@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}
}