometrically different pore types at various scales (e.g., Melim et al., 2001; Lee et al., 2009; He et al., 2014; Dernaika \& Sinclair, 2017; Zhang et al., 2017). Such carbonate-typical multimodal pore systems are the result of both primary depositional processes and multiple stages of postdepositional modifications, causing small-scale heterogeneities in pore system properties and leading to the co-occurrence of both effective and ineffective pore types. These intrinsic variations in pore type effectiveness are the main reason for the often low correlation between porosity and permeability in carbonate pore systems (e.g., Mazzullo 2004; Ehrenberg \& Nadeau, 2005; Hollis et al., 2010; He et al., 2014; Rashid et al., 2015; Dernaika \& Sinclair, 2017), as it is also true for the marginal lacustrine carbonates studied in this thesis. However, by extracting interconnected and thus effective pore types, and simultaneously excluding isolated and ineffective pores, the understanding and prediction of permeability for given porosity can be highly enhanced (e.g., Melim et al., 2001; Zhang et al., 2017). In this thesis, a step-by-step workflow based on digital image analysis (DIA) is presented and performed on 32 facies-representative samples of marginal lacustrine carbonates from the Middle Miocene N{\"o}rdlinger Ries crater lake (Southern Germany), resulting in 77 mean values of pore type effectiveness which are based on 23,508 individual pore geometry data. By using pore shape factor γ (sensu Anselmetti et al., 1998) as a parameter to quantitatively describe pore shape complexity and therefore pore interconnectivity, the potential contribution (Kcontr.) of each pore type to total permeability (Ktotal) is calculated, and the most effective pore types are then identified. As a result, primary interpeloidal pores and secondary vugs are the most effective pore types in the studied marginal lacustrine succession, mainly due to their generally big size and complex shape, leading to an excellent interconnection between both pore types and consequently to the establishment of a highly effective pore network. Both pore types together compose the pore system of the peloidal grainstone facies. Therefore, this lithofacies type has been identified as the sedimentary facies with highest porosity-permeability properties in this marginal lacustrine succession. By applying the DIA-based method to 23 additional samples from the studied outcrop which all show extensive partial to complete cementation of preexisting pores, the impact of cementation on pore geometry and therefore on porosity and permeability is quantified. This results in a cementation reduction value for each relevant parameter which can then be used to enhance precision of predicting porosity and permeability within the studied succession. Furthermore, the concept of using pore shape complexity as a proxy parameter for pore system effectiveness is tested by applying an independent method (i.e., fluid flow simulation) to the dataset. DIA is then used once again to evaluate the outcome of fluid flow simulation. The results confirm the previous findings that interpeloidal pores and vugs together build up the most effective pore system in the Ries lake carbonates. Finally, the extraction of the interconnected (i.e., effective) pore network leads to an improved correlation between porosity and permeability within the studied carbonates. The step-by-step workflow described in this thesis provides a quantitative petrographic method to identify and extract effective porosity from the pore system, which is crucial for understanding how carbonate pore systems generate permeability. This thesis also demonstrates that pore shape complexity is the most important geometrical parameter controlling pore interconnection and consequently the formation of effective porosity. It further emphasizes that pore shape factor γ (sensu Anselmetti et al. 1998) is a very robust and scale-independent proxy parameter to quantify pore type effectiveness. Additionally, DIA proves to be an ideal tool to directly link porosity and permeability to their mutual origin: the rock fabric and associated pore structure.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ramage2018,
  author    = {Ramage, Justine Lucille},
  title     = {Impact of Hillslope Thermokarst on the Nearshore Carbon Budget Along the Yukon Coast, Canada},
  doi       = {10.25932/publishup-42186},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421867},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xvii, 103},
  year      = {2018},
  abstract  = {In ice-rich permafrost regions, changes in the permafrost thermal regime cause surface disturbances. These changes are amplified by the increase in air temperatures recorded in the Arctic in the past decades. Thermokarst is a process that leads to surface subsidence and formation of characteristic landforms following thawing of ice-rich permafrost or melting of massive ice. Thermokarst is widespread on hillslopes and the number of associated landforms is increasing in the Arctic. Through this process large amounts of material are eroded and transported to the sea or accumulate along hillslopes. While hillslope thermokarst modifies terrestrial and aquatic ecosystems, there is limited understanding of its environmental impact at a regional scale. In this thesis we quantify the environmental impacts of hillslope thermokarst on the valley and nearshore ecosystems along the Yukon Coast, Canada. Using supervised machine learning, we identified geomorphic factors that favour the development of coastal retrogressive thaw slump (RTS), one of the most dynamic hillslope thermokarst landform. Coastal geomorphology and ground ice type and content play a major role in RTS occurrence. Using aerial photographs and satellite imagery, we traced the evolution of RTSs between 1952 and 2011. During this time, the number and areal coverage of RTSs increased by 73\%. RTSs eroded and partly released to the nearshore zone organic carbon contained in millions of cubic meters of material. Our results show that 56\% of the RTSs identified along the coast in 2011 have eroded 16.6 × 10^6 m3 of material; a large part (45\%) was transported alongshore due to coastal processes. Moreover, we show that RTSs are a major contributor to the carbon budget in the nearshore ecosystem: 17\% of the coastal RTSs identified in 2011 contributed annually up to 0.6\% of the organic carbon released by coastal retreat along the Yukon Coast. To assess the impact of hillslope thermokarst on the terrestrial ecosystem, we measured the spatial distribution of soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) along hillslopes in three Arctic valleys. We highlight the high spatial variability in the distribution of SOC and TN in the valleys. This distribution is caused by complex soil processes occurring along the hillslopes. Hillslope thermokarst impacts the degradation of organic matter and affects the storage of SOC and TN.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wolf2017,
  author    = {Wolf, Julia},
  title     = {Schadenserkennung in Beton durch {\"U}berwachung mit eingebetteten Ultraschallpr{\"u}fk{\"o}pfen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-397363},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {ix, 142},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die zerst{\"o}rungsfreien Pr{\"u}fungen von Bauwerken mit Hilfe von Ultraschallmessverfahren haben in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Durch Ultraschallmessungen k{\"o}nnen die Geometrien von Bauteilen bestimmt sowie von außen nicht sichtbare Fehler wie Delaminationen und Kiesnester erkannt werden. Mit neuartigen, in das Betonbauteil eingebetteten Ultraschallpr{\"u}fk{\"o}pfen sollen nun Bauwerke dauerhaft auf Ver{\"a}nderungen {\"u}berpr{\"u}ft werden. Dazu werden Ultraschallsignale direkt im Inneren eines Bauteils erzeugt, was die M{\"o}glichkeiten der herk{\"o}mmlichen Methoden der Bauwerks{\"u}berwachung wesentlich erweitert. Ein Ultraschallverfahren k{\"o}nnte mit eingebetteten Pr{\"u}fk{\"o}pfen ein Betonbauteil kontinuierlich integral {\"u}berwachen und damit auch stetig fortschreitende Gef{\"u}ge{\"a}nderungen, wie beispielsweise Mikrorisse, registrieren. Sicherheitsrelevante Bauteile, die nach dem Einbau f{\"u}r Messungen unzug{\"a}nglich oder mittels Ultraschall, beispielsweise durch zus{\"a}tzliche Beschichtungen der Oberfl{\"a}che, nicht pr{\"u}fbar sind, lassen sich mit eingebetteten Pr{\"u}fk{\"o}pfen {\"u}berwachen. An bereits vorhandenen Bauwerken k{\"o}nnen die Ultraschallpr{\"u}fk{\"o}pfe mithilfe von Bohrl{\"o}chern und speziellem Verpressm{\"o}rtel auch nachtr{\"a}glich in das Bauteil integriert werden. F{\"u}r Fertigbauteile bieten sich eingebettete Pr{\"u}fk{\"o}pfe zur Herstellungskontrolle sowie zur {\"U}berwachung der Baudurchf{\"u}hrung als Werkzeug der Qualit{\"a}tssicherung an. Auch die schnelle Schadensanalyse eines Bauwerks nach Naturkatastrophen, wie beispielsweise einem Erdbeben oder einer Flut, ist denkbar. Durch die gute Ankopplung erm{\"o}glichen diese neuartigen Pr{\"u}fk{\"o}pfe den Einsatz von empfindlichen Auswertungsmethoden, wie die Kreuzkorrelation, die Coda-Wellen-Interferometrie oder die Amplitudenauswertung, f{\"u}r die Signalanalyse. Bei regelm{\"a}ßigen Messungen k{\"o}nnen somit sich anbahnende Sch{\"a}den eines Bauwerks fr{\"u}hzeitig erkannt werden. Da die Sch{\"a}digung eines Bauwerks keine direkt messbare Gr{\"o}ße darstellt, erfordert eine eindeutige Schadenserkennung in der Regel die Messung mehrerer physikalischer Gr{\"o}ßen die geeignet verkn{\"u}pft werden. Physikalische Gr{\"o}ßen k{\"o}nnen sein: Ultraschalllaufzeit, Amplitude des Ultraschallsignals und Umgebungstemperatur. Dazu m{\"u}ssen Korrelationen zwischen dem Zustand des Bauwerks, den Umgebungsbedingungen und den Parametern des gemessenen Ultraschallsignals untersucht werden. In dieser Arbeit werden die neuartigen Pr{\"u}fk{\"o}pfe vorgestellt. Es wird beschrieben, dass sie sich, sowohl in bereits errichtete Betonbauwerke als auch in der Konstruktion befindliche, einbauen lassen. Experimentell wird gezeigt, dass die Pr{\"u}fk{\"o}pfe in mehreren Ebenen eingebettet sein k{\"o}nnen da ihre Abstrahlcharakteristik im Beton nahezu ungerichtet ist. Die Mittenfrequenz von rund 62 kHz erm{\"o}glicht Abst{\"a}nde, je nach Betonart und SRV, von mindestens 3 m zwischen Pr{\"u}fk{\"o}pfen die als Sender und Empf{\"a}nger arbeiten. Die Empfindlichkeit der eingebetteten Pr{\"u}fk{\"o}pfe gegen{\"u}ber Ver{\"a}nderungen im Beton wird an Hand von zwei Laborexperimenten gezeigt, einem Drei-Punkt-Biegeversuch und einem Versuch zur Erzeugung von Frost-Tau-Wechsel Sch{\"a}den. Die Ergebnisse werden mit anderen zerst{\"o}rungsfreien Pr{\"u}fverfahren verglichen. Es zeigt sich, dass die Pr{\"u}fk{\"o}pfe durch die Anwendung empfindlicher Auswertemethoden, auftretende Risse im Beton detektieren, bevor diese eine Gefahr f{\"u}r das Bauwerk darstellen. Abschließend werden Beispiele von Installation der neuartigen Ultraschallpr{\"u}fk{\"o}pfe in realen Bauteilen, zwei Br{\"u}cken und einem Fundament, gezeigt und basierend auf dort gewonnenen ersten Erfahrungen ein Konzept f{\"u}r die Umsetzung einer Langzeit{\"u}berwachung aufgestellt.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Simon2016,
  author    = {Simon, Sebastian},
  title     = {Der Einfluss der Koordination von Spurenelementen in silikatischen und aluminosilikatischen Schmelzen auf Elementverteilungsprozesse in magmatischen Systemen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100932},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xviii, 138},
  year      = {2016},
  abstract  = {Das Wissen um die lokale Struktur von Seltenen Erden Elementen (SEE) in silikatischen und aluminosilikatischen Schmelzen ist von fundamentalem Interesse f{\"u}r die Geochemie der magmatischen Prozesse, speziell wenn es um ein umfassendes Verst{\"a}ndnis der Verteilungsprozesse von SEE in magmatischen Systemen geht. Es ist allgemein akzeptiert, dass die SEE-Verteilungsprozesse von Temperatur, Druck, Sauerstofffugazit{\"a}t (im Fall von polyvalenten Kationen) und der Kristallchemie kontrolliert werden. Allerdings ist wenig {\"u}ber den Einfluss der Schmelzzusammensetzung selbst bekannt. Ziel dieser Arbeit ist, eine Beziehung zwischen der Variation der SEE-Verteilung mit der Schmelzzusammensetzung und der Koordinationschemie dieser SEE in der Schmelze zu schaffen. Dazu wurden Schmelzzusammensetzungen von Prowatke und Klemme (2005), welche eine deutliche {\"A}nderung der Verteilungskoeffizienten zwischen Titanit und Schmelze ausschließlich als Funktion der Schmelzzusammensetzung zeigen, sowie haplogranitische bzw. haplobasaltische Schmelzzusammensetzungen als Vertreter magmatischer Systeme mit La, Gd, Yb und Y dotiert und als Glas synthetisiert. Die Schmelzen variierten systematisch im Aluminiums{\"a}ttigungsindex (ASI), welcher bei den Prowatke und Klemme (2005) Zusammensetzungen einen Bereich von 0.115 bis 0.768, bei den haplogranitischen Zusammensetzungen einen Bereich von 0.935 bis 1.785 und bei den haplobasaltischen Zusammensetzungen einen Bereich von 0.368 bis 1.010 abdeckt. Zus{\"a}tzlich wurden die haplogranitischen Zusammensetzungen mit 4 \% H2O synthetisiert, um den Einfluss von Wasser auf die lokale Umgebung von SEE zu studieren. Um Informationen {\"u}ber die lokalen Struktur von Gd, Yb und Y zu erhalten wurde die R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie angewendet. Dabei liefert die Untersuchung der Feinstruktur mittels der EXAFS-Spektroskopie (engl. Extended X-Ray Absorption Fine Structure) quantitative Informationen {\"u}ber die lokale Umgebung, w{\"a}hrend RIXS (engl. resonant inelastic X-ray scattering), sowie die daraus extrahierte hoch aufgel{\"o}ste Nahkantenstruktur, XANES (engl. X-ray absorption near edge structure) qualitative Informationen {\"u}ber m{\"o}gliche Koordinations{\"a}nderungen von La, Gd und Yb in den Gl{\"a}sern liefert. Um m{\"o}gliche Unterschiede der lokalen Struktur oberhalb der Glastransformationstemperatur (TG) zur Raumtemperatur zu untersuchen, wurden exemplarisch Hochtemperatur Y-EXAFS Untersuchungen durchgef{\"u}hrt. F{\"u}r die Auswertung der EXAFS-Messungen wurde ein neu eingef{\"u}hrter Histogramm-Fit verwendet, der auch nicht-symmetrische bzw. nichtgaußf{\"o}rmige Paarverteilungsfunktionen beschreiben kann, wie sie bei einem hohen Grad der Polymerisierung bzw. bei hohen Temperaturen auftreten k{\"o}nnen. Die Y-EXAFS-Spektren f{\"u}r die Prowatke und Klemme (2005) Zusammensetzungen zeigen mit Zunahme des ASI, eine Zunahme der Asymmetrie und Breite der Y-O Paarverteilungsfunktion, welche sich in sich in der {\"A}nderung der Koordinationszahl von 6 nach 8 und einer Zunahme des Y-O Abstand um 0.13{\AA} manifestiert. Ein {\"a}hnlicher Trend l{\"a}sst sich auch f{\"u}r die Gd- und Yb-EXAFS-Spektren beobachten. Die hoch aufgel{\"o}sten XANESSpektren f{\"u}r La, Gd und Yb zeigen, dass sich die strukturellen Unterschiede zumindest halb-quantitativ bestimmen lassen. Dies gilt insbesondere f{\"u}r {\"A}nderungen im mittleren Abstand zu den Sauerstoffatomen. Im Vergleich zur EXAFS-Spektroskopie liefert XANES jedoch keine Informationen {\"u}ber die Form und Breite von Paarverteilungsfunktionen. Die Hochtemperatur EXAFS-Untersuchungen von Y zeigen {\"A}nderungen der lokalen Struktur oberhalb der Glas{\"u}bergangstemperatur an, welche sich vordergr{\"u}ndig auf eine thermisch induzierte Erh{\"o}hung des mittleren Y-O Abstandes zur{\"u}ckf{\"u}hren lassen. Allerdings zeigt ein Vergleich der Y-O Abst{\"a}nde f{\"u}r Zusammensetzungen mit einem ASI von 0.115 bzw. 0.755, ermittelt bei Raumtemperatur und TG, dass der im Glas beobachtete strukturelle Unterschied entlang der Zusammensetzungsserie in der Schmelze noch st{\"a}rker ausfallen kann, als bisher f{\"u}r die Gl{\"a}ser angenommen wurde. Die direkte Korrelation der Verteilungsdaten von Prowatke und Klemme (2005) mit den strukturellen {\"A}nderungen der Schmelzen offenbart f{\"u}r Y eine lineare Korrelation, wohingegen Yb und Gd eine nicht lineare Beziehung zeigen. Aufgrund seines Ionenradius und seiner Ladung wird das 6-fach koordinierte SEE in den niedriger polymerisierten Schmelzen bevorzugt durch nicht-br{\"u}ckenbildende Sauerstoffatome koordiniert, um stabile Konfigurationen zu bilden. In den h{\"o}her polymerisierten Schmelzen mit ASI-Werten in der N{\"a}he von 1 ist 6-fache Koordination nicht m{\"o}glich, da fast nur noch br{\"u}ckenbildende Sauerstoffatome zur Verf{\"u}gung stehen. Die {\"U}berbindung von br{\"u}ckenbildenden Sauerstoffatomen um das SEE wird durch Erh{\"o}hung der Koordinationszahl und des mittleren SEE-O Abstandes ausgeglichen. Dies bedeutet eine energetisch g{\"u}nstigere Konfiguration in den st{\"a}rker depolymerisierten Zusammensetzungen, aus welcher die beobachtete Variation des Verteilungskoeffizienten resultiert, welcher sich jedoch f{\"u}r jedes Element stark unterscheidet. F{\"u}r die haplogranitischen und haplobasaltischen Zusammensetzungen wurde mit Zunahme der Polymerisierung auch eine Zunahme der Koordinationszahl und des durchschnittlichen Bindungsabstands, einhergehend mit der Zunahme der Schiefe und der Asymmetrie der Paarverteilungsfunktion, beobachtet. Dies impliziert, dass das jeweilige SEE mit Zunahme der Polymerisierung auch inkompatibler in diesen Zusammensetzungen wird. Weiterhin zeigt die Zugabe von Wasser, dass die Schmelzen depolymerisieren, was in einer symmetrischeren Paarverteilungsfunktion resultiert, wodurch die Kompatibilit{\"a}t wieder zunimmt. Zusammenfassend zeigt sich, dass die Ver{\"a}nderungen der Schmelzzusammensetzungen in einer {\"A}nderung der Polymerisierung der Schmelzen resultieren, die dann einen signifikanten Einfluss auf die lokale Umgebung der SEE hat. Die strukturellen {\"A}nderungen lassen sich direkt mit Verteilungsdaten korrelieren, die Trends unterscheiden sich aber stark zwischen leichten, mittleren und schweren SEE. Allerdings konnte diese Studie zeigen, in welcher Gr{\"o}ßenordnung die {\"A}nderungen liegen m{\"u}ssen, um einen signifikanten Einfluss auf den Verteilungskoeffizenten zu haben. Weiterhin zeigt sich, dass der Einfluss der Schmelzzusammensetzung auf die Verteilung der Spurenelemente mit Zunahme der Polymerisierung steigt und daher nicht vernachl{\"a}ssigt werden darf.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Roers2016,
  author    = {Roers, Michael},
  title     = {Methoden zur Dynamisierung von Klimafolgenanalysen im Elbegebiet},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98844},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xiii, 141},
  year      = {2016},
  abstract  = {Die Elbe und ihr Einzugsgebiet sind vom Klimawandel betroffen. Um die Wirkkette von projizierten Klimaver{\"a}nderungen auf den Wasserhaushalt und die daraus resultierenden N{\"a}hrstoffeintr{\"a}ge und -frachten f{\"u}r große Einzugsgebiete wie das der Elbe zu analysieren, k{\"o}nnen integrierte Umweltmodellsysteme eingesetzt werden. Fallstudien, die mit diesen Modellsystemen ad hoc durchgef{\"u}hrt werden, repr{\"a}sentieren den Istzustand von Modellentwicklungen und -unsicherheiten und sind damit statisch. Diese Arbeit beschreibt den Einstieg in die Dynamisierung von Klimafolgenanalysen im Elbegebiet. Dies umfasst zum einen eine Plausibilit{\"a}tspr{\"u}fung von Auswirkungsrechnungen, die mit Szenarien des statistischen Szenariengenerators STARS durchgef{\"u}hrt wurden, durch den Vergleich mit den Auswirkungen neuerer Klimaszenarien aus dem ISI-MIP Projekt, die dem letzten Stand der Klimamodellierung entsprechen. Hierf{\"u}r wird ein integriertes Modellsystem mit "eingefrorenem Entwicklungsstand" verwendet. Die Klimawirkungsmodelle bleiben dabei unver{\"a}ndert. Zum anderen wird ein Bestandteil des integrierten Modellsystems - das {\"o}kohydrologische Modell SWIM - zu einer "live"-Version weiterentwickelt. Diese wird durch punktuelle Testung an langj{\"a}hrigen Versuchsreihen eines Lysimeterstandorts sowie an aktuellen Abflussreihen validiert und verbessert. Folgende Forschungsfragen werden bearbeitet: (i) Welche Effekte haben unterschiedliche Klimaszenarien auf den Wasserhaushalt im Elbegebiet und ist eine Neubewertung der Auswirkung des Klimawandels auf den Wasserhaushalt notwendig?, (ii) Was sind die Auswirkungen des Klimawandels auf die N{\"a}hrstoffeintr{\"a}ge und -frachten im Elbegebiet sowie die Wirksamkeit von Maßnahmen zur Reduktion der N{\"a}hrstoffeintr{\"a}ge?, (iii) Ist unter der Nutzung (selbst einer sehr geringen Anzahl) verf{\"u}gbarer tagesaktueller Witterungsdaten in einem stark heterogenen Einzugsgebiet eine valide Ansprache der aktuellen {\"o}kohydrologischen Situation des Elbeeinzugsgebiets m{\"o}glich? Die aktuellen Szenarien best{\"a}tigen die Richtung, jedoch nicht das Ausmaß der Klimafolgen: Die R{\"u}ckg{\"a}nge des mittleren j{\"a}hrlichen Gesamtabflusses und der monatlichen Abfl{\"u}sse an den Pegeln bis Mitte des Jahrhunderts betragen f{\"u}r das STARS-Szenario ca. 30 \%. Die R{\"u}ckg{\"a}nge bei den auf dem ISI-MIP-Szenario basierenden Modellstudien liegen hingegen nur bei ca. 10 \%. Hauptursachen f{\"u}r diese Divergenz sind die Unterschiede in den Niederschlagsprojektionen sowie die Unterschiede in der jahreszeitlichen Verteilung der Erw{\"a}rmung. Im STARS-Szenario gehen methodisch bedingt die Niederschl{\"a}ge zur{\"u}ck und der Winter erw{\"a}rmt sich st{\"a}rker als der Sommer. In dem ISI-MIP-Szenario bleiben die Niederschl{\"a}ge nahezu stabil und die Erw{\"a}rmung im Sommer und Winter unterscheidet sich nur geringf{\"u}gig. Generell nehmen die N{\"a}hrstoffeintr{\"a}ge und -frachten mit den Abfl{\"u}ssen in beiden Szenarien unterproportional ab, wobei die Frachten jeweils st{\"a}rker als die Eintr{\"a}ge zur{\"u}ckgehen. Die konkreten Effekte der Abfluss{\"a}nderungen sind gering und liegen im einstelligen Prozentbereich. Gleiches gilt f{\"u}r die Unterschiede zwischen den Szenarien. Der Effekt von zwei ausgew{\"a}hlten Maßnahmen zur Reduktion der N{\"a}hrstoffeintr{\"a}ge und -frachten unterscheidet sich bei verschiedenen Abflussverh{\"a}ltnissen, repr{\"a}sentiert durch unterschiedliche Klimaszenarien in unterschiedlich feuchter Auspr{\"a}gung, ebenfalls nur geringf{\"u}gig. Die Beantwortung der ersten beiden Forschungsfragen zeigt, dass die Aktualisierung von Klimaszenarien in einem ansonsten "eingefrorenen" Verbund von {\"o}kohydrologischen Daten und Modellen eine wichtige Pr{\"u}foption f{\"u}r die Plausibilisierung von Klimafolgenanalysen darstellt. Sie bildet die methodische Grundlage f{\"u}r die Schlussfolgerung, dass bei der Wassermenge eine Neubewertung der Klimafolgen notwendig ist, w{\"a}hrend dies bei den N{\"a}hrstoffeintr{\"a}gen und -frachten nicht der Fall ist. Die zur Beantwortung der dritten Forschungsfrage mit SWIM-live durchgef{\"u}hrten Validierungsstudien ergeben Diskrepanzen am Lysimeterstandort und bei den Abfl{\"u}ssen aus den Teilgebieten Saale und Spree. Sie lassen sich zum Teil mit der notwendigen Interpolationsweite der Witterungsdaten und dem Einfluss von Wasserbewirtschaftungsmaßnahmen erkl{\"a}ren. Insgesamt zeigen die Validierungsergebnisse, dass schon die Pilotversion von SWIM-live f{\"u}r eine {\"o}kohydrologische Ansprache des Gebietswasserhaushaltes im Elbeeinzugsgebiet genutzt werden kann. SWIM-live erm{\"o}glicht eine unmittelbare Betrachtung und Beurteilung simulierter Daten. Dadurch werden Unsicherheiten bei der Modellierung direkt offengelegt und k{\"o}nnen infolge dessen reduziert werden. Zum einen f{\"u}hrte die Verdichtung der meteorologischen Eingangsdaten durch die Verwendung von nun ca. 700 anstatt 19 Klima- bzw. Niederschlagstationen zu einer Verbesserung der Ergebnisse. Zum anderen wurde SWIM-live beispielhaft f{\"u}r einen Zyklus aus punktueller Modellverbesserung und fl{\"a}chiger {\"U}berpr{\"u}fung der Simulationsergebnisse genutzt. Die einzelnen Teilarbeiten tragen jeweils zur Dynamisierung von Klimafolgenanalysen im Elbegebiet bei. Der Anlass hierf{\"u}r war durch die fehlerhaften methodischen Grundlagen von STARS gegeben. Die Sinnf{\"a}lligkeit der Dynamisierung ist jedoch nicht an diesen konkreten Anlass gebunden, sondern beruht auf der grundlegenden Einsicht, dass Ad-hoc-Szenarienanalysen immer auch pragmatische Vereinfachungen zugrunde liegen, die fortlaufend {\"u}berpr{\"u}ft werden m{\"u}ssen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Muksin2014,
  author    = {Muksin, Umar},
  title     = {A fault-controlled geothermal system in Tarutung (North Sumatra, Indonesia)investigated by seismological analysis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-72065},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2014},
  abstract  = {The seismic structure (Vp, Vp/Vs, and Qp anomalies) contributes to the physical properties and the lithology of rocks and possible fluid distribution in the region. The Vp model images the geometry of the Tarutung and the Sarulla basins. Both basins have a depth of around 2.0 km. High Vp/Vs and high attenuation (low Qp) anomalies are observed along the Sarulla graben associated with a weak zone caused by volcanic activities along the graben. Low Vp/Vs and low conductivity anomalies are found in the west of the Tarutung basin. This anomaly is interpreted as dry, compact, and rigid granitic rock in the region as also found by geological observations. Low Vp, high Vp/Vs and low Qp anomalies are found at the east of the Tarutung basin which appear to be associated with the three big geothermal manifestations in Sipoholon, Hutabarat, and Panabungan area. These anomalies are connected with high Vp/Vs and low Qp anomalies below the Tarutung basin at depth of around 3 - 10 km. This suggests that these geothermal manifestations are fed by the same source of the hot fluid below the Tarutung basin. The hot fluids from below the Tarutung basin propagate to the more dilatational and more permeable zone in the northeast. Granite found in the west of the Tarutung basin could also be abundant underneath the basin at a certain depth so that it prevents the hot fluid to be transported directly to the Tarutung basin. High seismic attenuation and low Vp/Vs anomalies are found in the southwest of the Tarutung basin below the Martimbang volcano. These anomalies are associated with hot rock below the volcano without or with less amount of partial melting. There is no indication that the volcano controls the geothermal system around the Tarutung basin. The geothermal resources around the Tarutung basin is a fault-controlled system as a result of deep circulation of fluids. Outside of the basin, the seismicity delineation and the focal mechanism correlate with the shape and the characteristics of the strike-slip Sumatran fault. Within the Tarutung basin, the seismicity is distributed more broadly which coincides with the margin of the basin. An extensional duplex system in the Tarutung basin is derived from the seismicity and focal mechanism analysis which is also consistent with the geological observations. The vertical distribution of the seismicity suggests the presence of a negative flower structure within the Tarutung basin.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Liebs2014,
  author    = {Liebs, G{\"o}ran},
  title     = {Ground penetration radar wave velocities and their uncertainties},
  doi       = {10.25932/publishup-43680},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-436807},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {ii, 106},
  year      = {2014},
  abstract  = {We develop three new approaches for ground penetration wave velocity calcultaions. The first is based on linear moveout spectra to find the optimum ground wave velocity including uncertainties from multi-offset data gathers. We used synthetic data to illustrate the principles of the method and to investigate uncertainties in ground wave velocity estimates. To demonstrate the applicability of the approach to real data, we analyzed GPR data sets recorded at field sites in Canada over an annual cycle from Steelman \& Endres [2010]. The results obtained by this efficient and largely automated procedure agree well with the manual achieved results of Steelman \& Endres [2010], derived by a more laborious largely manual analysis strategy. Then we develop a second methodology to global invert reflection traveltimes with a particle swarm optimization approach more precise then conventional spectral NMO-based velocity analysis (e.g., Greaves et al. [1996]). For global optimization, we use particle swarm optimization (PSO; Kennedy \& Eberhart [1995]) in the combination with a fast eikonal solver as forward solver (Sethian [1996]; Fomel [1997a]; Sethian \& Popovici [1999]). This methodology allows us to generate reliability CMP derived models of subsurface velocities and water content including uncertainties. We test this method with synthetic data to study the behavior of the PSO algorithm. Afterward, We use this method to analyze our field data from a well constrained test site in Horstwalde, Germany. The achieved velocity models from field data showed good agreement to borehole logging and direct-push data (Schmelzbach et al. [2011]) at the same site position. For the third method we implement a global optimization approach also based on PSO to invert direct-arrival traveltimes of VRP data to obtain high resolution 1D velocity models including quantitative estimates of uncertainty. Our intensive tests with several traveltime data sets helped to understand the behavior of PSO algorithm for inversion. Integration of the velocity model to VRP reflection imaging and attenuation model improved the potential of VRP surveying. Using field data, we examine this novel analysis strategy for the development of petrophysical models and the linking between GPR borehole and other logging data to surface GPR reflection data.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Abdelfadil2013,
  author    = {Abdelfadil, Khaled Mohamed},
  title     = {Geochemistry of Variscan lamprophyre magmatism in the Saxo-Thuringian Zone},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-68854},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2013},
  abstract  = {Lamprophyres are mantle-derived magmatic rocks, commonly occurring as dikes. They are readily identified from their field setting, petrography, chemical and mineralogical composition. These rocks not only provide important information on melting processes in the mantle, but also on geodynamic processes modifying the mantle. There are numerous occurrences of lamprophyres in the Saxo-Thuringian Zone of Variscan Central Europe, which are useful to track the variable effects of the Variscan orogeny on local mantle evolution. This work presents and evaluates the mineralogical, geochemical, and Sr-Nd-Pb isotopic data of late-Variscan calc-alkaline lamprophyres, post-Variscan ultramafic lamprophyres, of alkaline basalt from Lusatia, and, for comparison, of pre-Variscan gabbros. In addition, lithium isotopic signatures combined with Sr-Nd-Pb isotopic data of late-Variscan calc-alkaline lamprophyres from three different Variscan Domains (i.e., Erzgebirge, Lusatia, and Sudetes) are used to assess compositional changes of the mantle during Variscan orogeny.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Cherubini2013,
  author    = {Cherubini, Yvonne},
  title     = {Influence of faults on the 3D coupled fluid and heat transport},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-69755},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2013},
  abstract  = {Da geologische St{\"o}rungen k{\"o}nnen als Grundwasserleiter, -Barrieren oder als gemischte leitende /stauende Fluidsysteme wirken. Aufgrund dessen k{\"o}nnen St{\"o}rungen maßgeblich den Grundwasserfluss im Untergrund beeinflussen, welcher deutliche Ver{\"a}nderungen des tiefen thermischen Feldes bewirken kann. Grundwasserdynamik und Temperaturver{\"a}nderungen sind wiederum entscheidende Faktoren f{\"u}r die Exploration geothermischer Energie. Diese Studie untersuchte den Einfluss von St{\"o}rungen auf das Fluidsystem und das thermische Feld im Untergrund. Sie erforschte die physikalischen Prozesse, welche das Fluidverhalten und die Temperaturverteilung in St{\"o}rungen und in den umgebenden Gesteinen. Dazu wurden 3D Finite Elemente Simulationen des gekoppelten Fluid und W{\"a}rmetransports f{\"u}r synthetische sowie reale Modelszenarien auf unterschiedlichen Skalen durchgef{\"u}hrt. Um den Einfluss einer schr{\"a}g einfallenden St{\"o}rung systematisch durch die schrittweise Ver{\"a}nderung der hydraulischen {\"O}ffnungsweite und der Permeabilit{\"a}t, zu untersuchen, wurde ein klein-skaliges synthetisches Modell entwickelt. Ein inverser linearer Zusammenhang wurde festgestellt, welcher zeigt, dass sich die Fluidgeschwindigkeit in der St{\"o}rung jeweils um ~1e-01 m/s verringert, wenn die {\"O}ffnungsweite der St{\"o}rung um jeweils eine Magnitude vergr{\"o}ßert wird. Ein hoher Permeabilit{\"a}tskontrast zwischen St{\"o}rung und umgebender Matrix beg{\"u}nstigt die Fluidadvektion hin zur St{\"o}rung und f{\"u}hrt zu ausgepr{\"a}gten Druck- und Temperaturver{\"a}nderungen innerhalb und um die St{\"o}rung herum. Bei geringem Permeabilit{\"a}tskontrast zwischen St{\"o}rung und umgebendem Gestein findet hingegen kein Fluidfluss in der St{\"o}rung statt, wobei das hydrostatische Druck- sowie das Temperaturfeld unver{\"a}ndert bleiben. Auf Grundlage der synthetischen Modellierungsergebnisse wurde der Einfluss von St{\"o}rungen auf einer gr{\"o}ßeren Skala anhand eines komplexeren (realen) geologischen Systems analysiert. Dabei handelt es sich um ein 3D Modell des Geothermiestandortes Groß Sch{\"o}nebeck, der ca. 40 km n{\"o}rdlich von Berlin liegt. Die Integration von einer permeablen und drei impermeablen Hauptst{\"o}rungen, zeigte unterschiedlich starke Einfl{\"u}sse auf Fluidzirkulation, Temperatur - und Druckfeld. Die modellierte konvektive Zirkulation in der permeablen St{\"o}rung ver{\"a}ndert das thermische Feld stark (bis zu 15 K). In den gering durchl{\"a}ssigen St{\"o}rungen wird die W{\"a}rme ausschließlich durch Diffusion geleitet. Der konduktive W{\"a}rmetransport beeinflusst das thermische Feld nicht, bewirkt jedoch lokale Ver{\"a}nderungen des hydrostatischen Druckfeldes. Um den Einfluss großer St{\"o}rungszonen mit kilometerweitem vertikalen Versatz auf das geothermische Feld der Beckenskala zu untersuchen, wurden gekoppelte Fluid- und W{\"a}rmetransportsimulationen f{\"u}r ein 3D Strukturmodell des Gebietes Brandenburg durchgef{\"u}hrt (Noack et al. 2010; 2013). Bez{\"u}glich der St{\"o}rungspermeabilit{\"a}t wurden verschiedene geologische Szenarien modelliert, von denen zwei Endgliedermodelle ausgewertet wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die undurchl{\"a}ssigen St{\"o}rungen den Fluidfluss nur lokal beeinflussen. Da sie als hydraulische Barrieren wirken, wird der Fluidfluss mir sehr geringen Geschwindigkeiten entlang der St{\"o}rungen innerhalb eines Bereichs von ~ 1 km auf jeder Seite umgelenkt. Die modellierten lokalen Ver{\"a}nderungen des Grundwasserzirkulationssystems haben keinen beobachtbaren Effekt auf das Temperaturfeld. Hingegen erzeugen permeable St{\"o}rungszonen eine ausgepr{\"a}gte thermische Signatur innerhalb eines Einflussbereichs von ~ 2.4-8.8 km in -1000 m Tiefe und ~6-12 km in -3000 m Tiefe. Diese thermische Signatur, in der sich k{\"a}ltere und w{\"a}rmere Temperaturbereiche abwechseln, wird durch auf- und abw{\"a}rts gerichteten Fluidfluss innerhalb der St{\"o}rung verursacht, der grunds{\"a}tzlich durch existierende Gradienten in der hydraulischen Druckh{\"o}he angetrieben wird. Alle Studien haben gezeigt, dass St{\"o}rungen einen beachtlichen Einfluss auf den Fluid-, und W{\"a}rmefluss haben. Es stellte sich heraus, dass die Permeabilit{\"a}t in der St{\"o}rung und in den umgebenden geologischen Schichten so wie der spezifische geologische Rahmen entscheidende Faktoren in der Ausbildung verschiedener W{\"a}rmetransportmechanismen sind, die sich in St{\"o}rungen entwickeln k{\"o}nnen. Die von permeablen St{\"o}rungen verursachten Temperaturver{\"a}nderungen k{\"o}nnen lokal, jedoch groß sein, genauso wie die durch hydraulisch leitende und nichtleitende St{\"o}rungen hervorgerufenen Ver{\"a}nderungen des Fluidystems. Letztlich haben die Simulationen f{\"u}r die unterschiedlich skalierten Modelle gezeigt, dass die Ergebnisse sich nicht aufeinander {\"u}bertragen lassen und dass es notwendig ist, jeden geologischen Rahmen hinsichtlich Konfiguration und Gr{\"o}ßenskala gesondert zu betrachten. Abschließend hat diese Studie demonstriert, dass die Betrachtung von St{\"o}rungen in 3D Finiten Elementen Modellen f{\"u}r die Simulation von gekoppeltem Fluid- und W{\"a}rmetransport auf unterschiedlichen Skalen m{\"o}glich ist. Da diese Art von numerischen Simulationen sowohl die geologische Struktur des Untergrunds sowie die im Erdinnern ablaufenden physikalischen Prozesse integriert, k{\"o}nnen sie einen wertvollen Beitrag leisten, indem sie Feld- und Laborgest{\"u}tzte Untersuchungen vervollst{\"a}ndigen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Sauer2013,
  author    = {Sauer, Patrick},
  title     = {Liberation of low molecular weight organic acids from sedimentary organic matter and their role on microbial activity},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-68830},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2013},
  abstract  = {Low molecular weight organic acids (LMWOAs) are important nutrients for microbes. However, most LMWOAs do not exist freely in the environment but are bound to macromolecular organic matter, e.g. kerogen, lignite and coal. During burial and geological maturation of sedimentary macromolecular organic matter biological and abiological processes promote the liberation of LMWOAs into the surrounding sediment. Through this process, microbes in sedimentary subsurface environments are supplied with essential nutrients. To estimate the feedstock potential of buried macromolecular organic matter to many environments it is important to determine the amount of LMWOAs that are bound to such a matrix. However, high-pressure and high temperature are a key feature of deep subsurface environments, and these physical parameters have a profound influence on chemical reaction kinetics. Therefore it is essential for the estimation of the feedstock potential to generate high-pressure and high temperature for the liberation of LMWOAs to recreate true in-situ conditions. This work presents a newly developed, inexpensive incubation system for biological and geological samples. It allows the application of high-pressure and high temperature as well as a subsampling of the liquid phase without loss of pressure, thereby not disturbing the on-going processes. When simulating the liberation of LMWOAs from sedimentary organic matter, the newly developed incubation system produces more realistic results than other extraction systems like Soxhlet. The extraction products remain in the extraction medium throughout the extraction, influencing the chemical conditions of the extraction medium. Sub-bituminous coal samples from New Zealand as well as lignite samples from Germany were extracted at elevated temperature (90˚C) and pressure (5 MPa). The main LMWOAs released from these low rank coals were formate, acetate and oxalate. Extraction efficiency was increased by two to four times for formate, acetate and oxalate in comparison to existing extraction methods without pressurisation and with demineralised water. This shows the importance of pressure for the simulation of true in-situ conditions and suggests that the amount of bioavailable LMWOAs is higher than previously thought. With the increase in carbon capture and storage (CCS) and the enhanced recovery of oil and gas (EOR/EGR), more and more CO2 becomes injected into the underground. However, the effects of elevated concentrations of carbon dioxide on sedimentary organic matter are rarely investigated. As the incuabtion system allows the manipulation of the composition and partial pressure of dissolved gasses, the effect of highly gas-enriched (CO2, CO2/SO2, CO2/NO2; to simulate flue gas conditions) waters on the extraction yield of LMWOAs from macromolecular organic matter was evaluated. For sub-bituminous coal the concentrations of all LMWAOs decreased upon the addition of gas, irrespective of its composition, whereas for lignite formate always and acetate mostly increased, while oxalate decreased. This suggests an positive effect on the nutrient supply for the subsurface microbiota of lignite layers, as formate and acetate are the most common LMWOAs used for microbial metabolism. In terrestrial mud volcanoes (TMVs), sedimentary material is rapidly ascending from great depth to the surface. Therefore LMWOAs that were produced from buried macromolecular organic matter at depth are also brought up to the surface, and fuel heterotrophic microbial ecosystems at the surface. TMVs represent geochemically and microbiologically diverse habitats, which are supplied with organic substrates and electron acceptors from deep-seated hydrocarbon-generating systems and intersected shallow aquifers, respectively. The main electron donor in TMVs in Azerbaijan is sulphate, and microbial sulphate reduction leads to the production of a wide range of reduced sulphur species that are key players in several biological processes. In our study we estimated the effect of LMWOAs on the sulphur metabolising activity of microorganims in TMVs from Azerbaijan. The addition of a mixture of volatile fatty acids containing acetate and other LMWOAs showed significant positive response to the sulphate reduction rate (SRR) of samples of several mud volcanoes. Further investigations on the temperature dependency of the SRR and the characterisation of thermophilic sulphate-reducing bacteria (SRB) showed a connection between the deep hot subsurface and the surface.},
  language  = {de}
}