TY  - THES
A1  - Bamberg, Marlene
T1  - Planetary mapping tools applied to floor-fractured craters on Mars
T1  - Planetare Analysewerkzeuge am Anwendungsgebiet von Kratern mit zerbrochenen Boeden auf dem Mars
N2  - Planetary research is often user-based and requires considerable skill, time, and effort. Unfortunately, self-defined boundary conditions, definitions, and rules are often not documented or not easy to comprehend due to the complexity of research. This makes a comparison to other studies, or an extension of the already existing research, complicated. Comparisons are often distorted, because results rely on different, not well defined, or even unknown boundary conditions. The purpose of this research is to develop a standardized analysis method for planetary surfaces, which is adaptable to several research topics. The method provides a consistent quality of results. This also includes achieving reliable and comparable results and reducing the time and effort of conducting such studies. A standardized analysis method is provided by automated analysis tools that focus on statistical parameters. Specific key parameters and boundary conditions are defined for the tool application. The analysis relies on a database in which all key parameters are stored. These databases can be easily updated and adapted to various research questions. This increases the flexibility, reproducibility, and comparability of the research. However, the quality of the database and reliability of definitions directly influence the results. To ensure a high quality of results, the rules and definitions need to be well defined and based on previously conducted case studies. The tools then produce parameters, which are obtained by defined geostatistical techniques (measurements, calculations, classifications). The idea of an automated statistical analysis is tested to proof benefits but also potential problems of this method. In this study, I adapt automated tools for floor-fractured craters (FFCs) on Mars. These impact craters show a variety of surface features, occurring in different Martian environments, and having different fracturing origins. They provide a complex morphological and geological field of application. 433 FFCs are classified by the analysis tools due to their fracturing process. Spatial data, environmental context, and crater interior data are analyzed to distinguish between the processes involved in floor fracturing. Related geologic processes, such as glacial and fluvial activity, are too similar to be separately classified by the automated tools. Glacial and fluvial fracturing processes are merged together for the classification. The automated tools provide probability values for each origin model. To guarantee the quality and reliability of the results, classification tools need to achieve an origin probability above 50 %. This analysis method shows that 15 % of the FFCs are fractured by intrusive volcanism, 20 % by tectonic activity, and 43 % by water & ice related processes. In total, 75 % of the FFCs are classified to an origin type. This can be explained by a combination of origin models, superposition or erosion of key parameters, or an unknown fracturing model. Those features have to be manually analyzed in detail. Another possibility would be the improvement of key parameters and rules for the classification. This research shows that it is possible to conduct an automated statistical analysis of morphologic and geologic features based on analysis tools. Analysis tools provide additional information to the user and are therefore considered assistance systems.
N2  - Planetenforschung umfasst oft zeitintensive Projekte, bei denen Expertise und Erfahrung eine wesentliche Rolle spielen. Auf Grund äusserst komplexer und sich selten wiederholender Forschungsfragen sind Annahmen, Definitionen und Regeln zur Lösung dieser Fragen nicht leicht nachvollziehbar oder aber nicht eindeutig dokumentiert. Ein Vergleich der Ergebnisse unterschiedlicher Forscher zum selben Thema oder eine Erweiterung der Forschungsfrage macht dies somit nur schwer möglich. Vergleiche liefern oftmals verzerrte Ergebnisse, da die Ausgangslage und Randbedingungen unterschiedlich definiert worden sind. Das Ziel dieser Arbeit ist es eine Standardmethode zur Oberflächenanalyse zu entwickeln, die auf zahlreiche Untersuchungsfragen angewandt werden kann. Eine gleichbleibende Qualität der Ergebnisse muss durch diese Methode gewährleistet sein. Ein weiteres Ziel ist es, dass diese Methode ohne Vorwissen und Expertise angewandt werden kann und die Ergebnisse in kurzer Zeit vorliegen. Ausserdem müssen die Ergebnisse vergleichbar und nachvollziehbar sein. Automatisch operierende Analysewerkzeuge können die zahlreichen Anforderungen erfüllen und als Standardmethode dienen. Statistische Ergebnisse werden durch diese Methode erzielt. Die Werkzeuge basieren auf vordefinierten, geowissenschaftlichen Techniken und umfassen Messungen, Berechnungen und Klassifikationen der zu untersuchenden Oberflächenstrukturen. Für die Anwendung dieser Werkzeuge müssen Schlüsselstrukturen und Randbedingungen definiert werden. Des Weiteren benötigen die Werkzeuge eine Datenbank, in der alle Oberflächenstrukturen, aber auch Informationen zu den Randbedingungen gespeichert sind. Es ist mit geringem Aufwand möglich, Datenbanken zu aktualisieren und sie auf verschiedenste Fragestellungen zu adaptieren. Diese Tatsache steigert die Flexibilität, Reproduzierbarkeit und auch Vergleichbarkeit der Untersuchung. Die vordefinierten Randbedingungen und die Qualität der Datenbank haben jedoch auch direkten Einfluss auf die Qualität der Ergebnisse. Um eine gleichbleibend hohe Qualität der Untersuchung zu gewährleisten muss sichergestellt werden, dass alle vordefinierten Bedingungen eindeutig sind und auf vorheriger Forschung basieren. Die automatisch operierenden Analysewerkzeuge müssen als mögliche Standardmethode getestet werden. Hierbei geht es darum Vorteile, aber auch Nachteile zu identifizieren und zu bewerten. In dieser Arbeit werden die Analysewerkzeuge auf einen bestimmten Einschlagskratertyp auf dem Mars angewandt. Krater mit zerbrochenen Kraterböden (Floor-Fractured Craters) sind in verschiedensten Regionen auf dem Mars zu finden, sie zeigen zahlreiche Oberflächenstrukturen und wurden durch unterschiedliche Prozesse geformt. All diese Fakten machen diesen Kratertyp zu einem interessanten und im geologischen und morphologischen Sinne sehr komplexen Anwendungsgebiet. 433 Krater sind durch die Werkzeuge analysiert und je nach Entstehungsprozess klassifiziert worden. Für diese Analyse sind Position der Krater, Art des Umfeldes und Strukturen im Kraterinneren ausschlaggebend. Die kombinierten Informationen geben somit Auskunft über die Prozesse, welche zum Zerbrechen des Kraterbodens geführt haben. Die entwickelten Analysewerkzeuge können geologische Prozesse, die sehr ähnlich zueinander sind, von einander abhängig sind und zusätzlich auch dieselben Oberflächenstrukturen formen, nicht eindeutig unterscheiden. Aus diesem Grund sind fluviale und glaziale Entstehungsprozesse für den untersuchten Kratertyp zusammengefasst. Die Analysewerkzeuge liefern Wahrscheinlichkeitswerte für drei mögliche Entstehungsarten. Um die Qualität der Ergebnisse zu verbessern muss eine Wahrscheinlichkeit über 50 % erreicht werden. Die Werkzeuge zeigen, dass 15 % der Krater durch Vulkanismus, 20 % durch Tektonik und 43 % durch Wasser- und Eis-bedingte Prozesse gebildet wurden. Insgesamt kann für 75 % des untersuchten Kratertyps ein potentieller Entstehungsprozess zugeordnet werden. Für 25 % der Krater ist eine Klassifizierung nicht möglich. Dies kann durch eine Kombination von geologischen Prozessen, einer Überprägung von wichtigen Schlüsselstrukturen, oder eines bisher nicht berücksichtigten Prozesses erklärt werden. Zusammenfassend ist zu sagen, dass es möglich ist planetare Oberflächenstrukturen quantitativ durch automatisch operierende Analysewerkzeuge zu erfassen und hinsichtlich einer definierten Fragestellung zu klassifizieren. Zusätzliche Informationen können durch die entwickelten Werkzeuge erhalten werden, daher sind sie als Assistenzsystem zu betrachten.
KW  - Datenbank
KW  - Automatisierung
KW  - Klassifizierung
KW  - geologische Prozesse
KW  - Geomorphologie
KW  - database
KW  - automation
KW  - classification
KW  - geological processes
KW  - geomorphology
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72104
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TY  - THES
A1  - Balzer, Arnim
T1  - Crab flare observations with H.E.S.S. phase II
T1  - Crab Flare Observations with H.E.S.S. Phase II
N2  - The H.E.S.S. array is a third generation Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope (IACT) array. It is located in the Khomas Highland in Namibia, and measures very high energy (VHE) gamma-rays. In Phase I, the array started data taking in 2004 with its four identical 13 m telescopes. Since then, H.E.S.S. has emerged as the most successful IACT experiment to date. Among the almost 150 sources of VHE gamma-ray radiation found so far, even the oldest detection, the Crab Nebula, keeps surprising the scientific community with unexplained phenomena such as the recently discovered very energetic flares of high energy gamma-ray radiation. During its most recent flare, which was detected by the Fermi satellite in March 2013, the Crab Nebula was simultaneously observed with the H.E.S.S. array for six nights. The results of the observations will be discussed in detail during the course of this work. During the nights of the flare, the new 24 m × 32 m H.E.S.S. II telescope was still being commissioned, but participated in the data taking for one night. To be able to reconstruct and analyze the data of the H.E.S.S. Phase II array, the algorithms and software used by the H.E.S.S. Phase I array had to be adapted. The most prominent advanced shower reconstruction technique developed by de Naurois and Rolland, the template-based model analysis, compares real shower images taken by the Cherenkov telescope cameras with shower templates obtained using a semi-analytical model. To find the best fitting image, and, therefore, the relevant parameters that describe the air shower best, a pixel-wise log-likelihood fit is done. The adaptation of this advanced shower reconstruction technique to the heterogeneous H.E.S.S. Phase II array for stereo events (i.e. air showers seen by at least two telescopes of any kind), its performance using MonteCarlo simulations as well as its application to real data will be described.
N2  - Das H.E.S.S. Experiment misst sehr hochenergetische Gammastrahlung im Khomas Hochland von Namibia. Es ist ein sogenanntes abbildendes atmosphärisches Cherenkov-Teleskopsystem welches in der 1. Phase, die im Jahr 2004 mit der Datennahme begann, aus vier identischen 13 m Spiegelteleskopen bestand. Seitdem hat sich H.E.S.S. als das erfolgreichstes Experiment in der bodengebundenen Gammastrahlungsastronomie etabliert. Selbst die älteste der mittlerweile fast 150 entdeckten Quellen von sehr hochenergetischer Gammastrahlung, der Krebsnebel, fasziniert immernoch Wissenschaftler mit neuen bisher unbekannten und unerwarteten Phänomenen. Ein Beispiel dafür sind die vor kurzem entdeckten sehr energiereichen Ausbrüche von hochenergetischer Gammastrahlung. Bei dem letzten deratigen Ausbruch des Krebsnebels im März 2013 hat das H.E.S.S. Experiment für sechs Nächte simultan mit dem Fermi-Satelliten, welcher den Ausbruch entdeckte, Daten genommen. Die Analyse der Daten, deren Ergebnis und deren Interpretation werden im Detail in dieser Arbeit vorgestellt. Während dieser Beobachtungen befand sich ein neues 24 m × 32 m großes Spiegelteleskop, das H.E.S.S. II- Teleskop, noch in seiner Inbetriebnahme, trotzdem hat es für eine dieser sechs Nächte an der Datennahme des gesamten Teleskopsystems teilgenommen. Um die Daten rekonstruieren und analysieren zu können, mussten die für die 1. Phase des Experiments entwickelten Algorithmen und die Software des H.E.S.S.- Experiments angepasst werden. Die fortschrittlichste Schauerrekonstruktionsmethode, welche von de Naurois und Rolland entwickelt wurde, basiert auf dem Vergleich von echten Schauerbildern, die mit Hilfe der Cherenkov-Kameras der einzelnen Teleskope aufgenommen wurden, mit Schauerschablonen die mit Hilfe eines semianalytischen Modells erzeugt wurden. Das am besten passende Bild und damit auch alle relevanten Schauerparameter, wird mit Hilfe einer pixelweisen Loglikelihood-Anpassung ermittelt. Die nötigen Änderungen um Multiteleskopereignisse, welche vom heterogenen H.E.S.S. Phase II Detektor gemessen wurden, mit Hilfe dieser fortschrittlichen Schauerrekonstruktionsmethode analysieren zu können, sowie die resultierenden Ergebnisse von MonteCarlo-Simulationen, als auch die Anwendung auf echte Daten, werden im Rahmen dieser Arbeit präsentiert.
KW  - Gammastrahlungsastronomie
KW  - Rekonstruktionsmethoden
KW  - Datenanalyse
KW  - Krebsnebel
KW  - gamma-ray astronomy
KW  - reconstruction methods
KW  - data analysis
KW  - Crab Nebula
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72545
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TY  - THES
A1  - Steinert, Bastian
T1  - Built-in recovery support for explorative programming
T1  - Eingebaute Unterstützung für Wiederherstellungsbedürfnisse für unstrukturierte ergebnisoffene Programmieraufgaben
BT  - preserving immediate access to static and dynamic information of intermediate development states
BT  - Erhaltung des unmittelbaren Zugriffs auf statische und dynamische Informationen von Entwicklungszwischenständen
N2  - This work introduces concepts and corresponding tool support to enable a complementary approach in dealing with recovery. Programmers need to recover a development state, or a part thereof, when previously made changes reveal undesired implications. However, when the need arises suddenly and unexpectedly, recovery often involves expensive and tedious work. To avoid tedious work, literature recommends keeping away from unexpected recovery demands by following a structured and disciplined approach, which consists of the application of various best practices including working only on one thing at a time, performing small steps, as well as making proper use of versioning and testing tools. However, the attempt to avoid unexpected recovery is both time-consuming and error-prone. On the one hand, it requires disproportionate effort to minimize the risk of unexpected situations. On the other hand, applying recommended practices selectively, which saves time, can hardly avoid recovery. In addition, the constant need for foresight and self-control has unfavorable implications. It is exhaustive and impedes creative problem solving. This work proposes to make recovery fast and easy and introduces corresponding support called CoExist. Such dedicated support turns situations of unanticipated recovery from tedious experiences into pleasant ones. It makes recovery fast and easy to accomplish, even if explicit commits are unavailable or tests have been ignored for some time. When mistakes and unexpected insights are no longer associated with tedious corrective actions, programmers are encouraged to change source code as a means to reason about it, as opposed to making changes only after structuring and evaluating them mentally. This work further reports on an implementation of the proposed tool support in the Squeak/Smalltalk development environment. The development of the tools has been accompanied by regular performance and usability tests. In addition, this work investigates whether the proposed tools affect programmers’ performance. In a controlled lab study, 22 participants improved the design of two different applications. Using a repeated measurement setup, the study examined the effect of providing CoExist on programming performance. The result of analyzing 88 hours of programming suggests that built-in recovery support as provided with CoExist positively has a positive effect on programming performance in explorative programming tasks.
N2  - Diese Arbeit präsentiert Konzepte und die zugehörige Werkzeugunterstützung um einen komplementären Umgang mit Wiederherstellungsbedürfnissen zu ermöglichen. Programmierer haben Bedarf zur Wiederherstellung eines früheren Entwicklungszustandes oder Teils davon, wenn ihre Änderungen ungewünschte Implikationen aufzeigen. Wenn dieser Bedarf plötzlich und unerwartet auftritt, dann ist die notwendige Wiederherstellungsarbeit häufig mühsam und aufwendig. Zur Vermeidung mühsamer Arbeit empfiehlt die Literatur die Vermeidung von unerwarteten Wiederherstellungsbedürfnissen durch einen strukturierten und disziplinierten Programmieransatz, welcher die Verwendung verschiedener bewährter Praktiken vorsieht. Diese Praktiken sind zum Beispiel: nur an einer Sache gleichzeitig zu arbeiten, immer nur kleine Schritte auszuführen, aber auch der sachgemäße Einsatz von Versionskontroll- und Testwerkzeugen. Jedoch ist der Versuch des Abwendens unerwarteter Wiederherstellungsbedürfnisse sowohl zeitintensiv als auch fehleranfällig. Einerseits erfordert es unverhältnismäßig hohen Aufwand, das Risiko des Eintretens unerwarteter Situationen auf ein Minimum zu reduzieren. Andererseits ist eine zeitsparende selektive Ausführung der empfohlenen Praktiken kaum hinreichend, um Wiederherstellungssituationen zu vermeiden. Zudem bringt die ständige Notwendigkeit an Voraussicht und Selbstkontrolle Nachteile mit sich. Dies ist ermüdend und erschwert das kreative Problemlösen. Diese Arbeit schlägt vor, Wiederherstellungsaufgaben zu vereinfachen und beschleunigen, und stellt entsprechende Werkzeugunterstützung namens CoExist vor. Solche zielgerichtete Werkzeugunterstützung macht aus unvorhergesehenen mühsamen Wiederherstellungssituationen eine konstruktive Erfahrung. Damit ist Wiederherstellung auch dann leicht und schnell durchzuführen, wenn explizit gespeicherte Zwischenstände fehlen oder die Tests für einige Zeit ignoriert wurden. Wenn Fehler und unerwartete Ein- sichten nicht länger mit mühsamen Schadensersatz verbunden sind, fühlen sich Programmierer eher dazu ermutig, Quelltext zu ändern, um dabei darüber zu reflektieren, und nehmen nicht erst dann Änderungen vor, wenn sie diese gedanklich strukturiert und evaluiert haben. Diese Arbeit berichtet weiterhin von einer Implementierung der vorgeschlagenen Werkzeugunterstützung in der Squeak/Smalltalk Entwicklungsumgebung. Regelmäßige Tests von Laufzeitverhalten und Benutzbarkeit begleiteten die Entwicklung. Zudem prüft die Arbeit, ob sich die Verwendung der vorgeschlagenen Werkzeuge auf die Leistung der Programmierer auswirkt. In einem kontrollierten Experiment, verbesserten 22 Teilnehmer den Aufbau von zwei verschiedenen Anwendungen. Unter der Verwendung einer Versuchsanordnung mit wiederholter Messung, ermittelte die Studie die Auswirkung von CoExist auf die Programmierleistung. Das Ergebnis der Analyse von 88 Programmierstunden deutet darauf hin, dass sich eingebaute Werkzeugunterstützung für Wiederherstellung, wie sie mit CoExist bereitgestellt wird, positiv bei der Bearbeitung von unstrukturierten ergebnisoffenen Programmieraufgaben auswirkt.
KW  - Softwaretechnik
KW  - Entwicklungswerkzeuge
KW  - Versionierung
KW  - Testen
KW  - software engineering
KW  - development tools
KW  - versioning
KW  - testing
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71305
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TY  - THES
A1  - Ermeydan, Mahmut Ali
T1  - Wood cell wall modification with hydrophobic molecules
T1  - Modifikation von Holzzellwänden durch hydrophobe Moleküle
N2  - Wood is used for many applications because of its excellent mechanical properties, relative abundance and as it is a renewable resource. However, its wider utilization as an engineering material is limited because it swells and shrinks upon moisture changes and is susceptible to degradation by microorganisms and/or insects. Chemical modifications of wood have been shown to improve dimensional stability, water repellence and/or durability, thus increasing potential service-life of wood materials. However current treatments are limited because it is difficult to introduce and fix such modifications deep inside the tissue and cell wall. Within the scope of this thesis, novel chemical modification methods of wood cell walls were developed to improve both dimensional stability and water repellence of wood material. These methods were partly inspired by the heartwood formation in living trees, a process, that for some species results in an insertion of hydrophobic chemical substances into the cell walls of already dead wood cells, In the first part of this thesis a chemistry to modify wood cell walls was used, which was inspired by the natural process of heartwood formation. Commercially available hydrophobic flavonoid molecules were effectively inserted in the cell walls of spruce, a softwood species with low natural durability, after a tosylation treatment to obtain “artificial heartwood”. Flavonoid inserted cell walls show a reduced moisture absorption, resulting in better dimensional stability, water repellency and increased hardness. This approach was quite different compared to established modifications which mainly address hydroxyl groups of cell wall polymers with hydrophilic substances. In the second part of the work in-situ styrene polymerization inside the tosylated cell walls was studied. It is known that there is a weak adhesion between hydrophobic polymers and hydrophilic cell wall components. The hydrophobic styrene monomers were inserted into the tosylated wood cell walls for further polymerization to form polystyrene in the cell walls, which increased the dimensional stability of the bulk wood material and reduced water uptake of the cell walls considerably when compared to controls. In the third part of the work, grafting of another hydrophobic and also biodegradable polymer, poly(ɛ-caprolactone) in the wood cell walls by ring opening polymerization of ɛ-caprolactone was studied at mild temperatures. Results indicated that polycaprolactone attached into the cell walls, caused permanent swelling of the cell walls up to 5%. Dimensional stability of the bulk wood material increased 40% and water absorption reduced more than 35%. A fully biodegradable and hydrophobized wood material was obtained with this method which reduces disposal problem of the modified wood materials and has improved properties to extend the material’s service-life. Starting from a bio-inspired approach which showed great promise as an alternative to standard cell wall modifications we showed the possibility of inserting hydrophobic molecules in the cell walls and supported this fact with in-situ styrene and ɛ-caprolactone polymerization into the cell walls. It was shown in this thesis that despite the extensive knowledge and long history of using wood as a material there is still room for novel chemical modifications which could have a high impact on improving wood properties.
N2  - Der nachwachsende Rohstoff Holz wird aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften und der leichten Verfügbarkeit für viele Anwendungszwecke genutzt. Quellen und Schrumpfen bei Feuchtigkeitsänderungen des hygroskopischen Werkstoffs Holz limitieren jedoch die Einsatzmöglichkeiten. Ein weiteres Problem stellt der mitunter leichte Abbau – u.a. bei feuchtem Holz - durch Mikroorganismen und/oder Insekten dar. Durch chemische Modifizierungen können die Dimensionsstabilität, die Hydrophobizität und die Dauerhaftigkeit verbessert und damit die potentielle Lebensdauer des Werkstoffes erhöht werden. Dabei ist die dauerhafte Modifikation der Zellwand nur äußerst schwer realisierbar. Inspiriert von der Kernholzbildung in lebenden Bäumen, ein zellwandverändernder Prozess, der Jahre nach der Holzbildung erfolgt, wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Ansätze zur chemischen Modifizierung der Zellwände entwickelt, um die Dimensionsstabilität und Hydrophobizität zu erhöhen. Der erste Teil der Arbeit ist stark vom Prozess der Kernholzbildung inspiriert, eine abgeleitete Chemie wurde verwendet, um die Zellwände von Fichte, einem Nadelholz von geringer natürlicher Dauerhaftigkeit, zu modifizieren. Kommerziell verfügbare hydrophobe Flavonoide wurden nach einem Tosylierungsschritt erfolgreich in die Zellwand eingebracht, um so „artifizielles Kernholz“ zu erzeugen. Die modifizierten Holzproben zeigten eine verringerte Wasseraufnahme, die zu erhöhter Dimensionsstabilität und Härte führte. Dieser Ansatz unterscheidet sich grundlegend von bereits etablierten Modifikationen, die hauptsächlich hypdrophile Substanzen an die Hydroxylgruppen der Zellwand anlagern. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Polymerisation von Styren in tosylierten Zellwänden. Es ist bekannt, dass es nur eine schwache Adhäsion zwischen den hydrophoben Polymeren und den hydrophilen Zellwandkomponenten gibt. Die hydrophoben Styren-Monomere wurden in die tosylierte Zellwand eingebracht und zu Polystyren polymerisiert. Wie bei der Modifikation mit Flavonoiden konnte eine erhöhte Dimensionsstabilität und reduzierte Wasseraufnahme der Zellwände beobachtet werden. Im dritten Teil der Arbeit wurde das biologisch abbaubare, hydrophobe poly(ɛ-caprolacton) in der Zellwand aufpolymerisiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Polycaprolacton in der Zellwand gebunden ist und zu einer permanenten Quellung führt (bis zu 5 %). Die Dimensionsstabilität nahm um 40 % zu und die Wasseraufnahmerate konnte um mehr als 35 % reduziert werden. Mit dieser Methode kann nicht nur dimensionsstabileres Holz realisiert werden, auch biologische Abbaubarkeit und damit eine einfache Entsorgung sind gewährleistest.
KW  - Holzmodifikation
KW  - hydrophobe Moleküle
KW  - Dimensionsstabilität
KW  - Wassergehalt
KW  - wood modification
KW  - hydrophobic molecules
KW  - dimensional stability
KW  - moisture content
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71325
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TY  - THES
A1  - Fischer, Jost Leonhardt
T1  - Nichtlineare Kopplungsmechanismen akustischer Oszillatoren am Beispiel der Synchronisation von Orgelpfeifen
T1  - Nonlinear coupling mechanisms of acoustical oscillators using the example of synchronization of organ pipes
N2  - In dieser Arbeit werden nichtlineare Kopplungsmechanismen von akustischen Oszillatoren untersucht, die zu Synchronisation führen können. Aufbauend auf die Fragestellungen vorangegangener Arbeiten werden mit Hilfe theoretischer und experimenteller Studien sowie mit Hilfe numerischer Simulationen die Elemente der Tonentstehung in der Orgelpfeife und die Mechanismen der gegenseitigen Wechselwirkung von Orgelpfeifen identifiziert. Daraus wird erstmalig ein vollständig auf den aeroakustischen und fluiddynamischen Grundprinzipien basierendes nichtlinear gekoppeltes Modell selbst-erregter Oszillatoren für die Beschreibung des Verhaltens zweier wechselwirkender Orgelpfeifen entwickelt. Die durchgeführten Modellrechnungen werden mit den experimentellen Befunden verglichen. Es zeigt sich, dass die Tonentstehung und die Kopplungsmechanismen von Orgelpfeifen durch das entwickelte Oszillatormodell in weiten Teilen richtig beschrieben werden. Insbesondere kann damit die Ursache für den nichtlinearen Zusammenhang von Kopplungsstärke und Synchronisation des gekoppelten Zwei-Pfeifen Systems, welcher sich in einem nichtlinearen Verlauf der Arnoldzunge darstellt, geklärt werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird der Einfluss des Raumes auf die Tonentstehung bei Orgelpfeifen betrachtet. Dafür werden numerische Simulationen der Wechselwirkung einer Orgelpfeife mit verschiedenen Raumgeometrien, wie z. B. ebene, konvexe, konkave, und gezahnte Geometrien, exemplarisch untersucht. Auch der Einfluss von Schwellkästen auf die Tonentstehung und die Klangbildung der Orgelpfeife wird studiert. In weiteren, neuartigen Synchronisationsexperimenten mit identisch gestimmten Orgelpfeifen, sowie mit Mixturen wird die Synchronisation für verschiedene, horizontale und vertikale Pfeifenabstände in der Ebene der Schallabstrahlung, untersucht. Die dabei erstmalig beobachteten räumlich isotropen Unstetigkeiten im Schwingungsverhalten der gekoppelten Pfeifensysteme, deuten auf abstandsabhängige Wechsel zwischen gegen- und gleichphasigen Sychronisationsregimen hin. Abschließend wird die Möglichkeit dokumentiert, das Phänomen der Synchronisation zweier Orgelpfeifen durch numerische Simulationen, also der Behandlung der kompressiblen Navier-Stokes Gleichungen mit entsprechenden Rand- und Anfangsbedingungen, realitätsnah abzubilden. Auch dies stellt ein Novum dar.
N2  - In this work non-linear coupling mechanisms in acoustic oscillator systems are examined which can lead to synchronization phenomena. This mechanisms are investigated in particular on organ pipes. Building up on the questions of preceding works the elements of the sound generation are identified using detailed experimental and theoretical studies, as well as numerical simulations. Furthermore the organ pipes interaction mechanisms of the mutual coupling are developed. This leads to a non-linear coupled oscillator model which is developed on the aeroacoustical and fluiddynamical first principles. The carried out model calculations are compared to the experimental results from preceding works. It appears that the sound generation and the coupling mechanisms are properly described by the developed nonlinear coupled model of self-sustained oscillators. In particular the cause can be cleared with it for the non-linear edges of the Arnold tongue of the coupled two-pipe system. With the new knowledge the influence of various space geometries on the sound generation of organ pipes is investigated. With numerical simulations the interaction of an organ pipe and different space geometries, like plane, convex, concave, and ridged geometry is studied. Also the influence of so called swell boxes on the sound generation and the sound pattern of the organ pipe is studied. In further new synchronization experiments with precisely equally tuned pairs of organ pipes, as well as with mixtures the synchronization is examined for various grids of horizontal and vertical pipe distances in the 2D-plane of sound radiation. The spatial discontinuities observed in the oscillation behaviour of the coupled pipe systems, point to changes between anti-phase and in-phase regimes of sychronization depending on pipes distances. Finally the possibility is documented to describe the phenomenon of the synchronization of two organ pipes realisticaly by solving the compressible Navier-Stokes equations numerically.
KW  - Synchronisation
KW  - Orgelpfeifen
KW  - Simulation
KW  - Experiment
KW  - Modell
KW  - synchronization
KW  - organ pipes
KW  - simulation
KW  - experiment
KW  - model
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71975
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TY  - THES
A1  - Dyachenko, Evgeniya
T1  - Elliptic problems with small parameter
T1  - Elliptische Problemen mit kleinem Parameter
N2  - In this thesis we consider diverse aspects of existence and correctness of asymptotic solutions to elliptic differential and pseudodifferential equations. We begin our studies with the case of a general elliptic boundary value problem in partial derivatives. A small parameter enters the coefficients of the main equation as well as into the boundary conditions. Such equations have already been investigated satisfactory, but there still exist certain theoretical deficiencies. Our aim is to present the general theory of elliptic problems with a small parameter. For this purpose we examine in detail the case of a bounded domain with a smooth boundary. First of all, we construct formal solutions as power series in the small parameter. Then we examine their asymptotic properties. It suffices to carry out sharp two-sided \emph{a priori} estimates for the operators of boundary value problems which are uniform in the small parameter. Such estimates failed to hold in functional spaces used in classical elliptic theory. To circumvent this limitation we exploit norms depending on the small parameter for the functions defined on a bounded domain. Similar norms are widely used in literature, but their properties have not been investigated extensively. Our theoretical investigation shows that the usual elliptic technique can be correctly carried out in these norms. The obtained results also allow one to extend the norms to compact manifolds with boundaries. We complete our investigation by formulating algebraic conditions on the operators and showing their equivalence to the existence of a priori estimates. In the second step, we extend the concept of ellipticity with a small parameter to more general classes of operators. Firstly, we want to compare the difference in asymptotic patterns between the obtained series and expansions for similar differential problems. Therefore we investigate the heat equation in a bounded domain with a small parameter near the time derivative. In this case the characteristics touch the boundary at a finite number of points. It is known that the solutions are not regular in a neighbourhood of such points in advance. We suppose moreover that the boundary at such points can be non-smooth but have cuspidal singularities. We find a formal asymptotic expansion and show that when a set of parameters comes through a threshold value, the expansions fail to be asymptotic. The last part of the work is devoted to general concept of ellipticity with a small parameter. Several theoretical extensions to pseudodifferential operators have already been suggested in previous studies. As a new contribution we involve the analysis on manifolds with edge singularities which allows us to consider wider classes of perturbed elliptic operators. We examine that introduced classes possess a priori estimates of elliptic type. As a further application we demonstrate how developed tools can be used to reduce singularly perturbed problems to regular ones.
N2  - In dieser Dissertation betrachten wir verschiedene Aspekte der Existenz und Korrektheit asymptotischer Lösungen für elliptische Differentialgleichungen und Pseudodifferentialgleichungen. Am Anfang betrachtet die Arbeit den Fall eines allgemeinen elliptischen Grenzwertproblems in partiellen Ableitungen. Hierbei hängen die Koeffizienten von einem kleinen Parameter ab. Solche Gleichungen wurden schon reichlich untersucht, aber es gibt immer noch theoretische Lücken. Unser Ziel ist eine allgemeine Theorie elliptischer Operatorklassen mit kleinen Parametern. Zu diesem Zweck untersuchen wir im Detail den Fall eines beschränkten Gebietes mit glattem Rand. Zuerst konstruieren wir formale Lösungen als Potenzreihe einer kleinen Variablen. Weiter untersuchen wir ihre asymptotischen Eigenschaften. Dazu reicht es aus, beidseitige A-Priori Abschätzungen für diejenigen Randwertproblemoperatoren zu bestimmen, die gleichmäßig stetig von den kleinen Parametern abhängen. Solche Abschätzungen gelten nicht in Funktionenräumen, die in der klassischen elliptischen Theorie benutzt werden. Um diese Beschränkungen zu überwinden, nutzen wir Normen abhängig vom kleinen Parameter. Änliche Normen finden sich oft in der Literatur, aber ihre Eigenschaften wurden unzureichend untersucht. Unsere theoretische Forschung zeigt, dass die gewöhnliche elliptische Methode korrekt durchgeführt werden kann. Die erhaltenen Abschätzungen erlauben das Fortsetzen der Normen auf kompakte Mannigfältigkeiten mit Rand. Unsere Forschung wird mit algebraischen Bedingungen für die Operatoren abgeschlossen. Wir zeigen, dass diese Bedingungen äquivalent zu der Existenz der A-Priori-Abschätzungen sind. Im zweiten Schritt erweitern wir das Konzept der Elliptizität mit kleinen Parametern zu allgemeineren Operatorklassen. Zuerst wollen wir den Unterschied in asymptotischen Mustern zwischen der erhaltenen Reihe und Lösungen ähnlicher Probleme untersuchen. Deshalb untersuchen wir die Wärmeleitungsgleichung in einem beschränkten Gebiet mit einem kleinen Parameter in der Zeitableitung. In diesem Fall tangiert der Rand die Charakteristik endlich oft. Es ist bekannt, dass die Lösungen unregulär im Allgemeinen in Umgebungen solcher Stellen sind. Wir nehmen an, dass der Rand an solchen Stellen nicht glätt sein kann und kaspydalische Singularitäten hat. Wir haben eine formale asymptotische Zerlegung gefunden und einen Schwellenwert gezeigt, sodass die asymptotische Eigenschaft der Reihe nicht mehr gilt, wenn der Randparameter diesen Schwellenwert übersteigt. Der letze Teil der Arbeit führt ein allgemeines Konzept der Elliptizit\"at mit einem kleinen Parameter ein. Mehrere theoretische Erweiterungen auf Pseudodifferentialoperatoren wurden schon in früheren Studien vorgeschlagen. Als neuen Beitrag wenden wir die Analysis auf Manigfältigkeiten mit Kantensingularitäten an. Dies lässt es zu, allgemeinere gestörte Operatorklassen zu betrachten. Wir beobachten, dass die eingef\"uhrten Klassen A-Priori-Abschätzungen elliptischer Gestalt haben. Als weitere Anwendung demonstrieren wir, wie die entwickelten Mittel zum Reduzieren singular gestörter Probleme zu regulären Fällen benutzt werden können.
KW  - elliptische Gleichungen
KW  - kleine Parameter
KW  - elliptic problems
KW  - small parameter
KW  - boundary layer
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72056
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TY  - THES
A1  - Muksin, Umar
T1  - A fault-controlled geothermal system in Tarutung (North Sumatra, Indonesia)investigated by seismological analysis
N2  - 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.
N2  - Indonesien zählt zu den weltweit führenden Ländern bei der Nutzung von geothermischer Energie. Die geothermischen Energiequellen sind im Wesentlichen an den aktiven Vulkanismus gebunden, der durch die Prozesse an der indonesischen Subduktionszone verursacht wird. Darüber hinaus sind geotektonische Strukturen wie beispielsweise die Sumatra-Störung als verstärkende Faktoren für das geothermische Potenzial von Bedeutung. Bei der geophysikalischen Erkundung der indonesischen Geothermie-Ressourcen konzentrierte man sich bisher vor allem auf die Magnetotellurik. Passive Seismologie wurde dahingegen ausschließlich für die Überwachung von im Betrieb befindlichen Geothermie-Anlagen verwendet. Jüngste Untersuchungungen z.B. in Island und in den USA haben jedoch gezeigt, dass seismologische Verfahren bereits in der Erkundungsphase wichtige Informationen zu den physikalischen Eigenschaften, zum Spannungsfeld und zu möglichen Fluid- und Wärmetransportwegen liefern können. In der vorgelegten Doktorarbeit werden verschiedene moderne Methoden der passiven Seismologie verwendet, um beispielhaft ein neues, von der indonesischen Regierung für zukünftige geothermische Energiegewinnung ausgewiesenes Gebiet im nördlichen Teil Sumatras (Indonesien) zu erkunden. Die konkreten Ziele der Untersuchungen umfassten (1) die Ableitung von 3D Strukturmodellen der P- und S-Wellen Geschwindigkeiten (Parameter Vp und Vs), (2) die Bestimmung der Absorptionseigenschaften (Parameter Qp), und (3) die Kartierung und Charakterisierung von Störungssystemen auf der Grundlage der Seismizitätsverteilung und der Herdflächenlösungen. Für diese Zwecke habe ich zusammen mit Kollegen ein seismologisches Netzwerk in Tarutung (Sumatra) aufgebaut und über einen Zeitraum von 10 Monaten (Mai 2011 – Februar 2012) betrieben. Insgesamt wurden hierbei 42 Stationen (jeweils ausgestattet mit EDL-Datenlogger, 3-Komponenten, 1 Hz Seismometer) über eine Fläche von etwa 35 x 35 km verteilt. Mit dem Netzwerk wurden im gesamten Zeitraum 2568 lokale Erdbeben registriert. Die integrierte Betrachtung der Ergebnisse aus den verschiedenen Teilstudien (Tomographie, Erdbebenverteilung) erlaubt neue Einblicke in die generelle geologische Stukturierung sowie eine Eingrenzung von Bereichen mit einem erhöhten geothermischen Potenzial. Das tomographische Vp-Modell ermöglicht eine Bestimmung der Geometrie von Sedimentbecken entlang der Sumatra-Störung. Für die Geothermie besonders interessant ist der Bereich nordwestlich des Tarutung-Beckens. Die dort abgebildeten Anomalien (erhöhtes Vp/Vs, geringes Qp) habe ich als mögliche Aufstiegswege von warmen Fluiden interpretiert. Die scheinbar asymetrische Verteilung der Anomalien wird hierbei im Zusammenhang mit der Seismizitätsverteilung, der Geometrie der Beben-Bruchflächen, sowie struktur-geologischen Modellvorstellungen diskutiert. Damit werden wesentliche Informationen für die Planung einer zukünftigen geothermischen Anlage bereitgestellt.
T2  - Seismologische Untersuchungen eines Störungs-kontrollierten geothermischen Systems in Tarutung (Nord-Sumatra, Indonesien)
KW  - Tarutung
KW  - Sumatra Störung
KW  - Absorptionseigenschaften
KW  - seismische Geschwindigkeiten
KW  - Tarutung
KW  - Sumatra fault
KW  - attenuation tomography
KW  - velocity structure
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72065
ER  - 
TY  - THES
A1  - Girbig, Dorothee
T1  - Analysing concerted criteria for local dynamic properties of metabolic systems
T1  - Die Analyse koordinierter Kriterien für lokale dynamische Eigenschaften metabolischer Systeme
N2  - Metabolic systems tend to exhibit steady states that can be measured in terms of their concentrations and fluxes. These measurements can be regarded as a phenotypic representation of all the complex interactions and regulatory mechanisms taking place in the underlying metabolic network. Such interactions determine the system's response to external perturbations and are responsible, for example, for its asymptotic stability or for oscillatory trajectories around the steady state. However, determining these perturbation responses in the absence of fully specified kinetic models remains an important challenge of computational systems biology. Structural kinetic modeling (SKM) is a framework to analyse whether a metabolic steady state remains stable under perturbation, without requiring detailed knowledge about individual rate equations. It provides a parameterised representation of the system's Jacobian matrix in which the model parameters encode information about the enzyme-metabolite interactions. Stability criteria can be derived by generating a large number of structural kinetic models (SK-models) with randomly sampled parameter sets and evaluating the resulting Jacobian matrices. The parameter space can be analysed statistically in order to detect network positions that contribute significantly to the perturbation response. Because the sampled parameters are equivalent to the elasticities used in metabolic control analysis (MCA), the results are easy to interpret biologically. In this project, the SKM framework was extended by several novel methodological improvements. These improvements were evaluated in a simulation study using a set of small example pathways with simple Michaelis Menten rate laws. Afterwards, a detailed analysis of the dynamic properties of the neuronal TCA cycle was performed in order to demonstrate how the new insights obtained in this work could be used for the study of complex metabolic systems. The first improvement was achieved by examining the biological feasibility of the elasticity combinations created during Monte Carlo sampling. Using a set of small example systems, the findings showed that the majority of sampled SK-models would yield negative kinetic parameters if they were translated back into kinetic models. To overcome this problem, a simple criterion was formulated that mitigates such infeasible models and the application of this criterion changed the conclusions of the SKM experiment. The second improvement of this work was the application of supervised machine-learning approaches in order to analyse SKM experiments. So far, SKM experiments have focused on the detection of individual enzymes to identify single reactions important for maintaining the stability or oscillatory trajectories. In this work, this approach was extended by demonstrating how SKM enables the detection of ensembles of enzymes or metabolites that act together in an orchestrated manner to coordinate the pathways response to perturbations. In doing so, stable and unstable states served as class labels, and classifiers were trained to detect elasticity regions associated with stability and instability. Classification was performed using decision trees and relevance vector machines (RVMs). The decision trees produced good classification accuracy in terms of model bias and generalizability. RVMs outperformed decision trees when applied to small models, but encountered severe problems when applied to larger systems because of their high runtime requirements. The decision tree rulesets were analysed statistically and individually in order to explore the role of individual enzymes or metabolites in controlling the system's trajectories around steady states. The third improvement of this work was the establishment of a relationship between the SKM framework and the related field of MCA. In particular, it was shown how the sampled elasticities could be converted to flux control coefficients, which were then investigated for their predictive information content in classifier training. After evaluation on the small example pathways, the methodology was used to study two steady states of the neuronal TCA cycle with respect to their intrinsic mechanisms responsible for stability or instability. The findings showed that several elasticities were jointly coordinated to control stability and that the main source for potential instabilities were mutations in the enzyme alpha-ketoglutarate dehydrogenase.
N2  - Metabolische Systeme neigen zur Ausbildung von Fließgleichgewichten, deren Konzentrationen und Reaktionsflüsse experimentell charakterisierbar sind. Derartige Messungen bieten eine phänotypische Repräsentation der zahlreichen Interaktionen und regulatorischen Mechanismen des zugrundeliegenden metabolischen Netzwerks. Diese Interaktionen bestimmen die Reaktion des Systems auf externe Perturbationen, wie z.B. dessen asymptotische Stabilität und Oszillationen. Die Charakterisierung solcher Eigenschaften ist jedoch schwierig, wenn kein entsprechendes kinetisches Modell mit allen Ratengleichungen und kinetischen Parametern für das untersuchte System zur Verfügung steht. Die strukturelle kinetische Modellierung (SKM) ermöglicht die Untersuchung dynamischer Eigenschaften wie Stabilität oder Oszillationen, ohne die Ratengleichungen und zugehörigen Parameter im Detail zu kennen. Statt dessen liefert sie eine parametrisierte Repräsentation der Jacobimatrix, in welcher die einzelnen Parameter Informationen über die Sättigung der Enzyme des Systems mit ihren Substraten kodieren. Die Parameter entsprechen dabei den Elastizitäten aus der metabolischen Kontrollanalyse, was ihre biologische Interpretation vereinfacht. Stabilitätskriterien werden durch Monte Carlo Verfahren hergeleitet, wobei zunächst eine große Anzahl struktureller kinetische Modelle (SK-Modelle) mit zufällig gezogenen Parametermengen generiert, und anschließend die resultierenden Jacobimatrizen evaluiert werden. Im Anschluss kann der Parameterraum statistisch analysiert werden, um Enzyme und Metabolite mit signifikantem Einfluss auf die Stabilität zu detektieren. In der vorliegenden Arbeit wurde das bisherige SKM-Verfahren durch neue methodische Verbesserungen erweitert. Diese Verbesserungen wurden anhand einer Simulationsstudie evaluiert, welche auf kleinen Beispielsystemen mit einfachen Michaelis Menten Kinetiken basierte. Im Anschluss wurden sie für eine detaillierte Analyse der dynamischen Eigenschaften des Zitratzyklus verwendet. Die erste Erweiterung der bestehenden Methodik wurde durch Untersuchung der biologischen Machbarkeit der zufällig erzeugten Elastizitäten erreicht. Es konnte gezeigt werden, dass die Mehrheit der zufällig erzeugten SK-Modelle zu negativen Michaeliskonstanten führt. Um dieses Problem anzugehen, wurde ein einfaches Kriterium formuliert, welches das Auftreten solcher biologisch unrealistischer SK-Modelle verhindert. Es konnte gezeigt werden, dass die Anwendung des Kriteriums die Ergebnisse von SKM Experimenten stark beeinflussen kann. Der zweite Beitrag bezog sich auf die Analyse von SKM-Experimenten mit Hilfe überwachter maschineller Lernverfahren. Bisherige SKM-Studien konzentrierten sich meist auf die Detektion individueller Elastizitäten, um einzelne Reaktionen mit Einfluss auf das Stabilitäts- oder oszillatorische Verhalten zu identifizieren. In dieser Arbeit wurde demonstriert, wie SKM Experimente im Hinblick auf multivariate Muster analysiert werden können, um Elastizitäten zu entdecken, die gemeinsam auf orchestrierte und koordinierte Weise die Eigenschaften des Systems bestimmen. Sowohl Entscheidungsbäume als auch Relevanzvektormaschinen (RVMs) wurden als Klassifikatoren eingesetzt. Während Entscheidungsbäume im allgemeinen gute Klassifikationsergebnisse lieferten, scheiterten RVMs an ihren großen Laufzeitbedürfnissen bei Anwendung auf ein komplexes System wie den Zitratzyklus. Hergeleitete Entscheidungsbaumregeln wurden sowohl statistisch als auch individuell analysiert, um die Koordination von Enzymen und Metaboliten in der Kontrolle von Trajektorien des Systems zu untersuchen. Der dritte Beitrag, welcher in dieser Arbeit vorgestellt wurde, war die Etablierung der Beziehung zwischen SKM und der metabolischer Kontrollanalyse. Insbesondere wurde gezeigt, wie die zufällig generierten Elastizitäten in Flusskontrollkoeffizienten umgewandelt werden. Diese wurden im Anschluss bezüglich ihres Informationsgehaltes zum Klassifikationstraining untersucht. Nach der Evaluierung anhand einiger kleiner Beispielsysteme wurde die neue Methodik auf die Studie zweier Fließgleichgewichte des neuronalen Zitratzyklus angewandt, um intrinsische Mechanismen für Stabilität oder Instabilität zu finden. Die Ergebnisse identifizierten Mutationen im Enzym alpha-ketoglutarate dehydrogenase als wahrscheinlichste Quelle füur Instabilitäten.
KW  - Systembiologie
KW  - mathematische Modellierung
KW  - systems biology
KW  - mathematical modeling
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72017
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TY  - THES
A1  - Schollaen, Karina
T1  - Tracking climate signals in tropical trees
T1  - Klimasignale in tropischen Hölzern
BT  - new insights from Indonesian stable isotope records
BT  - neue Erkenntnisse von stabilen Isotopendaten aus Indonesien
N2  - The tropical warm pool waters surrounding Indonesia are one of the equatorial heat and moisture sources that are considered as a driving force of the global climate system. The climate in Indonesia is dominated by the equatorial monsoon system, and has been linked to El Niño-Southern Oscillation (ENSO) events, which often result in severe droughts or floods over Indonesia with profound societal and economic impacts on the populations living in the world's fourth most populated country. The latest IPCC report states that ENSO will remain the dominant mode in the tropical Pacific with global effects in the 21st century and ENSO-related precipitation extremes will intensify. However, no common agreement exists among climate simulation models for projected change in ENSO and the Australian-Indonesian Monsoon. Exploring high-resolution palaeoclimate archives, like tree rings or varved lake sediments, provide insights into the natural climate variability of the past, and thus helps improving and validating simulations of future climate changes. Centennial tree-ring stable isotope records | Within this doctoral thesis the main goal was to explore the potential of tropical tree rings to record climate signals and to use them as palaeoclimate proxies. In detail, stable carbon (δ13C) and oxygen (δ18O) isotopes were extracted from teak trees in order to establish the first well-replicated centennial (AD 1900-2007) stable isotope records for Java, Indonesia. Furthermore, different climatic variables were tested whether they show significant correlation with tree-ring proxies (ring-width, δ13C, δ18O). Moreover, highly resolved intra-annual oxygen isotope data were established to assess the transfer of the seasonal precipitation signal into the tree rings. Finally, the established oxygen isotope record was used to reveal possible correlations with ENSO events. Methodological achievements | A second goal of this thesis was to assess the applicability of novel techniques which facilitate and optimize high-resolution and high-throughput stable isotope analysis of tree rings. Two different UV-laser-based microscopic dissection systems were evaluated as a novel sampling tool for high-resolution stable isotope analysis. Furthermore, an improved procedure of tree-ring dissection from thin cellulose laths for stable isotope analysis was designed. The most important findings of this thesis are: I) The herein presented novel sampling techniques improve stable isotope analyses for tree-ring studies in terms of precision, efficiency and quality. The UV-laser-based microdissection serve as a valuable tool for sampling plant tissue at ultrahigh-resolution and for unprecedented precision. II) A guideline for a modified method of cellulose extraction from wholewood cross-sections and subsequent tree-ring dissection was established. The novel technique optimizes the stable isotope analysis process in two ways: faster and high-throughput cellulose extraction and precise tree-ring separation at annual to high-resolution scale. III) The centennial tree-ring stable isotope records reveal significant correlation with regional precipitation. High-resolution stable oxygen values, furthermore, allow distinguishing between dry and rainy season rainfall. IV) The δ18O record reveals significant correlation with different ENSO flavors and demonstrates the importance of considering ENSO flavors when interpreting palaeoclimatic data in the tropics. The findings of my dissertation show that seasonally resolved δ18O records from Indonesian teak trees are a valuable proxy for multi-centennial reconstructions of regional precipitation variability (monsoon signals) and large-scale ocean-atmosphere phenomena (ENSO) for the Indo-Pacific region. Furthermore, the novel methodological achievements offer many unexplored avenues for multidisciplinary research in high-resolution palaeoclimatology.
N2  - Die tropischen Gewässer um Indonesien sind eine der äquatorialen Wärme- und Feuchtigkeitsquellen, die als treibende Kraft des globalen Klimasystems betrachtet werden können. Das Klima in Indonesien ist geprägt durch das Australisch-Indonesische Monsunsystem. Weiterhin besteht eine Verknüpfung mit El Niño-Southern Oszillation (ENSO) Ereignissen, die oft zu schweren Dürren oder Überschwemmungen in der Region mit tiefgreifenden gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Folgen führen. Der neueste IPCC-Bericht legt dar, dass ENSO auch in den nächsten 100 Jahren das vorherrschende Klimaphänomen im tropischen Pazifik bleiben wird. Ferner wird davon ausgegangen, dass sich die ENSO-bezogenen Niederschlagsextrema intensivieren werden. Wenig Übereinstimmung herrscht jedoch bislang zwischen den Klimasimulationsmodellen in Bezug auf die voraussichtlichen Veränderungen von ENSO und dem Australisch-Indonesischen Monsunsystem. Hochaufgelöste Paläoklima-Archive, wie z.B. Jahrringe oder warvierte Seesedimente, geben Auskunft über die natürliche Klimavariabilität der Vergangenheit und können somit dazu beitragen, die Computersimulationen der künftigen Klimaentwicklung zu verbessern und zu validieren. Hundertjährige stabile Jahrring-Isotopenchronologien | Das Hauptziel dieser Doktorarbeit war es, dass Potenzial von tropischen Jahrringen zur Aufzeichnung von Klimasignalen herauszustellen und deren Evaluierung als Paläoklimaproxys. Im Detail wurden stabile Kohlenstoff- (δ13C) und Sauerstoff- (δ18O) Isotopenverhältnisse in Teakbäumen analysiert, und die ersten gut replizierten hundertjährigen (AD 1900-2007) stabilen Isotopenchronologien aus Java (Indonesien) erstellt. Dabei wurden verschiedene klimatische Einflussgrößen getestet, ob diese signifikante Korrelationen mit den Jahrringparametern aufzeigen. Weiterhin wurden hochaufgelöste intra-annuelle Sauerstoffisotopenzeitreihen erstellt, um den Transfer des saisonalen Niederschlagssignals in den jeweiligen Jahrring zu bemessen. Die ermittelte Sauerstoff-Isotopenchronologie wurde anschließend auf mögliche ENSO Signale hin untersucht. Methodische Errungenschaften | Ein zweites Ziel dieser Arbeit war es neue Verfahren zur Analyse stabiler Isotope in Baumjahrringen zu entwickeln und zu optimieren. Zwei verschiedene UV-Lasermikrodissektions-Systeme wurden getestet als neues präzises Präparationswerkzeug für stabile Isotopenstudien. Darüber hinaus wurde eine verbesserte Methode für die Probenaufbereitung stabiler Isotopenmessungen anhand von Zellulose-Dünnschnitten entwickelt. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Doktorarbeit sind: I) Die hier vorgestellten neuartigen Techniken zu Probenvorbereitung verbessern die Analyse stabiler Isotope für Jahrringstudien in Hinsicht auf Präzision, Effizienz und Qualität. Es wurde gezeigt, dass die UV-Lasermikrodissektion eine wertvolle Technik ist, um die Beprobung von Pflanzengewebe in höchster Auflösung und beispielloser Präzision durchzuführen. II) Es ist gelungen, einen Leitfaden für ein modifiziertes Verfahren der Zelluloseextraktion an Gesamtholz-Dünnschnitten und der anschließenden Jahrringaufbereitung zu erstellen. Diese neuartige Methode optimiert die Analyse stabiler Isotopenzeitreihen in zweierlei Hinsicht: schnellere und effiziente Zelluloseextraktion und präzise Trennung der Jahrringsequenzen in inter-annueller bis intra-annuelle Auflösung. III) Die hundertjährigen stabilen Jahrring-Isotopenchronologien weisen signifikante Korrelationen mit dem regionalen Niederschlag auf. In den hochaufgelösten stabilen Sauerstoffisotopenwerten spiegelt sich deutlich das Niederschlagssignal der Trocken- und der Regenzeit wieder. IV) Die stabile Sauerstoffisotopenzeitreihe zeigt signifikante Korrelationen mit verschiedenen ENSO Phasen. Dies betont, dass die verschiedenen ENSO Phasen bei der Interpretation von tropischen Paläodaten zu berücksichtigen sind. Die Ergebnisse der Dissertation zeigen, dass saisonal aufgelöste stabile Sauerstoffisotopenchronologien von indonesischen Teakbäumen ein geeigneter Proxy für mehrhundertjährige Rekonstruktionen der regionalen Niederschlagsvariabilität (Monsun-Signale) und großräumiger Ozean-Atmosphären-Systeme (ENSO) für den Indopazifik ist. Darüber hinaus bieten die neuartigen methodischen Errungenschaften viele neue Ansätze für multidisziplinäre hochaufgelöste Studien in der paläoklimatologischen Forschung.
KW  - Stabile Sauerstoff- und Kohlenstoffisotope
KW  - Dendroklimatologie
KW  - Tectona grandis
KW  - Tropen
KW  - UV-Lasermikrodissektion
KW  - oxygen and carbon stable isotopes
KW  - dendroclimatology
KW  - Tectona grandis
KW  - tropics
KW  - UV-laser microdissection
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71947
ER  - 
TY  - THES
A1  - Radeff, Giuditta
T1  - Geohistory of the Central Anatolian Plateau southern margin (southern Turkey)
T1  - Die geologische Entwicklung des südlichen zentralsanatolischen Plateaurandes (Süd-Türkei)
N2  - The Adana Basin of southern Turkey, situated at the SE margin of the Central Anatolian Plateau is ideally located to record Neogene topographic and tectonic changes in the easternmost Mediterranean realm. Using industry seismic reflection data we correlate 34 seismic profiles with corresponding exposed units in the Adana Basin. The time-depth conversion of the interpreted seismic profiles allows us to reconstruct the subsidence curve of the Adana Basin and to outline the occurrence of a major increase in both subsidence and sedimentation rates at 5.45 – 5.33 Ma, leading to the deposition of almost 1500 km3 of conglomerates and marls. Our provenance analysis of the conglomerates reveals that most of the sediment is derived from and north of the SE margin of the Central Anatolian Plateau. A comparison of these results with the composition of recent conglomerates and the present drainage basins indicates major changes between late Messinian and present-day source areas. We suggest that these changes in source areas result of uplift and ensuing erosion of the SE margin of the plateau. This hypothesis is supported by the comparison of the Adana Basin subsidence curve with the subsidence curve of the Mut Basin, a mainly Neogene basin located on top of the Central Anatolian Plateau southern margin, showing that the Adana Basin subsidence event is coeval with an uplift episode of the plateau southern margin. The collection of several fault measurements in the Adana region show different deformation styles for the NW and SE margins of the Adana Basin. The weakly seismic NW portion of the basin is characterized by extensional and transtensional structures cutting Neogene deposits, likely accomodating the differential uplift occurring between the basin and the SE margin of the plateau. We interpret the tectonic evolution of the southern flank of the Central Anatolian Plateau and the coeval subsidence and sedimentation in the Adana Basin to be related to deep lithospheric processes, particularly lithospheric delamination and slab break-off.
N2  - Il Bacino di Adana (Turchia meridionale) é situato in posizione esterna rispetto al margine sud-orientale del plateau anatolico centrale. Il bacino risulta ubicato in posizione strategica per registrare i principali cambiamenti della topografia e dell’assetto tettonico avvenuti durante il Neogene nel Mediterraneo orientale. Utilizzando dati sismici provenienti dall’industria petrolifera abbiamo correlato 34 profili sismici con le unitá corrispondenti affioranti nel Bacino di Adana. La conversione da tempi a profonditá dei profili sismici interpretati ci ha permesso di ricostruire la curva di subsidenza del Bacino di Adana e di individuare un evento caratterizato da un importante aumento della subsidenza associato ad un considerevole incremento del tasso di sedimentazione. Questo evento, avvenuto tra 5.45 e 5.33 Ma ha portato alla deposizione di quasi 1500 km3 di conglomerati e marne. La nostra analisi di provenienza della porzione conglomeratica mostra che la maggior parte del sedimento proviene dal margine sud-orientale del plateau anatolico centrale e dalle aree situate a nord di questo. La comparazione di questi risultati con la composizione litologica di conglomerati recenti e con le litologie affioranti nei bacini di drenaggio attuali mostra cambiamenti rilevanti tra le aree di provenienza del sedimento Messiniane e quelle attuali. Riteniamo che questi cambiamenti nelle aree sorgente siano il risultato del sollevamento e della successiva erosione del margine sud-orientale del plateau anatolico centrale. Questa ipotesi é supportata dal confronto delle curve di subsidenza del Bacino di Adana e del Bacino di Mut, un bacino principalmente neogenico situato sulla sommitá del margine meridionale del plateau. La comparazione delle due curve di subsidenza mostra che l’evento di forte subsidenza del Bacino di Adana é coevo ad un episodio di sollevamento del margine meridionale del plateau anatolico centrale. La raccolta di un fitto dataset strutturale acquisito nella regione di Adana mostra differenti stili deformativi per i margini nord-occidentale e sud-orientale del bacino. La porzione nord-occidentale del bacino, debolmente sismica, é caratterizzata da strutture estensionali e transtensive che tagliano I depositi neogenici, verosimilmente accomodando il sollevamento differenziale tra il bacino e il margine sud-orientale del plateau. Riteniamo che l’evoluzione tettonica del margine meridionale del plateau anatolico centrale e la contemporanea subsidenza e sedimentazione nel Bacino di Adana sia da ricondurre a processi litosferici profondi, in particolar modo delaminazione litosferica e slab break-off.
KW  - Hebung des Plateaus
KW  - Sedimentenabfolge
KW  - Subsidenzgeschichte
KW  - Adana Becken
KW  - Süd-Türkei
KW  - plateau uplift
KW  - sedimentary record
KW  - subsidence history
KW  - Adana Basin
KW  - southern Turkey
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71865
ER  -