TY  - THES
A1  - Zou, Yong
T1  - Exploring recurrences in quasiperiodic systems
T1  - Untersuchung des Wiederkehrverhaltens in quasiperiodischen dynamischen Systemen
N2  - In this work, some new results to exploit the recurrence properties of quasiperiodic dynamical systems are presented by means of a two dimensional visualization technique, Recurrence Plots(RPs). Quasiperiodicity is the simplest form of dynamics exhibiting nontrivial recurrences, which are common in many nonlinear systems. The concept of recurrence was introduced to study the restricted three body problem and it is very useful for the characterization of nonlinear systems. I have analyzed in detail the recurrence patterns of systems with quasiperiodic dynamics both analytically and numerically. Based on a theoretical analysis, I have proposed a new procedure to distinguish quasiperiodic dynamics from chaos. This algorithm is particular useful in the analysis of short time series. Furthermore, this approach demonstrates to be efficient in recognizing regular and chaotic trajectories of dynamical systems with mixed phase space. Regarding the application to real situations, I have shown the capability and validity of this method by analyzing time series from fluid experiments.
N2  - In dieser Arbeit stelle ich neue Resultate vor, welche zeigen, wie man Rekurrenzeigenschaften quasiperiodischer, dynamischer Systeme für eine Datenanalyse ausnutzen kann. Die vorgestellten Algorithmen basieren auf einer zweidimensionalen Darstellungsmethode, den Rekurrenz-Darstellungen. Quasiperiodizität ist die einfachste Dynamik, die nicht-triviale Rekurrenzen zeigt und tritt häufig in nichtlinearen Systemen auf. Nicht-triviale Rekurrenzen wurden im Zusammenhang mit dem eingeschränkten Dreikörper-problem eingeführt. In dieser Arbeit, habe ich mehrere Systeme mit quasiperiodischem Verhalten analytisch untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse helfen die Wiederkehreigenschaften dieser Systeme im Detail zu verstehen. Basierend auf den analytischen Resultaten, schlage ich einen neuen Algorithmus vor, mit dessen Hilfe selbst in kurzen Zeitreihen zwischen chaotischem und quasiperiodischem Verhalten unterschieden werden kann. Die vorgeschlagene Methode ist besonders effizient zur Unterscheidung regulärer und chaotischer Trajektorien mischender dynamischer Systeme.Die praktische Anwendbarkeit der vorgeschlagenen Analyseverfahren auf Messdaten, habe ich gezeigt, indem ich erfolgreich Zeitreihen aus fluid-dynamischen Experimenten untersucht habe.
KW  - Wiederkehrverhalten
KW  - quasiperiodisches dynamisches System
KW  - Recurrence Plot
KW  - recurrence
KW  - quasiperiodic dynamical systems
KW  - recurrence plots
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16497
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zimmermann, Beate
T1  - Spatial and temporal variability of the soil saturated hydraulic conductivity in gradients of disturbance
T1  - Räumliche und zeitliche Variabilität der gesättigten Bodenwasserleitfähigkeit in Störungsgradienten
N2  - As land-cover conversion continues to expand into ever more remote areas in the humid tropics, montane rainforests are increasingly threatened. In the south Ecuadorian Andes, they are not only subject to man-made disturbances but also to naturally occurring landslides. I was interested in the impact of this ecosystem dynamics on a key parameter of the hydrologic cycle, the soil saturated hydraulic conductivity (synonym: permeability; Ks from here on), because it is a sensitive indicator for soil disturbances. My general objective was to quantify the effects of the regional natural and human disturbances on the saturated hydraulic conductivity and to describe the resulting spatial-temporal patterns. The main hypotheses were: 1) disturbances cause an apparent displacement of the less permeable soil layer towards the surface, either due to a loss of the permeable surface soil after land-sliding, or as a consequence of the surface soil compaction under cattle pastures; 2) ‘recovery’ from disturbance, either because of landslide re-vegetation or because of secondary succession after pasture abandonment, involves an apparent displacement of the less permeable layer back towards the original depth an 3) disturbances cause a simplification of the Ks spatial structure, i.e. the spatially dependent random variation diminishes; the subsequent recovery entails the re-establishment of the original structure. In my first study, I developed a synthesis of recent geostatistical research regarding its applicability to soil hydraulic data, including exploratory data analysis and variogram estimation techniques; I subsequently evaluated the results in terms of spatial prediction uncertainty. Concerning the exploratory data analysis, my main results were: 1) Gaussian uni- and bivariate distributions of the log-transformed data; 2) the existence of significant local trends; 3) no need for robust estimation; 4) no anisotropic variation. I found partly considerable differences in covariance parameters resulting from different variogram estimation techniques, which, in the framework of spatial prediction, were mainly reflected in the spatial connectivity of the Ks-field. Ignoring the trend component and an arbitrary use of robust estimators, however, would have the most severe consequences in this respect. Regarding variogram modeling, I encouraged restricted maximum likelihood estimation because of its accuracy and independence on the selected lags needed for experimental variograms. The second study dealt with the Ks spatial-temporal pattern in the sequences of natural and man-made disturbances characteristic for the montane rainforest study area. To investigate the disturbance effects both on global means and the spatial structure of Ks, a combined design-and model-based sampling approach was used for field-measurements at soil depths of 12.5, 20, and 50 cm (n=30-150/depth) under landslides of different ages (2 and 8 years), under actively grazed pasture, fallows following pasture abandonment (2 to 25 years of age), and under natural forest. Concerning global means, our main findings were 1) global means of the soil permeability generally decrease with increasing soil depth; 2) no significant Ks differences can be observed among landslides and compared to the natural forest; 3) a distinct permeability decrease of two orders of magnitude occurs after forest conversion to pasture at shallow soil depths, and 4) the slow regeneration process after pasture abandonment requires at least one decade. Regarding the Ks spatial structure, we found that 1) disturbances affect the Ks spatial structure in the topsoil, and 2) the largest differences in spatial patterns are associated with the subsoil permeability. In summary, the regional landslide activity seems to affect soil hydrology to a marginal extend only, which is in contrast to the pronounced drop of Ks after forest conversion. We used this spatial-temporal information combined with local rain intensities to assess the partitioning of rainfall into vertical and lateral flowpaths under undisturbed, disturbed, and regenerating land-cover types in the third study. It turned out that 1) the montane rainforest is characterized by prevailing vertical flowpaths in the topsoil, which can switch to lateral directions below 20 cm depth for a small number of rain events, which may, however, transport a high portion of the annual runoff; 2) similar hydrological flowpaths occur under the landslides except for a somewhat higher probability of impermeable layer formation in the topsoil of a young landslide, and 3) pronounced differences in runoff components can be observed for the human disturbance sequence involving the development of near-surface impeding layers for 24, 44, and 8 % of rain events for pasture, a two-year-old fallow, and a ten-year-old fallow, respectively.
N2  - Der tropische Bergregenwald in den Südecuadorianischen Anden unterliegt sowohl anthropogenen Eingriffen, d.h. der Umwandlung von Naturwald in Rinderweiden, als auch natürlichen Störungen in der Form von Hangrutschen. Ziel meiner Arbeit war es, die Auswirkungen dieser regionalen Störungsdynamik auf einen Schlüsselparameter des hydrologischen Kreislaufs, die gesättigte hydraulische Wasserleitfähigkeit (Ks), zu untersuchen und die resultierenden raum-zeitlichen Muster zu beschreiben. In der ersten Studie habe ich eine Synthese aktueller geostatistischer Forschung hinsichtlich ihrer Eignung für die Analyse bodenhydrologischer Daten entwickelt. Diese beinhaltet explorative Datenanalyse und verschiedene Techniken zur Schätzung der Kovarianzparameter; die Ergebnisse habe ich in Bezug auf die Ungenauigkeit räumlicher Vorhersagen bewertet. Es hat sich dabei herausgestellt, dass die Schätztechniken teilweise beachtliche Unterschiede in den Parametern hervorrufen, welche sich hauptsächlich in der räumlichen Konnektivität widergespiegeln. Die wichtigste Rolle im Zusammenhang mit der räumlichen Vorhersage kommt jedoch den vorgeordneten explorativen Analyseschritten zu. In der zweiten Studie habe ich mich mit der Beschreibung des raum-zeitlichen Muster der Wasserleitfähigkeit in den anthropogenen und natürlichen Störungsgradienten beschäftigt. Wichtigste Ergebnisse waren, dass es keine signifikanten Unterschiede der Wasserleitfähigkeit zwischen den verschieden alten Hangrutschen und dem Naturwald gibt. Daraus lässt sich schließen, dass die natürlichen Störungen im Untersuchungsgebiet lediglich marginale Auswirkungen auf die Bodenhydrology haben. Das steht in starkem Kontrast zum anthropogenen Störungskreislauf: die Wasserleitfähigkeit im Weideboden hat gegenüber dem Naturwald um zwei Größenordnungen abgenommen; eine „Erholung“ nach Nutzungsaufgabe scheint mindestens ein Jahrzehnt in Anspruch zu nehmen. Die räumlichen Abhängigkeit von Ks in den Oberböden von Wald und einer alten Brache ist stärker als in jenen der gestörten Flächen, was auf eine störungsbedingte Beeinträchtigung der räumlichen Struktur in geringer Bodentiefe schließen lässt. In der dritten Studie habe ich diese raum-zeitlichen Informationen mit dem örtlichen Niederschlagsregime in Verbindung gebracht, um Rückschlüsse auf die Auswirkungen der störungsbedingten Änderungen von Ks auf hydrologische Fließwege zu ziehen. Es hat sich gezeigt, dass im tropischen Bergregenwald und unter Hangrutschen ubiquitäre Tiefenversickerung dominiert, es allerdings zu einer Verschiebung in laterale Fließrichtungen für die seltenen intensiven Regenereignisse kommen kann. Anthropogene Störungen gehen mit einer um bis zu 50 Prozent erhöheren Wahrscheinlichkeit des Auftretens oberflächennaher Stauschichten einher, was die Bedeutung lateraler Fließwege erhöht. Dies trifft in vergleichbarer Größenordnung auch auf ein Vergleichsökosystem im Tieflandregenwald zu.
KW  - Bodenhydrologie
KW  - Tropen
KW  - Landnutzungswandel
KW  - Geostatistik
KW  - Abflussbildung
KW  - soil hydrology
KW  - tropics
KW  - landuse change
KW  - geostatistics
KW  - runoff generation
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16402
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zemanová, Lucia
T1  - Structure-function relationship in hierarchical model of brain networks
T1  - Das Verhältnis von Struktur und Funktion in hierarchischem Model der Hirn-Netzwerken
N2  - The mammalian brain is, with its numerous neural elements and structured complex connectivity, one of the most complex systems in nature. Recently, large-scale corticocortical connectivities, both structural and functional, have received a great deal of research attention, especially using the approach of complex networks. Here, we try to shed some light on the relationship between structural and functional connectivities by studying synchronization dynamics in a realistic anatomical network of cat cortical connectivity. We model the cortical areas by a subnetwork of interacting excitable neurons (multilevel model) and by a neural mass model (population model). With weak couplings, the multilevel model displays biologically plausible dynamics and the synchronization patterns reveal a hierarchical cluster organization in the network structure. We can identify a group of brain areas involved in multifunctional tasks by comparing the dynamical clusters to the topological communities of the network. With strong couplings of multilevel model and by using neural mass model, the dynamics are characterized by well-defined oscillations. The synchronization patterns are mainly determined by the node intensity (total input strengths of a node); the detailed network topology is of secondary importance. The biologically improved multilevel model exhibits similar dynamical patterns in the two regimes. Thus, the study of synchronization in a multilevel complex network model of cortex can provide insights into the relationship between network topology and functional organization of complex brain networks.
N2  - Das Gehirn von Säugetieren stellt mit seinen zahlreichen, hochgradig vernetzten Neuronen ein natürliches Netzwerk von immenser Komplexität dar. In der jüngsten Vergangenheit sind die großflächige kortikale Konnektivitäten, sowohl unter strukturellen wie auch funktionalen Gesichtspunkten, in den Fokus der Forschung getreten. Die Verwendung von komplexe Netzwerke spielt hierbei eine entscheidende Rolle. In der vorliegenden Dissertation versuchen wir, das Verhältnis von struktureller und funktionaler Konnektivität durch Untersuchung der Synchronisationsdynamik anhand eines realistischen Modells der Konnektivität im Kortex einer Katze näher zu beleuchten. Wir modellieren die Kortexareale durch ein Subnetzwerk interagierender, erregbarer Neuronen (multilevel model) und durch ein Modell von Neuronenensembles (population model). Bei schwacher Kopplung zeigt das multilevel model eine biologisch plausible Dynamik und die Synchronisationsmuster lassen eine hierarchische Organisation der Netzwerkstruktur erkennen. Indem wir die dynamischen Cluster mit den topologischen Einheiten des Netzwerks vergleichen, sind wir in der Lage die Hirnareale, die an der Bewältigung komplexer Aufgaben beteiligt sind, zu identifizieren. Bei starker Kopplung im multilevel model und unter Verwendung des Ensemblemodells weist die Dynamik klare Oszillationen auf. Die Synchronisationsmuster werden hauptsächlich durch die Eingangsstärke an den einzelnen Knoten bestimmt, während die genaue Netzwerktopologie zweitrangig ist. Eine Erweiterung des Modells auf andere biologisch relevante Faktoren bestätigt die vorherigen Ergebnisse. Die Untersuchung der Synchronisation in einem multilevel model des Kortex ermöglicht daher tiefere Einblicke in die Zusammenhänge zwischen Netzwerktopologie und funktionaler Organisation in komplexen Hirn-Netzwerken.
KW  - komplexe Hirnnetzwerke
KW  - Verhältnis der Struktur und Funktion
KW  - hierarchisches Model
KW  - Synchronization
KW  - complex brain networks
KW  - structur-function relationship
KW  - hierarchical model
KW  - synchronization
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-18400
ER  - 
TY  - THES
A1  - You, Liangchen
T1  - Synthesis and characterization of novel glycopolymers
Y1  - 2007
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Worseck, Gábor
T1  - The transverse proximity effect in quasar spectra
T1  - Der Transversale Proximity-Effekt in Quasarspektren
N2  - The intergalactic medium is kept highly photoionised by the intergalactic UV background radiation field generated by the overall population of quasars and galaxies. In the vicinity of sources of UV photons, such as luminous high-redshift quasars, the UV radiation field is enhanced due to the local source contribution. The higher degree of ionisation is visible as a reduced line density or generally as a decreased level of absorption in the Lyman alpha forest of neutral hydrogen. This so-called proximity effect has been detected with high statistical significance towards luminous quasars. If quasars radiate rather isotropically, background quasar sightlines located near foreground quasars should show a region of decreased Lyman alpha absorption close to the foreground quasar. Despite considerable effort, such a transverse proximity effect has only been detected in a few cases. So far, studies of the transverse proximity effect were mostly limited by the small number of suitable projected pairs or groups of high-redshift quasars. With the aim to substantially increase the number of quasar groups in the vicinity of bright quasars we conduct a targeted survey for faint quasars around 18 well-studied quasars at employing slitless spectroscopy. Among the reduced and calibrated slitless spectra of 29000 objects on a total area of 4.39 square degrees we discover in total 169 previously unknown quasar candidates based on their prominent emission lines. 81 potential z>1.7 quasars are selected for confirmation by slit spectroscopy at the Very Large Telescope (VLT). We are able to confirm 80 of these. 64 of the newly discovered quasars reside at z>1.7. The high success rate of the follow-up observations implies that the majority of the remaining candidates are quasars as well. In 16 of these groups we search for a transverse proximity effect as a systematic underdensity in the HI Lyman alpha absorption. We employ a novel technique to characterise the random absorption fluctuations in the forest in order to estimate the significance of the transverse proximity effect. Neither low-resolution spectra nor high-resolution spectra of background quasars of our groups present evidence for a transverse proximity effect. However, via Monte Carlo simulations the effect should be detectable only at the 1-2sigma level near three of the foreground quasars. Thus, we cannot distinguish between the presence or absence of a weak signature of the transverse proximity effect. The systematic effects of quasar variability, quasar anisotopy and intrinsic overdensities near quasars likely explain the apparent lack of the transverse proximity effect. Even in absence of the systematic effects, we show that a statistically significant detection of the transverse proximity effect requires at least 5 medium-resolution quasar spectra of background quasars near foreground quasars whose UV flux exceeds the UV background by a factor 3. Therefore, statistical studies of the transverse proximity effect require large numbers of suitable pairs. Two sightlines towards the central quasars of our survey fields show intergalactic HeII Lyman alpha absorption. A comparison of the HeII absorption to the corresponding HI absorption yields an estimate of the spectral shape of the intergalactic UV radiation field, typically parameterised by the HeII/HI column density ratio eta. We analyse the fluctuating UV spectral shape on both lines of sight and correlate it with seven foreground quasars. On the line of sight towards Q0302-003 we find a harder radiation field near 4 foreground quasars. In the direct vicinity of the quasars eta is consistent with values of 25-100, whereas at large distances from the quasars eta>200 is required. The second line of sight towards HE2347-4342 probes lower redshifts where eta is directly measurable in the resolved HeII forest. Again we find that the radiation field near the 3 foreground quasars is significantly harder than in general. While eta still shows large fluctuations near the quasars, probably due to radiative transfer, the radiation field is on average harder near the quasars than far away from them. We interpret these discoveries as the first detections of the transverse proximity effect as a local hardness fluctuation in the UV spectral shape. No significant HI proximity effect is predicted for the 7 foreground quasars. In fact, the HI absorption near the quasars is close to or slightly above the average, suggesting that the weak signature of the transverse proximity effect is masked by intrinsic overdensities. However, we show that the UV spectral shape traces the transverse proximity effect even in overdense regions or at large distances. Therefore, the spectral hardness is a sensitive physical measure of the transverse proximity effect that is able to break the density degeneracy affecting the traditional searches.
N2  - Das intergalaktische Medium wird durch das intergalaktische UV-Hintergrundsstrahlungsfeld in einem hochgradig photoionisierten Zustand gehalten. Der UV-Hintergrund stammt von der gesamten Population von Quasaren und Galaxien. In der Nähe von leuchtkräftigen Quasaren, ist das UV-Strahlungsfeld lokal erhöht durch den Anteil der Quelle. Der höhere Ionisationsgrad ist beobachtbar als eine reduzierte Liniendichte oder allgemein als ein vermindertes Maß an Absorption im Lyman-alpha Wald des neutralen Wasserstoffs. Dieser sogenannte Proximity-Effekt ist bei leuchtkräftigen Quasaren mit hoher statistischer Signifikanz nachgewiesen worden. Falls Quasare fast isotrop strahlen, dann sollten Sichtlinien zu Hintergrundquasaren in der Nähe von Vordergrundquasaren eine Region mit verminderter Absorption zeigen. Trotz beträchtlichen Aufwands wurde solch ein transversaler Proximity-Effekt nur in wenigen Fällen entdeckt. Bisher waren Studien des transversalen Proximity-Effekts meist begrenzt durch die kleine Anzahl von geeigneten projizierten Paaren oder Gruppen von hochrotverschobenen Quasaren. Mit dem Ziel die Zahl der Quasargruppen in der Nähe von hellen Quasaren beträchtlich zu erhöhen, führen wir eine gezielte Suche nach schwachen Quasaren um 18 oft studierte Quasare durch. Unter den reduzierten und kalibrierten spaltlosen Spektren von 29000 Objekten auf einer Gesamtfläche von 4.39 Quadratgrad entdecken wir insgesamt 169 vorher unbekannte Quasarkandidaten anhand ihrer Emissionslinien. 81 potentielle z>1.7 Quasare werden ausgesucht zur Bestätigung mittels Spaltspektroskopie am Very Large Telescope (VLT). Wir können 80 von diesen als Quasare bestätigen. 64 der neu entdeckten Quasare liegen bei z>1.7. Die hohe Erfolgsrate der Nachfolgebeobachtungen deutet an, dass die Mehrzahl der verbleibenden Kandidaten ebenfalls Quasare sind. In 16 dieser Gruppen suchen wir nach dem transversalen Proximity-Effekt als eine systematische Unterdichte in der HI Lyman-alpha-Absorption. Wir nutzen eine neuartige Methode die zufälligen Absorptionsfluktuationen zu charakterisieren, um die Signifikanz des transversalen Proximity-Effekts abschätzen zu können. Weder schwach aufgelöste noch hoch aufgelöste Spektren von Hintergrundquasaren unserer Gruppen zeigen Anzeichen für einen transversalen Proximity-Effekt. Aufgrund von Monte Carlo Simulationen sollte der Effekt jedoch nur schwach in der Nähe von 3 Vordergrundquasaren detektierbar sein. Deshalb können wir nicht zwischen An- oder Abwesenheit des Effekts unterscheiden. Selbst in Abwesenheit von systematischen Effekten zeigen wir, dass eine statistisch signifikante Detektion des transversalen Proximity-Effekts mindestens 5 Hintergrundquasarspektren bei mittlerer Auflösung nahe Vordergrundquasaren erfordert, deren UV-Fluss den UV-Hintergrund um einen Faktor 3 übersteigt. Deshalb erfordern statistische Studien des transversalen Proximity-Effekts große Zahlen von geeigneten Quasaren. Zwei Sichtlinien zeigen HeII-Absorption. Ein Vergleich der HeII-Absorption mit der entsprechenden HI-Absorption liefert eine Abschätzung der Spektralform des UV-Strahlungsfelds, das typischerweise durch das HeII/HI Säulendichteverhältnis eta parameterisiert wird. Wir analysieren die fluktuierende spektrale Form des UV-Strahlungsfelds auf beiden Sichtlinien und korrelieren sie mit 7 Vordergrundquasaren. Auf der Sichtlinie zu Q0302-003 finden wir ein härteres Strahlungsfeld nahe 4 Vordergrundquasaren. In der direkten Umgebung der Quasare ist eta konsistent mit Werten von 25-100, wogegen bei großen Entfernungen zu den Quasaren eta>200 erforderlich ist. Die zweite Sichtlinie zu HE2347-4342 sondiert kleinere Rotverschiebungen. Wieder finden wir, dass das Strahlungsfeld nahe der 3 Vordergrundquasaren signifikant härter ist als im allgemeinen. Während eta trotzdem große Fluktuationen nahe den Quasaren aufweist, die wahrscheinlich von Strahlungstransport herrühren, ist das Strahlungsfeld in der Nähe der Quasare im Mittel härter als in großer Entfernung. Wir interpretieren diese Entdeckungen als die ersten Detektionen des transversalen Proximity-Effekts als eine lokale Fluktuation im spektralen Härtegrad. Kein signifikanter HI Proximity-Effekt ist für die 7 Vordergrundquasare vorhergesagt. Tatsächlich ist die HI-Absorption nahe den Quasaren nahe am oder etwas über dem Mittelwert, was darauf hindeutet, dass die schwache Signatur des transversalen Proximity-Effekts maskiert wird durch intrinsische Überdichten. Jedoch zeigen wir, dass der Härtegrad den transversalen Proximity-Effekt selbst in überdichten Regionen oder auf großen Distanzen sichtbar werden läßt. Deshalb ist der spektrale Härtegrad ein empfindliches physikalisches Maß für den transversalen Proximity-Effekt, der in der Lage ist, die Dichteentartung zu brechen, die die traditionelle Suche behindert.
KW  - Quasar
KW  - Proximity-Effekt
KW  - intergalaktisches Medium
KW  - quasar
KW  - proximity effect
KW  - intergalactic medium
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-18738
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wilhelm, Susann
T1  - Climate induced impacts on lake functioning in summer
T1  - Auswirkungen des Klimawandels auf Seen im Sommer
N2  - Es gibt bereits viele Hinweise dafür, dass Seen sehr sensibel auf die anthropogen verursachte Klimaerwärmung reagiert haben. Bis jetzt haben sich die Studien der Klimafolgenforschung hauptsächlichst auf die Auswirkungen der Erwärmung im Winter und Frühling konzentriert. Über den Einfluss der Klimaerwärmung auf Seen in den gemäßigten Breiten im Sommer ist weniger bekannt. In der vorliegenden Doktorarbeit habe ich einige Faktoren, welche die Reaktion von Seen auf die Erwärmung im Sommer vermutlich stark mitbestimmt haben, untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei auf klimatisch induzierten Auswirkungen auf die thermische Charakteristik und die Phänologie und Abundanz des Planktons eines flachen und polymiktischen Sees (Müggelsee, Berlin). Zuerst wurde der Einfluss der Klimaerwärmung auf die Phänologie und Abundanz des Planktons in verschiedenen Jahreszeiten untersucht. Das schnellwachsende Phyto- und Zooplankton (Daphnia) im Frühjahr hat sich vorwiegend synchron vorverschoben, wohingegen Veränderungen des Sommerzooplanktons deutlich artspezifisch und nicht synchron waren. Die Phänologie oder Abundanz einiger Sommercopepoden hat sich entsprechend der individuellen thermischen Anforderungen innerhalb bestimmter Entwicklungsstufen, wie zum Beispiel der Emergenz von der Diapause im Frühling, verändert. Die Studie unterstreicht, dass nicht nur der Grad der Erwärmung, sondern auch dessen Zeitpunkt innerhalb des Jahres von großer ökologischer Bedeutung ist. Um die Auswirkungen des Klimawandels auf die thermischen Eigenschaften des Sees zu erforschen, habe ich die Langzeitentwicklung der täglichen epilimnischen Temperaturextrema während des Sommers untersucht. Durch diese Studie wurde zum ersten Mal für Seen gezeigt, dass die täglichen epilimnischen Minima (Nacht) stärker angestiegen sind als die Maxima (Tag), wodurch sich der tägliche epilimnische Temperaturbereich deutlich verringert hat. Diese Tag-Nacht-Asymmetrie in der epilimnischen Temperatur wurde durch eine erhöhte Emission von Langwellenstrahlung aus der Atmosphäre während der Nacht verursacht. Dies unterstreicht, dass nicht nur Erhöhungen der Lufttemperatur, sondern auch Änderungen anderer meteorologischer Variablen wie der Windgeschwindigkeit, der Luftfeuchte und der Bewölkung eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Seetemperatur im Hinblick auf weitere Klimaveränderungen spielen werden. Zudem wurde eine Kurzzeitanalyse zum Schichtungsverhalten des polymiktischen Sees durchgeführt, um die Häufigkeit und Dauer von Schichtungsereignissen und deren Einfluss auf den gelösten Sauerstoff, die gelösten Nährstoffe und das Phytoplankton zu untersuchen. Selbst während der längsten Schichtungsereignisse (Hitzewellen 2003 und 2006) unterschieden sich die Auswirkungen auf den See von denen, welche in flachen dimiktischen Seen während der kontinuierlichen Sommerschichtung auftreten. Die hypolimnische Temperatur war höher, was die Sauerstoffzehrung und die Akkumulation von gelösten Nährstoffen begünstigt hat. Die thermische Schichtung wird in Zukunft sehr wahrscheinlich zunehmen. Dies lässt darauf schließen, dass polymiktische Seen sehr anfällig gegenüber Änderungen im Hinblick auf projizierte Klimaveränderungen sein werden. Abschließend wurde eine Studie über Lang- und Kurzzeitveränderungen in der Entwicklung der planktischen Larven der Muschel Dreissena polymorpha durchgeführt, um den Einfluss der Veränderungen im thermischen und trophischen Regime des Sees zu analysieren. Die Klimaerwärmung und die Verringerung in der externen Nährstofffracht haben die Abundanz der Larven stark beeinflusst indem sie jeweils auf bestimmte Entwicklungsphasen dieser Art während der warmen Jahreszeiten gewirkt haben. Der Anstieg in der Abundanz und der Länge der Larven stand im Zusammenhang mit dem Rückgang der Nährstofffracht und der Veränderung der Phytoplanktonzusammensetzung. Die Hitzewellen in den Jahren 2003 und 2006 haben diesen positiven Effekt auf die Larvenabundanz jedoch durch ungünstige Sauerstoffkonzentrationen während der sehr langen Schichtung aufgehoben. Die Klimaerwärmung kann demzufolge entgegenwirkende Effekte in produktiven flachen Seen, in welchen die externe Nährstofffracht reduziert wurde, auslösen. Aus diesen Ergebnissen schließe ich, dass nicht nur die Art des Klimawandels und damit der Zeitpunkt der Erwärmung und das Auftreten von Extremen wie Hitzewellen, sondern auch standortspezifische Bedingungen wie Schichtungsverhalten und Trophiegrad entscheidende Faktoren sind, welche die Auswirkungen der Klimaerwärmung auf interne Seeprozesse im Sommer bestimmen. Somit sollte sich die weiterführende Klimafolgenforschung für Seen darauf konzentrieren, wie verschiedene Seetypen auf die komplexen Umweltveränderungen im Sommer reagieren, damit ein umfassenderes Verständnis über den Einfluss von anthropogen verursachten Veränderungen auf Seen der gemäßigten Breiten erreicht wird.
N2  - There is already strong evidence that temperate lakes have been highly vulnerable to human induced climate warming during the last century. Hitherto climate impact studies have mainly focussed on the impacts of the recent long-term warming in winter and spring and little is known on the influence of climate warming on temperate lakes in summer. In the present thesis, I studied some aspects, which may have been strongly involved in determining the response of a lake to climate warming in summer. Thereby I have focussed on climate induced impacts on the thermal characteristics and the phenology and abundance of summer plankton in a shallow polymictic lake (Müggelsee, Germany). First, the influence of climate warming on the phenology and abundance of the lake plankton was investigated across seasons. Fast-growing spring phytoplankton and zooplankton (Daphnia) advanced largely synchronously, whereas long-term changes in the phenology of slow-growing summer zooplankton were clearly species-specific and not synchronised. The phenology and/or abundance of several summer copepod species changed according to their individual thermal requirements at decisive developmental stages such as emergence from diapause in spring. The study emphasises that not only the degree of warming, but also its timing within the annual cycle is of great ecological importance. To analyse the impact of climate change on the thermal characteristics of the lake, I examined the long-term development of the daily epilimnetic temperature extrema during summer. The study demonstrated for the first time for lakes that the daily epilimnetic minima (during nighttime) have increased more rapidly than the daily epilimnetic maxima (during daytime), resulting in a distinct decrease in the daily epilimnetic temperature range. This day-night asymmetry in epilimnetic temperature was likely caused by an increased nighttime emission of long-wave radiation from the atmosphere. This underlines that not only increases in air temperature, but also changes in other meteorological variables such as wind speed, relative humidity and cloud cover may play an important role in determining the lake temperature with respect to further climate change. Furthermore, a short-term analysis on the mixing regime of the polymictic lake was conducted to examine the frequency and duration of stratification events and their impacts on dissolved oxygen, dissolved nutrients and summer phytoplankton. Even during the longest stratification events (heatwaves in 2003 and 2006) the thermal characteristics of the lake differed from those typically found in shallow dimictic lakes, which exhibit a continuous stratification during summer. Particularly, hypolimnetic temperatures were higher, favouring the depletion of oxygen and the accumulation of dissolved nutrient in the hypolimnion. Thermal stratification will be very likely amplified in the future, thus, I conclude that polymictic lakes will be very vulnerable to alterations in the thermal regime with respect to projections of further climate change during summer. Finally, a long-term case study on the long and short-term changes in the development of the planktonic larvae of the freshwater mussel Dreissena polymorpha was performed to analyse the impacts of simultaneous changes in the thermal and in the trophic regime of the lake. Both the climate warming and the decrease in external nutrient load were important in determining the abundance of the pelagic larvae by affecting different features of the life-history of this species throughout the warm season. The long-term increase in the abundance and length of larvae was related to the decrease in external nutrient loading and the change in phytoplankton composition. However, the recent heatwaves in 2003 and 2006 have offset this positive effect on larval abundance, due to unfavourable low oxygen concentrations that had resulted from extremely long stratification events, mimicking the effects of nutrient enrichment. Climate warming may thus induce counteracting effects in productive shallow lakes that underwent lake restoration through a decrease in external nutrient loading. I conclude that not only the nature of climate change and thus the timing of climate warming throughout the seasons and the occurrence of climatic extremes as heatwaves, but also site-specific lake conditions as the thermal mixing regime and the trophic state are crucial factors governing the impacts of climate warming on internal lake processes during summer. Consequently, further climate impact research on lake functioning should focus on how the different lake types respond to the complex environmental forcing in summer, to allow for a comprehensive understanding of human induced environmental changes in lakes.
KW  - Klimawandel
KW  - Gewässerökologie
KW  - Seen
KW  - Climate change
KW  - freshwater ecology
KW  - lakes
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14599
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wasiolka, Bernd
T1  - The impact of overgrazing on reptile diversity and population dynamics of Pedioplanis l. lineoocellata in the southern Kalahari
Y1  - 2007
PB  - Univ.-Verl.
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wasiolka, Bernd
T1  - The impact of overgrazing on reptile diversity and population dynamics of Pedioplanis l. lineoocellata in the southern Kalahari
T1  - Der Einfluss von Überweidung auf Reptiliendiversität und die Poplationsdynamik von Pedioplanis l. lineoocellata in der südlichen Kalahari
N2  - Die Vegetationskomposition und –struktur, beispielsweise die unterschiedliche Architektur von Bäumen, Sträuchern, Gräsern und Kräutern, bietet ein großes Spektrum an Habitaten und Nischen, die wiederum eine hohe Tierdiversität in den Savannensystemen des südlichen Afrikas ermöglichen. Dieses Ökosystem wurde jedoch über Jahrzehnte weltweit durch intensive anthropogene Landnutzung (z.B. Viehwirtschaft) nachhaltig verändert. Dabei wurden die Zusammensetzung, Diversität und Struktur der Vegetation stark verändert. Überweidung in Savannensystemen führt zu einer Degradation des Habitates einhergehend mit dem Verlust von perennierenden Gräsern und krautiger Vegetation. Dies führt zu einem Anstieg an vegetationsfreien Bodenflächen. Beides, sowohl der Verlust an perennierenden Gräsern und krautiger Vegetation sowie der Anstieg an vegetationsfreien Flächen führt zu verbesserten Etablierungsbedingungen für Sträucher (z.B. Rhigozum trichotomum, Acacia mellifera) und auf lange Sicht zu stark verbuschten Flächen. Die Tierdiversität in Savannen ist hiervon entscheidend beeinflusst. Mit sinkender struktureller Diversität verringert sich auch die Tierdiversität. Während der Einfluss von Überweidung auf die Vegetation relativ gut untersucht ist sind Informationen über den Einfluss von Überweidung auf die Tierdiversität, speziell für Reptilien, eher spärlich vorhanden. Zusätzlich ist sehr wenig bekannt zum Einfluss auf die Populationsdynamik (z.B. Verhaltensanpassungen, Raumnutzung, Überlebensrate, Sterberate) einzelner Reptilienarten. Ziel meiner Doktorarbeit ist es den Einfluss von Überweidung durch kommerzielle Farmnutzung auf die Reptiliengemeinschaft und auf verschiedene Aspekte der Populationsdynamik der Echse Pedioplanis lineoocellata lineoocellata zu untersuchen. Hinsichtlich bestimmter Naturschutzmaßnahmen ist es einerseits wichtig zu verstehen welchen Auswirkungen Überweidung auf die gesamte Reptiliengemeinschaft hat. Und zum anderen wie entscheidende Faktoren der Populationsdynamik beeinflusst werden. Beides führt zu einem besseren Verständnis der Reaktion von Reptilien auf Habitatdegradation zu erlangen. Die Ergebnisse meiner Doktorarbeit zeigen eindeutig einen negativen Einfluss der Überweidung und der daraus resultierende Habitatdegradation auf (1) die gesamte Reptiliengemeinschaft und (2) auf einzelne Aspekte der Populationsdynamik von P. lineoocellata. Im Teil 1 wird die signifikante Reduzierung der Reptiliendiversität und Abundanz in degradierten Habitaten beschrieben. Im zweiten Teil wird gezeigt, dass P. lineoocellata das Verhalten an die verschlechterten Lebensbedingungen anpassen kann. Die Art bewegt sich sowohl häufiger als auch über einen längeren Zeitraum und legt dabei größere Distanzen zurück. Zusätzlich vergrößerte die Art ihr Revier (home range) (Teil 3). Im abschließenden Teil wird der negative Einfluss von Überweidung auf die Populationsdynamik von P. lineoocellata beschrieben: In degradierten Habitaten nimmt die Populationsgröße von adulten und juvenilen Echsen ab, die Überlebens- und Geburtenrate sinken, währen zusätzlich das Prädationsrisiko ansteigt. Verantwortlich hierfür ist zum einen die ebenfalls reduzierte Nahrungsverfügbarkeit (Arthropoden) auf degradierten Flächen. Dies hat zur Folge, dass die Populationsgröße abnimmt und die Fitness der Individuen verringert wird, welches sich durch eine Reduzierung der Überlebens- und Geburtenrate bemerkbar macht. Und zum anderen ist es die Reduzierung der Vegetationsbedeckung und der Rückgang an perennierenden Gräsern welche sich negativ auswirken. Als Konsequenz hiervon gehen Nischen und Mikrohabitate verloren und die Möglichkeiten der Reptilien zur Thermoregulation sind verringert. Des Weiteren hat dieser Verlust an perennierender Grasbedeckung auch ein erhöhtes Prädationsrisikos zur Folge. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nicht nur Bäume und Sträucher, wie in anderen Studien gezeigt, eine bedeutende Rolle für die Diversität spielen, sondern auch das perennierende Gras eine wichtige Rolle für die Faunendiversität spielt. Weiterhin zeigte sich, dass Habitatdegradation nicht nur die Population als gesamtes beeinflusst, sondern auch das Verhalten und Populationsparameter einzelner Arten. Des Weiteren ist es Reptilien möglich durch Verhaltensflexibilität auf verschlechterte Umweltbedingen zu reagieren.
N2  - In semi-arid savannah ecosystems, the vegetation structure and composition, i.e. the architecture of trees, shrubs, grass tussocks and herbaceous plants, offer a great variety of habitats and niches to sustain animal diversity. In the last decades intensive human land use practises like livestock farming have altered the vegetation in savannah ecosystems worldwide. Extensive grazing leads to a reduction of the perennial and herbaceous vegetation cover, which results in an increased availability of bare soil. Both, the missing competition with perennial grasses and the increase of bare soils favour shrub on open ground and lead to area-wide shrub encroachment. As a consequence of the altered vegetation structure and composition, the structural diversity declines. It has been shown that with decreasing structural diversity animal diversity decline across a variety of taxa. Knowledge on the effects of overgrazing on reptiles, which are an important part of the ecosystem, are missing. Furthermore, the impact of habitat degradation on factors of a species population dynamic and life history, e.g., birth rate, survival rate, predation risk, space requirements or behavioural adaptations are poorly known. Therefore, I investigated the impact of overgrazing on the reptile community in the southern Kalahari. Secondly I analysed population dynamics and the behaviour of the Spotted Sand Lizard, Pedioplanis l. lineoocellata. All four chapters clearly demonstrate that habitat degradation caused by overgrazing had a severe negative impact upon (i) the reptile community as a whole and (ii) on population parameters of Pedioplanis l. lineoocellata. Chapter one showed a significant decline of regional reptile diversity and abundance in degraded habitats. In chapter two I demonstrated that P. lineoocellata moves more frequently, spends more time moving and covers larger distances in degraded than in non-degraded habitats. In addition, home range size of the lizard species increases in degraded habitats as shown by chapter three. Finally, chapter four showed the negative impacts of overgrazing on several population parameters of P. lineoocellata. Absolute population size of adult and juvenile lizards, survival rate and birth rate are significantly lower in degraded habitats. Furthermore, the predation risk was greatly increased in degraded habitats. A combination of a variety of aspects can explain the negative impact of habitat degradation on reptiles. First, reduced prey availability negatively affects survival rate, the birth rate and overall abundance. Second, the loss of perennial plant cover leads to a loss of niches and to a reduction of opportunities to thermoregulate. Furthermore, a loss of cover and is associated with increased predation risk. A major finding of my thesis is that the lizard P. lineoocellata can alter its foraging strategy. Species that are able to adapt and change behaviour, such as P. lineoocellata can effectively buffer against changes in their environment. Furthermore, perennial grass cover can be seen as a crucial ecological component of the vegetation in the semi-arid savannah system of the southern Kalahari. If perennial grass cover is reduced to a certain degree reptile diversity will decline and most other aspects of reptile life history will be negatively influenced. Savannah systems are characterised by a mixture of trees, shrubs and perennial grasses. These three vegetation components determine the composition and structure of the vegetation and accordingly influence the faunal diversity. Trees are viewed as keystone structures and focal points of animal activity for a variety of species. Trees supply animals with shelter, shade and food and act as safe sites, nesting sites, observation posts and foraging sites. Recent research demonstrates a positive influence of shrub patches on animal diversity. Moreover, it would seem that intermediate shrub cover can also sustain viable populations in savannah landscapes as has been demonstrated for small carnivores and rodent species. The influence of perennial grasses on faunal diversity did not receive the same attention as the influence of trees and shrubs. In my thesis I didn’t explicitly measure the direct effects of perennial grasses but my results strongly imply that it has an important role. If the perennial grass cover is significantly depleted my results suggest it will negatively influence reptile diversity and abundance and on several populations parameters of P. lineoocellata. Perennial grass cover is associated with the highest prey abundance, reptile diversity and reptile abundance. It provides reptiles both a refuge from predators and opportunities to optimise thermoregulation. The relevance of each of the three vegetation structural elements is different for each taxa and species. In conclusion, I can all three major vegetation structures in the savannah system are important for faunal diversity.
KW  - Shrub encroachment
KW  - overgrazing
KW  - biodiversity
KW  - reptiles
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16611
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wagner, Kerstin
T1  - The regulation of phopholipase activity by lipid membrane structure
Y1  - 2007
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vásquez Parra, Mónica Fernanda
T1  - Mafic magmatism in the Eastern Cordillera and Putumayo Basin, Colombia : causes and consequences
T1  - Mafischer Magmatismus in der östlichen Kordilliere und des Putumayo Beckens, Kolumbien : Gründe und Folgen
N2  - The Eastern Cordillera of Colombia is mainly composed of sedimentary rocks deposited since early Mesozoic times. Magmatic rocks are scarce. They are represented only by a few locally restricted occurrences of dykes and sills of mafic composition presumably emplaced in the Cretaceous and of volcanic rocks of Neogene age. This work is focused on the study of the Cretaceous magmatism with the intention to understand the processes causing the genesis of these rocks and their significance in the regional tectonic setting of the Northern Andes. The magmatic rocks cut the Cretaceous sedimentary succession of black shales and marlstones that crop out in both flanks of the Eastern Cordillera. The studied rocks were classified as gabbros (Cáceres, Pacho, Rodrigoque), tonalites (Cáceres, La Corona), diorites and syenodiorites (La Corona), pyroxene-hornblende gabbros (Pacho), and pyroxene-hornblendites (Pajarito). The gabbroic samples are mainly composed of plagioclase, clinopyroxene, and/or green to brown hornblende, whereas the tonalitic rocks are mainly composed of plagioclase and quartz. The samples are highly variable in crystal sizes from fine- to coarse-grained. Accessory minerals such as biotite, titanite and zircon are present. Some samples are characterized by moderate to strong alteration, and show the presence of epidote, actinolite and chlorite. Major and trace element compositions of the rocks as well as the rock-forming minerals show significant differences in the geochemical and petrological characteristics for the different localities, suggesting that this magmatism does not result from a single melting process. The wide compositional spectrum of trace elements in the intrusions is characteristic for different degrees of mantle melting and enrichment of incompatible elements. MORB- and OIB-like compositions suggest at least two different sources of magma with tholeiitic and alkaline affinity, respectively. Evidence of slab-derived fluids can be recognized in the western part of the basin reflected in higher Ba/Nb and Sr/P ratios and also in the Sr radiogenic isotope ratios, which is possible a consequence of metasomatism in the mantle due to processes related to the presence of a previously subducted slab. The trace element patterns evidence an extensional setting in the Cretaceous basin producing a continental rift, with continental crust being stretched until oceanic crust was generated in the last stages of this extension. Electron microprobe analyses (EMPA) of the major elements and synchrotron radiation micro-X-ray fluorescence (μ-SRXRF) analyses of the trace element composition of the early crystallized minerals of the intrusions (clinopyroxenes and amphiboles) reflect the same dual character that has been found in the bulk-rock analyses. Despite the observed alteration of the rocks, the mineral composition shows evidences for an enriched and a relative depleted magma source. Even the normalization of the trace element concentrations of clinopyroxenes and amphiboles to the whole rock nearly follows the pattern predicted by published partition coefficients, suggesting that the alteration did not change the original trace element compositions of the investigated minerals. Sr-Nd-Pb isotope data reveal a large isotopic variation but still suggest an initial origin of the magmas in the mantle. Samples have moderate to highly radiogenic compositions of 143Nd/144Nd and high 87Sr/86Sr ratios and follow a trend towards enriched mantle compositions, like the local South American Paleozoic crust. The melts experienced variable degrees of contamination by sediments, crust, and seawater. The age corrected Pb isotope ratios show two separated groups of samples. This suggests that the chemical composition of the mantle below the Northern Andes has been modified by the interaction with other components resulting in a heterogeneous combination of materials of diverse origins. Although previous K/Ar age dating have shown that the magmatism took place in the Cretaceous, the high error of the analyses and the altered nature of the investigated minerals did preclude reliable interpretations. In the present work 40Ar/39Ar dating was carried out. The results show a prolonged history of magmatism during the Cretaceous over more than 60 Ma, from ~136 to ~74 Ma (Hauterivian to Campanian). Pre-Cretaceous rifting phases occurred in the Triassic-Jurassic for the western part of the basin and in the Paleozoic for the eastern part. Those previous rifting phases are decisive mechanisms controlling the localization and composition of the Cretaceous magmatism. Therefore, it is the structural position and not the age of the intrusions which preconditions the kind of magmatism and the degree of melting. The divergences on ages are the consequence of the segmentation of the basin in several sub-basins which stretching, thermal evolution and subsidence rate evolved independently. The first hypothesis formulated at the beginning of this investigation was that the Cretaceous gabbroic intrusions identified in northern Ecuador could be correlated with the intrusions described in the Eastern Cordillera. The mafic occurrences should mark the location of the most subsiding places of the large Cretaceous basin in northern South America. For this reason, the gabbroic intrusions cutting the Cretaceous succession in the Putumayo Basin, southern Colombia, were investigated. The results of the studies were quite unexpected. The petrologic and geochemical character of the magmatic rocks indicates subduction-related magmatism. K/Ar dating of amphibole yields a Late Miocene to Pliocene age (6.1 ± 0.7 Ma) for the igneous event in the basin. Although there is no correlation between this magmatic event and the Cretaceous magmatic event, the data obtained has significant tectonic and economic implications. The emplacement of the Neogene gabbroic rocks coincides with the late Miocene/Pliocene Andean orogenic uplift as well as with a significant pulse of hydrocarbon generation and expulsion.
N2  - Die östliche Kordilliere Kolumbiens besteht hauptsächlich aus sedimentären Gesteinen, die seit dem frühen Mesozoikum angelagert wurden. Magmatische Gesteine sind rar und zeigen sich nur in Form von mafischen Gängen und Lagen die in kreidezeitliches Gestein intrudierten. Diese Arbeit untersucht den kretazischen Magmatismus um die Prozesse zu verstehen, die die Bildung dieser Gesteine ermöglichte. Die magmatischen Gesteine durchschlagen die kretazischen sedimentären Einheiten aus schwarzen Schiefern und Mergeln, die auf beiden Seiten der östlichen Kordilliere aufgeschlossen sind. Die untersuchten Gesteine wurden als Gabbros (Cáceres, Pacho, Rodrigoque), Tonalite (Cáceres, La Corona), Diorite und syenitische Diorite (La Corona), Pyroxen-Hornblende Gabbros (Pacho) und Pyroxen-Hornblendite eingestuft. Die gabbroiden Proben bestehen hauptsächlich aus Plagioklas, Klinopyroxen und/ oder grüner und brauner Hornblende. Die Tonalite sind aus Plagioklas und Quarz zusammengesetzt. Die Proben sind im Bezug auf ihre Kristallgröße sehr variabel. Biotit, Titanit und Zirkon sind in Form von Akzessorien enthalten. Die Proben sind mäßig bis stark überprägt. Diese enthalten zusätzlich Epidot, Aktinolit und Chlorit. Die Haupt- und Nebenelementzusammensetzung der Gesteine wie die Mineralassoziation an sich zeigen deutliche Unterschiede abhängig von der jeweiligen Lokalität. Das deutet auf mehrere Schmelzprozesse die zur Bildung der magmatischen Gesteine führten. Das breite Spektrum an Spurenelementen in den Intrusionen ist charakteristisch für verschiedene Grade der Mantelaufschmelzung und der Anreicherung dieser Schmelzen mit inkompatiblen Elementen. MORB und OIB Zusammensetzungen deuten auf mindestens zwei verschiedene Quellen des tholeiitischen und alkalinen Magmas hin. Im westlichen Teil des Kreidebeckens weisen höhere Ba/Nd und Sr/P Verhältnisse auf subduktionsinduzierte Fluide hin, die eventuell eine Metasomatose des Mantels nach sich zog. Die Verhältnisse der radiogenen Isotope von Sr spiegeln ebenfalls einen Fluideintrag wieder. Aufgrund der Spurenelementmuster kann davon ausgegangen werden, dass im kretazischen Becken extensionale Bewegungen zu einer Ausdünnung der kontinentalen Kruste führte bis im letzten Stadium ozeanische Kruste generiert wurde. Mikrosondenanalysen (EMPA) der Hauptelemente und Röntgenfluoreszenzanalyse mittels Synchrotonstrahlung (μ-SRXRF) der Spurenelemente von früh kristallisierten Mineralen der Intrusionen (Klinopyroxene und Amphibole) reflektieren den selben dualen Charakter wie die Gesamtgesteinsanalysen. Trotz Überprägung mancher Gesteine zeigen die Mineralkompositionen sowohl eine angereicherte als auch eine relativ verarmte Magmaquelle. Durch die Normalisierung der Spurenelemente von Klinopyroxen und Amphibol zum Gesamtgestein konnte gezeigt werden, dass die Überprägung keine Auswirkung auf die originalen Spurenelementkompositionen hatte. Sr-Nd-Pb Daten zeigen eine große Variationsbreite in den Isotopen, trotzdem ist noch der Mantel als initiale Quelle des Magmas sichtbar. Die Proben zeigen mäßige bis hohe radiogene Mengen an 143Nd/144Nd und hohe Verhältnisse von 87Sr/86Sr. Beides spricht für angereicherten Mantel als Ausgangsmaterial der mafischen Intrusiva. Sedimente, Kruste und Meerwasser kontaminieren das Gestein in variablen Anteilen. Korrigierte Pb Isotopenverhältnisse zeigen zwei unterschiedliche Probengruppen. Damit kann vermutet werden, dass die Chemie des Mantels unter den nördlichen Anden durch Interaktionen mit anderen Komponenten modifiziert wurde und so ein heterogenes Material entstand. Frühere K/Ar Datierungen zeigen, dass die Intrusionen der mafischen Gesteine in der Kreide erfolgten. Aufgrund des hohen Fehlers in den Analysen und den Alterationen an den untersuchten Mineralien, sollten derartige Interpretationen mit Vorsicht betrachtet werden. Diese Arbeit zeigt anhand von Ar/Ar Daten, dass sich der Zeitraum der magmatischen Ereignisse über 60Ma hinzieht. Es wurden Alter von 136 Ma bis 74 Ma ermittelt (Hauterivium/Campanium). Extensionsprozesse traten im östlichen Teil des Kreidebeckens bereits im Paleozoikum auf, der westliche Teil wurde an der Trias-Jura-Grenze von der Entwicklung erfasst. Diese frühen Riftprozesse haben maßgeblichen Einfluss auf die Lokalität und Komposition des kretazischen Magmatismus. Daher ist die strukturelle Position und nicht das Alter ausschlaggebend, wenn es um die Art des Magmatismus und den Grad der Aufschmelzung des Mantels geht. Die Spannbreite der ermittelten Alter steht im Zusammenhang mit der Segmentierung des Beckens. Diese Subbecken zeigen eine unterschiedliche thermische Entwicklung sowie eine unabhängige Evolution in Extension und Subsidenz. Eine erste Hypothese die zu Beginn der Arbeit formuliert wurde, ging davon aus, dass die kretazischen gabbroiden Intrusionen im nördlichen Equador mit den Intrusionen in der östlichen Kordilliere korrelierbar sind. Die mafischen Gesteine definieren ein Areal des nördlichen Südamerika, dass wohl die größte Subsidenz erfahren hat. Darum wurden die gabbroiden Gänge in den kretazischen Abfolgen des Putumayo Beckens, Süd-Kolumbien, erforscht. Diese Arbeit zeigt neue Resultate und Ergebnisse, die so nicht erwartet wurden. Der petrologische und geochemische Charakter der Magmatite zeigt subduktionsbezogenen Magmatismus. K/Ar Datierungen von Amphibolen zeigen ein spates Miozänes bis Pliozänes Alter (6.1 ± 0.7 Ma) für das Intrusionsereignis im Kreidebecken. Obwohl es keine Korrelation zwischen diesem magmatischen Ereignis und dem Kretazischen gibt, zeigen die Daten doch tektonische und ökonomische Zusammenhänge auf. Die Intrusion der neogenen Gabbroide überschneidet sich mit der späten miozänen/pliozänen andinen Hebung ebenso wie mit der signifikanten Bildung von Kohlenwasserstoffen und deren Einlagerung.
KW  - Kolumbien
KW  - Magmatismus
KW  - Kreide
KW  - Geochemie
KW  - Anden
KW  - Colombia
KW  - magmatism
KW  - Cretaceous
KW  - geochemistry
KW  - Andes
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13183
ER  - 
TY  - THES
A1  - Voronina, Olena
T1  - Structure-property relations in polymer ferroelectrets
Y1  - 2007
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tönjes, Ralf
T1  - Pattern formation through synchronization in systems of nonidentical autonomous oscillators
T1  - Musterbildung durch Synchronisation in Systemen nicht identischer, autonomer Oszillatoren
N2  - This work is concerned with the spatio-temporal structures that emerge when non-identical, diffusively coupled oscillators synchronize. It contains analytical results and their confirmation through extensive computer simulations. We use the Kuramoto model which reduces general oscillatory systems to phase dynamics. The symmetry of the coupling plays an important role for the formation of patterns. We have studied the ordering influence of an asymmetry (non-isochronicity) in the phase coupling function on the phase profile in synchronization and the intricate interplay between this asymmetry and the frequency heterogeneity in the system. The thesis is divided into three main parts. Chapter 2 and 3 introduce the basic model of Kuramoto and conditions for stable synchronization. In Chapter 4 we characterize the phase profiles in synchronization for various special cases and in an exponential approximation of the phase coupling function, which allows for an analytical treatment. Finally, in the third part (Chapter 5) we study the influence of non-isochronicity on the synchronization frequency in continuous, reaction diffusion systems and discrete networks of oscillators.
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in Theorie und Simulation mit den raum-zeitlichen Strukturen, die entstehen, wenn nicht-identische, diffusiv gekoppelte Oszillatoren synchronisieren. Wir greifen dabei auf die von Kuramoto hergeleiteten Phasengleichungen zurück. Eine entscheidene Rolle für die Musterbildung spielt die Symmetrie der Kopplung. Wir untersuchen den ordnenden Einfluss von Asymmetrie (Nichtisochronizität) in der Phasenkopplungsfunktion auf das Phasenprofil in Synchronisation und das Zusammenspiel zwischen dieser Asymmetrie und der Frequenzheterogenität im System. Die Arbeit gliedert sich in drei Hauptteile. Kapitel 2 und 3 beschäftigen sich mit den grundlegenden Gleichungen und den Bedingungen für stabile Synchronisation. Im Kapitel 4 charakterisieren wir die Phasenprofile in Synchronisation für verschiedene Spezialfälle sowie in der von uns eingeführten exponentiellen Approximation der Phasenkopplungsfunktion. Schliesslich untersuchen wir im dritten Teil (Kap.5) den Einfluss von Nichtisochronizität auf die Synchronisationsfrequenz in kontinuierlichen, oszillatorischen Reaktions-Diffusionssystemen und diskreten Netzwerken von Oszillatoren.
KW  - Synchronisation
KW  - Musterbildung
KW  - Phasen-Gleichungen
KW  - Phasen-Oszillatoren
KW  - Kuramoto Modell
KW  - synchronization
KW  - pattern formation
KW  - phase equations
KW  - phase oscillators
KW  - Kuramoto model
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15973
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tschöpe, Okka
T1  - Managing open habitats for species conservation : the role of wild ungulate grazing, small-scale disturbances, and scale
T1  - Offenlandmanagement für den Artenschutz : die Bedeutung von Wildtierbeweidung, kleinräumigen Störungen und der Maßstabsebene
N2  - During the last decades, the global change of the environment has caused a dramatic loss of habitats and species. In Central Europe, open habitats are particularly affected. The main objective of this thesis was to experimentally test the suitability of wild megaherbivore grazing as a conservation tool to manage open habitats. We studied the effect of wild ungulates in a 160 ha game preserve in NE Germany in three successional stages (i) Corynephorus canescens-dominated grassland, (ii) ruderal tall forb vegetation dominated by Tanacetum vulgare and (iii) Pinus sylvestris-pioneer forest over three years. Our results demonstrate that wild megaherbivores considerably affected species composition and delayed successional pathways in open habitats. Grazing effects differed considerably between successional stages: species richness was higher in grazed ruderal and pioneer forest plots, but not in the Corynephorus sites. Species composition changed significantly in the Corynephorus and ruderal sites. Grazed ruderal sites had turned into sites with very short vegetation dominated by Agrostis spp. and the moss Brachythecium albicans, most species did not flower. Woody plant cover was significantly affected only in the pioneer forest sites. Young pine trees were severely damaged and tree height was considerably reduced, leading to a “Pinus-macchie”-appearance. Ecological patterns and processes are known to vary with spatial scale. Since grazing by megaherbivores has a strong spatial component, the scale of monitoring success of grazing may largely differ among and within different systems. Thus, the second aim of this thesis was to test whether grazing effects are consistent over different spatial scales, and to give recommendations for appropriate monitoring scales. For this purpose, we studied grazing effects on plant community structure using multi-scale plots that included three nested spatial scales (0.25 m2, 4 m2, and 40 m2). Over all vegetation types, the scale of observation directly affected grazing effects on woody plant cover and on floristic similarity, but not on the proportion of open soil and species richness. Grazing effects manifested at small scales regarding floristic similarity in pioneer forest and ruderal sites and regarding species richness in ruderal sites. The direction of scale-effects on similarity differed between vegetation types: Grazing effects on floristic similarity in the Corynephorus sites were significantly higher at the medium and large scale, while in the pioneer forest sites they were significantly higher at the smallest scale. Disturbances initiate vegetation changes by creating gaps and affecting colonization and extinction rates. The third intention of the thesis was to investigate the effect of small-scale disturbances on the species-level. In a sowing experiment, we studied early establishment probabilities of Corynephorus canescens, a key species of open sandy habitats. Applying two different regimes of mechanical ground disturbance (disturbed and undisturbed) in the three successional stages mentioned above, we focused on the interactive effects of small-scale disturbances, successional stage and year-to-year variation. Disturbance led to higher emergence in a humid and to lower emergence in a very dry year. Apparently, when soil moisture was sufficient, the main factor limiting C. canescens establishment was competition, while in the dry year water became the limiting factor. Survival rates were not affected by disturbance. In humid years, C. canescens emerged in higher numbers in open successional stages while in the dry year, emergence rates were higher in late stages, suggesting an important role of late successional stages for the persistence of C. canescens. We conclude that wild ungulate grazing is a useful tool to slow down succession and to preserve a species-rich, open landscape, because it does not only create disturbances, thereby supporting early successional stages, but at the same time efficiently controls woody plant cover. However, wild ungulate grazing considerably changed the overall appearance of the landscape. Additional measures like shifting exclosures might be necessary to allow vulnerable species to flower and reproduce. We further conclude that studying grazing impacts on a range of scales is crucial, since different parameters are affected at different spatial scales. Larger scales are suitable for assessing grazing impact on structural parameters like the proportion of open soil or woody plant cover, whereas species richness and floristic similarity are affected at smaller scales. Our results further indicate that the optimal strategy for promoting C. canescens is to apply disturbances just before seed dispersal and not during dry years. Further, at the landscape scale, facilitation by late successional species may be an important mechanism for the persistence of protected pioneer species.
N2  - Der globale Wandel führte in den letzten Jahrzehnten zu einem drastischen Habitat- und Artenschwund, von dem in Mitteleuropa offene Lebensräume besonders betroffen sind. Hauptziel dieser Arbeit war es, experimentell zu untersuchen, ob Wildtierbeweidung eine geeignete Methode für das Offenlandmanagement ist. Der Wildtiereffekt wurde über drei Jahre in einem 160 ha großen Wildtiergehege im NO Deutschlands in drei Sukzessionsstadien untersucht: (i) Corynephorus canescens-dominierte Kurzgrasrasen, (ii) durch Tanacetum vulgare dominierte ruderale Staudenfluren und (iii) Pinus sylvestris-Vorwälder. Wildtierbeweidung beeinflusste die Artenzusammensetzung entscheidend und verzögerte die Sukzession, wobei sich die Beweidungseffekte zwischen den Sukzessionsstadien unterschieden. Die Artenzahl war in den beweideten Ruderal- und Vorwaldflächen deutlich höher als in den unbeweideten, nicht jedoch in den Corynephorus-Flächen. Die Artenzusammensetzung wurde in den Corynephorus- und den Ruderal-Flächen verändert. Ruderal-Flächen entwickelten sich durch die Beweidung zu einem durch Agrostis spp. dominierten Vegetationstyp mit niedriger Vegetationshöhe, in dem die meisten Arten nicht zur Blüte kamen. Die Gehölzdeckung wurde in den beweideten Vorwaldflächen signifikant reduziert. Junge Kiefern wurden stark geschädigt und in ihrer Wuchshöher reduziert. Analyse und Interpretation einer Untersuchung sind abhängig vom Beobachtungsmaßstab. Das zweite Ziel dieser Arbeit war es, zu testen, ob Beweidungseffekte über verschiedene räumliche Skalen konsistent sind, sowie Empfehlungen für geeignete Monitoring-Maßstäbe zu geben. Der Effekt von Wildtierbeweidung auf die Vegetation dreier Sukzessionsstadien wurde mittels genesteter Dauerflächen untersucht (0.25 m2, 4 m2, 40 m2). Über alle Vegetationstypen zusammen beeinflusste der Beobachtungsmaßstab den Beweidungseffekt auf die Gehölzdeckung sowie auf die floristische Ähnlichkeit, aber nicht auf den Anteil offenen Bodens und die Artenzahl. Betrachtet man die Vegetationstypen getrennt, so zeigte sich der Beweidungseffekt auf kleinen Skalen in den Vorwaldflächen und den ruderalen Flächen hinsichtlich der Ähnlichkeit und in den ruderalen Flächen hinsichtlich der Artenzahl. Die Richtung der Skaleneffekte auf die floristische Ähnlichkeit unterschied sich zwischen den Vegetationstypen: Während sich beweidete und unbeweidete Corynephorus-Flächen auf der mittleren und der großen Skala signifikant voneinander unterschieden, war dies im Kiefernvorwald auf der kleinsten Skala der Fall. Störungen führen zu Vegetationsveränderungen, die die Einwanderungs- und Aussterberaten von Arten beeinflussen. Das dritte Ziel dieser Arbeit war es, den Effekt kleinräumiger Störungen auf der Art-Ebene zu untersuchen sowie deren Interaktion mit dem Sukzessionsstadium und der jährlichen Variabilität. In einem Aussaatexperiment wurde das Etablierungsverhalten von Corynephorus canescens, einer Schlüsselart sandiger Offenhabitate, in drei Sukzessionsstadien und unter zwei Störungsregimes (gestört vs. ungestört) untersucht. In einem feuchten Jahr führten Störungen zu höheren, in einem trockenen Jahr dagegen zu niedrigeren Keimraten. Solange die Bodenfeuchtigkeit hoch genug war, war Konkurrenz der wichtigste limitierende Faktor für die Etablierung von C. canescens, während im trockenen Jahr Wasser zum entscheidenden Faktor wurde. Auf die Überlebensraten hatten Störungen keinen Einfluss. In feuchten Jahren waren die Keimraten in offenen Sukzessionsstadien höher, während sie im trockenen Jahr im späten Sukzessionsstadium höher waren. Spätere Sukzessionsstadien können also für die Persistenz von C. canescens eine wichtige Rolle spielen. Da Wildtierbeweidung sowohl Störungen verursacht und dadurch frühe Sukzessionsstadien fördert, als auch die Gehölzdeckung reduziert, ist sie eine besonders geeignete Maßnahme, um artenreiche, offene Landschaften zu erhalten. Sie kann jedoch zu teilweise drastischen Veränderungen der Landschaft führen, so dass zusätzliche Maßnahmen wie wechselnde Auskoppelungen notwendig sein können, um ein reiches Mosaik verschiedener Sukzessionsstadien mit einer hohen Gesamtartenzahl zu erhalten. Weiterhin ist die Untersuchung von Beweidungseffekten auf verschiedenen Maßstabsebenen von großer Bedeutung, da verschiedene Parameter auf unterschiedlichen Skalen beeinflusst werden. Größere Skalen sind geeignet, um den Beweidungseinfluss auf Strukturparameter wie den Anteil offenen Bodens oder der Gehölzdeckung zu erfassen, während für die Erfassung der Veränderung des Artenreichtums und der floristischen Ähnlichkeit kleinere Skalen besser geeignet sind. Unsere Ergebnisse zeigen außerdem, dass kleinräumige Störungen die Keimung von C. canescens fördern, wobei Störungen direkt vor der Samenausbreitung und nicht in trockenen Jahren durchgeführt werden sollten. Auf Landschaftsebene kann die Förderung durch Arten späterer Sukzessionsstadien ein wichtiger Mechanismus für die Persistenz geschützter Pionierarten sein.
KW  - Diversität
KW  - Sukzession
KW  - Etablierung
KW  - Corynephorus canescens
KW  - Maßstabsabhängigkeit
KW  - diversity
KW  - succession
KW  - establishment
KW  - Corynephorus canescens
KW  - scale dependence
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13218
ER  - 
TY  - THES
A1  - Trappmann, Henryk
T1  - Arborescent numbers : higher arithmetic operations and division trees
T1  - Baumartige Zahlen : höhere arithmetische Operationen und Divisionsbäume
N2  - The overall program "arborescent numbers" is to similarly perform the constructions from the natural numbers (N) to the positive fractional numbers (Q+) to positive real numbers (R+) beginning with (specific) binary trees instead of natural numbers. N can be regarded as the associative binary trees. The binary trees B and the left-commutative binary trees P allow the hassle-free definition of arbitrary high arithmetic operations (hyper ... hyperpowers). To construct the division trees the algebraic structure "coppice" is introduced which is a group with an addition over which the multiplication is right-distributive. Q+ is the initial associative coppice. The present work accomplishes one step in the program "arborescent numbers". That is the construction of the arborescent equivalent(s) of the positive fractional numbers. These equivalents are the "division binary trees" and the "fractional trees". A representation with decidable word problem for each of them is given. The set of functions f:R1->R1 generated from identity by taking powers is isomorphic to P and can be embedded into a coppice by taking inverses.
N2  - Baumartige Zahlen und höhere arithmetische Operationen Von Schülern und Laienmathematikern wird oft die Frage gestellt, warum nach den Operationen Addition (1. Stufe), Multiplikation (2. Stufe), Potenzieren (3. Stufe) keine Operationen der 4. oder höheren Stufen betrachtet werden. Jede Operation der nächsthöheren Stufe ist die Wiederholung der vorhergehenden Operation, z.B. n * x = x + x + ... + x x^n = x * x * ... * x Das offensichtliche Problem mit der Wiederholung des Potenzierens besteht darin, dass das Potenzieren nicht assoziativ ist und es somit mehrere Klammerungsmöglichkeiten für die Wiederholung dieser Operation gibt. Wählt man eine spezifische Klammerungsmöglichkeit aus, z.B. x^^n = (x^(x^(x^(......)))), gibt es jedoch wieder verschiedene Möglichkeiten, diese Operation auf rationale oder reelle n fortzusetzen. In der Tat kann man im Internet verschiedene solcher Fortsetzungen beschrieben finden und keine scheint besonders ausgezeichnet zu sein. Das ganze Dilemma der verschiedenen Klammerungen kann man jedoch überwinden, in dem man den Zahlenbereich abstrakter macht. So dass statt nur der Anzahl auch eine Klammerungsstruktur in einer Zahl kodiert wird. Die ganz natürliche Verallgemeinerung der natürlichen Zahlen in dieser Hinsicht sind die Binärbäume. Und in der Tat lassen sich die 4. und höhere Operationen in einer eindeutigen Weise auf den Binärbäumen erklären. Vielmehr stellt sich sogar heraus, dass die Binärbäume zu viel Information mit sich tragen, wenn es nur darum geht, die höheren Operationen zu definieren. Es gibt eine Spezialisierung der Binärbäume, die aber allgemeiner als die natürlichen Zahlen (die die assoziative Spezialisierung der Binärbäume sind) ist, und die die passende Informationsmenge zur Definition der höheren Operationen kodiert. Dies sind die so genannten linkskommutativen Binärbäume. Es stellt sich heraus, dass die (linkskommutativen) Binärbäume viele Eigenschaften der natürlichen Zahlen teilen, so z.B. die Assoziativität der Multiplikation (die Operation der 2. Stufe) und eine eindeutige Primzahlzerlegung. Dies motiviert die Frage, ob man die Erweiterungskonstruktionen der Zahlen: „natürliche Zahlen zu gebrochenen Zahlen“ (macht die Multiplikation umkehrbar) „gebrochene Zahlen zu positiven reellen Zahlen“ (macht das Potenzieren umkehrbar und erlaubt Grenzwertbildung) auch ausgehend von (linkskommutativen) Binärbäumen vornehmen kann. In der vorliegenden Arbeit wird (neben unzähligen anderen Resultaten) gezeigt, dass die Zahlenbereichserweiterung „natürliche Zahlen zu gebrochenen Zahlen“ auch analog für (linkskommutative) Binärbäume möglich ist. Das Ergebnis dieser Konstruktion sind die Divisionsbinärbäume (bzw. die gebrochenen Bäume). Letztere lassen sich unerwartet in der Form von Brüchen darstellen, sind jedoch als Verallgemeinerung der gebrochenen Zahlen sehr viel komplexer als dieser. (Das kann man live nachprüfen mit dem dafür erstellten Online-Rechner für gebrochene Bäume (auf englisch): http://math.eretrandre.org/cgi-bin/ftc/ftc.pl ) Damit wird ein Programm „baumartige Zahlen“ gestartet, indem es darum geht, auch die Erweiterung „gebrochene Zahlen zu positiven reellen Zahlen“ für die Divisionsbinärbäume (bzw. die gebrochenen Bäume) durchzuführen, wobei die höheren Operationen auf dieser Erweiterung definiert werden könnten und umkehrbar sein müssten. Ob dies wirklich möglich ist, ist derzeit unklar (neben diversen anderen direkt aus der Dissertation sich ergebenden Fragen) und eröffnet damit ein enorm umfangreiches Feld für weitere Forschungen.
KW  - Tetration
KW  - höhere Operationen
KW  - strukturierte Zahlen
KW  - Divisionsbäume
KW  - tetration
KW  - higher operations
KW  - structured numbers
KW  - division trees
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15247
ER  - 
TY  - THES
A1  - Szklarski, Jacek T.
T1  - Helical magnetorotational instability in MHD Taylor-Couette flow
T1  - Helikale Magnetorotationsinstabilität in MHD Taylor-Couette Strömung
N2  - Magnetorotational instability (MRI) is one of the most important and most common instabilities in astrophysics. Today it is widely accepted that it serves as a major source of turbulent viscosity in accretion disks, the most energy efficient objects in the universe. The importance of the MRI for astrophysics has been realized only in recent fifteen years. However, originally it was discovered much earlier, in 1959, in a very different context. Theoretical flow of a conducting liquid confined between differentially rotating cylinders in the presence of an external magnetic field was analyzed. The central conclusion is that the additional magnetic field parallel to the axis of rotation can destabilize otherwise stable flow. Theory of non-magnetized fluid motion between rotating cylinders has much longer history, though. It has been studied already in 1888 and today such setup is usually referred as a Taylor-Couette flow. To prove experimentally the existence of MRI in a magnetized Taylor-Couette flow is a demanding task and different MHD groups around the world try to achieve it. The main problem lies in the fact that laboratory liquid metals which are used in such experiments are characterized by small magnetic Prandtl number. Consequently rotation rates of the cylinders must be extremely large and vast amount of technical problems emerge. One of the most important difficulties is an influence of plates enclosing the cylinders in any experiment. For fast rotation the plates tend to dominate the whole flow and the MRI can not be observed. In this thesis we discuss a special helical configuration of the applied magnetic field which allows the critical rotation rates to be much smaller. If only the axial magnetic field is present, the cylinders must rotate with angular velocities corresponding to Reynolds numbers of order Re ≈ 10^6. With the helical field this number is dramatically reduced to Re ≈ 10^3. The azimuthal component of the magnetic field can be easily generated by letting an electric current through the axis of rotation, In a Taylor-Couette flow the (primary) instability manifests itself as Taylor vortices. The specific geometry of the helical magnetic field leads to a traveling wave solution and the vortices are drifting in a direction determined by rotation and the magnetic field. In an idealized study for infinitely long cylinders this is not a problem. However, if the cylinders have finite length and are bounded vertically by the plates the situation is different. In this dissertation it is shown, with use of numerical methods, that the traveling wave solution also exists for MHD Taylor-Couette flow at finite aspect ratio H/D, H being height of the cylinders, D width of the gap between them. The nonlinear simulations provide amplitudes of fluid velocity which are helpful in designing an experiment. Although the plates disturb the flow, parameters like the drift velocity indicate that the helical MRI operates in this case. The idea of the helical MRI was implemented in a very recent experiment PROMISE. The results provided, for the first time, an evidence that the (helical) MRI indeed exists. Nevertheless, the influence of the vertical endplates was evident and the experiment can be, in principle, improved. Exemplary methods of reduction of the end-effect are here proposed. Near the vertical boundaries develops an Ekman-Hartmann layer. Study of this layer for the MHD Taylor-Couette system as well as its impact on the global flow properties is presented. It is shown that the plates, especially if they are conducting, can disturb the flow far more then previously thought also for relatively slow rotation rates.
N2  - Die magnetische Scherinstabilitaet (engl. MRI) ist eine sehr häufig in der Astrophysik anzutreffende Instabilität. Es wird heute weithin angenommen, dass sie die Ursache für die turbulente Viskosität in Akkretionsscheiben ist, den Objekten mit der höchsten Energieeffizienz im Kosmos. Die Bedeutung der MRI ist erst in den letzten fünfzehn Jahren klargeworden. Entdeckt wurde sie jedoch schon viel früher, im Jahre 1959 in einem völlig anderen physikalischen Kontext. Die Strömung in einer leitfähigen Flüssigkeit zwischen differentiell rotierenden Zylindern unter dem Einfluss eines externen Magnetfeldes wurde theoretisch untersucht. Die Schlussfolgerung war, dass das zugesetzte Magnetfeld eine sonst stabile Strömung destabilisieren kann. Die Geschichte der Theorie von Strömungen zwischen Zylindern reicht bis ins Jahr 1888 zurück. Heute wird ein solcher Aufbau üblicherweise als Taylor-Couette-Strömung bezeichnet. Ein System rotierender Zylinder, zwischen denen sich flüssiges Metall befindet, war Gegenstand des kürzlich durchgeführten Experiments PROMISE. Die Ergebnisse belegen zum ersten Mal experimentell die Existenz der MRI. Um die notwendigen Drehzahlen gering zu halten, wurde ein spezielles, helikales Magnetfeld angelegt. Gegenstand dieser Dissertation ist die theoretische Behandlung der magnetohydrodynamischen Taylor-Couette-Strömung, ähnlich der des Experiments PROMISE. Insbesondere der Einfluss der vertikalen Ränder (Deckel) wird untersucht. Es wird gezeigt, dass die MRI auch in Zylindern mit endlicher Höhe und mit begrenzenden Deckeln einsetzt. In der Nähe der vertikalen Ränder bildet sich eine Ekman-Hartmann-Schicht. Die Untersuchung dieser Schicht im Zusammenhang mit dem MHD-Taylor-Couette-System sowie ihr Einfluss auf die globalen Strömungseigenschaften werden vorgestellt. Es wird gezeigt, dass die Deckel - insbesondere wenn sie elektrisch leitend sind - die Strömung stärker beeinflussen können als bisher angenommen, selbst bei den geringen Drehzahlen. Es werden Methoden zur Verringerung dieser unerwünschten Effekte vorgeschlagen.
KW  - MHD
KW  - Simulationen
KW  - Taylor-Couette
KW  - Akkretion
KW  - MHD
KW  - Simulations
KW  - Taylor-Couette
KW  - Accretion
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16002
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sule, Aniket
T1  - Formation and stability of the solar tachocline in MHD simulations
T1  - Entstehung und Stabilität der solaren Tachokline in MHD Simulationen
N2  - The solar tachocline is a thin transition layer between the solar radiative zone rotating uniformly and the solar convection zone, which has a mainly latitudinal differential rotation profile. This layer has a thickness of less than $0.05R_{\sun}$ and is subject to extreme radial as well as latitudinal shears. Helioseismological estimates put this layer at roughly $0.7R_{\sun}$. The tachocline mostly resides in the sub-adiabatic, non-turbulent radiative interior, except for a small overlap with the convection zone on the top. Many proposed dynamo mechanisms involve strong toroidal magnetic fields in this transition region. The exact mechanisms behind the formation of such a thin layer is still disputed. A very plausible mechanism is the one involving a weak, relic poloidal magnetic field trapped inside the radiative zone, which is responsible for expelling differential rotation outwards. This was first proposed by \citet{RK97}. The present work develops this idea with numerical simulations including additional effects like meridional circulation. It is shown that a relic field of 1~Gauss or smaller would be sufficient to explain the observed thickness of the tachocline. The stability of the solar tachocline is addressed as the next part of the problem. It is shown that the tachocline is stable up to a differential rotation of 52\% in the absence of magnetic fields. This is a new finding as compared to the earlier two dimensional models which estimated the solar differential rotation (about 28\%) to be marginally stable or even unstable. The changed stability limit is attributed to the changed stability criterion of the 3-dimensional model which also involves radial gradients of the angular velocity. In the presence of toroidal magnetic field belts, the lowest non-axisymmetric mode is shown to be the most unstable one for the radiative part of the tachocline. It is estimated that the tachocline would become unstable for toroidal fields exceeding about 100~Gauss. With both formation and stability questions satisfactorily addressed, this work presents the most comprehensive analysis of the physical processes in the solar tachocline to date.
N2  - Die Sonne besteht aus verschiedenen Zonen, die durch die Art des Energietransports von innen nach aussen unterschieden werden. Der innere Teil heißt Strahlungs-, der äußere Teil Konvektionszone. Die Grenzschicht zwischen den beiden Regionen liegt bei etwa 70% des Sonnenradius. Beide Zonen rotieren in ausgezeichneter Weise um die Sonnenachse. In der konvektiven Zone ändert sich die Rotationsrate mit dem Breitengrad und ist nur schwach von der radialen Position abhängig. Dies wird als latitudinale differentielle Rotation bezeichnet. Im Gegensatz dazu rotiert ein Großteil der Strahlungszone gleichförmig. Der Übergang von gleichförmiger Rotation im Inneren zu differentieller Rotation außen geschieht innerhalb einer sehr dünnen Schicht, die ungefähr mit der Grenzschicht zwischen den beiden Zonen übereinstimmt. Diese Schicht hat eine Ausdehnung von etwa 5% des Sonnenradius und wird als “Tachokline” bezeichnet. Die Existenz der Tachokline wurde vor etwa zwei Jahrzehnten bestätigt. Seit ihrer Entdeckung wurden verschiedenste Modelle vorgeschlagen, um die Existenz einer solchen Schicht zu erklären. Diese Arbeit wendet das bislang beliebteste und erfolgreichste dieser Modelle an, das zuerst von Rüdiger & Kitchatinov (1997) vorgeschlagen wurde. Darin wird angenommen, dass während ihrer Entstehung ein schwaches Magnetfeld im Inneren der Sonne eingeschlossen wurde. Ein solches Feld verdrängt die differentielle Rotation erfolgreich in den äußeren Randbereich der Strahlungszone und erzeugt so die Tachokline. Die Theorie nimmt weiter an, dass die Tachokline aktiv mit der darunterliegenden strahlungsdominierten Zone verbunden ist, gemäß der Beobachtung, dass ein Großteil der Tachokline unterhalb des Fußes der Konvektionszone liegt. Diese Arbeit legt verbesserte numerische Simulationen vor, die dem früheren Modell zwei neue physikalische Effekte hinzufügt: schwache radiale und horizontale Strömungen (“meridionale Strömungen” genannt) und Temperaturgradienten. Es wird gezeigt, dass ein eingeschlossenes Feld von weniger als einem Gauß ausreichend wäre, die beobachtete Dicke der Tachokline zu erkären. In einem weiteren Schritt wird versucht zu ergründen, ob die Tachokline eine stabile Schicht innerhalb der Sonne ist. Es wird gezeigt, dass sie, in Abwesenheit eines Magnetfeldes, stabil bleibt, solange die Winkelgeschwindigkeit am Pol nicht unter 52% derer am Äquator fällt. Da sekundäre Strömungen hauptsächlich horizontal verlaufen, haben Temperaturgradienten wenig Einfluss auf die Stabilität der Tachokline. In Gegenwart eines Magnetfeldes wird die Grenzschicht für Felder stärker als 100 Gauß instabil. Indem sowohl Fragen zur Entstehung als auch zur Stabilität zufriedenstellend angesprochen werden, stellt diese Arbeit die derzeit umfassendste Analyse der physikalischen Vorgänge in der Tachokline dar.
KW  - Sonne
KW  - Tachokline
KW  - Magnetohydrodynamik
KW  - Sun
KW  - Tachocline
KW  - Magnetohydrodynamics
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14612
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stocco, Antonio
T1  - Amphiphilic block copolymers at the liquid-fluid interface, invesrigated by evanescent light scattering and ellipsometry
Y1  - 2007
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stamm, Raini
T1  - Significance of the anthropometric factor in young female volleyballers´ physical abilities, technical skills, psychophysiological properties and performance in the game
T1  - Bedeutung des anthropometrischen Faktors bei der körperlichen Fähigkeiten, volleyballtechnischen Geschicklichkeiten, psychophysiologischen Eigenschaften und Spielleistung
N2  - Aim The aim of the present study was to examine young female volleyballers’ body build, physical abilities, technical skills and psychophysiological properties in relation to their performance at competitions. The sample consisted of 46 female volleyballers aged 13-16 years. 49 basic anthropometric measurements were measured and 65 proportions and body composition characteristics were calculated. 9 physical ability tests, 9 volleyball technical skills tests and 21 psychophysiological tests were carried out. The game performance was recorded by the computer program Game. The program enabled to fix the performance of technical elements in case of each player. The computer program Game calculated the index of proficiency in case of each girl for each element. The first control group consisted of 74 female volleyballers aged 13–15 years with whom reduced anthropometry was provided and 28 games were recorded. The second control group consisted of 586 ordinary schoolgirls aged 13–16 years with whom full anthropometry was provided. Results In order to systematize all anthropometric characteristics, we first studied the essence of the anthropometric structure of the body as a whole. It turned out to be a characteristic system where all variables are in significant correlation between one another and where the leading characteristics are height and weight. Therefore we based the classification on the mean height and weight of the whole sample. We formed a 5 class SD classification. There are three classes of concordance between height and weight: small height – small weight, medium height – medium height, big height – big weight. The other two classes were classes of disconcordance between height and weight- pycnomorphs and leptomorphs. We managed to show that gradual increase in height and weight brought about statistically significant increase in length, breadth and depth measurements, circumferences, bone thicknesses and skinfolds. There were also systematic changes in indeces and body composition characteristics. Pycnomorphs and leptomorphs also showed differences specific to their body types in body measurements and body composition. The results of all tests were submitted to basic statistical analysis and all correlations were found between all the tests (volleyball technical skills, psychophysiological abilities, physical abilities), and all basic anthropometric variables (n = 49) and all proportions and body composition characteristics (n = 65). All anthropometric measurements and test results were correlated with the index of proficiency for all elements of the game. The best linear regression models were calculated for predicting proficiency in different elements of the game. We can see that body build and all kind of tests took part in predicting the proficiency of the game. The most essential for performing attack, block and feint were anthropometric and psychophysiological models. The studied complex of body build characteristics and tests results determine the players’ proficiency at competitions, are an important tool for testing the player’s individual development, enable to choose volleyballers from among schoolgirls and represent the whole body constitutional model of a young female volleyballer. Outlook Our outlook for the future is to continue recording of all Estonian championship games with the computer program Game, to continue the players’ anthropometric measuring and psychophysiological testing at competitions and to compile a national register for assessment of development of individual players and teams.
N2  - Ziel Das Ziel dieser Untersuchung war den Körperbau, die körperliche Fähigkeiten, die technische Geschicklichkeiten und psychophysiologische Fähigkeiten der jungen Volleyballspielerinnen in Bezug auf ihre Leistung bei den Wettkämpfen zu untersuchen. Die Auswahl bestand aus 46 Volleyballspielerinnen im Alter 13-16 Jahren. Es wurden 49 anthropometrische Masse gemessen, 65 Proportionen und Körperbaumerkmale kalkuliert, 9 Tests der physischen Fähigkeit und 9 Testen der volleyballtechnischen Geschicken ausgeführt. Die Spielleistung wurde mit dem Computerprogramm Game gespeichert. Das Programm machte es möglich, die Leistung der technischen Elementen im Falle von jeder Spielerinnen zu bestimmen. Das Computerprogramm Game kalkulierte den Leistungsindex im Falle von jedem Mädchen für jedes Element. Die erste Kontrollgruppe bestand von 74 Volleyballspielerinnen im Alter von 13–15 Jahren, mit wem reduzierte Anthropometrie durchgeführt wurde und 28 Spiele gespeichert wurden. Die andere Kontrollgruppe bestand aus 586 gewöhnliche Schulmädchen im Alter von 13–16 Jahren, mit wem volle Anthropometrie durchgeführt wurde. Ergebnisse Um alle anthropometrische Merkmale zu systematisieren, haben wir zunächst das Wesen der anthropometrischen Struktur des Körpers als Ganzes geforscht. Es hat sich erwiesen, dass es um einem characteristischen System handelt, bei dem alle Merkmale in aussagekräftiger Beziehung miteinander sind und die führende Merkmale die Höhe und das Gewicht sind. Darum haben wir die Klassifikation auf die durchschnittliche Höhe und das durchschnittliche Gewicht der ganzen Auswahl gegründet. Wir haben eine Klass 5 SD Klassifikation gebildet. Es gibt drei Übereinstimmungsklassen zwischen Höhe und Gewicht: kleine Höhe – kleines Gewicht, mittlere Höhe – mittleres Gewicht, grosse Höhe – grosses Gewicht. Die andere zwei Klassen waren die Nichtübereinstimmungsklassen zwischen Höhe und Gewicht - Pyknomorphe und Leptomorphe. Es ist uns gelungen, zu beweisen, dass der stufenartige Anstieg in der Höhe und in dem Gewicht einen statistisch bedeutsamen Anstieg in den Merkmalen der Länge, Breite und Tiefe, in den Umkreisen, in den Dicken des Knochens und in den Hautfalten veranlassen. Es bestanden auch systematische Änderungen in den Indexen und Körperbaumerkmalen. Auch die Pyknomorphen und Leptomorphen zeigten Unterschiede für ihre Körpermasse und Körperbau spezifische Unterschiede. Die Ergebnisse von allen Testen wurden der statistischen Grundanalyse unterworfen und alle Korrelationen zwischen allen Testen (volleyballtechnische Geschicke, psychophysiologische Fähigkeiten, physische Fähigkeiten) und allen anthropometrischen Grundvariablen (n = 49) und allen Proportionen und Körperbaumerkmalen (n = 65) gefunden. Alle anthropometrische Merkmale und Testresultaten wurden im Falle von allen Spielelementen mit dem Leistungsindex korreliert. Die besten lineare Regressionmodellen, um die Leistung in verschiedenen Spielelementen vorauszusagen, wurden kalkuliert. Es ist sichtbar, dass der Körperbau und alle Testarten in der Voraussage der Spielleistung mitgemacht haben. Das Wichtigste um einen Angriff, einen Block und eine Finte durchzuführen, waren anthropometrische und psychophysiologische Modelle. Der geforschte Komplex der Körperbaumerkmalen und der Testergebnissen bestimmen die Leistung der Spielerin in den Wettbewerben, sind ein wichtiges Mittel für das Testen der individuellen Entwicklung der Spielerin, ermöglichen die Volleyballspielerinnen aus den Schulmädchen zu wählen und vertreten das ganze Körperbaumodell einer jungen Volleyballspielerin. Die Aussicht Unsere Aussicht für die Zukunft ist, das Speichern von allen Spielen der estnischen Meisterschaftswettbewerben mit dem Computerprogramm Game, die anthropometrische Messung und das psychophysiologisches Testen der Spielerinnen während Wettbewerben fortzusetzen und ein staatliches Register für die Bewertung der Entwicklung der individuellen Spielerinnen und Teamen zusammenzustellen.
KW  - Anthropometrie
KW  - Jugendliche
KW  - Testen
KW  - Volleyball
KW  - Spielleistung
KW  - anthropometry
KW  - adolescents
KW  - testing
KW  - volleyball
KW  - performance
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13005
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sobel, Edward
T1  - Interactions between deformation, exhumation, and climate in arid regions constrained by apatite fission-track analysis
Y1  - 2007
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Skirycz, Aleksandra
T1  - Functional analysis of selected DOF transcription factors in the model plant Arabidopsis thaliana
T1  - Funktionsanalyse ausgewählter DOF-Transkriptionsfaktoren bei der Modellpflanze Arabidopsis thaliana
N2  - Transcription factors (TFs) are global regulators of gene expression playing essential roles in almost all biological processes, and are therefore of great scientific and biotechnological interest. This project focused on functional characterisation of three DNA-binding-with-one-zinc-finger (DOF) TFs from the genetic model plant Arabidopsis thaliana, namely OBP1, OBP2 and AtDOF4;2. These genes were selected due to severe growth phenotypes conferred upon their constitutive over-expression. To identify biological processes regulated by OBP1, OBP2 and AtDOF4;2 in detail molecular and physiological characterization of transgenic plants with modified levels of OBP1, OBP2 and AtDOF4;2 expression (constitutive and inducible over-expression, RNAi) was performed using both targeted and profiling technologies. Additionally expression patterns of studied TFs and their target genes were analyzed using promoter-GUS lines and publicly available microarray data. Finally selected target genes were confirmed by chromatin immuno-precipitation and electrophoretic-mobility shift assays. This combinatorial approach revealed distinct biological functions of OBP1, OBP2 and AtDOF4;2. Specifically OBP2 controls indole glucosinolate / auxin homeostasis by directly regulating the enzyme at the branch of these pathways; CYP83B1 (Skirycz et al., 2006). Glucosinolates are secondary compounds important for defence against herbivores and pathogens in the plants order Caparales (e.g. Arabidopsis, canola and broccoli) whilst auxin is an essential plant hormone. Hence OBP2 is important for both response to biotic stress and plant growth. Similarly to OBP2 also AtDOF4;2 is involved in the regulation of plant secondary metabolism and affects production of various phenylpropanoid compounds in a tissue and environmental specific manner. It was found that under certain stress conditions AtDOF4;2 negatively regulates flavonoid biosynthetic genes whilst in certain tissues it activates hydroxycinnamic acid production. It was hypothesized that this dual function is most likely related to specific interactions with other proteins; perhaps other TFs (Skirycz et al., 2007). Finally OBP1 regulates both cell proliferation and cell expansion. It was shown that OBP1 controls cell cycle activity by directly targeting the expression of core cell cycle genes (CYCD3;3 and KRP7), other TFs and components of the replication machinery. Evidence for OBP1 mediated activation of cell cycle during embryogenesis and germination will be presented. Additionally and independently on its effects on cell proliferation OBP1 negatively affects cell expansion via reduced expression of cell wall loosening enzymes. Summing up this work provides an important input into our knowledge on DOF TFs function. Future work will concentrate on establishing exact regulatory networks of OBP1, OBP2 and AtDOF4;2 and their possible biotechnological applications.
N2  - Biologische Prozesse, wie beispielsweise das Wachstum von Organen und ganzen Organismen oder die Reaktion von Lebewesen auf ungünstige Umweltbedingungen, unterliegen zahlreichen Regulationsmechanismen. Besonders wichtige Regulatoren sind die sogenannten Transkriptionsfaktoren. Dabei handelt es sich um Proteine, die die Aktivität von Erbeinheiten, den Genen, beeinflussen. In Pflanzen gibt es etwa 2000 solcher Regulatoren. Da sie wichtige Kontrollelemente darstellen, sind sie von großem wissenschaftlichen und biotechnologischen Interesse. Im Rahmen der Doktorarbeit sollte die Funktion von drei Transkriptionsfaktoren, genannt OBP1, OBP2 und AtDOF4;2, untersucht werden. Sie wurden bei der Suche nach neuen Wachstumsregulatoren identifiziert. Als Untersuchungsobjekt diente die in der Öffentlichkeit kaum bekannte Pflanze Ackerschmalwand, lateinisch als Arabidopsis thaliana bezeichnet. Um die Funktion der Regulatoren zu entschlüsseln, wurden an der Modellpflanze genetische Veränderungen durchgeführt und die Pflanzen dann mit molekularbiologischen und physiologischen Methoden analysiert. Es zeigte sich, dass OBP1 an der Regulation der Zellteilung beteiligt ist. Alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut. Gelingt es, die Zellteilung gezielt zu steuern, kann damit beispielsweise die Produktion von pflanzlicher Biomasse verbessert werden. Das OBP1-Protein übt auch einen Einfluss auf die Zellstreckung aus und beeinflusst auch auf diesem Wege das pflanzliche Wachstum. Die beiden anderen Proteine steuern Prozesse, die im Zusammenhang mit der Bildung von Pflanzeninhaltsstoffen stehen. OBP2 ist Teil eines zellulären Netzwerkes, dass die Synthese von sogenannten Glucosinolaten steuert. Glucosinolate kommen unter anderem in Broccoli und Kohl vor. Sie fungieren als Abwehrstoffe gegen Fraßinsekten. Einigen Glucosinolaten wird auch gesundheitsfördernde Wirkung zugesprochen. Das Protein AtDOF4;2 ist Komponente eines anderen Netzwerkes, dass die Bildung von Phenylpropanoiden steuert. Diese Substanzen haben strukturelle Funktion und spielen darüber hinaus eine Rolle bei der pflanzlichen Toleranz gegenüber tiefen Temperaturen. Mit der Doktorarbeit konnte das Wissen über die Transkriptionsfaktoren erheblich erweitert und die Grundlage für interessante zukünftige Arbeiten gelegt werden. Von großer Bedeutung wird es dabei sein, die Netzwerke, in die die Transkriptionsfaktoren eingebunden sind, noch besser zu verstehen. Dann wird es möglich sein, auch Teilnetzwerke gezielt zu beeinflussen, was für biotechnologische Anwendungen, beispielsweise bei der Präzisionszüchtung von nachwachsenden Rohstoffen, von zentraler Bedeutung ist.
KW  - Transkriptionsfaktoren
KW  - Arabidopsis thaliana
KW  - transcription factors
KW  - Arabidopsis thaliana
KW  - cell cycle
KW  - secondary metabolism
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16987
ER  -