TY - THES A1 - Šedová, Barbora T1 - Heterogeneous effects of weather and climate change on human migration T1 - Heterogene Auswirkungen von Wetter und Klimawandel auf menschliche Migration N2 - While estimated numbers of past and future climate migrants are alarming, the growing empirical evidence suggests that the association between adverse climate-related events and migration is not universally positive. This dissertation seeks to advance our understanding of when and how climate migration emerges by analyzing heterogeneous climatic influences on migration in low- and middle-income countries. To this end, it draws on established economic theories of migration, datasets from physical and social sciences, causal inference techniques and approaches from systematic literature review. In three of its five chapters, I estimate causal effects of processes of climate change on inequality and migration in India and Sub-Saharan Africa. By employing interaction terms and by analyzing sub-samples of data, I explore how these relationships differ for various segments of the population. In the remaining two chapters, I present two systematic literature reviews. First, I undertake a comprehensive meta-regression analysis of the econometric climate migration literature to summarize general climate migration patterns and explain the conflicting findings. Second, motivated by the broad range of approaches in the field, I examine the literature from a methodological perspective to provide best practice guidelines for studying climate migration empirically. Overall, the evidence from this dissertation shows that climatic influences on human migration are highly heterogeneous. Whether adverse climate-related impacts materialize in migration depends on the socio-economic characteristics of the individual households, such as wealth, level of education, agricultural dependence or access to adaptation technologies and insurance. For instance, I show that while adverse climatic shocks are generally associated with an increase in migration in rural India, they reduce migration in the agricultural context of Sub-Saharan Africa, where the average wealth levels are much lower so that households largely cannot afford the upfront costs of moving. I find that unlike local climatic shocks which primarily enhance internal migration to cities and hence accelerate urbanization, shocks transmitted via agricultural producer prices increase migration to neighboring countries, likely due to the simultaneous decrease in real income in nearby urban areas. These findings advance our current understanding by showing when and how economic agents respond to climatic events, thus providing explicit contexts and mechanisms of climate change effects on migration in the future. The resulting collection of findings can guide policy interventions to avoid or mitigate any present and future welfare losses from climate change-related migration choices. N2 - Während die geschätzten Zahlen zukünftiger Klimamigranten alarmierend sind, deuten die wachsenden empirischen Belege darauf hin, dass der Klimawandel nicht automatisch zu mehr Migration führt. Denn auch wenn klimabezogene Einflüsse die Entscheidung zur Migration zunehmend beeinflussen, wird diese durch eine Vielzahl von Faktoren, wie beispielsweise den sozioökonomischen und politischen Bedingungen, beeinflusst. Der Zusammenhang zwischen Klimawandel und Migration ist also stark kontextabhängig. Diese Dissertation besteht aus fünf Artikeln und zeigt, wann und wie Klimamigration entsteht, indem sie die heterogenen klimatischen Einflüsse in Entwicklungsländern untersucht. Gestützt auf ökonomische Migrationstheorien analysiere ich Datensätze aus den Natur- und Sozialwissenschaften mithilfe von Methodiken der ökonometrischen Kausalanalyse, der Geoinformationssysteme und der systematischen Literatursynthese. In drei von fünf Kapiteln schätze ich die kausalen Auswirkungen des Klimawandels auf Ungleichheit und Migration in Indien und Subsahara Afrika. Durch die Verwendung von Interaktionstermen und die Analyse von Teilstichproben untersuche ich in Regressionsmodellen, wie sich diese Beziehungen für verschiedene Bevölkerungsgruppen unterscheiden. In den verbleibenden zwei Kapiteln fasse ich die ökonometrische Literatur zur Klimamigration systematisch zusammen. Zunächst führe ich eine umfassende Meta-Regressionsanalyse durch, um die allgemeine Klimamigrationsmuster zusammenzufassen und die widersprüchliche Evidenz zu erklären. In einem zweiten Schritt untersuche ich die ökonometrische Klimamigrationsliteratur aus einer methodologischen Perspektive, um Best-Practice-Leitlinien für künftige empirische Analysen von Klimamigration bereitzustellen. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse dieser Dissertation, dass die klimatischen Einflüsse auf menschliche Migration heterogen sind und von den sozioökonomischen Merkmalen der einzelnen Haushalte wie dem Wohlstand und Bildungsniveau, der Abhängigkeit von der Landwirtschaft oder dem Zugang zu Anpassungstechnologien und Versicherungen, mitbestimmt werden. Ich finde beispielsweise, dass ungünstige klimatische Schocks zu einem Migrationsanstieg im ländlichen Indien führen, sie aber die Migration im landwirtschaftlichen Subsahara Afrika, wo das durchschnittliche Einkommensniveau viel niedriger ist, verhindern. Ich habe zudem herausgefunden, dass im Gegensatz zu lokalen klimatischen Schocks, die in erster Linie die Binnenmigration in die Städte verstärken und damit die Urbanisierung beschleunigen, globale Schocks über landwirtschaftliche Erzeugerpreise die Abwanderung in benachbarte Länder antreiben. Diese Ergebnisse erweitern unser derzeitiges Verständnis, indem sie verdeutlichen, wann und wie Akteure auf unterschiedliche Klimaereignisse mit der Entscheidung zur Migration reagieren. Die daraus resultierenden Erkenntnisse können helfen, Entscheidungsträger auf drei wichtige Arten zu informieren. Erstens, wenn man weiß, wer die Klimamigranten sind und welche Destinationsziele sie wählen, wird Klimamigration vorhersehbarer und damit kontrollierbarer. Dies kann verhindern, dass sie zu einer humanitären Krise wird. Zweitens hilft die Identifizierung von Bevölkerungsgruppen, die nicht in der Lage sind, sich durch Migration an die veränderten klimatischen Bedingungen anzupassen, dabei, unfreiwillige Immobilität zu vermeiden, was wiederum auch eine potenzielle humanitären Krise verhindert. Drittens können all diese Informationen helfen, Kosten und Nutzen der Klima(im)mobilität genauer zu bewerten und so die Social Cost of Carbon genauer einzuschätzen. KW - migration KW - weather KW - climate change KW - agriculture KW - food prices KW - inequality KW - econometrics KW - Landwirtschaft KW - Klimawandel KW - Ökonometrie KW - Lebensmittelpreise KW - Ungleichheit KW - Migration KW - Wetter Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-536733 ER - TY - THES A1 - Ziemann, Niklas T1 - Four essays on the role of distance for economic decision-making T1 - Vier Studien zur Rolle von Distanzen für ökonomisches Entscheidungsverhalten N2 - Distances affect economic decision-making in numerous situations. The time at which we make a decision about future consumption has an impact on our consumption behavior. The spatial distance to employer, school or university impacts the place where we live and vice versa. The emotional closeness to other individuals influences our willingness to give money to them. This cumulative thesis aims to enrich the literature on the role of distance for economic decision-making. Thereby, each of my research projects sheds light on the impact of one kind of distance for efficient decision-making. N2 - Distanzen beeinflussen ökonomische Entscheidungen in vielen Situationen. Der Zeitpunkt an dem wir uns für zukünftige Ausgaben entscheiden, beeinflusst unser Konsumverhalten. Die räumliche Distanz zum Arbeitsgeber, zur Schule oder Universität beeinflusst die Wahl unseres Wohnortes und umgekehrt. Die emotionale Nähe zu anderen Menschen entscheidet darüber, ob wir diese finanziell unterstützen. Mit dieser kumulativen Doktorarbeit möchte ich die Literatur, die sich mit der Rolle von Distanzen für ökonomisches Entscheidungsverhalten beschäftigt, bereichern. Ich schaue mir in jedem meiner Forschungsprojekt an, wie eine Art von Distanz die Effizienz von Entscheidungen beeinflusst. KW - lab experiment KW - individual choices KW - Distanz KW - individuelle Entscheidungen KW - Laborexperiment KW - distance Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-591073 ER - TY - THES A1 - Ziege, Ricardo T1 - Growth dynamics and mechanical properties of E. coli biofilms T1 - Wachstumsdynamik und mechanische Eigenschaften von E. coli Biofilmen N2 - Biofilms are complex living materials that form as bacteria get embedded in a matrix of self-produced protein and polysaccharide fibres. The formation of a network of extracellular biopolymer fibres contributes to the cohesion of the biofilm by promoting cell-cell attachment and by mediating biofilm-substrate interactions. This sessile mode of bacteria growth has been well studied by microbiologists to prevent the detrimental effects of biofilms in medical and industrial settings. Indeed, biofilms are associated with increased antibiotic resistance in bacterial infections, and they can also cause clogging of pipelines or promote bio-corrosion. However, biofilms also gained interest from biophysics due to their ability to form complex morphological patterns during growth. Recently, the emerging field of engineered living materials investigates biofilm mechanical properties at multiple length scales and leverages the tools of synthetic biology to tune the functions of their constitutive biopolymers. This doctoral thesis aims at clarifying how the morphogenesis of Escherichia coli (E. coli) biofilms is influenced by their growth dynamics and mechanical properties. To address this question, I used methods from cell mechanics and materials science. I first studied how biological activity in biofilms gives rise to non-uniform growth patterns. In a second study, I investigated how E. coli biofilm morphogenesis and its mechanical properties adapt to an environmental stimulus, namely the water content of their substrate. Finally, I estimated how the mechanical properties of E. coli biofilms are altered when the bacteria express different extracellular biopolymers. On nutritive hydrogels, micron-sized E. coli cells can build centimetre-large biofilms. During this process, bacterial proliferation and matrix production introduce mechanical stresses in the biofilm, which release through the formation of macroscopic wrinkles and delaminated buckles. To relate these biological and mechanical phenomena, I used time-lapse fluorescence imaging to track cell and matrix surface densities through the early and late stages of E. coli biofilm growth. Colocalization of high cell and matrix densities at the periphery precede the onset of mechanical instabilities at this annular region. Early growth is detected at this outer annulus, which was analysed by adding fluorescent microspheres to the bacterial inoculum. But only when high rates of matrix production are present in the biofilm centre, does overall biofilm spreading initiate along the solid-air interface. By tracking larger fluorescent particles for a long time, I could distinguish several kinematic stages of E. coli biofilm expansion and observed a transition from non-linear to linear velocity profiles, which precedes the emergence of wrinkles at the biofilm periphery. Decomposing particle velocities to their radial and circumferential components revealed a last kinematic stage, where biofilm movement is mostly directed towards the radial delaminated buckles, which verticalize. The resulting compressive strains computed in these regions were observed to substantially deform the underlying agar substrates. The co-localization of higher cell and matrix densities towards an annular region and the succession of several kinematic stages are thus expected to promote the emergence of mechanical instabilities at the biofilm periphery. These experimental findings are predicted to advance future modelling approaches of biofilm morphogenesis. E. coli biofilm morphogenesis is further anticipated to depend on external stimuli from the environment. To clarify how the water could be used to tune biofilm material properties, we quantified E. coli biofilm growth, wrinkling dynamics and rigidity as a function of the water content of the nutritive substrates. Time-lapse microscopy and computational image analysis revealed that substrates with high water content promote biofilm spreading kinetics, while substrates with low water content promote biofilm wrinkling. The wrinkles observed on biofilm cross-sections appeared more bent on substrates with high water content, while they tended to be more vertical on substrates with low water content. Both wet and dry biomass, accumulated over 4 days of culture, were larger in biofilms cultured on substrates with high water content, despite extra porosity within the matrix layer. Finally, the micro-indentation analysis revealed that substrates with low water content supported the formation of stiffer biofilms. This study shows that E. coli biofilms respond to the water content of their substrate, which might be used for tuning their material properties in view of further applications. Biofilm material properties further depend on the composition and structure of the matrix of extracellular proteins and polysaccharides. In particular, E. coli biofilms were suggested to present tissue-like elasticity due to a dense fibre network consisting of amyloid curli and phosphoethanolamine-modified cellulose. To understand the contribution of these components to the emergent mechanical properties of E. coli biofilms, we performed micro-indentation on biofilms grown from bacteria of several strains. Besides showing higher dry masses, larger spreading diameters and slightly reduced water contents, biofilms expressing both main matrix components also presented high rigidities in the range of several hundred kPa, similar to biofilms containing only curli fibres. In contrast, a lack of amyloid curli fibres provides much higher adhesive energies and more viscoelastic fluid-like material behaviour. Therefore, the combination of amyloid curli and phosphoethanolamine-modified cellulose fibres implies the formation of a composite material whereby the amyloid curli fibres provide rigidity to E. coli biofilms, whereas the phosphoethanolamine-modified cellulose rather acts as a glue. These findings motivate further studies involving purified versions of these protein and polysaccharide components to better understand how their interactions benefit biofilm functions. All three studies depict different aspects of biofilm morphogenesis, which are interrelated. The first work reveals the correlation between non-uniform biological activities and the emergence of mechanical instabilities in the biofilm. The second work acknowledges the adaptive nature of E. coli biofilm morphogenesis and its mechanical properties to an environmental stimulus, namely water. Finally, the last study reveals the complementary role of the individual matrix components in the formation of a stable biofilm material, which not only forms complex morphologies but also functions as a protective shield for the bacteria it contains. Our experimental findings on E. coli biofilm morphogenesis and their mechanical properties can have further implications for fundamental and applied biofilm research fields. N2 - Biofilme sind komplexe lebende Materialien, die sich bilden, wenn Bakterien in eine Matrix aus selbstproduzierten Protein- und Polysaccharidfasern eingebettet werden. Die Bildung eines Netzwerks aus extrazellulären Biopolymerfasern trägt zum Zusammenhalt des Biofilms bei, indem sie die Zell-Zell-Anhaftung fördert und die Wechselwirkungen zwischen Biofilm und Substrat vermittelt. Diese sessile Form des Bakterienwachstums wurde von Mikrobiologen eingehend untersucht, um die schädlichen Auswirkungen von Biofilmen in der Medizin und Industrie zu verhindern. Biofilme werden nämlich mit einer erhöhten Antibiotikaresistenz bei bakteriellen Infektionen in Verbindung gebracht, und sie können auch zur Verstopfung von Rohrleitungen führen oder Biokorrosion fördern. Biofilme sind jedoch auch für die Biophysik von Interesse, da sie während ihres Wachstums komplexe morphologische Muster bilden können. In jüngster Zeit werden auf dem aufstrebenden Gebiet der künstlich hergestellten lebenden Materialien die mechanischen Eigenschaften von Biofilmen auf verschiedenen Längenskalen untersucht und die Werkzeuge der synthetischen Biologie genutzt, um die Funktionen ihrer konstitutiven Biopolymere zu beeinflussen. In dieser Doktorarbeit soll geklärt werden, wie die Morphogenese von Escherichia coli (E. coli)-Biofilmen durch deren Wachstumsdynamik und mechanische Eigenschaften beeinflusst wird. Um dieser Frage nachzugehen, habe ich Methoden aus der Zellmechanik und der Materialwissenschaft verwendet. Zunächst habe ich untersucht, wie die biologische Aktivität in Biofilmen zu ungleichmäßigen Wachstumsmustern führt. In einer zweiten Studie untersuchte ich, wie sich die Morphogenese von E. coli-Biofilmen und ihre mechanischen Eigenschaften an einen Umweltstimulus, nämlich den Wassergehalt des Substrats, anpassen. Schließlich habe ich abgeschätzt, wie sich die mechanischen Eigenschaften von E. coli-Biofilmen verändern, wenn die Bakterien verschiedene extrazelluläre Biopolymere exprimieren. Auf nährstoffhaltigen Hydrogelen können mikrometergroße E. coli-Zellen zentimetergroße Biofilme bilden. Während dieses Prozesses führen die bakterielle Vermehrung und die Matrixproduktion zu mechanischen Spannungen im Biofilm, die sich durch die Bildung von makroskopischen Falten und delaminierten Knicken entladen. Um diese biologischen und mechanischen Phänomene miteinander in Beziehung zu setzen, habe ich mit Hilfe von Zeitraffer-Fluoreszenzaufnahmen die Zell- und Matrixoberflächendichte in den frühen und späten Phasen des E. coli-Biofilmwachstums verfolgt. Die Kolokalisierung hoher Zell- und Matrixdichten an der Peripherie geht dem Auftreten mechanischer Instabilitäten in diesem ringförmigen Bereich voraus. An diesem äußeren Ring wird ein frühes Wachstum festgestellt, das durch Zugabe von fluoreszierenden Mikrokugeln zum bakteriellen Inokulum analysiert wurde. Aber nur wenn im Zentrum des Biofilms hohe Raten der Matrixproduktion vorhanden sind, beginnt die Ausbreitung des gesamten Biofilms entlang der Feststoff-Luft-Grenzfläche. Indem ich größere fluoreszierende Partikel über einen längeren Zeitraum verfolgte, konnte ich mehrere kinematische Stadien der E. coli-Biofilmexpansion unterscheiden und einen Übergang von nichtlinearen zu linearen Geschwindigkeitsprofilen beobachten, der dem Auftreten von Falten an der Biofilmperipherie vorausgeht. Die Zerlegung der Partikelgeschwindigkeiten in ihre radialen und umlaufenden Komponenten ergab ein letztes kinematisches Stadium, in dem die Bewegung des Biofilms hauptsächlich auf die radialen delaminierten Knicke gerichtet ist, die sich vertikalisieren. Die in diesen Regionen berechneten Druckspannungen verformen die darunter liegenden Agarsubstrate erheblich. Die gleichzeitige Ansammlung höherer Zell- und Matrixdichten in einer ringförmigen Region und die Abfolge mehrerer kinematischer Stadien dürften somit das Entstehen mechanischer Instabilitäten an der Biofilm-Peripherie fördern. Diese experimentellen Ergebnisse werden voraussichtlich zukünftige Modellierungsansätze der Biofilmmorphogenese voranbringen. Die Morphogenese des E. coli-Biofilms wird voraussichtlich auch von externen Stimuli aus der Umwelt abhängen. Um zu klären, wie das Wasser zur Einstellung der Materialeigenschaften von Biofilmen genutzt werden könnte, haben wir das Wachstum, die Faltenbildung und die Steifigkeit von E. coli-Biofilmen in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Nährsubstrate quantifiziert. Zeitraffermikroskopie und computergestützte Bildanalyse zeigten, dass Substrate mit hohem Wassergehalt die Ausbreitungskinetik des Biofilms fördern, während Substrate mit niedrigem Wassergehalt die Faltenbildung des Biofilms begünstigen. Die auf Biofilm-Querschnitten beobachteten Falten erschienen auf Substraten mit hohem Wassergehalt stärker gebogen, während sie auf Substraten mit niedrigem Wassergehalt eher vertikal verliefen. Sowohl die feuchte als auch die trockene Biomasse, die während der 4-tägigen Kultur akkumuliert wurde, war in Biofilmen, die auf Substraten mit hohem Wassergehalt gezüchtet wurden, größer, trotz der zusätzlichen Porosität innerhalb der Matrixschicht. Schließlich ergab die Mikroindentationsanalyse, dass Substrate mit niedrigem Wassergehalt die Bildung von steiferen Biofilmen begünstigten. Diese Studie zeigt, dass E. coli-Biofilme auf den Wassergehalt ihres Substrats reagieren, was für die Abstimmung ihrer Materialeigenschaften im Hinblick auf weitere Anwendungen genutzt werden könnte. Die Materialeigenschaften von Biofilmen hängen außerdem von der Zusammensetzung und Struktur der Matrix aus extrazellulären Proteinen und Polysacchariden ab. Insbesondere wurde vermutet, dass E. coli-Biofilme aufgrund eines dichten Fasernetzwerks aus Amyloid-Curli und Phosphoethanolamin-modifizierter Cellulose eine gewebeähnliche Elastizität aufweisen. Um den Beitrag dieser Komponenten zu den entstehenden mechanischen Eigenschaften von E. coli-Biofilmen zu verstehen, führten wir an Biofilmen, die aus Bakterien verschiedener Stämme gewachsen waren, Mikroeindrücke durch. Biofilme, die beide Hauptmatrixkomponenten enthalten, wiesen nicht nur eine höhere Trockenmasse, einen größeren Ausbreitungsdurchmesser und einen leicht verringerten Wassergehalt auf, sondern auch eine hohe Steifigkeit im Bereich von mehreren hundert kPa, ähnlich wie Biofilme, die nur Curli-Fasern enthalten. Das Fehlen von Amyloid-Curli-Fasern führt dagegen zu deutlich höheren Adhäsionsenergien und einem viskoelastischeren, flüssigkeitsähnlichen Materialverhalten. Die Kombination von Amyloid-Curli-Fasern und Phosphoethanolamin-modifizierten Cellulosefasern impliziert daher die Bildung eines Verbundmaterials, bei dem die Amyloid-Curli-Fasern den E. coli-Biofilmen Steifigkeit verleihen, während die Phosphoethanolamin-modifizierte Cellulose eher als Klebstoff wirkt. Diese Ergebnisse motivieren zu weiteren Studien mit gereinigten Versionen dieser Protein- und Polysaccharidkomponenten, um besser zu verstehen, wie ihre Interaktionen die Funktionen des Biofilms unterstützen. Alle drei Studien zeigen verschiedene Aspekte der Biofilm-Morphogenese, die miteinander verbunden sind. Die erste Arbeit zeigt den Zusammenhang zwischen ungleichmäßigen biologischen Aktivitäten und dem Auftreten mechanischer Instabilitäten im Biofilm auf. Die zweite Arbeit bestätigt die Anpassungsfähigkeit der Morphogenese des E. coli-Biofilms und seiner mechanischen Eigenschaften an einen Umweltreiz, nämlich Wasser. Die letzte Studie schließlich zeigt die komplementäre Rolle der einzelnen Matrixkomponenten bei der Bildung eines stabilen Biofilmmaterials, das nicht nur komplexe Morphologien bildet, sondern auch als Schutzschild für die darin enthaltenen Bakterien fungiert. Unsere experimentellen Erkenntnisse über die Morphogenese von E. coli-Biofilmen und ihre mechanischen Eigenschaften können weitere Auswirkungen auf grundlegende und angewandte Biofilm-Forschungsbereiche haben. KW - biofilm KW - E. coli KW - living materials KW - mechanobiology KW - E. coli KW - Biofilm KW - lebende Materialien KW - Mechanobiologie Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-559869 ER - TY - THES A1 - Zeuschner, Steffen Peer T1 - Magnetoacoustics observed with ultrafast x-ray diffraction N2 - In the present thesis I investigate the lattice dynamics of thin film hetero structures of magnetically ordered materials upon femtosecond laser excitation as a probing and manipulation scheme for the spin system. The quantitative assessment of laser induced thermal dynamics as well as generated picosecond acoustic pulses and their respective impact on the magnetization dynamics of thin films is a challenging endeavor. All the more, the development and implementation of effective experimental tools and comprehensive models are paramount to propel future academic and technological progress. In all experiments in the scope of this cumulative dissertation, I examine the crystal lattice of nanoscale thin films upon the excitation with femtosecond laser pulses. The relative change of the lattice constant due to thermal expansion or picosecond strain pulses is directly monitored by an ultrafast X-ray diffraction (UXRD) setup with a femtosecond laser-driven plasma X-ray source (PXS). Phonons and spins alike exert stress on the lattice, which responds according to the elastic properties of the material, rendering the lattice a versatile sensor for all sorts of ultrafast interactions. On the one hand, I investigate materials with strong magneto-elastic properties; The highly magnetostrictive rare-earth compound TbFe2, elemental Dysprosium or the technological relevant Invar material FePt. On the other hand I conduct a comprehensive study on the lattice dynamics of Bi1Y2Fe5O12 (Bi:YIG), which exhibits high-frequency coherent spin dynamics upon femtosecond laser excitation according to the literature. Higher order standing spinwaves (SSWs) are triggered by coherent and incoherent motion of atoms, in other words phonons, which I quantified with UXRD. We are able to unite the experimental observations of the lattice and magnetization dynamics qualitatively and quantitatively. This is done with a combination of multi-temperature, elastic, magneto-elastic, anisotropy and micro-magnetic modeling. The collective data from UXRD, to probe the lattice, and time-resolved magneto-optical Kerr effect (tr-MOKE) measurements, to monitor the magnetization, were previously collected at different experimental setups. To improve the precision of the quantitative assessment of lattice and magnetization dynamics alike, our group implemented a combination of UXRD and tr-MOKE in a singular experimental setup, which is to my knowledge, the first of its kind. I helped with the conception and commissioning of this novel experimental station, which allows the simultaneous observation of lattice and magnetization dynamics on an ultrafast timescale under identical excitation conditions. Furthermore, I developed a new X-ray diffraction measurement routine which significantly reduces the measurement time of UXRD experiments by up to an order of magnitude. It is called reciprocal space slicing (RSS) and utilizes an area detector to monitor the angular motion of X-ray diffraction peaks, which is associated with lattice constant changes, without a time-consuming scan of the diffraction angles with the goniometer. RSS is particularly useful for ultrafast diffraction experiments, since measurement time at large scale facilities like synchrotrons and free electron lasers is a scarce and expensive resource. However, RSS is not limited to ultrafast experiments and can even be extended to other diffraction techniques with neutrons or electrons. N2 - In der vorliegenden Arbeit untersuche ich die Gitterdynamik von magnetisch geordneten und dünnen Filmen, deren Spinsystem mit Femtosekunden-Laserpulsen angeregt und untersucht wird. Die Quantifizierung der laserinduzierten thermischen Dynamik, der erzeugten Pikosekunden-Schallpulse sowie deren jeweiliger Einfluss auf die Magnetisierungsdynamik ist ein schwieriges Unterfangen. Umso mehr ist die Entwicklung und Anwendung von effizienten experimentellen Konzepten und umfangreichen Modellen grundlegend für das Antreiben des zukünftigen wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt. In jedem Experiment dieser kummulativen Dissertation untersuche ich das Kristallgitter von Nanometer dünnen Filmen nach der Anregung mit Femtosekunden-Laserpulsen. Die relative Änderung der Gitterkonstante, hervorgerufen durch thermische Ausdehnung oder Pikosekunden-Schallpulse, wird dabei direkt mittels ultraschneller Röntgenbeugung (UXRD) gemessen. Der Aufbau nutzt zur Bereitstellung von ultrakurzen Röntgenpulsen eine lasergetriebene Plasma-Röntgenquelle (PXS). Phononen und Spins üben gleichermaßen einen Druck auf das Gitter aus, welches entsprechend der elastsischen Eigenschaften des Materials reagiert, was das Gitter zu einem vielseitigen Sensor für ultraschenlle Wechselwirkungen macht. Zum einen untersuche ich Materialien mit starken magnetoelastischen Eigentschaften: die stark magnetostriktive Seltenen-Erden-Verbindung TbFe2, elementares Dysprosium oder das technologisch relavante Invar-Material FePt. Zum anderen habe ich eine umfangreiche Studie der Gitterdynamik von Bi1Y2Fe5O12 (Bi:YIG) angestellt, in dem der Literatur zufolge hochfrequente kohärente Spindynamiken durch Femtosekunden-Laseranregung zu beobachten sind. Diese stehenden Spinwellen (SSWs) höherer Ordnung entstehen durch die kohärente und inkohärente Bewegung von Atomen, in anderen Worten Phononen, welche ich durch UXRD vermessen habe. Somit sind wir in der Lage, die experimentellen Beobachtungen der Gitter- und Spindynamik qualitativ und quantitativ zu vereinigen. Dies geschieht durch eine Kombination von Viel-Temperatur- und Anisotropiemodellierung sowie elastische, magnetoelastische, und mikromagnetsiche Modelle. Die gemeinsamen Daten von UXRD und der zeitaufgelösten magnetooptischen Kerr-Effekt Messungen (tr-MOKE), um jeweils die Gitter- und Spindynamik zu messen, wurden in der Vergangenheit noch an unterschiedlichen experimentellen Aufbauten gemessen. Um die Quantifizierung präziser zu gestalten, haben wir in unserer Arbeitsgruppe UXRD und tr-MOKE in einem einzigen Aufbau kombiniert, welcher somit meines Wissens der erste seiner Art ist. Ich half bei dem Entwurf und der Inbetriebnahme des neuen Aufbaus, welcher die gleichzeitige Messung von Gitter- und Spindynamik auf einer ultraschnellen Zeitskala unter identischen Anregungsbedingungen ermöglicht. Außerdem entwickelte ich eine neue Messroutine für Röntgenbeugung, welche die Messzeit von UXRD-Experimenten um bis zu einer Größenordnungen reduziert. Es nennt sich das Schneiden des reziproken Raumes (reciprocal space slicing, RSS) und nutzt den Vorteil von Flächendetektoren die Bewegung von Beugungsreflexen zu detektieren, was von einer Änderung der Gitterkonstante einhergeht, ohne zeitintensive Scans der Beugungswinkel mit dem Goniometer durchzuführen. RSS ist besonders nützlich für ultraschnelle Beugungsexperimente, weil die Messzeit an Großgeräten wie Synchrotrons oder Freie Elektronen Laser eine seltene und teure Ressource ist. Darüber hinaus ist RSS nicht zwangsläufig auf die Anwendung in ultraschnellen Experimenten beschränkt und kann sogar auf andere Beugungsexperimente, wie die mit Neutronen und Elektronen, ausgeweitet werden. KW - ultrafast KW - X-ray diffraction KW - thin films KW - magnetoelasticity KW - ultraschnell KW - Röntgenbeugung KW - dünne Filme KW - Magnetoelastizität Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-561098 ER - TY - THES A1 - Zeitz, Maria T1 - Modeling the future resilience of the Greenland Ice Sheet T1 - Numerische Modellierung der zukünftigen Resilienz des grönländischen Eisschildes BT - from the flow of ice to the interplay of feedbacks N2 - The Greenland Ice Sheet is the second-largest mass of ice on Earth. Being almost 2000 km long, more than 700 km wide, and more than 3 km thick at the summit, it holds enough ice to raise global sea levels by 7m if melted completely. Despite its massive size, it is particularly vulnerable to anthropogenic climate change: temperatures over the Greenland Ice Sheet have increased by more than 2.7◦C in the past 30 years, twice as much as the global mean temperature. Consequently, the ice sheet has been significantly losing mass since the 1980s and the rate of loss has increased sixfold since then. Moreover, it is one of the potential tipping elements of the Earth System, which might undergo irreversible change once a warming threshold is exceeded. This thesis aims at extending the understanding of the resilience of the Greenland Ice Sheet against global warming by analyzing processes and feedbacks relevant to its centennial to multi-millennial stability using ice sheet modeling. One of these feedbacks, the melt-elevation-feedback is driven by the temperature rise with decreasing altitudes: As the ice sheet melts, its thickness and surface elevation decrease, exposing the ice surface to warmer air and thus increasing the melt rates even further. The glacial isostatic adjustment (GIA) can partly mitigate this melt-elevation feedback as the bedrock lifts in response to an ice load decrease, forming the negative GIA feedback. In my thesis, I show that the interaction between these two competing feedbacks can lead to qualitatively different dynamical responses of the Greenland Ice Sheet to warming – from permanent loss to incomplete recovery, depending on the feedback parameters. My research shows that the interaction of those feedbacks can initiate self-sustained oscillations of the ice volume while the climate forcing remains constant. Furthermore, the increased surface melt changes the optical properties of the snow or ice surface, e.g. by lowering their albedo, which in turn enhances melt rates – a process known as the melt-albedo feedback. Process-based ice sheet models often neglect this melt-albedo feedback. To close this gap, I implemented a simplified version of the diurnal Energy Balance Model, a computationally efficient approach that can capture the first-order effects of the melt-albedo feedback, into the Parallel Ice Sheet Model (PISM). Using the coupled model, I show in warming experiments that the melt-albedo feedback almost doubles the ice loss until the year 2300 under the low greenhouse gas emission scenario RCP2.6, compared to simulations where the melt-albedo feedback is neglected, and adds up to 58% additional ice loss under the high emission scenario RCP8.5. Moreover, I find that the melt-albedo feedback dominates the ice loss until 2300, compared to the melt-elevation feedback. Another process that could influence the resilience of the Greenland Ice Sheet is the warming induced softening of the ice and the resulting increase in flow. In my thesis, I show with PISM how the uncertainty in Glen’s flow law impacts the simulated response to warming. In a flow line setup at fixed climatic mass balance, the uncertainty in flow parameters leads to a range of ice loss comparable to the range caused by different warming levels. While I focus on fundamental processes, feedbacks, and their interactions in the first three projects of my thesis, I also explore the impact of specific climate scenarios on the sea level rise contribution of the Greenland Ice Sheet. To increase the carbon budget flexibility, some warming scenarios – while still staying within the limits of the Paris Agreement – include a temporal overshoot of global warming. I show that an overshoot by 0.4◦C increases the short-term and long-term ice loss from Greenland by several centimeters. The long-term increase is driven by the warming at high latitudes, which persists even when global warming is reversed. This leads to a substantial long-term commitment of the sea level rise contribution from the Greenland Ice Sheet. Overall, in my thesis I show that the melt-albedo feedback is most relevant for the ice loss of the Greenland Ice Sheet on centennial timescales. In contrast, the melt-elevation feedback and its interplay with the GIA feedback become increasingly relevant on millennial timescales. All of these influence the resilience of the Greenland Ice Sheet against global warming, in the near future and on the long term. N2 - Das grönländische Eisschild ist die zweitgrößte Eismasse der Erde. Es fasst genug Eis, um den globalen Meeresspiegel um 7m anzuheben, wenn er vollständig schmilzt. Trotz seiner Größe ist es durch den vom Menschen verursachten Klimawandel immens gefährdet: Die Temperaturen über Grönland sind in den letzten 30 Jahren um mehr als 2,7◦C gestiegen, doppelt so stark wie im globalen Mittel. Daher verliert das Eisschild seit den 1980er Jahren an Masse und die Verlustrate hat sich seitdem versechsfacht. Zudem ist das grönländische Eisschild ein Kippelement des Erdsystems, es könnte sich unwiederbringlich verändern, wenn die globale Erwärmung einen Schwellwert überschreiten sollte. Ziel dieser Arbeit ist es, das Verständnis für die Resilienz des grönländischen Eisschildes zu erweitern, indem relevante Rückkopplungen und Prozesse analysiert werden. Eine dieser Rückkopplungen, die positive Schmelz-Höhen-Rückkopplung wird durch den Temperaturanstieg bei abnehmender Höhe angetrieben: Wenn der Eisschild schmilzt, nehmen seine Dicke und die Oberflächenhöhe ab, wodurch die Eisoberfläche wärmerer Luft ausgesetzt wird und die Schmelzraten noch weiter ansteigen. Die glaziale isostatische Anpassung (GIA) kann die Schmelz-Höhen-Rückkopplung teilweise abschwächen, da sich der Erdmantel als Reaktion auf die abnehmende Eislast hebt und so die negative GIA-Rückkopplung bildet. Ich zeige, dass die Interaktion zwischen diesen beiden konkurrierenden Rückkopplungen zu qualitativ unterschiedlichem dynamischen Verhalten des grönländischen Eisschildes bei Erwärmung führen kann - von permanentem Verlust bis hin zu unvollständiger Erholung. Das Zusammenspiel dieser Rückkopplungen kann zudem Oszillationen des Eisvolumens in einem konstanten Klima auslösen. Die verstärkte Oberflächenschmelze ändert die optischen Eigenschaften von Schnee und Eis und verringert deren Albedo, was wiederum die Schmelzraten erhöht – die sogenannte Schmelz-Albedo Rückkopplung. Da viele Eisschildmodelle diese vernachlässigen, habe ich eine vereinfachte Version des tageszeitlichen Energiebilanzmodells, welches die Effekte der Schmelz-Albedo-Rückkopplung erster Ordnung erfassen kann, in das Eisschildmodell PISM implementiert. Mithilfe des gekoppelten Modells zeige ich, dass die Schmelz-Albedo-Rückkopplung den Eisverlust bis zum Jahr 2300 im moderaten Klimaszenario RCP2.6 fast verdoppelt und im RCP8.5-Szenario, welches von starken Emissionen ausgeht, bis zu 58% zusätzlichen Eisverlust verursacht, im Vergleich zu Simulationen in denen die Schmelz-Albedo-Rückkopplung vernachlässigt wird. Bis zum Jahr 2300 trägt die Schmelz-Albedo-Rückkopplung mehr zum Eisverlust bei als die Schmelz-Höhen-Rückkopplung. Ein weiterer Prozess, der die Widerstandsfähigkeit des grönländischen Eisschilds beeinflussen könnte, ist die Erweichung des Eises bei steigenden Temperaturen, sowie die daraus resultierende Zunahme des Eisflusses. In meiner Dissertation zeige ich, wie sich die parametrische Unsicherheit in dem Flussgesetz auf die Ergebnisse von PISM Simulationen bei Erwärmung auswirkt. In einem idealisierten, zweidimensionalen Experiment mit fester klimatischer Massenbilanz führt die Unsicherheit in den Strömungsparametern zu einer Bandbreite des Eisverlustes, die mit der Bandbreite durch unterschiedliche Erwärmungen vergleichbar ist. Neben den grundsätzlichen Prozessen und Rückkopplungen untersuchte ich auch die Auswirkungen konkreter Klimaszenarien auf den Eisverlust von Grönland. Um die Flexibilität des Kohlenstoffbudgets zu erhöhen sehen einige Erwärmungsszenarien eine temporäre Überschreitung der globalen Temperaturen über das Ziel von 1,5◦C vor. Ich zeige, dass eine solche Temperaturerhöhung den kurz- und langfristigen Eisverlust von Grönland um mehrere Zentimeter erhöht. Der langfristige Meeresspiegelanstieg ist auf die anhaltende Temperaturerhöhung in hohen Breitengraden zurückzuführen. Solche Prozesse führen zu einem langfristigen und bereits festgelegtem Meeresspiegelanstieg, selbst wenn die Temperaturen nicht weiter steigen. Insgesamt zeige ich in meiner Arbeit, dass die Schmelz-Albedo-Rückkopplung für den Eisverlust des grönländischen Eisschilds in den nächsten Jahrhunderten am wichtigsten ist. Im Gegensatz dazu werden die Schmelz-Höhen-Rückkopplung und ihr Zusammenspiel mit der GIA-Rückkopplung auf längeren Zeiträumen immer relevanter. KW - Greenland Ice Sheet KW - ice-flow modeling KW - sea-level rise KW - Grönländisches Eisschild KW - Computersimulation KW - Meeresspiegelanstieg Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-568839 ER - TY - THES A1 - Youk, Sol T1 - Molecular design of heteroatom-doped nanoporous carbons with controlled porosity and surface polarity for gas physisorption and energy storage N2 - The world energy consumption has constantly increased every year due to economic development and population growth. This inevitably caused vast amount of CO2 emission, and the CO2 concentration in the atmosphere keeps increasing with economic growth. To reduce CO2 emission, various methods have been developed but there are still many bottlenecks to be solved. Solvents easily absorbing CO2 such as monoethanol-amine (MEA) and diethanolamine, for example, have limitations of solvent loss, amine degradation, vulnerability to heat and toxicity, and the high cost of regeneration which is especially caused due to chemisorption process. Though some of these drawbacks can be compensated through physisorption with zeolites and metal-organic frameworks (MOFs) by displaying significant adsorption selectivity and capacity even in ambient conditions, limitations for these materials still exist. Zeolites demand relatively high regeneration energy and have limited adsorption kinetics due to the exceptionally narrow pore structure. MOFs have low stability against heat and moisture and high manufacturing cost. Nanoporous carbons have recently received attention as an attractive functional porous material due to their unique properties. These materials are crucial in many applications of modern science and industry such as water and air purification, catalysis, gas separation, and energy storage/conversion due to their high chemical and thermal stability, and in particular electronic conductivity in combination with high specific surface areas. Nanoporous carbons can be used to adsorb environmental pollutants or small gas molecules such as CO2 and to power electrochemical energy storage devices such as batteries and fuel cells. In all fields, their pore structure or electrical properties can be modified depending on their purposes. This thesis provides an in-depth look at novel nanoporous carbons from the synthetic and the application point of view. The interplay between pore structure, atomic construction, and the adsorption properties of nanoporous carbon materials are investigated. Novel nanoporous carbon materials are synthesized by using simple precursor molecules containing heteroatoms through a facile templating method. The affinity, and in turn the adsorption capacity, of carbon materials toward polar gas molecules (CO2 and H2O) is enhanced by the modification of their chemical construction. It is also shown that these properties are important in electrochemical energy storage, here especially for supercapacitors with aqueous electrolytes which are basically based on the physisorption of ions on carbon surfaces. This shows that nanoporous carbons can be a “functional” material with specific physical or chemical interactions with guest species just like zeolites and MOFs. The synthesis of sp2-conjugated materials with high heteroatom content from a mixture of citrazinic acid and melamine in which heteroatoms are already bonded in specific motives is illustrated. By controlling the removal procedure of the salt-template and the condensation temperature, the role of salts in the formation of porosity and as coordination sites for the stabilization of heteroatoms is proven. A high amount of nitrogen of up to 20 wt. %, oxygen contents of up to 19 wt.%, and a high CO2/N2 selectivity with maximum CO2 uptake at 273 K of 5.31 mmol g–1 are achieved. Besides, the further controlled thermal condensation of precursor molecules and advanced functional properties on applications of the synthesized porous carbons are described. The materials have different porosity and atomic construction exhibiting a high nitrogen content up to 25 wt. % as well as a high porosity with a specific surface area of more than 1800 m2 g−1, and a high performance in selective CO2 gas adsorption of 62.7. These pore structure as well as properties of surface affect to water adsorption with a remarkably high Qst of over 100 kJ mol−1 even higher than that of zeolites or CaCl2 well known as adsorbents. In addition to that, the pore structure of HAT-CN-derived carbon materials during condensation in vacuum is fundamentally understood which is essential to maximize the utilization of porous system in materials showing significant difference in their pore volume of 0.5 cm3 g−1 and 0.25 cm3 g−1 without and with vacuum, respectively. The molecular designs of heteroatom containing porous carbon derived from abundant and simple molecules are introduced in the presented thesis. Abundant precursors that already containing high amount of nitrogen or oxygen are beneficial to achieve enhanced interaction with adsorptives. The physical and chemical properties of these heteroatom-doped porous carbons are affected by mainly two parameters, that is, the porosity from the pore structure and the polarity from the atomic composition on the surface. In other words, controlling the porosity as well as the polarity of the carbon materials is studied to understand interactions with different guest species which is a fundamental knowledge for the utilization on various applications. N2 - Nanoporöse Kohlenstoffe haben in letzter Zeit aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften als ein attraktives funktionelles poröses Material Aufmerksamkeit erregt. Diese Materialien sind aufgrund ihrer hohen chemischen und thermischen Stabilität und insbesondere aufgrund ihrer elektronischen Leitfähigkeit in Kombination mit hohen spezifischen Oberflächen von entscheidender Bedeutung für viele Anwendungen der modernen Wissenschaft und Industrie wie Wasser- und Luftreinigung, Katalyse, Gastrennung und Energiespeicherung/-umwandlung. Nanoporöse Kohlenstoffe können verwendet werden, um Umweltschadstoffe oder kleine Gasmoleküle wie CO2 zu adsorbieren und elektrochemische Energiespeicher wie Batterien und Brennstoffzellen anzutreiben. Ihre Porenstruktur oder ihre elektrischen Eigenschaften je nach Einsatzzweck modifiziert werden. Diese Arbeit bietet einen eingehenden Blick auf neuartige nanoporöse Kohlenstoffe aus synthetischer und anwendungstechnischer Sicht. Das Zusammenspiel zwischen Porenstruktur, atomarem Aufbau und den Adsorptionseigenschaften von nanoporösen Kohlenstoffmaterialien wird untersucht. Neuartige nanoporöse Kohlenstoffmaterialien werden unter Verwendung einfacher Vorläufermoleküle, die Heteroatome enthalten, durch ein einfaches Templatverfahren synthetisiert. Die Affinität und damit die Adsorptionskapazität von Kohlenstoffmaterialien gegenüber polaren Gasmolekülen (CO2 und H2O) wird durch die Modifikation ihres chemischen Aufbaus erhöht. Es wird auch gezeigt, dass diese Eigenschaften bei der elektrochemischen Energiespeicherung wichtig sind. Hier insbesondere für Superkondensatoren mit wässrigen Elektrolyten, die grundsätzlich auf der Physisorption von Ionen an Kohlenstoffoberflächen beruhen. Dies zeigt, dass nanoporöse Kohlenstoffe, genauso wie Zeolithen und MOFs, ein „funktionelles“ Material mit spezifischen physikalischen oder chemischen Wechselwirkungen mit Gastspezien sein können. Mit den Vorteilen einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, einer gut entwickelten Porenstruktur und einer stark hydrophilen Oberflächenstruktur sind nanoporöse Kohlenstoffe vielversprechende Materialien, die weitreichende Auswirkungen auf verschiedene Bereiche des zukünftigen Energiebedarfs haben. KW - porous carbon KW - gas adsorption KW - energy storage KW - N-doped carbon KW - poröser Kohlenstoff KW - Gasadsorption KW - Energiespeicher KW - N-dotierter Kohlenstoff Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-539098 ER - TY - THES A1 - Wittbrodt, Linda T1 - Minimum wage effects in Germany and Europe – four essays N2 - Am 1. Januar 2015 wurde in Deutschland ein allgemeiner gesetzlicher Mindestlohn in Höhe von 8,50 € brutto pro Stunde eingeführt. Diese Dissertation widmet sich den Auswirkungen der Mindestlohneinführung in Deutschland sowie Lohnuntergrenzen im Europäischen Kontext und trägt damit zur nationalen und internationalen Forschung bei. Das zweite Kapitel dieser Arbeit fasst die in bisherigen Studien herausgearbeiteten kurzfristigen Effekte der Mindestlohnreform in einem Überblick zusammen. Es zeigt sich, dass die Mindestlohneinführung einen deutlich positiven Effekt auf die Löhne am unteren Ende der Verteilung hatte. Allerdings wies kurz nach der Reform noch ein nicht unerheblicher Anteil der Beschäftigungsverhältnisse Löhne unter 8,50 € auf. Weiterhin deutet die Evidenz auf geringe negative Beschäftigungseffekte hin, welche durch eine Reduktion von Minijobs getrieben ist. Entgegen der Erwartungen konnten jedoch in der kurzen Frist keine Effekte auf Armut und allgemeine Ungleichheit gefunden werden. Dies hängt insbesondere mit der Tatsache zusammen, dass Arbeitsstunden reduziert wurden und sich die Stundenlohnerhöhung daher nicht auf die Monatslöhne niederschlug. Das dritte Kapitel geht der Frage nach, ob die im Vorfeld prognostizierten Arbeitsplatzverluste im Zuge der Reform kurzfristig eingetreten sind und welche Art der Beschäftigung davon gegebenenfalls stärker betroffen war. Zur empirischen Identifikation der Effekte wird in diesem (sowie im vierten Kapitel) ein regionaler Differenzen-von-Differenzen-Ansatz verwendet, mit dem die Auswirkungen auf reguläre Beschäftigung (Teil- und Vollzeit) sowie Minijobs geschätzt werden. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Mindestlohn die Gesamtbeschäftigung leicht reduziert hat, was im Wesentlichen auf einen Rückgang von Minijobs zurückzuführen ist. Das vierte Kapitel schließt methodisch an das vorige an. Seine Motivation ergibt sich aus der Beobachtung, dass Frauen unter den Niedriglohnempfänger:innen häufig überrepräsentiert sind. Die primäre Forschungsfrage in diesem Kapitel ist daher, ob der Mindestlohn zu einer Verringerung der geschlechterspezifischen Lohnlücke geführt hat. Dazu identifizieren wir die Effekte auf die Lohnlücke am 10. und 25. Perzentil sowie beim Mittelwert der zugrundeliegenden geschlechtsspezifischen Lohnverteilungen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass – verglichen mit Regionen mit niedriger Eingriffstiefe – die geschlechtsspezifische Lohnlücke am 10. Perzentil für mindestlohnberechtigte Beschäftigte in Regionen mit hoher Eingriffstiefe um 4,6 Prozentpunkte gesunken ist. Wir schätzen, dass dies eine Reduktion um 32\% im Vergleich zu 2014 bedeutet. Am 25. Perzentil und am Mittelwert sind die Auswirkungen geringer und nicht gleichermaßen robust. Das fünfte Kapitel behält den geschlechterspezifischen Fokus auf die Mindestlohneffekte bei. Im Vergleich zum Rest der Dissertation weitet es jedoch den Blick auf andere Länder der Europäischen Union. Gemäß der für das vorangegangene Kapitel dargelegten Überlegungen, könnten Frauen potenziell besonders von einem Mindestlohn profitieren. Dies könnte jedoch auch bedeuten, dass sie dadurch auch öfter von Arbeitsplatzverlusten oder Arbeitszeitverkürzungen betroffen sind. Dieses Kapitel resümiert daher einerseits vorhandene Evidenz aus EU-Staaten, die sich auf den Zusammenhang zwischen Lohnuntergrenzen und der geschlechtsspezifischen Lohnlücke bezieht. Darüber hinaus enthält es eine systematische Zusammenfassung von Studien, die den Einfluss von Mindestlöhnen auf Beschäftigungsverluste oder Arbeitszeitveränderungen untersuchen, von denen insbesondere Frauen betroffen sind. Es zeigen sich Hinweise, dass höhere Lohnuntergrenzen mit einer geringeren geschlechtsspezifischen Lohnlücke verbunden sind. Hinsichtlich der Beschäftigung scheinen Frauen nicht per se größere Beschäftigungsverluste zu erleiden als Männer. Allerdings zeigen Studien, dass sich der Mindestlohn hier besonders auf Teilzeitbeschäftigte auswirkt. Es ist daher nicht auszuschließen, dass der negative Zusammenhang zwischen dem Mindestlohn und dem geschlechtsspezifischen Lohngefälle mit den Arbeitsplatzverlusten dieser schlechter bezahlten, oft weiblichen Teilzeitbeschäftigten zusammenhängt. Diese spezifische Form der Arbeit sollte daher im Zusammenhang mit dem Mindestlohn besondere Beachtung finden. N2 - On January 1, 2015, Germany introduced a general statutory minimum wage of €8.50 gross per hour. This thesis analyses the effects of the minimum wage introduction in Germany as well as wage floors in the European context, contributing to national and international research. The second chapter of this dissertation summarizes the short-run effects of the minimum wage reform found in previous studies. We show that the introduction of the minimum wage had a positive effect on wages at the bottom of the distribution. Yet, there was still a significant amount of non-compliance shortly after the reform. Additionally, previous evidence points to small negative employment effects mainly driven by a reduction in mini-jobs. Contrary to expectations, though, there were no effects on poverty and general inequality found in the short run. This is mostly due to the fact that working hours were reduced and the increase of hourly wages was therefore not reflected in monthly wages. The third chapter identifies whether the job losses predicted in ex-ante studies materialized in the short run and, if so, which type of employment was affected the most. To identify the effects, this chapter (as well as chapter four) uses a regional difference-in-difference approach to estimate the effects on regular employment (part- and full-time) and mini-jobs. Our results suggest that the minimum wage has slightly reduced overall employment, mainly due to a decline in mini-jobs. The fourth chapter has the same methodological approach as the previous one. Its motivated by the fact that women are often overrepresented among low-wage employees. Thus, the primary research question in this chapter is whether the minimum wage has led to a narrowing of the gender wage gap. In order to answer that, we identify the effects on the wage gap at the 10th and 25th percentiles and at the mean of the underlying gender-specific wage distributions. Our results imply that for eligible employees the gender wage gap at the 10th percentile decreased by 4.6 percentage points between 2014 and 2018 in high-bite regions compared to low-bite regions. We estimate this to be a reduction of 32% compared to 2014. Higher up the distribution – i.e. at the 25th percentile and the mean – the effects are smaller and not as robust. The fifth chapter keeps the gender-specific emphasis on minimum wage effects. However, in contrast to the rest of the dissertation, it widens the scope to other European Union countries. Following the rationale of the previous chapter, women could potentially benefit particularly from a minimum wage. However, they could also be more prone to suffer from the possibly induced job losses or reductions in working hours. Therefore, this chapter summarizes existing evidence from EU member states dealing with the relationship between wage floors and the gender wage gap. In addition, it provides a systematic summary of studies that examine the impact of minimum wages on employment losses or changes in working hours that particularly affect women. The evidence shows that higher wage floors are often associated with smaller gender wage gaps. With respect to employment, women do not appear to experience greater employment losses than men per se. However, studies show that the minimum wage has a particular impact on part-time workers. Therefore, it cannot be ruled out that the negative correlation between the minimum wage and the gender wage gap is related to the job losses of these lower-paid, often female, part-time workers. This working arrangement should therefore be specially focused on in the context of minimum wages. KW - minimum wage KW - employment effects KW - gender wage gap KW - Beschäftigungseffekte KW - Mindestlohn KW - geschlechtsspezifische Lohnlücke Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-556977 ER - TY - THES A1 - Wijesingha Ahchige, Micha T1 - Canalization of plant metabolism and yield T1 - Kanalisierung des Pflanzenmetabolismus und -ertrags N2 - Plant metabolism is the main process of converting assimilated carbon to different crucial compounds for plant growth and therefore crop yield, which makes it an important research topic. Although major advances in understanding genetic principles contributing to metabolism and yield have been made, little is known about the genetics responsible for trait variation or canalization although the concepts have been known for a long time. In light of a growing global population and progressing climate change, understanding canalization of metabolism and yield seems ever-more important to ensure food security. Our group has recently found canalization metabolite quantitative trait loci (cmQTL) for tomato fruit metabolism, showing that the concept of canalization applies on metabolism. In this work two approaches to investigate plant metabolic canalization and one approach to investigate yield canalization are presented. In the first project, primary and secondary metabolic data from Arabidopsis thaliana and Phaseolus vulgaris leaf material, obtained from plants grown under different conditions was used to calculate cross-environment coefficient of variations or fold-changes of metabolite levels per genotype and used as input for genome wide association studies. While primary metabolites have lower CV across conditions and show few and mostly weak associations to genomic regions, secondary metabolites have higher CV and show more, strong metabolite to genome associations. As candidate genes, both potential regulatory genes as well as metabolic genes, can be found, albeit most metabolic genes are rarely directly related to the target metabolites, suggesting a role for both potential regulatory mechanisms as well as metabolic network structure for canalization of metabolism. In the second project, candidate genes of the Solanum lycopersicum cmQTL mapping are selected and CRISPR/Cas9-mediated gene-edited tomato lines are created, to validate the genes role in canalization of metabolism. Obtained mutants appeared to either have strong aberrant developmental phenotypes or appear wild type-like. One phenotypically inconspicuous mutant of a pantothenate kinase, selected as candidate for malic acid canalization shows a significant increase of CV across different watering conditions. Another such mutant of a protein putatively involved in amino acid transport, selected as candidate for phenylalanine canalization shows a similar tendency to increased CV without statistical significance. This potential role of two genes involved in metabolism supports the hypothesis of structural relevance of metabolism for its own stability. In the third project, a mutant for a putative disulfide isomerase, important for thylakoid biogenesis, is characterized by a multi-omics approach. The mutant was characterized previously in a yield stability screening and showed a variegated leaf phenotype, ranging from green leaves with wild type levels of chlorophyll over differently patterned variegated to completely white leaves almost completely devoid of photosynthetic pigments. White mutant leaves show wild type transcript levels of photosystem assembly factors, with the exception of ELIP and DEG orthologs indicating a stagnation at an etioplast to chloroplast transition state. Green mutant leaves show an upregulation of these assembly factors, possibly acting as overcompensation for partially defective disulfide isomerase, which seems sufficient for proper chloroplast development as confirmed by a wild type-like proteome. Likely as a result of this phenotype, a general stress response, a shift to a sink-like tissue and abnormal thylakoid membranes, strongly alter the metabolic profile of white mutant leaves. As the severity and pattern of variegation varies from plant to plant and may be effected by external factors, the effect on yield instability, may be a cause of a decanalized ability to fully exploit the whole leaf surface area for photosynthetic activity. N2 - Der pflanzliche Stoffwechsel ist der Hauptprozess, der assimilierten Kohlenstoff in unterschiedliche Stoffe umwandelt, die wichtig für das Pflanzenwachstum und somit den Ertrag sind, weswegen es ein wichtiges Forschungsthema ist. Obwohl große Fortschritte beim Verständnis der genetischen Prinzipien, die zum Stoffwechsel und Ertrag beitragen, gemacht wurden, ist noch relativ wenig über die genetischen Prinzipien bekannt, die für die Variation oder Kanalisierung von Eigenschaften verantwortlich sind, obwohl diese Konzepte schon lange bekannt sind. In Anbetracht einer wachsenden Weltbevölkerung und des fortschreitenden Klimawandels, scheint es immer wichtiger zu sein, Kanalisierung von Metabolismus und Ertrag zu verstehen, um Ernährungssicherheit zu garantieren. Unsere Gruppe hat kürzlich metabolisch kanalisierte quantitative Merkmalsregionen für den Stoffwechsel von Tomatenfrüchten gefunden und damit gezeigt, dass sich das Konzept der Kanalisierung sich auf den Stoffwechsel anwenden lässt. In dieser Arbeit werden zwei Ansätze zu Untersuchung von Kanalisierung des pflanzlichen Stoffwechsels und ein Ansatz zur Untersuchung von Ertragskanalisierung präsentiert. Im ersten Projekt, wurden Daten von Primär- und Sekundärmetaboliten von Arabidopsis thaliana und Phaseolus vulgaris, gewonnen von Pflanzen, die unter unterschiedlichen Bedingungen wuchsen, verwendet, um den Variationskoeffizient (VarK) oder die relative Änderung von Stoffgehalten umweltübergreifend für jeden Genotyp zu berechnen und als Eingabe für genomweite Assoziationsstudien verwendet. Während Primärmetabolite über unterschiedliche Umweltbedingungen einen geringeren VarK haben und nur wenige eher schwache Assoziationen zu genomischen Regionen zeigen, haben Sekundärstoffe einen höheren VarK und zeigen mehr und stärkere Assoziationen zwischen Metabolit und Genom. Als Kandidatengene können sowohl potenziell regulatorische, als auch metabolische Gene gefunden werden, jedoch sind metabolische Gene selten direkt zu den Zielmetaboliten verbunden, was für eine Rolle von sowohl regulatorischen Mechanismen als auch metabolischer Netzwerkstruktur für die Kanalisierung des Stoffwechsels spricht. Im zweiten Projekt wurden Kandidatengene aus der Solanum lycopersicum cmQTL-Kartierung, ausgewählt und CRISPR/Cas9-vermittelte, genomeditierte Tomatenlinien erschaffen, um die Rolle dieser Gene in der Kanalisierung des Metabolismus zu validieren. Erhaltene Mutanten zeigten entweder starke Fehlentwicklungsphänotypen oder erschienen wildtypähnlich. Eine phänotypisch unauffällige Mutante einer Pantothensäurekinase, die als Kandidat für die Kanalisierung von Apfelsäure gewählt wurde, zeigte einen signifikanten Anstieg des VarK über unterschiedliche Bewässerungsbedingungen. Eine andere solche Mutante eines Proteins, welches mutmaßlich im Aminosäuretransport involviert ist, welches als Kandidat für die Kanalisierung von Phenylalanin gewählt wurde, zeigt eine ähnliche Tendenz zu einem erhöhten VarK ohne statistische Signifikanz. Diese potenzielle Rolle von zwei Genen, die im Stoffwechsel involviert sind, unterstützt die Hypothese einer strukturellen Relevanz des Metabolismus für seine eigene Stabilität. Im dritten Projekt wurde eine Mutante einer mutmaßlichen Disulfid-Isomerase, welche wichtig für die Thylakoidbiogenese ist, durch einen Multiomik Ansatz charakterisiert. Die Mutante wurde vorher in einer Ertragsstabilitäts-Selektierung charakterisiert und zeigte einen panaschierten Blattphänotyp, welcher von grünen Blättern mit Wildtyp Chlorophyllgehalt über unterschiedlich gemustert panaschierte Blätter bis zu komplett weißen Blätter reichte, die fast gar keine photosynthetischen Pigmente enthielten. Weiße Blätter der Mutante zeigen Wildtyp Transkriptlevel von Photosystem-Aufbaufaktoren, mit der Ausnahme von ELIP und DEG Orthologen, was indikativ für eine Stagnation in einer Etioplast-zu-Chloroplast-Übergangsphase ist. Grüne Blätter der Mutante zeigen eine Hochregulierung dieser Aufbaufaktoren, was möglicherweise als Überkompensation für eine partiell defekte Disulfid-Isomerase wirkt und letztlich ausreichend für Chloroplastenentwicklung zu sein scheint, was wiederum durch ein wildtyp-ähnliches Proteom bestätigt wird. Wahrscheinlich als Effekt dieses Phänotyps ändern, eine generelle Stressantwort, eine Umschaltung zu einem Senke-ähnlichen Gewebe und abnormale Thylakoidmembranen, stark das metabolische Profil von weißen Blättern der Mutante. Da der Schweregrad und das Muster der Panaschierung von Pflanze zu Pflanze unterschiedlich ist und durch äußere Faktoren beeinflusst sein könnte, könnte der Effekt auf die Ertragsstabilität eine Folge einer dekanalisierten Fähigkeit sein die ganze Blattoberfläche für photosynthetische Aktivität zu nutzen. KW - canalization KW - phenotypic variation KW - metabolism KW - CRISPR/Cas9 KW - GWAS KW - CRISPR/Cas9 KW - GWAS KW - Kanalisierung KW - Metabolismus KW - phänotypische Variation Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-548844 ER - TY - THES A1 - Welsch, Maryna T1 - Investigation of the stress tolerance regulatory network integration of the NAC transcription factor JUNGBRUNNEN1 (JUB1) T1 - Untersuchung des Stresstoleranz-Regulationsnetzwerks des NAC-Transkriptionsfaktors JUNGBRUNNEN1 (JUB1) N2 - The NAC transcription factor (TF) JUNGBRUNNEN1 (JUB1) is an important negative regulator of plant senescence, as well as of gibberellic acid (GA) and brassinosteroid (BR) biosynthesis in Arabidopsis thaliana. Overexpression of JUB1 promotes longevity and enhances tolerance to drought and other abiotic stresses. A similar role of JUB1 has been observed in other plant species, including tomato and banana. Our data show that JUB1 overexpressors (JUB1-OXs) accumulate higher levels of proline than WT plants under control conditions, during the onset of drought stress, and thereafter. We identified that overexpression of JUB1 induces key proline biosynthesis and suppresses key proline degradation genes. Furthermore, bZIP63, the transcription factor involved in proline metabolism, was identified as a novel downstream target of JUB1 by Yeast One-Hybrid (Y1H) analysis and Chromatin immunoprecipitation (ChIP). However, based on Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA), direct binding of JUB1 to bZIP63 could not be confirmed. Our data indicate that JUB1-OX plants exhibit reduced stomatal conductance under control conditions. However, selective overexpression of JUB1 in guard cells did not improve drought stress tolerance in Arabidopsis. Moreover, the drought-tolerant phenotype of JUB1 overexpressors does not solely depend on the transcriptional control of the DREB2A gene. Thus, our data suggest that JUB1 confers tolerance to drought stress by regulating multiple components. Until today, none of the previous studies on JUB1´s regulatory network focused on identifying protein-protein interactions. We, therefore, performed a yeast two-hybrid screen (Y2H) which identified several protein interactors of JUB1, two of which are the calcium-binding proteins CaM1 and CaM4. Both proteins interact with JUB1 in the nucleus of Arabidopsis protoplasts. Moreover, JUB1 is expressed with CaM1 and CaM4 under the same conditions. Since CaM1.1 and CaM4.1 encode proteins with identical amino acid sequences, all further experiments were performed with constructs involving the CaM4 coding sequence. Our data show that JUB1 harbors multiple CaM-binding sites, which are localized in both the N-terminal and C-terminal regions of the protein. One of the CaM-binding sites, localized in the DNA-binding domain of JUB1, was identified as a functional CaM-binding site since its mutation strongly reduced the binding of CaM4 to JUB1. Furthermore, JUB1 transactivates expression of the stress-related gene DREB2A in mesophyll cells; this effect is significantly reduced when the calcium-binding protein CaM4 is expressed as well. Overexpression of both genes in Arabidopsis results in early senescence observed through lower chlorophyll content and an enhanced expression of senescence-associated genes (SAGs) when compared with single JUB1 overexpressors. Our data also show that JUB1 and CaM4 proteins interact in senescent leaves, which have increased Ca2+ levels when compared to young leaves. Collectively, our data indicate that JUB1 activity towards its downstream targets is fine-tuned by calcium-binding proteins during leaf senescence. N2 - Der NAC Transkriptionsfaktor (TF) JUNGBRUNNEN1 (JUB1) ist ein wichtiger negativer Regulator der Pflanzenseneszenz, Gibberellinsäure- (GA) und Brassinosteroid- (BR) Biosynthese in Arabidopsis thaliana. Die Überexpression von JUB1 fördert die Langlebigkeit und erhöht die Toleranz gegenüber Trockenheit und anderen abiotischen Belastungen. Bei anderen Pflanzenarten, einschließlich Tomaten und Bananen, wurde eine ähnliche Rolle von JUB1 beobachtet. Unsere Daten zeigen, dass JUB1 Überexpressionslinien im Vergleich zu WT-Pflanzen sowohl unter Kontrollbedingungen, als auch zu Beginn und während späterer Stadien von Trockenstress größere Mengen an Prolin akkumulieren. Wir haben festgestellt, dass die Überexpression von JUB1 die Schlüsselbiosynthese von Prolin induziert und Schlüsselgene für den Abbau von Prolin unterdrückt. Darüber hinaus wurde bZIP63, ein am Prolinstoffwechsel beteiligter Transkriptionsfaktor, mittels Yeast One-Hybrid-System (Y1H) und Chromatin-Immunopräzipitation (ChIP) als neues nachgeschaltetes Ziel von JUB1 identifiziert. Basierend auf dem Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA) konnte die direkte Bindung von JUB1 an bZIP63 jedoch nicht bestätigt werden. Unsere Daten zeigen, dass JUB1-OXs unter Kontrollbedingungen eine niedrigere stomatale Leitfähigkeit aufweisen. Allerdings verbessert eine selektive Überexpression von JUB1 in den Schließzellen die Trockenstresstoleranz bei Arabidopsis nicht. Darüber hinaus hängt der trockenheitstolerante Phänotyp von JUB1 nicht allein von der transkriptionellen Kontrolle des DREB2A-Gens ab. Unsere Daten legen daher nahe, dass JUB1 durch die Regulierung mehrerer Komponenten Toleranz gegenüber Trockenstress verleiht. Bis heute konzentrierte sich keine der bisherigen Studien zum regulatorischen Netzwerk von JUB1 auf die Identifizierung von Protein-Protein-Interaktionen. Wir führten deshalb einen Hefe-Zwei-Hybrid-Screen (Y2H) durch, der mehrere Protein-Interaktoren von JUB1 identifizierte, von denen zwei Calcium-bindende Proteine sind (CaM1 und CaM4). Beide Proteine interagieren mit JUB1 im Kern von Arabidopsis-Protoplasten. Darüber hinaus wird JUB1 mit den CaM1- und CaM4-Genen unter den gleichen Bedingungen exprimiert und kolokalisiert mit den Proteinen im Zellkern von Arabidopsis thaliana-Protoplasten. Unsere Daten zeigen, dass JUB1 mehrere CaM-Bindungsstellen aufweist, die sowohl in der N-terminalen, als auch in der C-terminalen Region des Proteins lokalisiert sind. Eine der CaM-Bindungsstellen, die in der DNA-Bindungsdomäne von JUB1 lokalisiert ist, wurde als funktionelle und aktive CaM-Bindungsstelle identifiziert, da ihre Mutation die Bindung von CaM4 an JUB1 stark reduzierte. Darüber hinaus transaktiviert JUB1 die Expression des stressbezogenen Gens DREB2A in Mesophyllzellen. Dieser Effekt wird deutlich reduziert, wenn auch das Calcium-bindende Protein CaM4 exprimiert wird. Die Überexpression beider Gene in Arabidopsis führt zum frühen Seneszenz-Phänotyp, der durch einen verminderten Chlorophyllgehalt und eine veränderte SAGs-Expression im Vergleich zu einzelnen JUB1-Überexpressoren beobachtet wird. Unsere Daten zeigen auch, dass JUB1- und CaM4-Proteine in den seneszenten Blättern, die im Vergleich zu jungen Blättern erhöhte Ca2+-spiegel aufweisen, interagieren. Zusammenfassend weisen unsere Daten darauf hin, dass während der Blattseneszenz die Aktivität von JUB1 gegenüber seinen nachgeschalteten Zielen durch die Calcium-bindenden Proteine fein abgestimmt wird. KW - transcription factor KW - senescence KW - calmodulin KW - JUB1 KW - CaM4 KW - drought stress KW - CaM4 KW - JUB1 KW - calmodulin KW - Trockenstress KW - Seneszenz KW - Transkriptionsfaktor Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-547310 ER - TY - THES A1 - Vu, Nils Leif T1 - A task-based parallel elliptic solver for numerical relativity with discontinuous Galerkin methods N2 - Elliptic partial differential equations are ubiquitous in physics. In numerical relativity---the study of computational solutions to the Einstein field equations of general relativity---elliptic equations govern the initial data that seed every simulation of merging black holes and neutron stars. In the quest to produce detailed numerical simulations of these most cataclysmic astrophysical events in our Universe, numerical relativists resort to the vast computing power offered by current and future supercomputers. To leverage these computational resources, numerical codes for the time evolution of general-relativistic initial value problems are being developed with a renewed focus on parallelization and computational efficiency. Their capability to solve elliptic problems for accurate initial data must keep pace with the increasing detail of the simulations, but elliptic problems are traditionally hard to parallelize effectively. In this thesis, I develop new numerical methods to solve elliptic partial differential equations on computing clusters, with a focus on initial data for orbiting black holes and neutron stars. I develop a discontinuous Galerkin scheme for a wide range of elliptic equations, and a stack of task-based parallel algorithms for their iterative solution. The resulting multigrid-Schwarz preconditioned Newton-Krylov elliptic solver proves capable of parallelizing over 200 million degrees of freedom to at least a few thousand cores, and already solves initial data for a black hole binary about ten times faster than the numerical relativity code SpEC. I also demonstrate the applicability of the new elliptic solver across physical disciplines, simulating the thermal noise in thin mirror coatings of interferometric gravitational-wave detectors to unprecedented accuracy. The elliptic solver is implemented in the new open-source SpECTRE numerical relativity code, and set up to support simulations of astrophysical scenarios for the emerging era of gravitational-wave and multimessenger astronomy. N2 - Elliptische partielle Differentialgleichungen sind in der Physik allgegenwärtig. Das elektrische Feld einer Ladung, die Gravitation der Erde, die Statik einer Brücke, oder die Temperaturverteilung auf einer heißen Herdplatte folgen trotz verschiedenster zugrundeliegender Physik elliptischen Gleichungen ähnlicher Struktur, denn es sind statische, also zeitunabhängige Effekte. Elliptische Gleichungen beschreiben auch astrophysikalische Szenarien von kataklysmischen Ausmaßen, die jegliche Gegebenheiten auf der Erde weit überschreiten. So werden Schwarze Löcher und Neutronensterne -- zwei mögliche Endstadien von massereichen Sternen -- ebenfalls von elliptischen Gleichungen beschrieben. In diesem Fall sind es Einstein's Feldgleichungen von Raum, Zeit, Gravitation und Materie. Da Schwarze Löcher und Neutronensterne mehr Masse als unsere Sonne auf die Größe einer Stadt wie Potsdam komprimieren übernimmt die Gravitation, und damit Einstein's allgemeine Relativitätstheorie, die Kontrolle. Es ist die Aufgabe der numerischen Relativität, Szenarien wie die Kollision solcher gewaltigen Objekte mithilfe von Supercomputern zu simulieren und damit die Gravitationswellensignale vorherzusagen, die von Detektoren auf der Erde gemessen werden können. Jede dieser Simulationen beginnt mit Anfangsdaten, die elliptische Gleichungen erfüllen müssen. In dieser Dissertation entwickle ich neue numerische Methoden um elliptische partielle Differentialgleichungen auf Supercomputern zu lösen, mit besonderem Augenmerk auf Anfangsdaten für Simulationen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen. Ich entwickle dafür eine sogenannte discontinuous Galerkin Methode um elliptische Gleichungen auf Computern zu repräsentieren, sowie eine Reihe von Algorithmen um diese Gleichungen anschließend schrittweise numerisch zu lösen bis sie die notwendige Präzision erfüllen. Die Besonderheit dieser Algorithmen liegt in ihrer Eigenschaft, in viele Teilprobleme zerlegt auf einer großen Zahl von Rechenkernen parallel arbeiten zu können. Dieses task-based parallelism ermöglicht die effektive Verwendung von Supercomputern. Ich demonstriere die Fähigkeit meiner Algorithmen, Berechnungen von über 200 Millionen Unbekannten mit hoher Effizienz auf mindestens einige Tausend Rechenkerne verteilen zu können, und Anfangsdaten zweier sich umkreisender Schwarzer Löcher bereits etwa zehnmal schneller zu lösen als der langjährig verwendete Computercode SpEC. Außerdem zeige ich, dass mein neuer Code auch außerhalb der Relativitätstheorie anwendbar ist. Dazu simuliere ich thermisches Rauschen in den Beschichtungen von Spiegeln, das ebenfalls von elliptischen Gleichungen beschrieben wird. Solche Spiegel sind Objekt großen Forschungsinteresses, da sie ein zentrales Element von Gravitationswellendetektoren darstellen. Mein Code zur numerischen Lösung elliptischer Gleichungen ist Teil des kollaborativen und quelloffenen SpECTRE Forschungsprojekts zur Simulation astrophysikalischer Szenarien für die aufstrebende Ära der Gravitationswellen- und Multimessenger-Astronomie. KW - numerical relativity KW - task-based parallelism KW - discontinuous Galerkin methods KW - elliptic partial differential equations KW - black holes KW - initial data KW - high-performance computing KW - iterative methods for sparse linear systems KW - gravitational waves KW - thermal noise in mirror coatings KW - numerische Relativität KW - elliptische partielle Differentialgleichungen KW - schwarze Löcher KW - Anfangsdaten KW - Hochleistungscomputer KW - iterative Methoden zur Lösung linearer Systeme KW - Gravitationswellen KW - thermisches Rauschen in Spiegelbeschichtungen Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-562265 ER - TY - THES A1 - Villamizar, Natalia T1 - Heimat BT - mímesis y movimiento en las series autoficcionales de Thomas Bernhard y Fernando Vallejo N2 - Esta investigación propone un estudio transareal de las series autoficcionales del escritor austriaco Thomas Bernhard y el colombiano Fernando Vallejo, dos autores cuya obra se caracteriza por una dura crítica a sus países de origen, a sus Heimaten, pero también por un complejo arraigamiento. Los análisis interpretativos demuestran que en Die Autobiographie y El río del tiempo la Heimat se presenta como un constructo que abarca no solamente elementos dichosos, sino que presenta también elementos negativos, disolutivos, destructivos, con lo cual ambos autores de distancian de una concepción tradicional de Heimat como territorio necesariamente armónico al que el sujeto se siente positivamente vinculado. En cambio, ella se concibe como un conjunto disímil, frente al cual el sujeto se relaciona, necesariamente, de modo ambivalente y problemático. En ambos autores la narración literaria se configura como un acto en el que no simplemente se representa esa ambivalencia, sino en el que, sobre todo, se impugnan las formas de hostilidad que le confieren a la Heimat su carácter inhóspito. Para ello, ambos autores recurren a la implementación de dos recursos fundamentales: la mímesis y el movimiento. La investigación muestra de qué manera las obras estudiadas la Heimat se presenta como un espacio de continuos movimientos, intercambios e interacciones, en el que actúan mecanismos de opresión, pero también dispositivos de oposición, prácticas de apertura intersubjetiva y aspiraciones de integración comunitaria. N2 - This research presents a transareal study of the autofictional series of the Austrian writer Thomas Bernhard and the Colombian Fernando Vallejo, two authors whose work is marked by a fierce critique of their homelands, their Heimaten, but also by a complex rootedness. The interpretative analyses show that in Die Autobiographie and El río del tiempo the Heimat is presented as a construct that encompasses not only blissful but also negative, dissolutive, destructive elements, thus distancing both authors from a traditional conception of Heimat as a necessarily harmonic territory to which the subject feels positively attached. Instead, it is conceived as a dissimilar set, to which the subject relates, necessarily, in an ambivalent and problematic way. In both authors, literary narration is configured as an act in which this ambivalence is not simply represented, but in which, above all, the forms of hostility that give the Heimat its inhospitable character are contested. To this end, the authors resort to the implementation of two fundamental resources: mimesis and movement. The research demonstrates how their literary works present the Heimat as a space of continuous movements, exchanges and interactions, in which structures of oppression are at work, but also opposition mechanisms, practices of intersubjective openness and aspirations of community integration. T3 - Potsdamer Bibliothek der WeltRegionen (PoWeR) - 4 KW - patria KW - Heimat KW - Fernando Vallejo KW - Thomas Bernhard KW - mímesis KW - giro espacial KW - estudios transareales KW - literatura comparada KW - Heimat KW - homeland KW - Fernando Vallejo KW - Thomas Bernhard KW - mimesis KW - spatial turn KW - transarea studies KW - comparative literature Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-541086 SN - 978-3-86956-530-9 SN - 2629-2548 SN - 2629-253X IS - 4 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - THES A1 - Trautmann, Tina T1 - Understanding global water storage variations using model-data integration T1 - Verständnis der Variabilität globaler Wasserspeicher mittels Modell-Daten Integration N2 - Climate change is one of the greatest challenges to humanity in this century, and most noticeable consequences are expected to be impacts on the water cycle – in particular the distribution and availability of water, which is fundamental for all life on Earth. In this context, it is essential to better understand where and when water is available and what processes influence variations in water storages. While estimates of the overall terrestrial water storage (TWS) variations are available from the GRACE satellites, these represent the vertically integrated signal over all water stored in ice, snow, soil moisture, groundwater and surface water bodies. Therefore, complementary observational data and hydrological models are still required to determine the partitioning of the measured signal among different water storages and to understand the underlying processes. However, the application of large-scale observational data is limited by their specific uncertainties and the incapacity to measure certain water fluxes and storages. Hydrological models, on the other hand, vary widely in their structure and process-representation, and rarely incorporate additional observational data to minimize uncertainties that arise from their simplified representation of the complex hydrologic cycle. In this context, this thesis aims to contribute to improving the understanding of global water storage variability by combining simple hydrological models with a variety of complementary Earth observation-based data. To this end, a model-data integration approach is developed, in which the parameters of a parsimonious hydrological model are calibrated against several observational constraints, inducing GRACE TWS, simultaneously, while taking into account each data’s specific strengths and uncertainties. This approach is used to investigate 3 specific aspects that are relevant for modelling and understanding the composition of large-scale TWS variations. The first study focusses on Northern latitudes, where snow and cold-region processes define the hydrological cycle. While the study confirms previous findings that seasonal dynamics of TWS are dominated by the cyclic accumulation and melt of snow, it reveals that inter-annual TWS variations on the contrary, are determined by variations in liquid water storages. Additionally, it is found to be important to consider the impact of compensatory effects of spatially heterogeneous hydrological variables when aggregating the contribution of different storage components over large areas. Hence, the determinants of TWS variations are scale-dependent and underlying driving mechanism cannot be simply transferred between spatial and temporal scales. These findings are supported by the second study for the global land areas beyond the Northern latitudes as well. This second study further identifies the considerable impact of how vegetation is represented in hydrological models on the partitioning of TWS variations. Using spatio-temporal varying fields of Earth observation-based data to parameterize vegetation activity not only significantly improves model performance, but also reduces parameter equifinality and process uncertainties. Moreover, the representation of vegetation drastically changes the contribution of different water storages to overall TWS variability, emphasizing the key role of vegetation for water allocation, especially between sub-surface and delayed water storages. However, the study also identifies parameter equifinality regarding the decay of sub-surface and delayed water storages by either evapotranspiration or runoff, and thus emphasizes the need for further constraints hereof. The third study focuses on the role of river water storage, in particular whether it is necessary to include computationally expensive river routing for model calibration and validation against the integrated GRACE TWS. The results suggest that river routing is not required for model calibration in such a global model-data integration approach, due to the larger influence other observational constraints, and the determinability of certain model parameters and associated processes are identified as issues of greater relevance. In contrast to model calibration, considering river water storage derived from routing schemes can already significantly improve modelled TWS compared to GRACE observations, and thus should be considered for model evaluation against GRACE data. Beyond these specific findings that contribute to improved understanding and modelling of large-scale TWS variations, this thesis demonstrates the potential of combining simple modeling approaches with diverse Earth observational data to improve model simulations, overcome inconsistencies of different observational data sets, and identify areas that require further research. These findings encourage future efforts to take advantage of the increasing number of diverse global observational data. N2 - Der Klimawandel stellt mit Abstand eine der größten Herausforderungen für die Menschheit in diesem Jahrhundert da, und die spürbarsten Folgen werden voraussichtlich die Auswirkungen auf den Wasserkreislauf sein - insbesondere auf die Verteilung und Verfügbarkeit von Wasser, welches Grundlage allen Lebens dieser Erde ist. In diesem Zusammenhang ist es von entscheidender Bedeutung, besser zu verstehen, wo und wann Wasser verfügbar ist und welche Prozesse natürliche Schwankungen der Wasserspeicher beeinflussen. Obwohl Schätzungen der Gesamtschwankungen der terrestrischen Wasserspeicher (TWS) basierend auf Daten der GRACE-Satelliten vorliegen, stellen diese nur das vertikal integrierte Signal über alles in Eis, Schnee, Bodenfeuchtigkeit, Grundwasser und Oberflächengewässern gespeicherte Wasser dar. Daher sind ergänzende Beobachtungsdaten und hydrologische Modelle notwendig, um die Aufteilung des gemessenen Signals auf verschiedenen Wasserspeicher zu bestimmen und die zugrunde liegenden Prozesse zu verstehen. Die Verwendung von großmaßstäblichen Beobachtungsdaten ist jedoch durch ihre spezifischen Unsicherheiten und die Unfähigkeit, bestimmte Wasserflüsse und -speicher zu messen, eingeschränkt. Hydrologische Modelle hingegen unterscheiden sich stark in ihrer Struktur und Prozessdarstellung und beziehen nur selten zusätzliche Beobachtungsdaten ein, um Unsicherheiten zu minimieren, die sich aus ihrer vereinfachten Darstellung des komplexen Wasserkreislaufs ergeben. In diesem Zusammenhang gibt diese Arbeit einen Beitrag zum besseren Verständnis der Schwankungen globaler Wasserspeicher, indem einfache hydrologische Modelle mit einer Vielzahl sich ergänzender Erdbeobachtungsdaten kombiniert werden. Dafür wird ein Ansatz zur Integration von Modellen und Daten entwickelt, bei dem die Parameter eines einfachen hydrologischen Modells gleichzeitig gegen mehrere Beobachtungsdaten, inklusive GRACE TWS, kalibriert werden, wobei deren spezifischen Stärken und Unsicherheiten berücksichtigt werden. Dieser Ansatz wird genutzt, um drei spezifische Aspekte, die für die Modellierung und das Verständnis der Zusammensetzung großskaliger TWS-Schwankungen relevant sind, zu untersuchen. Die erste Studie konzentriert sich auf die nördlichen Breiten, wo Schnee und Prozesse kalter Regionen den hydrologischen Kreislauf bestimmen. Während die Studie frühere Erkenntnisse darin bestätigt, dass die saisonale Dynamik des TWS von der zyklischen Akkumulation und Schmelze von Schnee dominiert wird, zeigt sie, dass die zwischenjährlichen TWS-Schwankungen im Gegenteil durch Variationen der Flüssigwasserspeicher bestimmt werden. Darüber hinaus wird festgestellt, dass es wichtig ist, die Auswirkungen kompensatorischer Effekte räumlich heterogener hydrologischer Variablen zu berücksichtigen, wenn der Beitrag verschiedener Speicherkomponenten über große Gebiete aggregiert wird. Die Determinanten der TWS-Schwankungen sind skalenabhängig, und die zugrunde liegenden Antriebsmechanismen lassen sich nicht einfach zwischen räumlichen und zeitlichen Skalen übertragen. Diese Ergebnisse werden durch die zweite Studie auch auf globaler Skale bestätigt. Diese zweite Studie zeigt außerdem, dass die Art und Weise, wie Vegetation in hydrologischen Modellen dargestellt wird, einen erheblichen Einfluss auf die Aufteilung der TWS-Variationen hat. Die Verwendung von raum-zeitlich variierenden Erdbeobachtungsdaten zur Parametrisierung der Vegetationsaktivität verbessert nicht nur die Modellleistung erheblich, sondern verringert auch die Parameterequifinalität und somit die Prozessunsicherheiten. Darüber hinaus beeinflusst die Repräsentation der Vegetation drastisch den Einfluss verschiedener Wasserspeicher zur Gesamtvariabilität des TWS und unterstreicht damit die Schlüsselrolle der Vegetation für die Wasserverteilung, insbesondere zwischen unterirdischen und verzögerten Wasserspeichern. Die Studie zeigt jedoch auch, dass die Parameter für den Verringerung der unterirdischen und verzögerten Wasserspeichern, entweder via Evapotranspiration oder via Abfluss, äquivalent sind, und unterstreicht damit die Notwendigkeit weiterer Eingrenzung durch Beobachtungsdaten. Die dritte Studie befasst sich mit der Rolle der Wasserspeicherung in Flüssen, insbesondere mit der Frage, ob es notwendig ist, das rechenintensive Abfluss-Routing für die Kalibrierung und Validierung des Modells gegen GRACE TWS Daten zu berücksichtigen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Abfluss-Routing für die Modellkalibrierung in einem solchen globalen Modell-Daten-Integrationsansatz nicht erforderlich ist, da andere Beobachtungsdaten einen größeren Einfluss haben und die Definierbarkeit bestimmter Modellparameter und damit zusammenhängender Prozesse relevantere Probleme darstellen. Im Gegensatz zur Modellkalibrierung kann die Berücksichtigung von Flusswasserspeichern jedoch den modellierten TWS im Vergleich zu GRACE-Beobachtungen bereits erheblich verbessern und sollte daher bei der Modellevaluierung gegen GRACE-Daten berücksichtigt werden. Über diese spezifischen Ergebnisse hinaus, die zum besseren Verständnis und Modellierung großskaliger TWS-Variationen beitragen, zeigt diese Arbeit das Potenzial der Kombination einfacher Modellierungsansätze mit verschiedenen Erdbeobachtungsdaten zur Verbesserung von Modellsimulationen, zur Überwindung von Inkonsistenzen zwischen verschiedenen Beobachtungsdatensätzen und zur Identifizierung von Themen, die weitere Forschung erfordern. Diese Ergebnisse ermutigen künftige Forschungen, die zunehmende Zahl unterschiedlicher globaler Beobachtungsdaten zu nutzen. KW - global hydrological modeling KW - model-data integration KW - terrestrial water storage variation KW - model calibration KW - globale hydrologische Modellierung KW - Modellkalibrierung KW - Model-Daten Integration KW - Variationen terrestrischer Wasserspeicher Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-565954 ER - TY - THES A1 - Tranter, Morgan Alan T1 - Numerical quantification of barite reservoir scaling and the resulting injectivity loss in geothermal systems N2 - Due to the major role of greenhouse gas emissions in global climate change, the development of non-fossil energy technologies is essential. Deep geothermal energy represents such an alternative, which offers promising properties such as a high base load capability and a large untapped potential. The present work addresses barite precipitation within geothermal systems and the associated reduction in rock permeability, which is a major obstacle to maintaining high efficiency. In this context, hydro-geochemical models are essential to quantify and predict the effects of precipitation on the efficiency of a system. The objective of the present work is to quantify the induced injectivity loss using numerical and analytical reactive transport simulations. For the calculations, the fractured-porous reservoirs of the German geothermal regions North German Basin (NGB) and Upper Rhine Graben (URG) are considered. Similar depth-dependent precipitation potentials could be determined for both investigated regions (2.8-20.2 g/m3 fluid). However, the reservoir simulations indicate that the injectivity loss due to barite deposition in the NGB is significant (1.8%-6.4% per year) and the longevity of the system is affected as a result; this is especially true for deeper reservoirs (3000 m). In contrast, simulations of URG sites indicate a minor role of barite (< 0.1%-1.2% injectivity loss per year). The key differences between the investigated regions are reservoir thicknesses and the presence of fractures in the rock, as well as the ionic strength of the fluids. The URG generally has fractured-porous reservoirs with much higher thicknesses, resulting in a greater distribution of precipitates in the subsurface. Furthermore, ionic strengths are higher in the NGB, which accelerates barite precipitation, causing it to occur more concentrated around the wellbore. The more concentrated the precipitates occur around the wellbore, the higher the injectivity loss. In this work, a workflow was developed within which numerical and analytical models can be used to estimate and quantify the risk of barite precipitation within the reservoir of geothermal systems. A key element is a newly developed analytical scaling score that provides a reliable estimate of induced injectivity loss. The key advantage of the presented approach compared to fully coupled reservoir simulations is its simplicity, which makes it more accessible to plant operators and decision makers. Thus, in particular, the scaling score can find wide application within geothermal energy, e.g., in the search for potential plant sites and the estimation of long-term efficiency. N2 - Aufgrund der tragenden Rolle der Treibhausgasemissionen für den globalen Klimawandel ist die Entwicklung von nicht-fossilen Energietechnologien essenziell. Die Tiefengeothermie stellt eine solche Alternative dar, welche vielversprechende Eigenschaften wie eine hohe Grundlastfähigkeit und ein großes ungenutztes Potenzial bietet. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Barytausfällungen inner- halb geothermaler Systeme und der damit einhergehenden Verringerung der Gesteinsdurchlässigkeit, welche ein Haupthindernis für die Aufrechterhaltung einer hohen Effizienz darstellen. Dabei sind hydro-geochemische Modelle unerlässlich, um die Auswirkungen von Ausfällungen auf die Effizienz eines Systems zu quantifizieren und vorherzusagen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, mittels numerischer und analytischer reaktiver Transportsimulationen, den induzierten Injektivitätsverlust zu quantifizieren. Für die Berechnungen werden die klüftig-porösen Reservoire der deutschen Geothermieregionen Norddeutsches Becken (NDB) und Oberrheingraben (ORG) betrachtet. Für beide untersuchte Regionen konnte ein ähnliches, tiefenabhängiges Fällungspotenzial bestimmt werden (2,8–20,2 g/m3 Fluid). Die Reservoirsimulationen zeigen jedoch, dass der Injektivitätsverlust aufgrund von Barytablagerungen im NDB erheblich ist (1,8%–6,4% pro Jahr) und die Langlebigkeit der Anlage dadurch beeinträchtigt wird, dies gilt insbesondere für tiefere Reservoire (3000 m). Im Gegensatz dazu deuten die Simulationen der ORG-Standorte auf eine untergeordnete Rolle von Baryt hin (< 0,1%–1,2% Injektivitätsverlust pro Jahr). Die entscheidenden Unterschiede zwischen den untersuchten Regionen sind die Reservoirmächtigkeiten und das Vorhandensein von Rissen im Gestein sowie die Ionenstärke der Fluide. Der ORG weist in der Regel klüftig-poröse Reservoire mit deutlich höheren Mächtigkeiten auf, was zu einer größeren Verteilung der Präzipitate im Untergrund führt. Weiterhin sind die Ionenstärken im NDB höher, was die Barytausfällung beschleunigt und diese dadurch konzentrierter um das Bohrloch herum entstehen lässt. Je konzentrierter die Präzipitate um die Bohrung herum auftreten, desto höher ist der Injektivitätsverlust. In dieser Arbeit wurde ein Workflow erarbeitet, innerhalb dessen mittels numerischer und analytischer Modelle das Risiko von Barytausfällungen innerhalb des Reservoirs geothermischer Systeme abgeschätzt und quantifiziert werden kann. Ein zentrales Element ist ein neu entwickelter, analytischer Scaling-Score, der eine zuverlässige Schätzung des induzierten Injektivitätsverlustes ermöglicht. Der entscheidende Vorteil des präsentierten Ansatzes im Vergleich zu voll-gekoppelten Reservoirsimulationen liegt in ihrer Einfachheit, die sie für Anlagenbetreiber und Entscheidungsträger zugänglicher macht. Somit kann insbesondere der Scaling-Score eine breite Anwendung innerhalb der Geothermie finden, z.B. bei der Suche nach potenziellen Anlagenstandorten und der Abschätzung der langfristigen Effizienz. KW - geothermal energy KW - formation damage KW - reactive transport KW - radial flow KW - barite KW - Geothermie KW - radiale Strömung KW - Baryt KW - reaktiver Transport KW - Formationsschaden Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-561139 ER - TY - THES A1 - Thomas, Timon T1 - Cosmic-ray hydrodynamics: theory, numerics, applications T1 - Hydrodynamik der kosmischen Strahlung: Theorie, Numerik, Anwendungen N2 - Cosmic rays (CRs) are a ubiquitous and an important component of astrophysical environments such as the interstellar medium (ISM) and intracluster medium (ICM). Their plasma physical interactions with electromagnetic fields strongly influence their transport properties. Effective models which incorporate the microphysics of CR transport are needed to study the effects of CRs on their surrounding macrophysical media. Developing such models is challenging because of the conceptional, length-scale, and time-scale separation between the microscales of plasma physics and the macroscales of the environment. Hydrodynamical theories of CR transport achieve this by capturing the evolution of CR population in terms of statistical moments. In the well-established one-moment hydrodynamical model for CR transport, the dynamics of the entire CR population are described by a single statistical quantity such as the commonly used CR energy density. In this work, I develop a new hydrodynamical two-moment theory for CR transport that expands the well-established hydrodynamical model by including the CR energy flux as a second independent hydrodynamical quantity. I detail how this model accounts for the interaction between CRs and gyroresonant Alfvén waves. The small-scale magnetic fields associated with these Alfvén waves scatter CRs which fundamentally alters CR transport along large-scale magnetic field lines. This leads to the effects of CR streaming and diffusion which are both captured within the presented hydrodynamical theory. I use an Eddington-like approximation to close the hydrodynamical equations and investigate the accuracy of this closure-relation by comparing it to high-order approximations of CR transport. In addition, I develop a finite-volume scheme for the new hydrodynamical model and adapt it to the moving-mesh code Arepo. This scheme is applied using a simulation of a CR-driven galactic wind. I investigate how CRs launch the wind and perform a statistical analysis of CR transport properties inside the simulated circumgalactic medium (CGM). I show that the new hydrodynamical model can be used to explain the morphological appearance of a particular type of radio filamentary structures found inside the central molecular zone (CMZ). I argue that these harp-like features are synchrotron-radiating CRs which are injected into braided magnetic field lines by a point-like source such as a stellar wind of a massive star or a pulsar. Lastly, I present the finite-volume code Blinc that uses adaptive mesh refinement (AMR) techniques to perform simulations of radiation and magnetohydrodynamics (MHD). The mesh of Blinc is block-structured and represented in computer memory using a graph-based approach. I describe the implementation of the mesh graph and how a diffusion process is employed to achieve load balancing in parallel computing environments. Various test problems are used to verify the accuracy and robustness of the employed numerical algorithms. N2 - Kosmische Strahlung (CR) ist ein allgegenwärtiger und wichtiger Bestandteil astrophysikalischer Umgebungen wie des interstellaren Mediums (ISM) und des Intracluster-Mediums (ICM). Ihre plasmaphysikalischen Wechselwirkungen mit elektromagnetischen Feldern beeinflussen ihre Transporteigenschaften weitgehend. Effektive Modelle, die die Mikrophysik des CR-Transports einbeziehen, sind erforderlich, um die Auswirkungen von CRs auf die sie umgebenden makrophysikalischen Medien zu untersuchen. Die Entwicklung solcher Modelle ist eine Herausforderung, aufgrund der konzeptionellen, Längenskalen-, und Zeitskalen-Unterschiede zwischen den Mikroskalen der Plasmaphysik und den Makroskalen der Umgebung. Hydrodynamische Theorien des CR-Transports erreichen dies, indem sie die Entwicklung der CR-Population in Form von statistischen Momenten erfassen. Im etablierten hydrodynamischen Ein-Moment Modell für den CR-Transport wird die Dynamik der gesamten CR-Population durch eine einzige statistische Größe wie der häufig verwendeten CR-Energiedichte beschrieben. In dieser Arbeit entwickle ich eine neue hydrodynamische Zwei-Momenten Theorie für den CR-Transport, die das etablierte hydrodynamische Modell um den CR-Energiefluss als zweite unabhängige hydrodynamische Größe erweitert. Ich erläutere, wie dieses Modell die Wechselwirkung zwischen CRs und gyroresonanten Alfvén-Wellen berücksichtigt. Die mit diesen Alfvén-Wellen verbundenen kleinskaligen Magnetfelder streuen die CRs, was den CR-Transport entlang großskaligen Magnetfeldlinien grundlegend verändert. Dies führt zu den CR-Strömungs-und Diffusioneffekten, welche beide in der neu vorgestellten hydrodynamischen Theorie erfasst werden. Ich verwende eine adaptierte Eddington Näherung, um die hydrodynamischen Gleichungen zu schließen und untersuche die Genauigkeit dieser Näherung, indem ich sie mit Näherungen höherer Ordnung für den CR-Transport vergleiche. Darüber hinaus entwickle ich ein Finite-Volumen-Schema für das neue hydrodynamische Modell und passe es an den mitbewegten Gitter Code Arepo an. Dieses Schema wird mittels einer Simulation eines CR-getriebenen galaktischen Windes angewendet. Ich untersuche, wie CRs den Wind beschleunigen und führe eine statistische Analyse der CR-Transporteigenschaften innerhalb des simulierten zirkumgalaktischen Mediums (CGM) durch. Ich zeige, dass das neue hydrodynamische Modell das morphologische Erscheinungsbild eines neu-entdeckten bestimmten Typs von filamentartigen Radiostrukturen, welcher in der zentralen molekularen Zone (CMZ) auffindbar ist, erklären kann. Ich schlage vor, dass es sich bei diesen harfenartigen Strukturen um synchrotronstrahlende CRs handelt, die zuvor von einer punktförmigen Quelle wie dem stellaren Wind eines massereichen Sterns oder eines Pulsars in geflochtene Magnetfeldlinien injiziert wurden. Schließlich stelle ich den Finite-Volumen-Code Blinc vor, der adaptive Gitterverfeinerungstechniken (AMR) verwendet, um Simulationen von Strahlungs-und Magnetohydrodynamik (MHD) durchzuführen. Das Gitter von Blinc ist blockstrukturiert und wird im Computerspe-icher mittels eines graphbasierten Ansatzes dargestellt. Ich beschreibe die Implementierung des Gittergraphen und wie ein Diffusionsprozess eingesetzt wird, um einen Lastausgleich in parallelen Rechenumgebungen zu erreichen. Verschiedene Testprobleme werden verwendet, um die Genauigkeit und Robustheit der verwendeten numerischen Algorithmen zu überprüfen. KW - cosmic rays KW - hydrodynamics KW - radiative transfer KW - methods: analytical KW - methods: numerical KW - Galactic center KW - Non-thermal radiation sources KW - galaktisches Zentrum KW - Quellen nichtthermischer Strahlung KW - kosmische Strahlung KW - Hydrodynamik KW - Methoden: analytisch KW - Methoden: numerisch KW - Strahlungstransport Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-563843 ER - TY - THES A1 - Theuer, Hanna Katharina T1 - Beherrschung komplexer Produktionsprozesse durch Autonomie T1 - Mastering complex production processes by autonomy N2 - Modern technologies enable the actors of a production process to autonomous decision-making, information-processing, and decision- execution. It devolves hierarchical controlled relationships and distributes decision-making among many actors. Positive consequences include using local competencies and fast on-site action without (time-)consuming cross-process planning run by a central control instance. Evaluating the decentralization of the process helps to compare different control strategies and thus contributes to the mastery of more complex production processes. Although the importance of the communication structure of these actors increases, no method uses this as a basis for operationalizing decentralization. This motivates the focus of this thesis. It develops a three-level evaluation model determining the decentralization of a production process based on two determinants: the communication and decision-making structure of the autonomous actors involved. Based on a definition of decentralization of production processes, it set requirements for a key value that determines the structural autonomy of the actors and selects a suitable social network analysis metric. The possibility of integrated decision-making and decision execution justifies the additional consideration of the decision structure. The differentiation of both factors forms the basis for the classification of actors; the multiplication of both values results in the characteristic value real autonomy describing the autonomy of an actor, which is the key figure of the model's first level. Homogeneous actor autonomy characterizes a high decentralization of the process step, which is the object of consideration of the second level of the model. Comparing the existing with the maximum possible decentralization of the process steps determines the Autonomy Index. This figure operationalizes the decentralization of the process at the third level of the model. A simulation study with two simulation experiments - a central and a decentral controlled process - at Zentrum Industrie 4.0 validates the evaluation model. The application of the model to an industrial production process underlines the practical applicability. N2 - Moderne Technologien befähigen die beteiligten Akteure eines Produktionsprozesses die Informationsaufnahme, Entscheidungsfindung und -ausführung selbstständig auszuführen. Hierarchische Kontrollbeziehungen werden aufgelöst und die Entscheidungsfindung auf eine Vielzahl von Akteuren verteilt. Positive Folgen sind unter anderem die Nutzung lokaler Kompetenzen und ein schnelles Handeln vor Ort ohne (zeit-)aufwändige prozessübergreifende Planungsläufe durch eine zentrale Steuerungsinstanz. Die Bewertung der Dezentralität des Prozesses hilft beim Vergleich verschiedener Steuerungsstrategien und trägt so zur Beherrschung komplexerer Produktionsprozesse bei. Obwohl die Kommunikationsstruktur der an der Entscheidungsfindung beteiligten Akteure zunehmend an Bedeutung gewinnt, existiert keine Methode, welche diese als Grundlage für die Operationalisierung der Dezentralität verwendet. Hier setzt diese Arbeit an. Es wird ein dreistufiges Bewertungsmodell entwickelt, dass die Dezentralität eines Produktionsprozesses auf Basis der Kommunikations- und Entscheidungsstruktur der am Prozess beteiligten, autonomen Akteure ermittelt. Aufbauend auf einer Definition von Dezentralität von Produktionsprozessen werden Anforderungen an eine Kennzahl erhoben und - auf Basis der Kommunikationsstruktur - eine die strukturelle Autonomie der Akteure bestimmenden Kenngröße der sozialen Netzwerkanalyse ermittelt. Die Notwendigkeit der zusätzlichen Berücksichtigung der Entscheidungsstruktur wird basierend auf der Möglichkeit der Integration von Entscheidungsfindung und -ausführung begründet. Die Differenzierung beider Faktoren bildet die Grundlage für die Klassifikation der Akteure; die Multiplikation beider Werte resultiert in dem die Autonomie eines Akteurs beschreibenden Kennwert tatsächliche Autonomie, welcher das Ergebnis der ersten Stufe des Modells darstellt. Homogene Akteurswerte charakterisieren eine hohe Dezentralität des Prozessschrittes, welcher Betrachtungsobjekt der zweiten Stufe ist. Durch einen Vergleich der vorhandenen mit der maximal möglichen Dezentralität der Prozessschritte wird auf der dritten Stufe der Autonomie Index ermittelt, welcher die Dezentralität des Prozesses operationalisiert. Das erstellte Bewertungsmodell wird anhand einer Simulationsstudie im Zentrum Industrie 4.0 validiert. Dafür wird das Modell auf zwei Simulationsexperimente - einmal mit einer zentralen und einmal mit einer dezentralen Steuerung - angewendet und die Ergebnisse verglichen. Zusätzlich wird es auf einen umfangreichen Produktionsprozess aus der Praxis angewendet. KW - Produktion KW - Autonomie KW - Prozessverbesserung KW - Dezentralität KW - Produktionssteuerung KW - autonomy KW - decentrality KW - production KW - production control KW - process improvement Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-541842 ER - TY - THES A1 - Tegtmeier, Laura T1 - Functional analysis of ENTH domain proteins T1 - Funktionelle Analyse der ENTH Proteinen N2 - In plant cells, subcellular transport of cargo proteins relies to a large extent on post-Golgi transport pathways, many of which are mediated by clathrin-coated vesicles (CCVs). Vesicle formation is facilitated by different factors like accessory proteins and adaptor protein complexes (APs), the latter serving as a bridge between cargo proteins and the coat protein clathrin. One type of accessory proteins is defined by a conserved EPSIN N-TERMINAL HOMOLOGY (ENTH) domain and interacts with APs and clathrin via motifs in the C-terminal part. In Arabidopsis thaliana, there are three closely related ENTH domain proteins (EPSIN1, 2 and 3) and one highly conserved but phylogenetically distant outlier, termed MODIFIED TRANSPORT TO THE VACUOLE1 (MTV1). In case of the trans-Golgi network (TGN) located MTV1, clathrin association and a role in vacuolar transport have been shown previously (Sauer et al. 2013). In contrast, for EPSIN1 and EPSIN2 limited functional and localization data were available; and EPSIN3 remained completely uncharacterized prior to this study (Song et al. 2006; Lee et al. 2007). The molecular details of ENTH domain proteins in plants are still unknown. In order to systematically characterize all four ENTH proteins in planta, we first investigated expression and subcellular localization by analysis of stable reporter lines under their endogenous promotors. Although all four genes are ubiquitously expressed, their subcellular distribution differs markedly. EPSIN1 and MTV1 are located at the TGN, whereas EPSIN2 and EPSIN3 are associated with the plasma membrane (PM) and the cell plate. To examine potential functional redundancy, we isolated knockout T-DNA mutant lines and created all higher order mutant combinations. The clearest evidence for functional redundancy was observed in the epsin1 mtv1 double mutant, which is a dwarf displaying overall growth reduction. These findings are in line with the TGN localization of both MTV1 and EPS1. In contrast, loss of EPSIN2 and EPSIN3 does not result in a growth phenotype compared to wild type, however, a triple knockout of EPSIN1, EPSIN2 and EPSIN3 shows partially sterile plants. We focused mainly on the epsin1 mtv1 double mutant and addressed the functional role of these two genes in clathrin-mediated vesicle transport by comprehensive molecular, biochemical, and genetic analyses. Our results demonstrate that EPSIN1 and MTV1 promote vacuolar transport and secretion of a subset of cargo. However, they do not seem to be involved in endocytosis and recycling. Importantly, employing high-resolution imaging, genetic and biochemical experiments probing the relationship of the AP complexes, we found that EPSIN1/AP1 and MTV1/AP4 define two spatially and molecularly distinct subdomains of the TGN. The AP4 complex is essential for MTV1 recruitment to the TGN, whereas EPSIN1 is independent of AP4 but presumably acts in an AP1-dependent framework. Our findings suggest that this ENTH/AP pairing preference is conserved between animals and plants. N2 - In pflanzlichen Zellen hängt der Transport von Proteinen von vielen dem Golgi-Apparat nachfolgenden Transportwegen ab, welche zum Großteil durch Clathrin-bedeckte Vesikel (CCV) vermittelt werden. Die Vesikelbildung wird durch verschiedene Helferproteine und Adapterproteinkomplexe (AP) ermöglicht. Letztere dienen als Brücke zwischen den Transportproteinen und dem Hüllprotein Clathrin. Eine Gruppe von Hilfsproteinen interagiert mit APs und Clathrin mittels des C-Terminus und ist durch eine konservierte EPSIN N-TERMINAL HOMOLOGY (ENTH)-Domäne definiert. In Arabidopsis thaliana wurden drei eng verwandte ENTH-Domänenproteine (EPSIN1, 2 und 3) sowie ein stark konservierter phylogenetischer Außenseiter MODIFIED TRANSPORT TO THE VACUOLE1 (MTV1), gefunden. Im Falle des im trans-Golgi Netzwerk (TGN) lokalisierten MTV1 wurde die Assoziation mit Clathrin und eine Rolle im vakuolären Transport nachgewiesen (Sauer et al. 2013). Im Vergleich dazu gab es für EPSIN1 und EPSIN2 nur limitierte Daten und EPSIN3 war bisher unerforscht (Song et al. 2006; Lee et al. 2007). Die Funktionen der ENTH-Domänenproteine in Pflanzen blieben unklar. Um die vier ENTH-Proteine in planta zu charakterisieren, untersuchten wir zunächst deren Expression sowie subzelluläre Lokalisation anhand stabiler Reporterlinien, welche Fusionsproteine vom jeweils endogenen Promotor exprimierten. Obwohl unsere Ergebnisse zeigten, dass alle ENTH-Domänenproteine ubiquitär exprimiert wurden, war die subzelluläre Verteilung deutlich unterschiedlich. EPSIN1 und MTV1 lokalisierten am TGN, während EPSIN2 und EPSIN3 in der Nähe der Plasmamembran (PM) und der Zellplatte zu finden waren. Um eine mögliche funktionelle Redundanz zu untersuchen, nutzten wir komplette Funktionsverlust-Mutanten und erzeugten daraus Mutanten höherer Ordnung. Deutliche Hinweise auf funktionelle Redundanz ergab die epsin1 mtv1-Doppelmutante, die eine starke Wachstumsreduktion aufwies, was zur Lokalisierung beider Proteine am TGN passte. Im Gegensatz dazu verursachte der Verlust von EPSIN2 und EPSIN3 keinen vom Wildtyp abweichenden Phänotyp, jedoch zeigte die epsin1 epsin2 epsin3-Dreifachmutante partielle Sterilität. Wir fokussierten uns daher hauptsächlich auf epsin1 mtv1 und untersuchten die funktionelle Rolle im Clathrin-vermittelten Vesikeltransport durch vergleichende molekulare, biochemische und genetische Analysen. EPSIN1 und MTV1 unterstützten den vakuolären und sekretorischen Transport, waren aber nicht an Endozytose oder Recycling beteiligt. Durch hochauflösende Mikroskopie, genetische und biochemische Analysen der Beziehung zwischen verschiedenen AP-Komplexen und EPSIN1/MTV1 konnten wir zeigen, dass EPSIN1/AP1 und MTV1/AP4 zwei räumlich und molekular distinkte Subdomänen des TGNs definierten. AP4 war essenziell für die MTV1- jedoch nicht die EPSIN1-Rekrutierung zum TGN und EPSIN1 assoziierte bevorzugt mit AP1. Ähnliche Beobachtungen an EPSIN1- und MTV1-Homologen in tierischen Zellen legen eine evolutionär konservierte Paarung von AP-Komplexen und ENTH-Proteinen nahe. KW - vesicle transport KW - trans-Golgi network KW - trans-Golgi Netzwerk KW - clathrin-coated vesicles KW - Clathrin-bedeckte Vesikel KW - ENTH domain proteins KW - ENTH-Domänenproteine Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-570049 ER - TY - THES A1 - Tattarini, Giulia T1 - A job is good, but is a good job healthier? BT - Longitudinal analyses on the health consequences of unemployment and precarious employment in Europe N2 - What are the consequences of unemployment and precarious employment for individuals' health in Europe? What are the moderating factors that may offset (or increase) the health consequences of labor-market risks? How do the effects of these risks vary across different contexts, which differ in their institutional and cultural settings? Does gender, regarded as a social structure, play a role, and how? To answer these questions is the aim of my cumulative thesis. This study aims to advance our knowledge about the health consequences that unemployment and precariousness cause over the life course. In particular, I investigate how several moderating factors, such as gender, the family, and the broader cultural and institutional context, may offset or increase the impact of employment instability and insecurity on individual health. In my first paper, 'The buffering role of the family in the relationship between job loss and self-perceived health: Longitudinal results from Europe, 2004-2011', I and my co-authors measure the causal effect of job loss on health and the role of the family and welfare states (regimes) as moderating factors. Using EU-SILC longitudinal data (2004-2011), we estimate the probability of experiencing 'bad health' following a transition to unemployment by applying linear probability models and undertake separate analyses for men and women. Firstly, we measure whether changes in the independent variable 'job loss' lead to changes in the dependent variable 'self-rated health' for men and women separately. Then, by adding into the model different interaction terms, we measure the moderating effect of the family, both in terms of emotional and economic support, and how much it varies across different welfare regimes. As an identification strategy, we first implement static fixed-effect panel models, which control for time-varying observables and indirect health selection—i.e., constant unobserved heterogeneity. Secondly, to control for reverse causality and path dependency, we implement dynamic fixed-effect panel models, adding a lagged dependent variable to the model. We explore the role of the family by focusing on close ties within households: we consider the presence of a stable partner and his/her working status as a source of social and economic support. According to previous literature, having a partner should reduce the stress from adverse events, thanks to the symbolic and emotional dimensions that such a relationship entails, regardless of any economic benefits. Our results, however, suggest that benefits linked to the presence of a (female) partner also come from the financial stability that (s)he can provide in terms of a second income. Furthermore, we find partners' employment to be at least as important as the mere presence of the partner in reducing the negative effect of job loss on the individual's health by maintaining the household's standard of living and decreasing economic strain on the family. Our results are in line with previous research, which has highlighted that some people cope better than others with adverse life circumstances, and the support provided by the family is a crucial resource in that regard. We also reported an important interaction between the family and the welfare state in moderating the health consequences of unemployment, showing how the compensation effect of the family varies across welfare regimes. The family plays a decisive role in cushioning the adverse consequences of labor market risks in Southern and Eastern welfare states, characterized by less developed social protection systems and –especially the Southern – high level of familialism. The first paper also found important gender differences concerning job loss, family and welfare effects. Of particular interest is the evidence suggesting that health selection works differently for men and women, playing a more prominent role for women than for men in explaining the relationship between job loss and self-perceived health. The second paper, 'Gender roles and selection mechanisms across contexts: A comparative analysis of the relationship between unemployment, self-perceived health, and gender.' investigates more in-depth the gender differential in health driven by unemployment. Being a highly contested issue in literature, we aim to study whether men are more penalized than women or the other way around and the mechanisms that may explain the gender difference. To do that, we rely on two theoretical arguments: the availability of alternative roles and social selection. The first argument builds on the idea that men and women may compensate for the detrimental health consequences of unemployment through the commitment to 'alternative roles,' which can provide for the resources needed to fulfill people's socially constructed needs. Notably, the availability of alternative options depends on the different positions that men and women have in society. Further, we merge the availability of the 'alternative roles' argument with the health selection argument. We assume that health selection could be contingent on people's social position as defined by gender and, thus, explain the gender differential in the relationship between unemployment and health. Ill people might be less reluctant to fall or remain (i.e., self-select) in unemployment if they have alternative roles. In Western societies, women generally have more alternative roles than men and thus more discretion in their labor market attachment. Therefore, health selection should be stronger for them, explaining why unemployment is less menace for women than for their male counterparts. Finally, relying on the idea of different gender regimes, we extended these arguments to comparison across contexts. For example, in contexts where being a caregiver is assumed to be women's traditional and primary roles and the primary breadwinner role is reserved to men, unemployment is less stigmatized, and taking up alternative roles is more socially accepted for women than for men (Hp.1). Accordingly, social (self)selection should be stronger for women than for men in traditional contexts, where, in the case of ill-health, the separation from work is eased by the availability of alternative roles (Hp.2). By focusing on contexts that are representative of different gender regimes, we implement a multiple-step comparative approach. Firstly, by using EU-SILC longitudinal data (2004-2015), our analysis tests gender roles and selection mechanisms for Sweden and Italy, representing radically different gender regimes, thus providing institutional and cultural variation. Then, we limit institutional heterogeneity by focusing on Germany and comparing East- and West-Germany and older and younger cohorts—for West-Germany (SOEP data 1995-2017). Next, to assess the differential impact of unemployment for men and women, we compared (unemployed and employed) men with (unemployed and employed) women. To do so, we calculate predicted probabilities and average marginal effect from two distinct random-effects probit models. Our first step is estimating random-effects models that assess the association between unemployment and self-perceived health, controlling for observable characteristics. In the second step, our fully adjusted model controls for both direct and indirect selection. We do this using dynamic correlated random-effects (CRE) models. Further, based on the fully adjusted model, we test our hypotheses on alternative roles (Hp.1) by comparing several contexts – models are estimated separately for each context. For this hypothesis, we pool men and women and include an interaction term between unemployment and gender, which has the advantage to allow for directly testing whether gender differences in the effect of unemployment exist and are statistically significant. Finally, we test the role of selection mechanisms (Hp.2), using the KHB method to compare coefficients across nested nonlinear models. Specifically, we test the role of selection for the relationship between unemployment and health by comparing the partially-adjusted and fully-adjusted models. To allow selection mechanisms to operate differently between genders, we estimate separate models for men and women. We found support to our first hypotheses—the context where people are embedded structures the relationship between unemployment, health, and gender. We found no gendered effect of unemployment on health in the egalitarian context of Sweden. Conversely, in the traditional context of Italy, we observed substantive and statistically significant gender differences in the effect of unemployment on bad health, with women suffering less than men. We found the same pattern for comparing East and West Germany and younger and older cohorts in West Germany. On the contrary, our results did not support our theoretical argument on social selection. We found that in Sweden, women are more selected out of employment than men. In contrast, in Italy, health selection does not seem to be the primary mechanism behind the gender differential—Italian men and women seem to be selected out of employment to the same extent. Namely, we do not find any evidence that health selection is stronger for women in more traditional countries (Hp2), despite the fact that the institutional and the cultural context would offer them a more comprehensive range of 'alternative roles' relative to men. Moreover, our second hypothesis is also rejected in the second and third comparisons, where the cross-country heterogeneity is reduced to maximize cultural differences within the same institutional context. Further research that addresses selection into inactivity is needed to evaluate the interplay between selection and social roles across gender regimes. While the health consequences of unemployment have been on the research agenda for a pretty long time, the interest in precarious employment—defined as the linking of the vulnerable worker to work that is characterized by uncertainty and insecurity concerning pay, the stability of the work arrangement, limited access to social benefits, and statutory protections—has emerged only later. Since the 80s, scholars from different disciplines have raised concerns about the social consequences of de-standardization of employment relationships. However, while work has become undoubtedly more precarious, very little is known about its causal effect on individual health and the role of gender as a moderator. These questions are at the core of my third paper : 'Bad job, bad health? A longitudinal analysis of the interaction between precariousness, gender and self-perceived health in Germany'. Herein, I investigate the multidimensional nature of precarious employment and its causal effect on health, particularly focusing on gender differences. With this paper, I aim at overcoming three major shortcomings of earlier studies: The first one regards the cross-sectional nature of data that prevents the authors from ruling out unobserved heterogeneity as a mechanism for the association between precarious employment and health. Indeed, several unmeasured individual characteristics—such as cognitive abilities—may confound the relationship between precarious work and health, leading to biased results. Secondly, only a few studies have directly addressed the role of gender in shaping the relationship. Moreover, available results on the gender differential are mixed and inconsistent: some found precarious employment being more detrimental for women's health, while others found no gender differences or stronger negative association for men. Finally, previous attempts to an empirical translation of the employment precariousness (EP) concept have not always been coherent with their theoretical framework. EP is usually assumed to be a multidimensional and continuous phenomenon; it is characterized by different dimensions of insecurity that may overlap in the same job and lead to different "degrees of precariousness." However, researchers have predominantly focused on one-dimensional indicators—e.g., temporary employment, subjective job insecurity—to measure EP and study the association with health. Besides the fact that this approach partially grasps the phenomenon's complexity, the major problem is the inconsistency of evidence that it has produced. Indeed, this line of inquiry generally reveals an ambiguous picture, with some studies finding substantial adverse effects of temporary over permanent employment, while others report only minor differences. To measure the (causal) effect of precarious work on self-rated health and its variation by gender, I focus on Germany and use four waves from SOEP data (2003, 2007, 2011, and 2015). Germany is a suitable context for my study. Indeed, since the 1980s, the labor market and welfare system have been restructured in many ways to increase the German economy's competitiveness in the global market. As a result, the (standard) employment relationship has been de-standardized: non-standard and atypical employment arrangements—i.e., part-time work, fixed-term contracts, mini-jobs, and work agencies—have increased over time while wages have lowered, even among workers with standard work. In addition, the power of unions has also fallen over the last three decades, leaving a large share of workers without collective protection. Because of this process of de-standardization, the link between wage employment and strong social rights has eroded, making workers more powerless and more vulnerable to labor market risks than in the past. EP refers to this uneven distribution of power in the employment relationship, which can be detrimental to workers' health. Indeed, by affecting individuals' access to power and other resources, EP puts precarious workers at risk of experiencing health shocks and influences their ability to gain and accumulate health advantages (Hp.1). Further, the focus on Germany allows me to investigate my second research question on the gender differential. Germany is usually regarded as a traditionalist gender regime: a context characterized by a configuration of roles. Here, being a caregiver is assumed to be women's primary role, whereas the primary breadwinner role is reserved for men. Although many signs of progress have been made over the last decades towards a greater equalization of opportunities and more egalitarianism, the breadwinner model has barely changed towards a modified version. Thus, women usually take on the double role of workers (the so-called secondary earner) and caregivers, and men still devote most of their time to paid work activities. Moreover, the overall upward trend towards more egalitarian gender ideologies has leveled off over the last decades, moving notably towards more traditional gender ideologies. In this setting, two alternative hypotheses are possible. Firstly, I assume that the negative relationship between EP and health is stronger for women than for men. This is because women are systematically more disadvantaged than men in the public and private spheres of life, having less access to formal and informal sources of power. These gender-related power asymmetries may interact with EP-related power asymmetries resulting in a stronger effect of EP on women's health than on men's health (Hp.2). An alternative way of looking at the gender differential is to consider the interaction that precariousness might have with men's and women's gender identities. According to this view, the negative relationship between EP and health is weaker for women than for men (Hp.2a). In a society with a gendered division of labor and a strong link between masculine identities and stable and well-rewarded job—i.e., a job that confers the role of primary family provider—a male worker with precarious employment might violate the traditional male gender role. Men in precarious jobs may perceive themselves (and by others) as possessing a socially undesirable characteristic, which conflicts with the stereotypical idea of themselves as the male breadwinner. Engaging in behaviors that contradict stereotypical gender identity may decrease self-esteem and foster feelings of inferiority, helplessness, and jealousy, leading to poor health. I develop a new indicator of EP that empirically translates a definition of EP as a multidimensional and continuous phenomenon. I assume that EP is a latent construct composed of seven dimensions of insecurity chosen according to the theory and previous empirical research: Income insecurity, social insecurity, legal insecurity, employment insecurity, working-time insecurity, representation insecurity, worker's vulnerability. The seven dimensions are proxied by eight indicators available in the four waves of the SOEP dataset. The EP composite indicator is obtained by performing a multiple correspondence analysis (MCA) on the eight indicators. This approach aims to construct a summary scale in which all dimensions contribute jointly to the measured experience of precariousness and its health impact. Further, the relationship between EP and 'general self-perceived health' is estimated by applying ordered probit random-effects estimators and calculating average marginal effect (further AME). Then, to control for unobserved heterogeneity, I implement correlated random-effects models that add to the model the within-individual means of the time-varying independent variables. To test the significance of the gender differential, I add an interaction term between EP and gender in the fully adjusted model in the pooled sample. My correlated random-effects models showed EP's negative and substantial 'effect' on self-perceived health for both men and women. Although nonsignificant, the evidence seems in line with previous cross-sectional literature. It supports the hypothesis that employment precariousness could be detrimental to workers' health. Further, my results showed the crucial role of unobserved heterogeneity in shaping the health consequences of precarious employment. This is particularly important as evidence accumulates, yet it is still mostly descriptive. Moreover, my results revealed a substantial difference among men and women in the relationship between EP and health: when EP increases, the risk of experiencing poor health increases much more for men than for women. This evidence falsifies previous theory according to whom the gender differential is contingent on the structurally disadvantaged position of women in western societies. In contrast, they seem to confirm the idea that men in precarious work could experience role conflict to a larger extent than women, as their self-standard is supposed to be the stereotypical breadwinner worker with a good and well-rewarded job. Finally, results from the multiple correspondence analysis contribute to the methodological debate on precariousness, showing that a multidimensional and continuous indicator can express a latent variable of EP. All in all, complementarities are revealed in the results of unemployment and employment precariousness, which have two implications: Policy-makers need to be aware that the total costs of unemployment and precariousness go far beyond the economic and material realm penetrating other fundamental life domains such as individual health. Moreover, they need to balance the trade-off between protecting adequately unemployed people and fostering high-quality employment in reaction to the highlighted market pressures. In this sense, the further development of a (universalistic) welfare state certainly helps mitigate the adverse health effects of unemployment and, therefore, the future costs of both individuals' health and welfare spending. In addition, the presence of a working partner is crucial for reducing the health consequences of employment instability. Therefore, policies aiming to increase female labor market participation should be promoted, especially in those contexts where the welfare state is less developed. Moreover, my results support the significance of taking account of a gender perspective in health research. The findings of the three articles show that job loss, unemployment, and precarious employment, in general, have adverse effects on men's health but less or absent consequences for women's health. Indeed, this suggests the importance of labor and health policies that consider and further distinguish the specific needs of the male and female labor force in Europe. Nevertheless, a further implication emerges: the health consequences of employment instability and de-standardization need to be investigated in light of the gender arrangements and the transforming gender relationships in specific cultural and institutional contexts. My results indeed seem to suggest that women's health advantage may be a transitory phenomenon, contingent on the predominant gendered institutional and cultural context. As the structural difference between men's and women's position in society is eroded, egalitarianism becomes the dominant normative status, so will probably be the gender difference in the health consequences of job loss and precariousness. Therefore, while gender equality in opportunities and roles is a desirable aspect for contemporary societies and a political goal that cannot be postponed further, this thesis raises a further and maybe more crucial question: What kind of equality should be pursued to provide men and women with both good life quality and equal chances in the public and private spheres? In this sense, I believe that social and labor policies aiming to reduce gender inequality in society should focus on improving women's integration into the labor market, implementing policies targeting men, and facilitating their involvement in the private sphere of life. Equal redistribution of social roles could activate a crucial transformation of gender roles and the cultural models that sustain and still legitimate gender inequality in Western societies. KW - unemployment KW - employment precariousness KW - self-rated health KW - gender KW - family KW - welfare and gender regimes Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-536723 ER - TY - THES A1 - Tang, Jo Sing Julia T1 - Biofunctional polymers for medical applications T1 - Biofunktionale Polymere für medizinische Anwendungen N2 - Carbohydrates are found in every living organism, where they are responsible for numerous, essential biological functions and processes. Synthetic polymers with pendant saccharides, called glycopolymers, mimic natural glycoconjugates in their special properties and functions. Employing such biomimetics furthers the understanding and controlling of biological processes. Hence, glycopolymers are valuable and interesting for applications in the medical and biological field. However, the synthesis of carbohydrate-based materials can be very challenging. In this thesis, the synthesis of biofunctional glycopolymers is presented, with the focus on aqueous-based, protecting group free and short synthesis routes to further advance in the field of glycopolymer synthesis. A practical and versatile precursor for glycopolymers are glycosylamines. To maintain biofunctionality of the saccharides after their amination, regioselective functionalization was performed. This frequently performed synthesis was optimized for different sugars. The optimization was facilitated using a design of experiment (DoE) approach to enable a reduced number of necessary experiments and efficient procedure. Here, the utility of using DoE for optimizing the synthesis of glycosylamines is discussed. The glycosylamines were converted to glycomonomers which were then polymerized to yield biofunctional glycopolymers. Here, the glycopolymers were aimed to be applicable as layer-by-layer (LbL) thin film coatings for drug delivery systems. To enable the LbL technique, complimentary glycopolymer electrolytes were synthesized by polymerization of the glycomonomers and subsequent modification or by post-polymerization modification. For drug delivery, liposomes were embedded into the glycopolymer coating as potential cargo carriers. The stability as well as the integrity of the glycopolymer layers and liposomes were investigated at physiological pH range. Different glycopolymers were also synthesized to be applicable as anti-adhesion therapeutics by providing advanced architectures with multivalent presentations of saccharides, which can inhibit the binding of pathogene lectins. Here, the synthesis of glycopolymer hydrogel particles based on biocompatible poly(N-isopropylacrylamide) (NiPAm) was established using the free-radical precipitation polymerization technique. The influence of synthesis parameters on the sugar content in the gels and on the hydrogel morphology is discussed. The accessibility of the saccharides to model lectins and their enhanced, multivalent interaction were investigated. At the end of this work, the synthesis strategies for the glycopolymers are generally discussed as well as their potential application in medicine. N2 - Kohlenhydrate sind in jedem Lebewesen zu finden, wo sie für zahlreiche, essenzielle biologische Funktionen und Prozesse verantwortlich sind. Synthetische Polymere, die Saccharide tragen, werden Glykopolymere genannt und können natürliche Glykokonjugate in ihren besonderen Eigenschaften und Funktionen nachahmen. Der Einsatz solcher Biomimetika fördert das Verständnis und die Kontrolle biologischer Prozesse. Daher sind Glykopolymere besonders interessant für Anwendungen im medizinischen und biologischen Bereich. Die Synthese von Materialien auf Kohlenhydratbasis kann jedoch eine große Herausforderung darstellen. In dieser Arbeit wird die Synthese biofunktioneller Glykopolymere vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf wässrigen, schutzgruppenfreien und kurzen Synthesewegen liegt, um weitere Fortschritte auf dem Gebiet der Glykopolymersynthese zu erzielen. Ein praktisches und vielseitiges Ausgangsmaterial für Glykopolymere sind Glykosylamine. Um die Biofunktionalität der Saccharide nach deren Aminierung zu erhalten, wurde eine regioselektive Funktionalisierung durchgeführt. Diese häufig durchgeführte Synthese wurde für verschiedene Zucker optimiert. Die Optimierung wurde durch die Anwendung von statistischer Versuchsplanung (Design of Experiments, DoE) vereinfacht, um die Anzahl der erforderlichen Experimente zu reduzieren und ein effizientes Verfahren zu ermöglichen. Hier wird der Nutzen des DoE-Ansatzes für die Optimierung der Synthese von Glykosylaminen diskutiert. Die Glykosylamine wurden in Glykomonomere umgewandelt, die daraufhin polymerisiert wurden, um biofunktionelle Glykopolymere zu erhalten. Die Glykopolymere sollten als Layer-by-Layer (LbL)-Beschichtungen für Drug-Delivery-Systeme anwendbar sein. Um die LbL-Technik zu ermöglichen, wurden komplementäre Glykopolymerelektrolyte durch Polymerisation der Glykomonomere mit anschließender Modifkation oder durch Postpolymerisationsglykosylierung hergestellt. Für die Verabreichung von Arzneimitteln wurden Liposomen als potenzielle Wirkstoffcarrier in die Glykopolymerbeschichtung eingebettet. Die Stabilität sowie die Unversehrtheit der Glykopolymerschichten und Liposomen wurden im physiologischen pH-Bereich nachgewiesen. Abschließend wurden verschiedene Glykopolymere synthetisiert, die als Anti-Adhäsions-Therapeutika anwendbar sein könnten, indem sie komplexe Architekturen mit multivalenter Präsentation von Sacchariden bereitstellen, welche die Bindung von Pathogenenlektinen hemmen können. Hier wurde die Synthese von Glykopolymer-Hydrogelpartikeln auf der Basis von biokompatiblem Poly(N-isopropylacrylamid) (NiPAm) mit Hilfe einer radikalischen Fällungspolymerisation etabliert. Der Einfluss der Syntheseparameter auf den Zuckergehalt in den Gelen und auf die Hydrogelmorphologie wurde diskutiert. Die Zugänglichkeit der Saccharide für Modell-Lektine und ihre verstärkte, multivalente Interaktion wurden untersucht. Zum Abschluss dieser Arbeit werden die Synthesestrategien für die Glykopolymere sowie deren mögliche Anwendung in der Medizin allgemein diskutiert. KW - glycopolymers KW - Glykopolymere KW - glycoconjugates KW - Glykokonjugate KW - glycogels KW - Glykogele KW - layer-by-layer glycopolymer coating KW - Layer-by-Layer Glykopolymerbeschichtung KW - design of experiments KW - statistische Versuchsplanung (Design of Experiments) KW - glycopolymer electrolytes KW - Glykopolymer-Elektrolyt Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-563639 ER - TY - THES A1 - Taheri, Mana T1 - The impact of the socio-cultural context on Design Thinking education N2 - The demand for learning Design Thinking (DT) as a path towards acquiring 21st-century skills has increased globally in the last decade. Because DT education originated in the Silicon Valley context of the d.school at Stanford, it is important to evaluate how the teaching of the methodology adapts to different cultural contexts.The thesis explores the impact of the socio-cultural context on DT education. DT institutes in Cape Town, South Africa and Kuala Lumpur, Malaysia, were visited to observe their programs and conduct 22 semistructured interviews with local educators regarding their adaption strategies. Grounded theory methodology was used to develop a model of Socio-Cultural Adaptation of Design Thinking Education that maps these strategies onto five dimensions: Planning, Process, People, Place, and Presentation. Based on this model, a list of recommendations is provided to help DT educators and practitioners in designing and delivering culturally inclusive DT education. N2 - Die Interesse an Design Thinking (DT) als Weg zum Erwerb modernen Kompetenzen erfuhr in den letzten 10 Jahre einen starken Anstieg.Wegen des von Silicon Valley geprägten Ursprungs von DT Lehre an der d.school in Stanford ist es wichtig, die Adaption des Unterrichts an andere kulturelle Kontexte zu evaluieren. Die vorliegende Arbeit untersucht eben diesen Einfluß des soziokulturellen Kontext auf Design Thinking Lehre. Dazu wurden DT Kurse an Instituten in Kapstadt, Südafrika und Kuala Lumpur, Malaysia begleitet und 22 semistrukturierte Interviews mit einheimischen Coaches zu Adaptionsstrategien geführt. Mit Hilfe von Grounded Theory wurde das Modell “Socio-Cultural Adaptions of Design Thinking” (Soziokulturelle Anpassungen von Design Thinking Lehre) entwickelt, welches diese Strategien anhand der folgenden fünf Dimensionen kategorisiert: Planung, Prozess, Personen, Raum und Präsentation. Basierend auf diesem Modell wurde eine Liste von Empfehlungen ausgearbeitet, welche Coaches bei dem Design und der Durchführung von kulturell einschließenden Design Thinking Kursen behilflich sein soll. KW - Design Thinking KW - Design Thinking education KW - cultural diversity KW - culturally responsive education KW - Design Thinking KW - Design Thinking Bildung KW - kulturelle Diversität KW - kultursensitive Bildung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-542599 ER - TY - THES A1 - Sójka, Pia T1 - Writing travel, writing life T1 - Reisen schreiben Leben T1 - Écriture, le voyage ou la vie BT - Ars Vivendi and the travelling narrations of Ella Maillart, Annemarie Schwarzenbach and Nicolas Bouvier BT - Ars Vivendi und die reisenden Erzählungen von Ella Maillart, Annemarie Schwarzenbach und Nicolas Bouvier BT - Ars Vivendi et les narrations itinérantes d'Ella Maillart, Annemarie Schwarzenbach et Nicolas Bouvier N2 - The book compares the texts of three Swiss authors: Ella Maillart, Annemarie Schwarzenbach and Nicolas Bouvier. The focus is on their trip from Genève to Kabul that Ella Maillart and Annemarie Schwarzenbach made together in 1939/1940 and Nicolas Bouvier 1953/1954 with the artist Thierry Vernet. The comparison shows the strong connection between the journey and life and between ars vivendi and travel literature. This book also gives an overview of and organises the numerous terms, genres, and categories that already exist to describe various travel texts and proposes the new term travelling narration. The travelling narration looks at the text from a narratological perspective that distinguishes the author, narrator, and protagonist within the narration. In the examination, ten motifs could be found to characterise the travelling narration: Culture, Crossing Borders, Freedom, Time and Space, the Aesthetics of Landscapes, Writing and Reading, the Self and/as the Other, Home, Religion and Spirituality as well as the Journey. The importance of each individual motif does not only apply in the 1930s or 1950s but also transmits important findings for living together today and in the future. N2 - Das Buch vergleicht die Texte von drei Schweizer Autoren: Ella Maillart, Annemarie Schwarzenbach und Nicolas Bouvier. Im Mittelpunkt steht die Reise von Genève nach Kabul, die Ella Maillart gemeinsam mit Annemarie Schwarzenbach 1939/1940 und Nicolas Bouvier 1953/1954 mit dem Künstler Thierry Vernet unternahmen. Der Vergleich zeigt die enge Verbindung zwischen der Reise und dem Leben sowie zwischen ars vivendi und Reiseliteratur. Das Buch gibt einen Überblick über die zahlreichen Begriffe, Gattungen und Kategorien, die bereits zur Beschreibung verschiedener Reisetexte existieren, und schlägt den neuen Begriff der reisenden Erzählung „travelling narration“ vor. Die reisende Erzählung betrachtet den Text aus einer narratologischen Perspektive, die den Autor, Erzähler und Protagonisten innerhalb der Erzählung unterscheidet. In der Untersuchung konnten zehn Motive gefunden werden, die die reisende Erzählung charakterisieren: Kultur, Grenzüberschreitung, Freiheit, Zeit und Raum, Ästhetik der Landschaft, Schreiben und Lesen, das Selbst und / oder der Andere, Heimat, Religion und Spiritualität sowie die Reise. Die Bedeutung jedes einzelnen Motivs gilt nicht nur für die 1930er oder 1950er Jahre, sondern vermittelt auch wichtige Erkenntnisse für das Zusammenleben heute und in der Zukunft. N2 - Le livre compare les textes de trois auteurs suisses : Ella Maillart, Annemarie Schwarzenbach et Nicolas Bouvier. L'accent est mis sur le voyage de Genève à Kaboul qu'Ella Maillart et Annemarie Schwarzenbach ont effectué ensemble en 1939/1940 et Nicolas Bouvier 1953/1954 avec l'artiste Thierry Vernet. La comparaison montre le lien fort entre le voyage et la vie et entre l'ars vivendi et la littérature de voyage. Ce livre donne également un aperçu et organise les nombreux termes, genres et catégories qui existent déjà pour décrire les différents textes de voyage et propose le nouveau terme narration itinérante „travelling literature“. La narration itinérante examine le texte dans une perspective narratologique qui distingue l'auteur, le narrateur et le protagoniste au sein de la narration. Au cours de l'examen, dix motifs ont été trouvés pour caractériser le récit de voyage : La culture, la traversée des frontières, la liberté, le temps et l'espace, l'esthétique des paysages, l'écriture et la lecture, le soi et l'autre, la maison, la religion et la spiritualité ainsi que le voyage. L'importance de chaque motif individuel ne s'applique pas seulement aux années 1930 ou 1950, mais transmet également des conclusions importantes pour le vivre ensemble aujourd'hui et à l'avenir. T3 - Potsdamer Bibliothek der WeltRegionen (PoWeR) - 5 KW - travel literature KW - récit de voyage KW - Reiseliteratur KW - Ella Maillart KW - Ella Maillart KW - Ella Maillart KW - Nicolas Bouvier KW - Nicolas Bouvier KW - Nicolas Bouvier KW - Annemarie Schwarzenbach KW - Annemarie Schwarzenbach KW - Annemarie Schwarzenbach KW - art of life KW - Lebenskunst KW - savoir vivre Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-558799 SN - 978-3-86956-537-8 SN - 2629-2548 SN - 2629-253X PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - THES A1 - Sun, Xianlei T1 - Elasticity of fiber meshes derived from multiblock copolymers influences cell behaviors T1 - Elastizität von Fasergeweben abgeleitet Multiblockcopolymere beeinflussen das Zellverhalten. N2 - Objective: The behaviors of endothelial cells or mesenchymal stem cells are remarkably influenced by the mechanical properties of their surrounding microenvironments. Here, electrospun fiber meshes containing various mechanical characteristics were developed from polyetheresterurethane (PEEU) copolymers. The goal of this study was to explore how fiber mesh stiffness affected endothelial cell shape, growth, migration, and angiogenic potential of endothelial cells. Furthermore, the effects of the E-modulus of fiber meshes on human adipose-derived stem cells (hADSCs) osteogenic potential was investigated. Methods: Polyesteretherurethane (PEEU) polymers with various poly(p-dioxanone) (PPDO) to poly (ε-caprolactone) (PCL) weight percentages (40 wt.%, 50 wt.%, 60 wt.%, and 70 wt.%) were synthesized, termed PEEU40, PEEU50, PEEU60, and PEEU70, accordingly. The electrospinning method was used for the preparation of PEEU fiber meshes. The effects of PEEU fiber meshes with varying elasticities on the human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) shape, growth, migration and angiogenic potential were characterized. To determine how the E-modulus of fiber meshes affects the osteogenic potential of hADSCs, the cellular and nuclear morphologies and osteogenic differentiation abilities were evaluated. Results: With the increasing stiffness of PEEU fiber meshes, the aspect ratios of HUVECs cultivated on PEEU materials increased. HUVECs cultivated on high stiffness fiber meshes (4.5 ± 0.8 MPa) displayed a considerably greater proliferation rate and migratory velocity, in addition demonstrating increased tube formation capability, compared with those of the cells cultivated on lower stiffness fiber meshes (2.6 ± 0.8 MPa). Furthermore, in comparison to those cultivated on lower stiffness fiber meshes, hADSCs adhered to the highest stiffness fiber meshes PEEU70 had an elongated shape. The hADSCs grown on the softer PEEU40 fiber meshes showed a reduced nuclear aspect ratio (width to height) than those cultivated on the stiffer fiber meshes. Culturing hADSCs on stiffer fibers improved their osteogenic differentiation potential. Compared with cells cultured on PEEU40, osteocalcin expression and alkaline phosphatase (ALP) activity increased by 73 ± 10% and 43 ± 16%, respectively, in cells cultured on PEEU70. Conclusion: The mechanical characteristics of the substrate are crucial in the modulation of cell behaviors. These findings indicate that adjusting the elasticity of fiber meshes might be a useful method for controlling the blood vessels development and regeneration. Furthermore, the mechanical characteristics of PEEU fiber meshes might be modified to control the osteogenic potential of hADSCs. N2 - Ziel: Das Verhalten von Endothelzellen oder mesenchymalen Stammzellen wird erheblich von den mechanischen Eigenschaften der Mikroumgebung beeinflusst. Hier wurden elektrogesponnene Fasernetze mit unterschiedlicher Elastizität aus Polyetheresterurethan (PEEU) hergestellt. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der Elastizität von Fasernetzen auf die Zellmorphologie, Proliferation, Migration und Angiogenese von Endothelzellen zu untersuchen. Außerdem war der Einfluss des E-Moduls von Fasersubstraten auf die Bindung an die Abstammungslinie von humanen Fettstammzellen (hADSCs) untersucht. Methoden: Polyesteretherurethane (PEEU) mit unterschiedlichen Poly(p-dioxanon) (PPDO) to Poly (ε-Caprolacton) （PCL）-Gewichtsverhältnissen (40:60, 50:50, 60:40, 70:30) wurden synthetisiert und als PEEU40, PEEU50, PEEU60 bzw. PEEU70 bezeichnet. Die Fasernetze wurden durch Elektrospinnen von PEEU hergestellt. Dann wurden humane Endothelzellen der Nabelschnurvene (HUVECs) auf diesen elektrogesponnenen Fasernetzen aus Polyetheresterurethan (PEEU) kultiviert, die sich in ihrer Elastizität unterscheiden. Zellmorphologie, Proliferation, Migration und Angiogenese von Endothelzellen auf den abbaubaren Substraten wurden charakterisiert. Für den Einfluss des E-Moduls von Fasersubstraten auf die Bindung an die Abstammungslinie von hADSCs-Zellen und die Kernmorphologie wurde die Fähigkeit zur osteogenen Differenzierung bewertet. Ergebnisse: Das Aspektverhältnis von HUVECs, die auf den Fasernetzen aus PEEU-Materialien kultiviert wurden, nahm mit zunehmender Steifheit der Materialien zu. HUVECs, die auf Fasernetzen mit hoher Steifheit (Young-Modul E = 4,5 ± 0,8 MPa) kultiviert wurden, zeigten eine höhere Proliferationsrate und eine signifikant schnellere Migrationsgeschwindigkeit sowie ein höheres Röhrenbildungsvermögen als die Zellen, die auf Fasernetzen mit niedriger Steifheit kultiviert wurden (E = 2,6 ± 0,8 MPa). Des Weiteren zeigten an steiferen PEEU70-Fasernetzen (PPDO: PCL = 70:30) gebundene hADSCs eine verlängerte Morphologie im Vergleich zu jenen, die auf weicheren Fasern kultiviert wurden. Das Kernaspektverhältnis (Breite gegen Länge eines Kerns) von hADSCs, die auf weicheren PEEU40-Fasern (PPDO: PCL = 40:60) kultiviert wurden, war niedriger als auf steiferen Fasern. Die osteogene Differenzierung von hADSCs wurde durch Kultivierung auf steiferen Fasern verstärkt. Im Vergleich zu PEEU40 wurde in Zellen auf PEEU70 eine 73 ± 10% ige Steigerung der Osteocalcin-Expression und eine 34 ± 16% ige Steigerung der Aktivität der alkalischen Phosphatase (ALP) beobachtet. Schlussfolgerung: Die mechanischen Eigenschaften des Substrats spielen eine Schlüsselrolle bei der Modulation des Zellverhaltens. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Einstellen der Elastizität der Fasernetze eine potenzielle Strategie zur Modulation der Bildung oder Regeneration von Blutgefäßen sein könnte. Darüber hinaus könnte die Differenzierung von hADSCs durch die Anpassung der mechanischen Eigenschaften von elektrogesponnenen Fasern gestaltet werden. KW - PEEU KW - fiber mesh scaffolds KW - osteogenesis KW - angiogenesis KW - stiffness KW - hADSC KW - HUVEC KW - HUVEC KW - PEEU KW - Angiogenese KW - Gerüste aus Fasergeflecht KW - hADSC KW - Osteogenese KW - Steifheit Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-535285 ER - TY - THES A1 - Sukmana, Muhammad Ihsan Haikal T1 - Security improvements for enterprise file sychronization and sharing system T1 - Sicherheitsverbesserungen für Enterprise File Synchronization und Sharing System N2 - With the fast rise of cloud computing adoption in the past few years, more companies are migrating their confidential files from their private data center to the cloud to help enterprise's digital transformation process. Enterprise file synchronization and share (EFSS) is one of the solutions offered for enterprises to store their files in the cloud with secure and easy file sharing and collaboration between its employees. However, the rapidly increasing number of cyberattacks on the cloud might target company's files on the cloud to be stolen or leaked to the public. It is then the responsibility of the EFSS system to ensure the company's confidential files to only be accessible by authorized employees. CloudRAID is a secure personal cloud storage research collaboration project that provides data availability and confidentiality in the cloud. It combines erasure and cryptographic techniques to securely store files as multiple encrypted file chunks in various cloud service providers (CSPs). However, several aspects of CloudRAID's concept are unsuitable for secure and scalable enterprise cloud storage solutions, particularly key management system, location-based access control, multi-cloud storage management, and cloud file access monitoring. This Ph.D. thesis focuses on CloudRAID for Business (CfB) as it resolves four main challenges of CloudRAID's concept for a secure and scalable EFSS system. First, the key management system is implemented using the attribute-based encryption scheme to provide secure and scalable intra-company and inter-company file-sharing functionalities. Second, an Internet-based location file access control functionality is introduced to ensure files could only be accessed at pre-determined trusted locations. Third, a unified multi-cloud storage resource management framework is utilized to securely manage cloud storage resources available in various CSPs for authorized CfB stakeholders. Lastly, a multi-cloud storage monitoring system is introduced to monitor the activities of files in the cloud using the generated cloud storage log files from multiple CSPs. In summary, this thesis helps CfB system to provide holistic security for company's confidential files on the cloud-level, system-level, and file-level to ensure only authorized company and its employees could access the files. N2 - Mit der raschen Verbreitung von Cloud Computing in den letzten Jahren verlagern immer mehr Unternehmen ihre vertraulichen Dateien von ihren privaten Rechenzentren in die Cloud, um den digitalen Transformationsprozess des Unternehmens zu unterstützen. Enterprise File Synchronization and Share (EFSS) ist eine der Lösungen, die Unternehmen angeboten werden, um ihre Dateien in der Cloud zu speichern und so eine sichere und einfache gemeinsame Nutzung von Dateien und die Zusammenarbeit zwischen den Mitarbeitern zu ermöglichen. Die schnell wachsende Zahl von Cyberangriffen auf die Cloud kann jedoch dazu führen, dass die in der Cloud gespeicherten Unternehmensdateien gestohlen werden oder an die Öffentlichkeit gelangen. Es liegt dann in der Verantwortung des EFSS-Systems, sicherzustellen, dass die vertraulichen Dateien des Unternehmens nur für autorisierte Mitarbeiter zugänglich sind. CloudRAID ist ein Forschungsprojekt für sichere persönliche Cloud-Speicher, das die Verfügbarkeit und Vertraulichkeit von Daten in der Cloud gewährleistet. Es kombiniert Lösch- und Verschlüsselungstechniken, um Dateien in Form von mehreren verschlüsselten Datei-Blöcken bei verschiedenen Cloud-Service-Providern (CSPs) sicher zu speichern. Mehrere Aspekte des CloudRAID-Konzepts sind jedoch für sichere und skalierbare Cloud-Speicherlösungen für Unternehmen ungeeignet, insbesondere das Schlüsselverwaltungssystem, die standortbasierte Zugriffskontrolle, die Verwaltung mehrerer Cloud-Speicher und die Überwachung des Zugriffs auf Cloud-Dateien. Diese Doktorarbeit konzentriert sich auf CloudRAID for Business (CfB), da es die vier wichtigsten Herausforderungen des CloudRAID-Konzepts für ein sicheres und skalierbares EFSS-System löst. Erstens wird das Verwaltungssystem der kryptografischen Schlüssel unter Verwendung des attributbasierten Verschlüsselungsschemas implementiert, um sichere und skalierbare unternehmensinterne und -übergreifende Dateifreigabefunktionen bereitzustellen. Zweitens wird eine internetbasierte Dateizugriffskontrolle eingeführt, um sicherzustellen, dass der Zugriff auf Dateien nur an vorher festgelegten vertrauenswürdigen Standorten möglich ist. Drittens wird ein einheitlicher Rahmen für die Verwaltung von Multi-Cloud-Speicherressourcen verwendet, um die in verschiedenen CSPs verfügbaren Cloud-Speicherressourcen für autorisierte CfB-Akteure sicher zu verwalten. Schließlich wird ein Multi-Cloud-Storage-Monitoring-System eingeführt, um die Aktivitäten von Dateien in der Cloud anhand der von mehreren CSPs generierten Cloud-Storage-Protokolldateien zu überwachen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit dem CfB-System hilft, ganzheitliche Sicherheit für vertrauliche Unternehmensdateien auf Cloud-, System- und Dateiebene zu bieten, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Unternehmen und ihre Mitarbeiter auf die Dateien zugreifen können. KW - CloudRAID KW - CloudRAID for Business KW - Cloud Computing KW - Cybersecurity KW - Cryptography KW - Access Control KW - Enterprise File Synchronization and Share KW - Zugriffskontrolle KW - Cloud Computing KW - CloudRAID KW - CloudRAID for Business KW - Kryptografie KW - Cybersicherheit KW - Unternehmensdateien synchronisieren und teilen Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-549996 ER - TY - THES A1 - Steppert, Isabel T1 - Entwicklung einer nichtinvasiven Diagnostikmethode zum Nachweis von Infektionserregern T1 - Development of a non-invasive diagnostic method for the identification of infectious pathogens N2 - Die aktuelle COVID-19-Pandemie zeigt deutlich, wie sich Infektionskrankheiten weltweit verbreiten können. Neben Viruserkrankungen breiten sich auch multiresistente bakterielle Erreger weltweit aus. Dementsprechend besteht ein hoher Bedarf, durch frühzeitige Erkennung Erkrankte zu finden und Infektionswege zu unterbrechen. Herkömmliche kulturelle Verfahren benötigen minimalinvasive bzw. invasive Proben und dauern für Screeningmaßnahmen zu lange. Deshalb werden schnelle, nichtinvasive Verfahren benötigt. Im klassischen Griechenland verließen sich die Ärzte unter anderem auf ihren Geruchssinn, um Infektionen und andere Krankheiten zu differenzieren. Diese charakteristischen Gerüche sind flüchtige organische Substanzen (VOC), die im Rahmen des Metabolismus eines Organismus entstehen. Tiere, die einen besseren Geruchssinn haben, werden trainiert, bestimmte Krankheitserreger am Geruch zu unterscheiden. Allerdings ist der Einsatz von Tieren im klinischen Alltag nicht praktikabel. Es bietet sich an, auf technischem Weg diese VOCs zu analysieren. Ein technisches Verfahren, diese VOCs zu unterscheiden, ist die Ionenmobilitätsspektrometrie gekoppelt mit einer multikapillaren Gaschromatographiesäule (MCC-IMS). Hier zeigte sich, dass es sich bei dem Verfahren um eine schnelle, sensitive und verlässliche Methode handelt. Es ist bekannt, dass verschiedene Bakterien aufgrund des Metabolismus unterschiedliche VOCs und damit eigene spezifische Gerüche produzieren. Im ersten Schritt dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die verschiedenen Bakterien in-vitro nach einer kurzen Inkubationszeitzeit von 90 Minuten anhand der VOCs differenziert werden können. Hier konnte analog zur Diagnose in biochemischen Testreihen eine hierarchische Klassifikation der Bakterien erfolgen. Im Gegensatz zu Bakterien haben Viren keinen eigenen Stoffwechsel. Ob virusinfizierte Zellen andere VOCs als nicht-infizierte Zellen freisetzen, wurde an Zellkulturen überprüft. Hier konnte gezeigt werden, dass sich die Fingerprints der VOCs in Zellkulturen infizierter Zellen mit Respiratorischen Synzytial-Viren (RSV) von nicht-infizierten Zellen unterscheiden. Virusinfektionen im intakten Organismus unterscheiden sich von den Zellkulturen dadurch, dass hier neben Veränderungen im Zellstoffwechsel auch durch Abwehrmechanismen VOCs freigesetzt werden können. Zur Überprüfung, inwiefern sich Infektionen im intakten Organismus ebenfalls anhand VOCs unterscheiden lassen, wurde bei Patienten mit und ohne Nachweis einer Influenza A Infektion als auch bei Patienten mit Verdacht auf SARS-CoV-2 (Schweres-akutes-Atemwegssyndrom-Coronavirus Typ 2) Infektion die Atemluft untersucht. Sowohl Influenza-infizierte als auch SARS-CoV-2 infizierte Patienten konnten untereinander und von nicht-infizierten Patienten mittels MCC-IMS Analyse der Atemluft unterschieden werden. Zusammenfassend erbringt die MCC-IMS ermutigende Resultate in der schnellen nichtinvasiven Erkennung von Infektionen sowohl in vitro als auch in vivo. N2 - The current COVID-19 pandemic demonstrates the worldwide spread of infectious diseases. Besides virus infections there is also a worldwide dissemination of multiresistant bacterial strains. Therefore, there is an urgent need for rapid non-invasive screening methods. There is an unmet need to cut infection chains by early detection of infected subjects. Conventional cultural methods require minimally invasive or invasive samples and are not feasible for mass screening due to a long analysis time. In classical Greece, physicians also used their olfactory senses to differentiate infections from other diseases. These characteristic odors are volatile organic compounds (VOC) produced by the metabolism of an organism. Animals with a much better olfactory sense have been trained to detect different germs by their odors. However, the use of sniffing animals is not practicable in clinical settings. A technical detection of VOCs is therefore desirable. One technical approach for the differentiation of VOCs is ion mobility spectrometry coupled with a multicapillary gas chromatography (MCC-IMS). It could be shown that this method is a rapid, sensitive, and reliable method. It is known that various bacteria produce VOCs by their metabolism and therefore different specific smells. By the MCC-IMS method, different bacterial species could be distinguished based on the VOCs after an incubation time as short as 90 minutes in vitro. Comparable to biochemical series of tests a decision tree for the classification of bacteria could be implemented. In contrast to bacteria viruses have no own metabolism and thus are dependent on the host metabolism. Cell cultures were used to determine whether virus-infected cells release other VOCs than non-infected cells. It could be shown here that cell cultures infected with respiratory syncytial virus (RSV) differ from non-infected cell cultures in VOC profiles. Unlike in cell cultures, in the intact organism changes in VOC profiles are not only dependent on cell metabolism alterations but also in defense mechanisms. To investigate infection induced VOC changes in intact organisms, nasal breath of patients with and without influenza A infection as well as of patients with suspected SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus type 2) infection were analyzed. It was proven that a breath analysis using a MCC-IMS is able to distinguish infected patients from non-infected as well as SARS-CoV-2 from influenza A infections. In summary, MCC-IMS delivers encouraging results in the rapid, non-invasive detection of infections in vitro as well as in vivo. KW - volatile organische Substanzen (VOCs) KW - Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) KW - nichtinvasive Diagnostik KW - bakterielle Infektionen KW - virale Infektionen KW - volatile organic compounds (VOCs) KW - ion mobility spectrometry (IMS) KW - non-invasive Diagnostics KW - bacterial infections KW - viral infections Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-575441 ER - TY - THES A1 - Steppa, Constantin Beverly T1 - Modelling the galactic population of very-high-energy gamma-ray sources T1 - Modellierung der Population galaktischer Quellen von sehr hochenergetischer Gammastrahlung N2 - The current generation of ground-based instruments has rapidly extended the limits of the range accessible to us with very-high-energy (VHE) gamma-rays, and more than a hundred sources have now been detected in the Milky Way. These sources represent only the tip of the iceberg, but their number has reached a level that allows population studies. In this work, a model of the global population of VHE gamma-ray sources based on the most comprehensive census of Galactic sources in this energy regime, the H.E.S.S. Galactic plane survey (HGPS), will be presented. A population synthesis approach was followed in the construction of the model. Particular attention was paid to correcting for the strong observational bias inherent in the sample of detected sources. The methods developed for estimating the model parameters have been validated with extensive Monte Carlo simulations and will be shown to provide unbiased estimates of the model parameters. With these methods, five models for different spatial distributions of sources have been constructed. To test the validity of these models, their predictions for the composition of sources within the sensitivity range of the HGPS are compared with the observed sample. With one exception, similar results are obtained for all spatial distributions, showing that the observed longitude profile and the source distribution over photon flux are in fair agreement with observation. Regarding the latitude profile and the source distribution over angular extent, it becomes apparent that the model needs to be further adjusted to bring its predictions in agreement with observation. Based on the model, predictions of the global properties of the Galactic population of VHE gamma-ray sources and the prospects of the Cherenkov Telescope Array (CTA) will be presented. CTA will significantly increase our knowledge of VHE gamma-ray sources by lowering the threshold for source detection, primarily through a larger detection area compared to current-generation instruments. In ground-based gamma-ray astronomy, the sensitivity of an instrument depends strongly, in addition to the detection area, on the ability to distinguish images of air showers produced by gamma-rays from those produced by cosmic rays, which are a strong background. This means that the number of detectable sources depends on the background rejection algorithm used and therefore may also be increased by improving the performance of such algorithms. In this context, in addition to the population model, this work presents a study on the application of deep-learning techniques to the task of gamma-hadron separation in the analysis of data from ground-based gamma-ray instruments. Based on a systematic survey of different neural-network architectures, it is shown that robust classifiers can be constructed with competitive performance compared to the best existing algorithms. Despite the broad coverage of neural-network architectures discussed, only part of the potential offered by the application of deep-learning techniques to the analysis of gamma-ray data is exploited in the context of this study. Nevertheless, it provides an important basis for further research on this topic. N2 - Die aktuelle Generation bodengestützter Instrumente hat die Grenzen des uns mit sehr hoch-energetischer (very-high-energy, VHE) Gammastrahlung zugänglichen Bereichs rasch erweitert, so dass inzwischen bereits mehr als hundert Quellen in der Milchstraße entdeckt wurden. Diese Quellen repräsentieren zwar nur die Spitze des Eisbergs, doch ihre Anzahl hat ein Niveau erreicht, das Populationsstudien ermöglicht. In dieser Arbeit wird ein Modell der globalen Population von VHE Gammastrahlungsquellen vorgestellt, das auf den umfassendsten Zensus galaktischer Quellen in diesem Energiebereich, dem H.E.S.S. Galactic plane survey (HGPS), beruht. Bei der Erstellung des Modells wurde ein Populationssynthese-Ansatz verfolgt. Besonderes Augenmerk wurde auf die Korrektur der starken Beobachtungsverzerrung gelegt, die der Stichprobe detektierter Quellen innewohnt. Die für die Schätzung der Modellparameter entwickelten Methoden wurden mit umfangreichen Monte-Carlo-Simulationen validiert und es wird gezeigt, dass sie akkurate Schätzungen der Modelparameter ermöglichen. Mit diesen Methoden wurden fünf Modelle für verschiedene räumliche Verteilungen von Quellen erstellt. Um die Gültigkeit dieser Modelle zu prüfen, werden ihre Vorhersagen für die Zusammensetzung der Quellen innerhalb des Sensitivitätsbereichs des HGPS mit der beobachteten Stichprobe verglichen. Mit einer Ausnahme werden für alle räumlichen Verteilungen ähnliche Ergebnisse erzielt, die zeigen, dass das beobachtete Longitudenprofil und die Quellenverteilung über den Photonenfluss gut mit der Beobachtung übereinstimmen. Bezüglich des Latitudenprofils und der Quellenverteilung über die Winkelausdehnung zeigt sich, dass das Modell weiter angepasst werden muss, um dessen Vorhersagen mit den Beobachtungen in Einklang zu bringen. Auf der Grundlage des Modells werden Vorhersagen über die globalen Eigenschaften der galaktischen Population von VHE Gammastrahlungsquellen und die Perspektiven des Cherenkov Telescope Array (CTA) vorgestellt. CTA wird unser Wissen über VHE Gammastrahlungsquellen erheblich erweitern, indem es die Detektionsschwelle für die Quellen senkt, vor allem durch einer im Vergleich zu Instrumenten der aktuellen Generation größeren Detektionsfläche. In der bodengebundenen Gammastrahlenastronomie hängt die Empfindlichkeit eines Instruments neben der Detektionsfläche jedoch auch stark von der Fähigkeit ab, Bilder von Luftschauern, die durch Gammastrahlen erzeugt werden, von denen zu unterscheiden, die durch kosmische Strahlung erzeugt werden und einen starken Hintergrund darstellen. Dies bedeutet, dass die Anzahl der detektierbaren Quellen von dem verwendeten Algorithmus zur Hintergrundunterdrückung abhängt und daher möglicherweise auch durch eine Verbesserung der Leistung solcher Algorithmen erhöht werden kann. In diesem Zusammenhang wird in dieser Arbeit zusätzlich zum Populationsmodell eine Studie über die Anwendung von Deep-Learning-Techniken für die Aufgabe der Gamma-Hadron-Trennung bei der Analyse von Daten von bodengestützten Gammastrahleninstrumenten vorgestellt. Auf der Grundlage einer systematischen Untersuchung verschiedener neuronaler Netzwerkarchitekturen wird gezeigt, dass robuste Klassifikatoren konstruiert werden können, die im Vergleich zu den besten bestehenden Algorithmen eine konkurrenzfähige Leistung aufweisen. Trotz des Umfangs der diskutierten neuronalen Netzwerkarchitekturen wird im Rahmen dieser Studie nur ein Teil des Potenzials ausgeschöpft, das die Anwendung von Deep-Learning-Techniken für die Analyse von Daten in der Gammaastronomie bietet. Dennoch bietet sie eine wichtige Grundlage für weitere Forschungen zu diesem Thema. KW - gamma astronomy KW - galactic population KW - very-high energy KW - Gammaastronomie KW - galaktische Population KW - sehr hohe Energien Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-549478 ER - TY - THES A1 - Steding, Svenja T1 - Geochemical and Hydraulic Modeling of Cavernous Structures in Potash Seams T1 - Geochemische und hydraulische Modellierung kavernöser Strukturen in Kaliflözen N2 - Salt deposits offer a variety of usage types. These include the mining of rock salt and potash salt as important raw materials, the storage of energy in man-made underground caverns, and the disposal of hazardous substances in former mines. The most serious risk with any of these usage types comes from the contact with groundwater or surface water. It causes an uncontrolled dissolution of salt rock, which in the worst case can result in the flooding or collapse of underground facilities. Especially along potash seams, cavernous structures can spread quickly, because potash salts show a much higher solubility than rock salt. However, as their chemical behavior is quite complex, previous models do not account for these highly soluble interlayers. Therefore, the objective of the present thesis is to describe the evolution of cavernous structures along potash seams in space and time in order to improve hazard mitigation during the utilization of salt deposits. The formation of cavernous structures represents an interplay of chemical and hydraulic processes. Hence, the first step is to systematically investigate the dissolution and precipitation reactions that occur when water and potash salt come into contact. For this purpose, a geochemical reaction model is used. The results show that the minerals are only partially dissolved, resulting in a porous sponge like structure. With the saturation of the solution increasing, various secondary minerals are formed, whose number and type depend on the original rock composition. Field data confirm a correlation between the degree of saturation and the distance from the center of the cavern, where solution is entering. Subsequently, the reaction model is coupled with a flow and transport code and supplemented by a novel approach called ‘interchange’. The latter enables the exchange of solution and rock between areas of different porosity and mineralogy, and thus ultimately the growth of the cavernous structure. By means of several scenario analyses, cavern shape, growth rate and mineralogy are systematically investigated, taking also heterogeneous potash seams into account. The results show that basically four different cases can be distinguished, with mixed forms being a frequent occurrence in nature. The classification scheme is based on the dimensionless numbers Péclet and Damköhler, and allows for a first assessment of the hazard potential. In future, the model can be applied to any field case, using measurement data for calibration. The presented research work provides a reactive transport model that is able to spatially and temporally characterize the propagation of cavernous structures along potash seams for the first time. Furthermore, it allows to determine thickness and composition of transition zones between cavern center and unaffected salt rock. The latter is particularly important in potash mining, so that natural cavernous structures can be located at an early stage and the risk of mine flooding can thus be reduced. The models may also contribute to an improved hazard prevention in the construction of storage caverns and the disposal of hazardous waste in salt deposits. Predictions regarding the characteristics and evolution of cavernous structures enable a better assessment of potential hazards, such as integrity or stability loss, as well as of suitable mitigation measures. N2 - Salzlagerstätten bieten eine Vielzahl an Nutzungsmöglichkeiten. Diese umfassen den Abbau von Steinsalz und Kalisalz als wichtige Rohstoffe, die Speicherung von Energie in künstlich erzeugten Hohlräumen, sowie die Entsorgung gefährlicher Substanzen in stillgelegten Bergwerken. Die größte Gefahr bei jeder dieser Nutzungsarten ist der Kontakt mit Grund- oder Oberflächenwasser. Er bewirkt eine unkontrollierte Lösung des Salzgesteins, was im schlimmsten Fall zur Flutung oder zum Einsturz unterirdischer Infrastrukturen führt. Insbesondere entlang von Kaliflözen können sich kavernöse Strukturen schnell ausbreiten, da Kalisalze eine wesentlich höhere Löslichkeit besitzen als Steinsalz. Ihr chemisches Verhalten ist jedoch komplex, weshalb bisherige Modelle diese hochlöslichen Zwischenschichten vernachlässigen. Ziel der vorliegenden Doktorarbeit ist es daher, die Ausbreitung kavernöser Strukturen entlang von Kaliflözen räumlich und zeitlich zu beschreiben und damit die Möglichkeiten zur Gefahrenprävention bei der Nutzung von Salzlagerstätten zu verbessern. Die Bildung kavernöser Strukturen ist ein Zusammenspiel chemischer und hydraulischer Prozesse. Zunächst wird daher mithilfe eines geochemischen Reaktionsmodells systematisch untersucht, welche Lösungs- und Fällungsreaktionen beim Kontakt von Wasser und Kalisalz auftreten. Die Ergebnisse zeigen, dass nur ein Teil der Minerale gelöst wird, wodurch sich eine poröse, schwammartige Struktur bildet. Mit zunehmender Aufsättigung der Lösung treten verschiedene Sekundärminerale auf, deren Anzahl und Art vom Ausgangsgestein abhängen. Felddaten belegen dabei eine Korrelation zwischen Sättigungsgrad und Abstand vom Kavernenzentrum, wo die Lösung ein- und austritt. Anschließend wird das Reaktionsmodell mit einem Strömungs- und Transportcode gekoppelt und um einen neuartigen Ansatz namens "interchange" ergänzt. Dieser ermöglicht den Austausch von Lösung und Gestein zwischen Bereichen unterschiedlicher Porosität und Mineralogie, und damit letztlich das Wachstum der kavernösen Struktur. In mehreren Szenarienanalysen werden Kavernenform, Ausbreitungsgeschwindigkeit und Mineralogie systematisch untersucht und dabei auch heterogene Kaliflöze betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass grundsätzlich vier Fälle zu unterscheiden sind, wobei in der Natur häufig Mischformen auftreten. Die Klassifizierung erfolgt auf Basis der dimensionslosen Kennzahlen Péclet und Damköhler und ermöglicht eine erste Abschätzung des Gefahrenpotentials. In Zukunft kann das Modell auf beliebige Feldbeispiele angewandt und mithilfe von Messdaten kalibriert werden. Die vorliegende Arbeit liefert ein reaktives Transportmodell, mit dem die Ausbreitung kavernöser Strukturen entlang von Kaliflözen erstmals räumlich und zeitlich beschrieben werden kann. Auch Mächtigkeit und Zusammensetzung der Übergangszone zwischen Kavernenzentrum und unberührtem Salzgestein können damit bestimmt werden. Letzteres ist insbesondere im Kalibergbau von Bedeutung, um natürliche kavernöse Strukturen rechtzeitig zu lokalisieren und damit das Risiko für eine Flutung von Bergwerken zu verringern. Auch bei der Herstellung von Speicherkavernen und der Einlagerung gefährlicher Substanzen im Salzgestein können die Modelle zu einer besseren Gefahrenprävention beitragen. Sie ermöglichen Prognosen über Beschaffenheit und Ausbreitungsverhalten kavernöser Strukturen, wodurch sowohl potentielle Gefahren, wie der Verlust von Dichtigkeit oder Stabilität, als auch geeignete Gegenmaßnahmen besser abschätzbar werden. KW - reactive transport KW - reaktiver Transport KW - salt rock KW - Salzgestein KW - water rock interactions KW - Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen KW - density-driven flow KW - dichtegetriebene Strömung KW - PHREEQC Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-548182 ER - TY - THES A1 - Spallanzani, Roberta T1 - Li and B in ascending magmas: an experimental study on their mobility and isotopic fractionation T1 - Li und B in aufsteigenden Magmen: eine experimentelle Studie über ihre Mobilität und Isotopenfraktionierung N2 - This research study focuses on the behaviour of Li and B during magmatic ascent, and decompression-driven degassing related to volcanic systems. The main objective of this dissertation is to determine whether it is possible to use the diffusion properties of the two trace elements as a tool to trace magmatic ascent rate. With this objective, diffusion-couple and decompression experiments have been performed in order to study Li and B mobility in intra-melt conditions first, and then in an evolving system during decompression-driven degassing. Synthetic glasses were prepared with rhyolitic composition and an initial water content of 4.2 wt%, and all the experiments were performed using an internally heated pressure vessel, in order to ensure a precise control on the experimental parameters such as temperature and pressure. Diffusion-couple experiments were performed with a fix pressure 300 MPa. The temperature was varied in the range of 700-1250 °C with durations between 0 seconds and 24 hours. The diffusion-couple results show that Li diffusivity is very fast and starts already at very low temperature. Significant isotopic fractionation occurs due to the faster mobility of 6Li compared to 7Li. Boron diffusion is also accelerated by the presence of water, but the results of the isotopic ratios are unclear, and further investigation would be necessary to well constrain the isotopic fractionation process of boron in hydrous silicate melts. The isotopic ratios results show that boron isotopic fractionation might be affected by the speciation of boron in the silicate melt structure, as 10B and 11B tend to have tetrahedral and trigonal coordination, respectively. Several decompression experiments were performed at 900 °C and 1000 °C, with pressures going from 300 MPa to 71-77 MPa and durations of 30 minutes, two, five and ten hours, in order to trigger water exsolution and the formation of vesicles in the sample. Textural observations and the calculation of the bubble number density confirmed that the bubble size and distribution after decompression is directly proportional to the decompression rate. The overall SIMS results of Li and B show that the two trace elements tend to progressively decrease their concentration with decreasing decompression rates. This is explained because for longer decompression times, the diffusion of Li and B into the bubbles has more time to progress and the melt continuously loses volatiles as the bubbles expand their volumes. For fast decompression, Li and B results show a concentration increase with a δ7Li and δ11B decrease close to the bubble interface, related to the sudden formation of the gas bubble, and the occurrence of a diffusion process in the opposite direction, from the bubble meniscus to the unaltered melt. When the bubble growth becomes dominant and Li and B start to exsolve into the gas phase, the silicate melt close to the bubble gets depleted in Li and B, because of a stronger diffusion of the trace elements into the bubble. Our data are being applied to different models, aiming to combine the dynamics of bubble nucleation and growth with the evolution of trace elements concentration and isotopic ratios. Here, first considerations on these models will be presented, giving concluding remarks on this research study. All in all, the final remarks constitute a good starting point for further investigations. These results are a promising base to continue to study this process, and Li and B can indeed show clear dependences on decompression-related magma ascent rates in volcanic systems. N2 - Diese Forschungsstudie konzentriert sich auf das Verhalten von Li und B während des magmatischen Aufstiegs und der Druckentlastungsbedingten Entgasung im Zusammenhang mit vulkanischen Systemen. Das Hauptziel dieser Dissertation besteht darin, festzustellen, ob es möglich ist, die Diffusionseigenschaften der beiden Spurenelemente als Instrument zur Verfolgung der magmatischen Aufstiegsgeschwindigkeit zu nutzen. Unter Verwendung von synthetischen Gläsern mit rhyolitischer Zusammensetzung und einem Wassergehalt von 4,2 Gew.-% wurden Diffusionspaar- und Druckentlastungsexperimente durchgeführt, um die Mobilität von Li und B zunächst in der Schmelze und dann in einem sich entwickelnden System während der Druckentlastungsgetriebenen Entgasung zu untersuchen. Diffusionspaar wurden mit einem festen Druck von 300 MPa durchgeführt. Die Temperatur wurde im Bereich von 700-1250 °C variiert, wobei die Dauer zwischen 0 Sekunden und 24 Stunden lag. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Diffusionsfähigkeit von Li sehr schnell ist und bei sehr niedrigen Temperaturen auftritt. Eine Isotopenfraktionierung findet aufgrund der schnelleren Mobilität von 6Li im Vergleich zu 7Li statt. Die Diffusion von Bor wird durch die Anwesenheit von Wasser ebenfalls beschleunigt, bleibt aber langsamer als die von Li. Die Ergebnisse der Isotopenverhältnisse zeigen, dass die Bor-Isotopenfraktionierung durch die Speziation von Bor in der Silikatschmelze beeinflusst werden könnte, da 10B und 11B tendenziell eine tetraedrische bzw. trigonale Koordination aufweisen. Druckentlastungsversuche wurden bei 900 °C und 1000 °C mit Drücken von 300 MPa bis 71-77 MPa und einer Dauer von 30 Minuten, zwei, fünf und zehn Stunden durchgeführt, um die Wasserauflösung und die Bildung von Gasblasen in der Probe auszulösen. Texturbeobachtungen und die Berechnung der Blasenanzahldichte bestätigten, dass die Blasengröße und -verteilung nach der Druckentlastung direkt proportional zur Druckentlastungsrate ist. Generell zeigen die SIMS-Analysergebnisse von Li und B, dass die Konzentration der beiden Spurenelemente mit abnehmender Druckentlastungsgeschwindigkeit allmählich abnimmt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei längeren Druckentlastungszeiten mehr Zeit für die Diffusion von Li und B in die Blasen zur Verfügung steht und die Schmelze kontinuierlich flüchtige Bestandteile verliert, während die Blasen ihr Volumen ausdehnen. Bei schnellen Druckentlastungen zeigen die Li- und B-Ergebnisse einen Konzentrationsanstieg mit einer δ7Li- und δ11B-Abnahme in der Nähe der Blasengrenzfläche, was mit der plötzlichen Bildung der Glasbläser und dem Auftreten eines Diffusionsprozesses in der entgegengesetzten Richtung, vom Blasenmeniskus zur unveränderten Schmelze, zusammenhängt. Wenn das Blasenwachstum dominiert und Li und B in die Gasphase übergehen, verarmt die Silikat Schmelze in der Nähe der Blase an Li und B, da die Spurenelemente stärker in die Blase diffundieren. Unsere Daten werden auf verschiedene Modelle angewandt, die darauf abzielen, die Dynamik der Blasenkernbildung und des Blasenwachstums mit der Entwicklung der Spurenelementkonzentration und des Isotopenverhältnisses zu kombinieren. Hier werden erste Überlegungen zu diesen Modellen vorgestellt und abschließende Bemerkungen zu dieser Forschungsstudie gemacht. Diese Ergebnisse sind eine vielversprechende Grundlage für die weitere Untersuchung von Li und B, um dekompressionsbedingte Magma-Aufstiegsraten in vulkanischen Systemen zu ermitteln. KW - magma degassing KW - diffusion KW - stable isotopes KW - isotopic fractionation KW - Diffusion KW - Isotopenfraktionierung KW - Magma-Entgasung KW - stabile Isotope Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-560619 ER - TY - THES A1 - Simsek, Ibrahim T1 - Ink-based preparation of chalcogenide perovskites as thin films for PV applications T1 - Präparation von Chalkogeniden Perowskiten auf Basis von molekularer Tinte als Dünnschichten für PV Anwendungen N2 - The increasing demand for energy in the current technological era and the recent political decisions about giving up on nuclear energy diverted humanity to focus on alternative environmentally friendly energy sources like solar energy. Although silicon solar cells are the product of a matured technology, the search for highly efficient and easily applicable materials is still ongoing. These properties made the efficiency of halide perovskites comparable with silicon solar cells for single junctions within a decade of research. However, the downside of halide perovskites are poor stability and lead toxicity for the most stable ones. On the other hand, chalcogenide perovskites are one of the most promising absorber materials for the photovoltaic market, due to their elemental abundance and chemical stability against moisture and oxygen. In the search of the ultimate solar absorber material, combining the good optoelectronic properties of halide perovskites with the stability of chalcogenides could be the promising candidate. Thus, this work investigates new techniques for the synthesis and design of these novel chalcogenide perovskites, that contain transition metals as cations, e.g., BaZrS3, BaHfS3, EuZrS3, EuHfS3 and SrHfS3. There are two stages in the deposition techniques of this study: In the first stage, the binary compounds are deposited via a solution processing method. In the second stage, the deposited materials are annealed in a chalcogenide atmosphere to form the perovskite structure by using solid-state reactions. The research also focuses on the optimization of a generalized recipe for a molecular ink to deposit precursors of chalcogenide perovskites with different binaries. The implementation of the precursor sulfurization resulted in either binaries without perovskite formation or distorted perovskite structures, whereas some of these materials are reported in the literature as they are more favorable in the needle-like non-perovskite configuration. Lastly, there are two categories for the evaluation of the produced materials: The first category is about the determination of the physical properties of the deposited layer, e.g., crystal structure, secondary phase formation, impurities, etc. For the second category, optoelectronic properties are measured and compared to an ideal absorber layer, e.g., band gap, conductivity, surface photovoltage, etc. N2 - Der stetig wachsende Energieverbrauch in der aktuellen technologischen Ära und die kürzliche Entscheidung der Politik auf Nuklearenergie zu verzichten hat die Menschheit dazu geleitet sich auf alternative umweltfreundliche Energiequellen wie Solare Energie zu fokussieren. Obwohl Silizium Solarzellen das Produkt einer ausgereiften Technologie sind geht die Suche nach hocheffizienten Materialien, die einfach umzusetzen sind weiter. Diese Eigenschaften führten zur Vergleichbarkeit von Halogeniden Perowskiten mit Silizium in Einfachsolarzellen innerhalb eines Jahrzehnts der Forschung. Allerdings mangelt es bei Halogeniden Perowskiten an Stabilität und jene stabile haben eine Blei-Toxizität. Andererseits bieten Chalkogenide Perowskite aussichtsreiche Eigenschaften als Absorber Materialien für den Photovoltaik Markt auf Grund des hohen Vorkommens der Elemente auf dem Planeten und ihrer chemischen Stabilität in Luft. Auf der Suche nach dem ultimativen Absorber Material für Solarzellen könnte sich eine Kombination der guten optoelektronischen Eigenschaften von Halogeniden Perowskiten mit der Stabilität von Chalkogeniden als guter Kandidat herausstellen. Infolgedessen untersucht diese Arbeit neue Methoden für die Synthese und das Design dieser neuartigen Chalkogeniden Perowskite, welche Übergangsmetalle als Kationen enthalten, z.B. BaZrS3, BaHfS3, EuZrS3, EuHfS3 and SrHfS3. Es gibt zwei Schritte in den Methoden der Deposition in dieser Untersuchung: Im ersten Schritt werden die binären Verbindungen durch eine Lösungsmittelprozessierung auf dem Substrat aufgebracht. Daraufhin wird im zweiten Schritt das aufgetragene Material in einer Chalkogeniden Atmosphäre getempert, um die Perowskit Struktur durch Festkörperreaktion zu bilden. Die Untersuchung fokussiert sich außerdem auf die Optimierung eines generalisierten Rezeptes für molekulare Tinte zur Deposition eines Präkursors aus unterschiedlichen binären Verbindungen. Die Implementierung der Präkursor Schwefelung führt entweder zu einer Formation der binären Verbindungen ohne Perowskit Struktur oder in der verzerrten Perowskit Struktur, obwohl für manche dieser Materialien laut Literatur die nadelförmige nicht-Perowskit Struktur günstiger sein sollte. Zuletzt gibt es zwei Kategorien für die Evaluierung der hergestellten Materialien: Die erste Kategorie behandelt die Determinierung der physikalischen Eigenschaften der deponierten Dünnschicht, z.B. Kristallstruktur, Sekundärphasen, Unreinheiten. In der zweiten Kategorie werden die optoelektronischen Eigenschaften gemessen und mit einem idealen Absorber verglichen, z.B. Bandlücke, Leitfähigkeit, Oberflächen Photospannung, etc. KW - chalcogenide KW - perovskite KW - Perowskite KW - Chalkogenide Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-572711 ER - TY - THES A1 - Siegmund, Nicole T1 - Wind driven soil particle uptake Quantifying drivers of wind erosion across the particle size spectrum T1 - Partikelaufwirbelung durch Wind - Über die Quantifizierung von Winderosion über das ganze Partikel-Größenspektrum N2 - Among the multitude of geomorphological processes, aeolian shaping processes are of special character, Pedogenic dust is one of the most important sources of atmospheric aerosols and therefore regarded as a key player for atmospheric processes. Soil dust emissions, being complex in composition and properties, influence atmospheric processes and air quality and has impacts on other ecosystems. In this because even though their immediate impact can be considered low (exceptions exist), their constant and large-scale force makes them a powerful player in the earth system. dissertation, we unravel a novel scientific understanding of this complex system based on a holistic dataset acquired during a series of field experiments on arable land in La Pampa, Argentina. The field experiments as well as the generated data provide information about topography, various soil parameters, the atmospheric dynamics in the very lower atmosphere (4m height) as well as measurements regarding aeolian particle movement across a wide range of particle size classes between 0.2μm up to the coarse sand. The investigations focus on three topics: (a) the effects of low-scale landscape structures on aeolian transport processes of the coarse particle fraction, (b) the horizontal and vertical fluxes of the very fine particles and (c) the impact of wind gusts on particle emissions. Among other considerations presented in this thesis, it could in particular be shown, that even though the small-scale topology does have a clear impact on erosion and deposition patterns, also physical soil parameters need to be taken into account for a robust statistical modelling of the latter. Furthermore, specifically the vertical fluxes of particulate matter have different characteristics for the particle size classes. Finally, a novel statistical measure was introduced to quantify the impact of wind gusts on the particle uptake and its application on the provided data set. The aforementioned measure shows significantly increased particle concentrations during points in time defined as gust event. With its holistic approach, this thesis further contributes to the fundamental understanding of how atmosphere and pedosphere are intertwined and affect each other. N2 - Unter der Vielzahl geomorphologischer Prozesse nehmen äolische Formgebungsprozesse eine besondere Stellung ein, denn obwohl ihre unmittelbaren Auswirkungen als gering einzuschätzen sind (Ausnahmen existieren), sind sie aufgrund ihrer konstanten und großen Kraft ein mächtiger Akteur im Erdsystem. Pedogener Staub ist eine der wichtigsten Quellen atmosphärischer Aerosole und kann daher als Schlüsselfaktor für atmosphärische Prozesse angesehen werden. Bodenstaubemissionen, die in Zusammensetzung und Eigenschaften komplex sind, beeinflussen atmosphärische Prozesse und Luftqualität und haben Auswirkungen auf andere Ökosysteme. Um zum wissenschaftlichen Verständnis dieses komplexen Systems beizutragen, dokumentiert diese Arbeit eine Reihe von Veröffentlichungen, die alle auf einem ganzheitlichen Datensatz basieren, die während einer Reihe von Feldexperimenten auf Ackerland in La Pampa, Argentinien, gewonnen wurden. Die Feldexperimente sowie die generierten Daten liefern Informationen über Topographie, verschiedene Bodenparameter, die atmosphärische Dynamik in der unteren Atmosphäre (4 m Höhe) sowie Messungen zur äolischen Partikelbewegung über einen weiten Bereich von Partikelgrößenklassen zwischen 0,2μm und groben Sand. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf drei Themen: Die Auswirkungen kleinräumiger Landschaftsstrukturen auf äolische Transportprozesse der groben Partikelfraktion, die horizontalen und vertikalen Strömungen der sehr feinen Partikel und der Einfluss von Windböen auf die Partikelemissionen. Neben anderen in dieser Arbeit vorgestellten Überlegungen konnte insbesondere gezeigt werden, dass, obwohl die kleinräumige Topologie einen deutlichen Einfluss auf Erosions- und Ablagerungsmuster hat, auch physikalische Bodenparameter für eine robuste statistische Modellierung berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus weisen speziell die vertikalen Feinstaubflüsse unterschiedliche Eigenschaften für die Partikelgrößenklassen auf. Schließlich wurde ein neuartiges statistisches Maß eingeführt, um den Einfluss von Windböen auf die Partikelkonzentration der Luft zu quantifizieren, und seine Anwendung auf den bereitgestellten Datensatz zeigt signifikant erhöhte Partikelkonzentrationen zu Zeitpunkten, die als Böen definiert wurden. Mit ihrem ganzheitlichen Ansatz trägt diese Arbeit weiter zum grundlegenden Verständnis bei, wie Atmosphäre und Pedosphäre miteinander verflochten sind und sich gegenseitig beeinflussen. KW - Winderosion KW - winderosion KW - PM10, PM2, PM1 KW - Horizontal flux KW - horizontaler Fluss KW - Vertical flux KW - vertikaler Fluss KW - Argentina KW - Argentinien KW - wind gusts KW - Windböen Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-574897 ER - TY - THES A1 - Shevtsova, Iuliia T1 - Recent and future vegetation change in the treeline region of Chukotka (NE Russia) inferred from field data, satellite data and modelling N2 - Vegetation change at high latitudes is one of the central issues nowadays with respect to ongoing climate changes and triggered potential feedback. At high latitude ecosystems, the expected changes include boreal treeline advance, compositional, phenological, physiological (plants), biomass (phytomass) and productivity changes. However, the rate and the extent of the changes under climate change are yet poorly understood and projections are necessary for effective adaptive strategies and forehanded minimisation of the possible negative feedbacks. The vegetation itself and environmental conditions, which are playing a great role in its development and distribution are diverse throughout the Subarctic to the Arctic. Among the least investigated areas is central Chukotka in North-Eastern Siberia, Russia. Chukotka has mountainous terrain and a wide variety of vegetation types on the gradient from treeless tundra to northern taiga forests. The treeline there in contrast to subarctic North America and north-western and central Siberia is represented by a deciduous conifer, Larix cajanderi Mayr. The vegetation varies from prostrate lichen Dryas octopetala L. tundra to open graminoid (hummock and non-hummock) tundra to tall Pinus pumila (Pall.) Regel shrublands to sparse and dense larch forests. Hence, this thesis presents investigations on recent compositional and above-ground biomass (AGB) changes, as well as potential future changes in AGB in central Chukotka. The aim is to assess how tundra-taiga vegetation develops under changing climate conditions particularly in Fareast Russia, central Chukotka. Therefore, three main research questions were considered: 1) What changes in vegetation composition have recently occurred in central Chukotka? 2) How have the above-ground biomass AGB rates and distribution changed in central Chukotka? 3) What are the spatial dynamics and rates of tree AGB change in the upcoming millennia in the northern tundra-taiga of central Chukotka? Remote sensing provides information on the spatial and temporal variability of vegetation. I used Landsat satellite data together with field data (foliage projective cover and AGB) from two expeditions in 2016 and 2018 to Chukotka to upscale vegetation types and AGB for the study area. More specifically, I used Landsat spectral indices (Normalised Difference Vegetation Index (NDVI), Normalised Difference Water Index (NDWI) and Normalised Difference Snow Index (NDSI)) and constrained ordination (Redundancy analysis, RDA) for further k-means-based land-cover classification and general additive model (GAM)-based AGB maps for 2000/2001/2002 and 2016/2017. I also used Tandem-X DEM data for a topographical correction of the Landsat satellite data and to derive slope, aspect, and Topographical Wetness Index (TWI) data for forecasting AGB. Firstly, in 2016, taxa-specific projective cover data were collected during a Russian-German expedition. I processed the field data and coupled them with Landsat spectral Indices in the RDA model that was used for k-means classification. I could establish four meaningful land-cover classes: (1) larch closed-canopy forest, (2) forest tundra and shrub tundra, (3) graminoid tundra and (4) prostrate herb tundra and barren areas, and accordingly, I produced the land cover maps for 2000/2001/2002 and 2016/20017. Changes in land-cover classes between the beginning of the century (2000/2001/2002) and the present time (2016/2017) were estimated and interpreted as recent compositional changes in central Chukotka. The transition from graminoid tundra to forest tundra and shrub tundra was interpreted as shrubification and amounts to a 20% area increase in the tundra-taiga zone and 40% area increase in the northern taiga. Major contributors of shrubification are alder, dwarf birch and some species of the heather family. Land-cover change from the forest tundra and shrub tundra class to the larch closed-canopy forest class is interpreted as tree infilling and is notable in the northern taiga. We find almost no land-cover changes in the present treeless tundra. Secondly, total AGB state and change were investigated for the same areas. In addition to the total vegetation AGB, I provided estimations for the different taxa present at the field sites. As an outcome, AGB in the study region of central Chukotka ranged from 0 kg m-2 at barren areas to 16 kg m-2 in closed-canopy forests with the larch trees contributing the highest. A comparison of changes in AGB within the investigated period from 2000 to 2016 shows that the greatest changes (up to 1.25 kg m 2 yr 1) occurred in the northern taiga and in areas where land cover changed to larch closed-canopy forest. Our estimations indicate a general increase in total AGB throughout the investigated tundra-taiga and northern taiga, whereas the tundra showed no evidence of change in AGB within the 15 years from 2002 to 2017. In the third manuscript, potential future AGB changes were estimated based on the results of simulations of the individual-based spatially explicit vegetation model LAVESI using different climate scenarios, depending on Representative Concentration Pathways (RCPs) RCP 2.6, RCP 4.5 and RCP 8.5 with or without cooling after 2300 CE. LAVESI-based AGB was simulated for the current state until 3000 CE for the northern tundra-taiga study area for larch species because we expect the most notable changes to occur will be associated with forest expansion in the treeline ecotone. The spatial distribution and current state of tree AGB was validated against AGB field data, AGB extracted from Landsat satellite data and a high spatial resolution image with distinctive trees visible. The simulation results are indicating differences in tree AGB dynamics plot wise, depending on the distance to the current treeline. The simulated tree AGB dynamics are in concordance with fundamental ecological (emigrational and successional) processes: tree stand formation in simulated results starts with seed dispersion, tree stand establishment, tree stand densification and episodic thinning. Our results suggest mostly densification of existing tree stands in the study region within the current century in the study region and a lagged forest expansion (up to 39% of total area in the RCP 8.5) under all considered climate scenarios without cooling in different local areas depending on the closeness to the current treeline. In scenarios with cooling air temperature after 2300 CE, forests stopped expanding at 2300 CE (up to 10%, RCP 8.5) and then gradually retreated to their pre-21st century position. The average tree AGB rates of increase are the strongest in the first 300 years of the 21st century. The rates depend on the RCP scenario, where the highest are as expected under RCP 8.5. Overall, this interdisciplinary thesis shows a successful integration of field data, satellite data and modelling for tracking recent and predicting future vegetation changes in mountainous subarctic regions. The obtained results are unique for the focus area in central Chukotka and overall, for mountainous high latitude ecosystems. N2 - Die Veränderung der Vegetation in den hohen Breiten ist heutzutage eines der zentralen Themen im Hinblick auf den anhaltenden Klimawandel und hat potenziell auslösende Rückkopplungen. In den Ökosystemen der hohen Breiten umfassen die erwarteten Veränderungen das Fortschreiten der borealen Baumgrenze, sowie kompositorische, phänologische, physiologische, Biomassen- (Phytomasse) und Produktivitätsveränderungen. Die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Veränderungen im Rahmen des Klimawandels sind jedoch noch wenig verstanden, und Projektionen sind für wirksame Anpassungsstrategien und eine vorausschauende Minimierung möglicher negativer Rückkopplungen erforderlich. Die Vegetation selbst und die Umweltbedingungen, die bei ihrer Entwicklung und Verbreitung eine große Rolle spielen, sind in der gesamten Subarktis bis zur Arktis unterschiedlich. Zu den am wenigsten untersuchten Gebieten gehört Zentral-Tschukotka, in Nordost-Sibirien, Russland. Tschukotka hat gebirgiges Terrain und eine weite Bandbreite von Vegetationstypen entlang des Gradienten von der baumlosen Tundra bis zu den nördlichen Taiga-Wäldern. Die Baumgrenze dort wird im Gegensatz zum subarktischen Nordamerika sowie Nordwest- und Mittelsibirien durch eine laubabwerfende Nadelbaumart, Larix cajanderi Mayr, aufgebaut. Die Vegetation variiert von Tundra mit Flechten und Dryas octopetala L. über offene graminoide (Horstgras und nicht Horstgras) Tundra und hohe Pinus pumila (Pall.) Regel Strauchlandschaften zu lockeren Lärchenbeständen bis zu dichten Lärchenwäldern. Somit werden in meiner Dissertation Untersuchungen zu den jüngsten Veränderungen der Vegetationszusammensetzung und der oberirdischen Biomasse (aus dem Englischen above-ground biomass, bzw. AGB), sowie zu potenziellen zukünftigen Veränderungen der AGB vorgestellt. Das Ziel meiner Arbeit ist es abzuschätzen, wie sich die Tundra-Taiga-Vegetation unter Klimawandel entwickelt, insbesondere in Fernost Russland, Zentral-Tschukotka. Daher wurden drei Hauptforschungsfragen berücksichtigt: 1) Welche Veränderungen in der Vegetationszusammensetzung sind in den letzten Jahrzehnten in Zentral-Tschukotka aufgetreten? 2) Wie haben sich die AGB-Raten und die Verteilung der oberirdischen Biomasse in Zentral-Tschukotka verändert? 3) Wie sind die räumlichen Dynamiken und Änderungsraten der Baum-AGB in dem kommenden Jahrtausend in der nördlichen Tundra-Taiga in Zentral-Tschukotka? Fernerkundung liefert Informationen über die räumliche und zeitliche Vegetationsvariabilität. Ich habe Landsat-Satellitendaten zusammen mit Felddaten (Projektive Vegetationsbedeckung und AGB) von zwei Expeditionen in den Jahren 2016 und 2018 nach Tschukotka verwendet, um Vegetationstypen und AGB für das Untersuchungsgebiet räumlich abzubilden. Insbesondere habe ich die Landsat-Spektralindizes (Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Normalized Difference Water Index (NDWI) und Normalized Difference Snow Index (NDSI)) und eine Ordination mit Randbedingungen (Redundanzanalyse, RDA) verwendet, um eine Land-Klassifizierung mittels der k-means Methode zu entwickeln, und AGB-Karten mittels des General Additive Model (GAM) für 2000/2001/2002 und 2016/2017 zu erstellen. Außerdem verwendete ich Tandem-X-DEM-Daten, um die Landsat-Satellitendaten topografisch zu korrigieren und um die Hangneigung-, Hangaspekt- und TWI- (Topographical Wetness Index) Daten für die Vorhersage von AGB abzuleiten. Auf einer russisch-deutschen Expedition im Jahr 2016 wurden Vegetationsdaten erhoben. Ich prozessierte die Felddaten zu taxaspezifischen-projektiven Vegetationsbedeckungsdaten. Ich habe die taxaspezifisch-projektive Vegetationsbedeckung mit Landsat-Spektralindizes im RDA-Modell gekoppelt, das für die k-means-Klassifizierung verwendet wurde. Ich konnte vier repräsentative Landbedeckungsklassen einrichten: (1) Lärchen-Wald mit geschlossenem Blätterdach, (2) Waldtundra und Strauch-Tundra, (3) graminoide Tundra und (4) Kräutertundra und vegetationsarme Gebiete. Dementsprechend prozessierte ich dann die Landbedeckungskarten für 2000/2001/2002 und 2016/20017. Ich ermittelte die Änderungen der Landbedeckungsklassen zwischen dem Beginn des Jahrhunderts (2000/2001/2002) und der Gegenwart (2016/2017) und konnte sie als aktuelle Kompositionsänderungen in der Vegetation von Zentral-Tschukotka interpretieren. Die Transformation von der graminoiden Tundra zur Waldtundra oder zur Strauch-Tundra habe ich als Prozess der Strauchbildung interpretiert, die einer Flächenvergrößerung von 20% in der Tundra-Taiga Zone und einer Flächenvergrößerung von 40% in der nördlichen Taiga entspricht. Hauptakteure der Strauchung sind Erle, Zwergbirke und einige Arten der Heidekrautfamilie. Der Landbedeckungswechsel von der Waldtundra- und Strauch-Tundra-Klasse zur Klasse des Lärchen-Waldes mit geschlossenen Blätterdach wird als eine Verdichtung des Baumbestandes interpretiert und ist in der nördlichen Taiga bemerkenswert. In der heutigen baumlosen Tundra finden wir fast keine Landbedeckungsänderungen. Im zweiten Projekt bestimmte ich den Gesamt-AGB-Zustand und die gesamte AGB-Veränderung für dieselben Regionen in Zentral-Chukotka. Zusätzlich zur gesamten AGB lieferte ich Schätzungen für die verschiedenen Taxa, die an den Feldstandorten vorhanden sind. Als Ergebnis lag die AGB in der Untersuchungsregion von Zentral-Tschukotka zwischen 0 kg m-2 in vegetationsarmen Gebieten und 16 kg m-2 in den Wäldern mit geschlossenem Blätterdach mit dem größten Anteil von Lärchen. Ein Vergleich der Veränderungen der AGB im Untersuchungszeitraum von 2000 bis 2016 zeigt, dass die größten Veränderungen (bis zu 1,25 kg m-2 Jahr-1) in der nördlichen Taiga und in den Gebieten auftraten, in denen sich die Landbedeckung hin zu einen Lärchenwald mit geschlossenen Blätterdach änderte. Unsere Schätzungen deuten auf einen allgemeinen Anstieg der gesamten AGB in der untersuchten Tundra-Taiga und der nördlichen Taiga hin. Im Gegensatz zeigte die Tundra innerhalb der 15 Jahre von 2002 bis 2017 keine Hinweise auf eine Veränderung der AGB. Im dritten Projekt wurden potenzielle zukünftige Änderungen der oberirdischen Biomasse (AGB) basierend auf den Ergebnissen von Simulationen des individuell basierten räumlich expliziten Vegetationsmodells LAVESI unter Verwendung verschiedener Klimaszenarien, abhängig von RCP (Representative Concentration Pathways) 2.6, RCP 4.5 und RCP 8.5 (mit und ohne die Temperaturminderung nach den 2300 CE), geschätzt. Die LAVESI-basierte AGB wurde für den aktuellen Zustand bis 3000 CE für Lärchen-AGB simuliert, da wir davon ausgehen, dass die bemerkenswertesten Veränderungen im Baumgrenze-Ökoton mit einer Waldausdehnung zusammenhängen. Die räumliche Verteilung und der aktuelle Zustand der Baum-AGB wurden anhand von AGB-Felddaten, aus Landsat-Satellitendaten extrahierten AGB und einem Satellitenbild mit hoher räumlicher Auflösung und dadurch sichtbaren Einzelbäumen validiert. Die Simulationsergebnisse deuten auf Unterschiede in der Baum-AGB-Dynamik in Abhängigkeit von der Entfernung zur aktuellen Baumgrenze hin. Die simulierte Baum-AGB-Dynamik stimmt mit grundlegenden ökologischen (Auswanderungs- und Sukzessions-) Prozessen überein: die simulierte Baumbestandsentwicklung fängt mit Samenverbreitung an, Schaffung des Baumbestands, Baumbestand Verdichtung und episodische Verdünnung. Unsere Ergebnisse weisen auf eine Verdichtung des bestehenden Baumbestandes im Laufe dieses Jahrhunderts hin in der Untersuchungsregion, und auf eine zeitlich verzögerte Waldverbreitung (bis zu 39% der Fläche im RCP 8.5) unter allen betrachteten Klima-Szenarien ohne Abkühlung in verschiedenen lokalen Bereichen, abhängig von der Nähe zur heutigen Baumgrenze. In Szenarien mit Abkühlung nach 2300 CE beenden die Wälder ihre Ausbreitung um 2300 CE; bis zu 10%, RCP 8.5) um dann graduell zu ihrer vor 21. Jhd. Position zurückzuweichen. Die gemittelten Änderungsraten der Baum AGB sind am höchsten in den ersten 300 Jahren des 21. Jahrhunderts. Die Änderungsraten hängen ab von dem RCP Szenarium, mit den höchsten Änderungsraten unter RCP 8.5, wie zu erwarten war. Insgesamt zeigt diese interdisziplinäre Arbeit eine erfolgreiche Integration von Felddaten, Satellitendaten und Modellen zur Verfolgung der aktuellen und vorhergesagten zukünftigen Vegetationsänderungen in subarktischen Gebirgsregionen. Die erzielten Ergebnisse sind einzigartig für den Schwerpunktbereich in Zentral-Tschukotka und insgesamt für Gebirgsregionen in den hohen Breiten. T2 - Aktuelle und zukünftige Vegetationsveränderung in der Baumgrenzenregion von Chukotka (Nordost-Russland), abgeleitet aus Felddaten, Satellitendaten und Modellierung KW - plant ecology KW - vegetation change KW - Chukotka vegetation KW - above-ground biomass KW - land-cover classification KW - LAVESI KW - tree infilling KW - shrubification KW - subarctic vegetation change KW - treeline KW - tundra-taiga KW - Larix cajanderi KW - Vegetation von Tschukotka KW - oberirdische Biomasse KW - Klassifikation der Landbedeckung KW - Pflanzenökologie KW - Vegetationsveränderungen in der Subarktis KW - Waldausdehnung KW - Vegetationsveränderungen KW - Baumgrenze KW - Tundra-Taiga Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-548452 ER - TY - THES A1 - Schuster, Valerian T1 - Mechanical and hydraulic properties of Opalinus Clay T1 - Mechanische und hydraulische Eigenschaften von Opalinuston BT - influence of compositional heterogeneity and thermodynamic boundary conditions BT - Einfluss von kompositorischer Heterogenität und thermodynamischen Randbedingungen N2 - Deep geological repositories represent a promising solution for the final disposal of nuclear waste. Due to its low permeability, high sorption capacity and self-sealing potential, Opalinus Clay (OPA) is considered a suitable host rock formation for the long-term storage of nuclear waste in Switzerland and Germany. However, the clay formation is characterized by compositional and structural variabilities including the occurrence of carbonate- and quartz-rich layers, pronounced bedding planes as well as tectonic elements such as pre-existing fault zones and fractures, suggesting heterogeneous rock mass properties. Characterizing the heterogeneity of host rock properties is therefore essential for safety predictions of future repositories. This includes a detailed understanding of the mechanical and hydraulic properties, deformation behavior and the underlying deformation processes for an improved assessment of the sealing integrity and long-term safety of a deep repository in OPA. Against this background, this thesis presents the results of deformation experiments performed on intact and artificially fractured specimens of the quartz-rich, sandy and clay-rich, shaly facies of OPA. The experiments focus on the influence of mineralogical composition on the deformation behavior as well as the reactivation and sealing properties of pre-existing faults and fractures at different boundary conditions (e.g., pressure, temperature, strain rate). The anisotropic mechanical properties of the sandy facies of OPA are presented in the first section, which were determined from triaxial deformation experiments using dried and resaturated samples loaded at 0°, 45° and 90° to the bedding plane orientation. A Paterson-type deformation apparatus was used that allowed to investigate how the deformation behavior is influenced by the variation of confining pressure (50 – 100 MPa), temperature (25 – 200 °C), and strain rate (1 × 10-3 – 5 × 10-6 s-1). Constant strain rate experiments revealed brittle to semi-brittle deformation behavior of the sandy facies at the applied conditions. Deformation behavior showed a strong dependence on confining pressure, degree of water saturation as well as bedding orientation, whereas the variation of temperature and strain rate had no significant effect on deformation. Furthermore, the sandy facies displays higher strength and stiffness compared to the clay-rich shaly facies deformed at similar conditions by Nüesch (1991). From the obtained results it can be concluded that cataclastic mechanisms dominate the short-term deformation behavior of dried samples from both facies up to elevated pressure (<200 MPa) and temperature (<200 °C) conditions. The second part presents triaxial deformation tests that were performed to investigate how structural discontinuities affect the deformation behavior of OPA and how the reactivation of preexisting faults is influenced by mineral composition and confining pressure. To this end, dried cylindrical samples of the sandy and shaly facies of OPA were used, which contained a saw-cut fracture oriented at 30° to the long axis. After hydrostatic pre-compaction at 50 MPa, constant strain rate deformation tests were performed at confining pressures of 5, 20 or 35 MPa. With increasing confinement, a gradual transition from brittle, highly localized fault slip including a stress drop at fault reactivation to semi-brittle deformation behavior, characterized by increasing delocalization and non-linear strain hardening without dynamic fault reactivation, can be observed. Brittle localization was limited by the confining pressure at which the fault strength exceeded the matrix yield strength, above which strain partitioning between localized fault slip and distributed matrix deformation occurred. The sandy facies displayed a slightly higher friction coefficient (≈0.48) compared to the shaly facies (≈0.4). In addition, slide-hold-slide tests were conducted, revealing negative or negligible frictional strengthening, which suggests stable creep and long-term weakness of faults in both facies of OPA. The conducted experiments demonstrate that dilatant brittle fault reactivation in OPA may be favored at high overconsolidation ratios and shallow depths, increasing the risk of seismic hazard and the creation of fluid pathways. The final section illustrates how the sealing capacity of fractures in OPA is affected by mineral composition. Triaxial flow-through experiments using Argon-gas were performed with dried samples from the sandy and shaly facies of OPA containing a roughened, artificial fracture. Slate, graywacke, quartzite, natural fault gouge, and granite samples were also tested to highlight the influence of normal stress, mineralogy and diagenesis on the sustainability of fracture transmissivity. With increasing normal stress, a non-linear decrease of fracture transmissivity can be observed that resulted in a permanent reduction of transmissivity after stress release. The transmissivity of rocks with a high portion of strong minerals (e.g., quartz) and high unconfined compressive strength was less sensitive to stress changes. In accordance with this, the sandy facies of OPA displayed a higher initial transmissivity that was less sensitive to stress changes compared to the shaly facies. However, transmissivity of rigid slate was less sensitive to stress changes than the sandy facies of OPA, although the slate is characterized by a higher phyllosilicate content. This demonstrates that in addition to mineral composition, other factors such as the degree of metamorphism, cementation and consolidation have to be considered when evaluating the sealing capacity of phyllosilicate-rich rocks. The results of this thesis highlighted the role of confining pressure on the failure behavior of intact and artificially fractured OPA. Although the quartz-rich sandy facies may be considered as being more favorable for underground constructions due to its higher shear strength and stiffness than the shaly facies, the results indicate that when fractures develop in the sandy facies, they are more conductive and remain more permeable compared to fractures in the clay-dominated shaly facies at a given stress. The results may provide the basis for constitutive models to predict the integrity and evolution of a future repository. Clearly, the influence of composition and consolidation, e.g., by geological burial and uplift, on the mechanical sealing behavior of OPA highlights the need for a detailed site-specific material characterization for a future repository. N2 - Geologische Tiefenlager stellen eine vielversprechende Lösung für die Endlagerung von Atommüll dar. Aufgrund seiner geringen hydraulischen Durchlässigkeit, hohen Sorptionskapazität von Schadstoffen sowie seines Selbstabdichtungspotentials von Rissen gilt Opalinuston (OPA) als geeignetes Wirtsgestein für die Langzeitlagerung von Atommüll in der Schweiz und in Deutschland. Die Tonformation weist jedoch eine lithologische und strukturelle Variabilität auf, die durch das Auftreten von karbonat- und quarzreichen Lagen, einer ausgeprägten Schichtung sowie tektonischen Elementen wie Störungszonen und Brüchen gekennzeichnet ist, was auf heterogene Gebirgseigenschaften hindeutet. Die Charakterisierung dieser Heterogenität im Hinblick auf die Eigenschaften des Wirtsgesteins ist für Sicherheitsvorhersagen zukünftiger Endlager von wesentlicher Bedeutung. Diese beinhaltet ein detailliertes Verständnis der mechanischen und hydraulischen Eigenschaften, des Deformationsverhaltens sowie der zugrunde liegenden Deformationsprozesse, die eine verbesserte Beurteilung des wirksamen Einschlusses sowie der Langzeitsicherheit eines Tiefenlagers in OPA ermöglichen. Vor diesem Hintergrund präsentiert diese Arbeit die Ergebnisse von triaxialen Verformungsexperimenten, die an intakten und künstlich gestörten Proben der quarzreichen, sandigen sowie tonigen Fazies von OPA durchgeführt worden sind. Ein besonderer Fokus ist hierbei auf den Einfluss der mineralogischen Zusammensetzung auf das Verformungsverhalten sowie die Reaktivierungs- und Abdichtungseigenschaften von bereits bestehenden Scherzonen und Rissen bei unterschiedlichen Randbedingungen (z. B. Druck, Temperatur, Dehnungsrate) gelegt worden. Im ersten Abschnitt werden die anisotropen mechanischen Eigenschaften der sandigen Fazies von OPA vorgestellt. Hierfür sind triaxiale Verformungsexperimente an getrockneten und wassergesättigten Proben durchgeführt worden, die in einem Winkel von 0°, 45° und 90° zur relativ zur vorhandenen Schichtung belastet worden sind. Mittels einer Paterson Gasdruckapparatur ist der Einfluss von Mantelspannung (50 – 100 MPa), Temperatur (25 – 200 °C) und Verformungsrate (1 × 10-3 – 5 × 10-6 s-1) auf das Deformationsverhalten untersucht worden. Die Experimente zeigen ein sprödes bis halbsprödes Verformungsverhalten der sandigen Fazies, wobei ein deutlicher Einfluss von Manteldruck, Wassersättigung sowie Schichtungsorientierung festgestellt werden konnte. Im Gegensatz dazu zeigt die Änderung von Temperatur und Verformungsrate keinen signifikanten Einfluss auf das Deformationsverhalten und die Festigkeitseigenschaften der sandigen Fazies. Verglichen mit der tonigen Fazies (Nüesch 1991) weist die sandige Fazies des OPA eine höhere Festigkeit und Steifigkeit auf. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das kurzfristige Verformungsverhalten getrockneter Proben beider Faziestypen bis zu erhöhten Druck- (<200 MPa) und Temperaturbedingungen (<200 °C) von kataklastischen Deformationsmechanismen dominiert wird. Im zweiten Teil werden die Ergebnisse von triaxialen Deformationsexperimenten beschrieben, die durchgeführt worden sind, um den Einfluss von bereits bestehenden Störungen auf das Verformungsverhalten von OPA zu untersuchen und wie die Reaktivierung von Scherflächen durch die Mineralzusammensetzung und den Manteldruck beeinflusst wird. Dazu sind getrocknete zylindrische Proben der sandigen und tonigen Fazies von OPA verwendet worden, die zuvor in einem Winkel von 30° zur Längsachse halbiert worden sind. Nach einer hydrostatischen Vorkonsolidierung bei 50 MPa Druck, sind die Proben bei einer konstanten axialen Verformungsrate und Mantelspannungen von 5, 20 und 35 MPa deformiert worden. Bei niedriger Mantelspannung wird die Reaktivierung der Scherfläche durch einen Spannungsabfall eingeleitet, wobei weitere Verformung durch stark lokalisierte Scherung aufgenommen wird. Mit zunehmender Mantelspannung kann ein Übergang zu halbsprödem Verformungsverhalten beobachtet werden, das durch einen zunehmenden Anteil von Matrixdeformation ohne dynamische Verwerfungsreaktivierung gekennzeichnet ist. Dabei weist die sandige Fazies einen höheren Reibungskoeffizienten (≈0,48) als die tonige Fazies (≈0,4) auf. Die Experimente zeigen, dass spröde Reaktivierung der Scherfläche bis zu einer Mantelspannung erfolgt, ab der die Scherfestigkeit der künstlichen Störung die Fließspannung der Matrix übersteigt. Entsprechend beginnt mit weiter ansteigender Mantelspannung die Partitionierung von Deformation in Scherung und Matrixverformung. Relaxations- und Wiederbelastungstests (Slide-Hold-Slide) zeigen negative bzw. vernachlässigbare Reibungsverheilung auf, was auf eine geringe Wiederverfestigung und folglich aseismisches Kriechen als Langzeitverhalten von Scherzonen in OPA hindeutet. Die Ergebnisse zeigen, dass die spröde Reaktivierung von Scherzonen in OPA durch eine starke Überkonsolidierung und in geringen Tiefen begünstigt werden kann, was das Risiko von Seismizität und die Bildung hydraulischer Fließwege erhöht. Der letzte Abschnitt veranschaulicht, wie die Transmissivität von Rissen in OPA von der wirkenden Normalspannung und Mineralzusammensetzung beeinflusst wird. Hierfür sind triaxiale Durchströmungsexperimente an getrockneten Proben der sandigen und tonigen Fazies von OPA durchgeführt worden, die eine künstlich angeraute Rissfläche enthielten. Um den Einfluss von Normalspannung, Mineralogie und Diagenese auf die hydraulische Rissverschließung zu untersuchen, sind darüber hinaus auch Risse in Schiefer, Grauwacke, Quarzit, Proben aus natürlichen Störungszonen und Granit getestet worden. Mit zunehmender Normalspannung konnte eine nichtlineare Abnahme der Risstransmissivität beobachtet werden, die nach Entlastung zu einer irreversiblen Reduktion der Transmissivität führt. Die Transmissivität von Gesteinen, die durch einen hohen Anteil mechanisch fester Minerale (z.B. Quarz) sowie einer hohen einaxialen Druckfestigkeit charakterisiert werden, reagieren robuster auf Spannungsänderungen. Dementsprechend zeigt die sandige Fazies von OPA im Vergleich zur tonigen Fazies eine höhere initale Risstransmissivität, die weniger empfindlich auf Spannungsänderungen reagiert. Obwohl die sandige Fazies im Vergleich zu der untersuchten Schieferprobe einen niedrigeren Schichtsilikatgehalt aufweist, reagiert die Risstransmissivität des Schiefers deutlich geringer auf Spannungsänderungen. Aus den Experimenten kann abgeleitet werden, dass für die Bewertung der hydraulischen Rissverschließung in schichtsilikatreichen Gesteinen neben der mineralischen Zusammensetzung weitere Faktoren, wie der Grad der Metamorphose sowie Zementierung und Konsolidierung, berücksichtigt werden müssen. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichten die Rolle der Mantelspannung auf das Deformationsverhalten von intaktem und künstlich gestörten OPA. Obwohl die quarzreiche sandige Fazies von OPA aufgrund ihrer höheren Scherfestigkeit und Steifigkeit als günstiger für die Konstruktion von Untertagebauwerken angesehen werden kann, weisen die präsentierten Ergebnisse darauf hin, dass diese vorteilhaften mechanischen Eigenschaften mit einer Verringerung der hydraulischen Abdichtungskapazität verbunden sind, d.h. wenn sich Risse in der sandigen Fazies entwickeln, sind diese hydraulisch leitfähiger und bleiben durchlässiger im Vergleich zu Rissen in der tonigen Fazies bei einer gegebenen Spannung. Die Ergebnisse können die Grundlage für die Entwicklung konstitutiver Modelle bilden, die zur Einschätzung der Integrität eines zukünftigen Endlagers herangezogen werden können. Der Einfluss der mineralogischen Zusammensetzung sowie der Konsolidierung auf die mechanischen und hydraulischen Eigenschaften von OPA zeigen die Notwendigkeit einer detaillierten, standortspezifischen Materialcharakterisierung für ein zukünftiges Endlager. KW - Opalinus Clay KW - triaxial deformation experiments KW - microstructural deformation mechanisms KW - fault reactivation KW - fracture transmissivity KW - Opalinuston KW - Reaktivierung von Störungszonen KW - Risstransmissivität KW - Mikrostrukturelle KW - Deformationsmechanismen KW - triaxiale Deformationsexperimente Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-566786 ER - TY - THES A1 - Schumacher, Rebecca Simone T1 - Diagnostik erworbener Dyslexien bei deutschsprachigen Personen mit Dyslexie T1 - Diagnosis of acquired dyslexias in German speakers with dyslexia BT - Entwicklung eines modellgeleiteten Testverfahrens zur Differentialdiagnose erworbener Dyslexien (DYMO) & vergleichende Fallstudien BT - development of a model-based test procedure for the differential diagnosis of acquired dyslexia (DYMO) & comparative case studies N2 - Die vorliegende Dissertation verfolgt das Ziel, die diagnostischen Möglichkeiten für das Stö-rungsbild der erworbenen Dyslexie bei deutschsprachigen Personen mit Dyslexie (PmD) zu erweitern und zu spezifizieren. In der Literatur werden verschiedene Sprachverarbeitungsmodelle diskutiert, die den kognitiven Prozess der Schriftsprachverarbeitung zu erklären versuchen. Alle Überlegungen, Erhebungen und Analysen dieser Dissertation fußen auf den theoretischen Annahmen des kognitiven Zwei-Routen-Lesemodells, welches zwischen lexikalisch-semantischer und segmentaler, sub-lexikalischer Verarbeitung beim Lesen unterscheidet und so die voneinander unabhängigen Fähigkeiten zum Lesen bekannter und unbekannter Wörter abbilden kann. Mit dem im Rahmen der Dissertation entwickelten, kognitiv orientierten Diagnostikverfahren DYMO (Dyslexie Mo-dellorientiert) soll durch die Erhebung der Lesefähigkeiten von PmD eine möglichst genaue modelltheoretische Verortung der Lesebeeinträchtigung erreicht und eine Grundlage für die Planung einer lesebezogenen Therapie geschaffen werden. Dabei werden auch Modellkomponenten des Zwei-Routen-Lesemodells berücksichtigt, die bisher im deutschsprachigen Raum noch nicht etabliert sind. Dazu zählen Unterkomponenten der Visuellen Analyse, die für die Identifikation von Buchstaben und das Kodieren von Buchstabenpositionen verantwortlich sind und Unterkomponenten der segmentalen Leseroute, die den einzelheitlichen Leseprozess auf dieser Modellroute schrittweise abbilden. Das Itemmaterial aus DYMO ist nach diversen psycholinguistisch kontrollierten Variablen kontrolliert. Hierbei werden auch Variablen berücksichtigt, die bisher in der Dyslexiediagnostik für deutschsprachige PmD nicht systematisch erfasst werden können, wie die Wortlänge und die graphematische Komplexität von Pseudowörtern. Die erste dieser Dissertation zugrundeliegende Publikation (Originalarbeit I) befasst sich mit den Parametern und Modellkomponenten, die für eine umfassende modelltheoretisch basierte Di-agnostik bei erworbener Dyslexie entscheidend sind. Es werden außerdem Überlegungen zu Fehlertypen-Kategorisierung angestellt. Die zweite Publikation (Originalarbeit II) stellt das Testverfahren DYMO dar. Das dazugehörige Handbuch liefert detaillierte Informationen zum Aufbau und der Konstruktion des Testverfah-rens, zur Durchführung und Auswertung der einzelnen Untertests und zur Einstufung einer Leistung in einen Leistungsbereich. Anhand von ausführlich beschriebenen Fallbeispielen zweier PmD werden die Durchführung, Auswertung, Interpretation und das Ableiten von Therapiezielen dargestellt. Die Ergebnisse dieser Fallbeschreibungen verdeutlichen die diagnostische Ergänzung durch DYMO und zeigen, dass das explizite Untersuchen der Unterkomponenten der Visuellen Analyse und der segmentalen Leseroute sowie der Einbezug der Variablen Wortlänge und gra-phematische Komplexität den Lesebefund spezifizieren und den Therapieeinstieg konkretisieren können. Die dritte Publikation (Originalarbeit III) zeigt in einer systematischen Vergleichsstudie anhand einer Fallserie von zwölf PmD die Unterschiede zwischen dem Diagnostikverfahren DYMO und einem weiteren kognitiv basierten Diagnostikverfahren. Es wird diskutiert, inwieweit DYMO eine sinnvolle Ergänzung im Diagnostikprozess erworbener Dyslexien darstellen kann. Außerdem werden leicht und schwer beeinträchtigte PmD in Gruppenanalysen verglichen, um zu prüfen, ob DYMO insbesondere bei leicht beeinträchtigten PmD eine Ergänzung bieten kann. Aufgrund des komplexeren Itemmaterials von DYMO (beispielsweise aufgrund der Kontrolle der Wortlänge) wurde angenommen, dass leicht beeinträchtigte PmD in DYMO-Untertests auffälligere Leseleistungen zeigen als in Aufgaben des gegenübergestellten anderen Diagnostikverfahrens. Diese Hypothese konnte teilweise bestätigt werden. Leicht beeinträchtigte PmD zeigten häufiger Längeneffekte als schwer beeinträchtigte PmD. Insgesamt fiel der Gruppenunterschied jedoch nicht so deutlich aus, wie erwartet. Mit dem kriteriumsorientiert normierten und finalisierten Material von DYMO wurden 17 PmD getestet. Ausführliche Befunde für jede einzelne PmD mit darauffolgenden Therapieimplikationen zeigen, dass insbesondere die Spezifizierung eines segmentalen Lesedefizits bei einer schwer beeinträchtigten Leistung im Lesen von Pseudowörtern zur erweiterten Aussage bezüglich des modelltheoretischen Störungsortes beitragen kann. Dies verdeutlicht die hohe Aussagekraft der DYMO-Untertests und die Relevanz einer spezifischen und detaillierten modellbasierten Befunderhebung für eine explizite, individuelle Therapieplanung bei erworbenen Dyslexien. N2 - The aim of this dissertation was to expand and specify the diagnostic possibilities for acquired dyslexia in German-speaking people with dyslexia (PwD). In previous studies, various language processing models have been discussed that attempt to explain the cognitive process of written language processing. All considerations and analyses of this dissertation are based on the theoretical assumptions of the cognitive dual-route-model of reading. This model distinguishes between lexical-semantic and segmental, sub-lexical processing in reading and can thus depict the independent abilities to read known and unknown words. The aim of the cognitive-oriented diagnostic assessment tool DYMO (Dyslexia Model-Oriented) that was developed in the context of this dissertation, is an accurate model-theoretical localisation of reading impairments by assessing the reading abilities of PwD and providing a basis for the plan-ning of a reading-related therapy. Model components of the dual-route-model of reading that have not yet been established in German-speaking countries are also taken into account. These include subcomponents of the visual analysis, which are responsible for the identification of letters and the encoding of letter positions, and subcomponents of the segmental reading route, which gradually map the individual reading process on this model route. The item material in DYMO is controlled for various psycholinguistic variables, also taking into account variables that have not yet been systematically assessed in dyslexia diagnostics for German-speaking PwD, such as word length and the graphematic complexity of pseudowords. The first publication in this dissertation (original work I) deals with the parameters and model components that are crucial for a comprehensive model-theory-based diagnosis of acquired dyslexia. It also considers error type categorisation. The second publication (original work II) presents the DYMO assessment tool. The accompany-ing manual provides detailed information on the structure and construction of the test proce-dure, the administration and evaluation of the individual subtests, and the classification of a PwD’s performance into a performance range. Case studies of two PwD are described in detail to illustrate the implementation, evaluation, interpretation, and derivation of therapy goals. The results of these case descriptions illustrate the additional diagnostic benefit of DYMO and show that the explicit examination of the subcomponents of the visual analysis and the segmental reading route as well as the inclusion of the variables word length and graphematic complexity can help in specifying the reading findings and substantiating the therapy intervention. The third publication (original work III) shows the differences between the diagnostic proce-dures DYMO and another model-based diagnostic tool in a systematic comparative study on the basis of a case series of twelve PwD. It is discussed to what extent DYMO can be a useful addi-tion in the diagnostic process of acquired dyslexia. In addition, mildly and severely impaired PwD are compared in group analyses with the aim of examining whether DYMO can offer a more ac-curate diagnosis particularly in mildly impaired PwD. Due to the more complex item material in DYMO it was assumed that mildly impaired PwD would show conspicuous reading performance only in DYMO subtests. This hypothesis was partially confirmed. Length effects were seen more often in mildly impaired PwD compared to severely impaired PwD. Overall, the group differences were not as clear as expected. Seventeen PwD were tested with the criterion-referenced normed and finalised material from DYMO. Detailed findings for each individual PwD with subsequent therapy implications show that especially the specification of a segmental reading deficit in cases of severely impaired per-formance in reading pseudowords can contribute to a more detailed statement regarding thera-py work. Additionally, the inclusion of the variable word length defined the underlying reading impairment for many PwD in this study. This shows the high informative value of the DYMO-subtasks and the importance of an exact model-theoretical localisation of the reading deficit for detailed therapy planning. KW - erworbene Dyslexie KW - Diagnostik KW - Zwei-Routen-Lesemodell KW - acquired dyslexia KW - diagnostic assessment KW - dual-route model of reading Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-554712 ER - TY - THES A1 - Schumacher, Jochen T1 - Entwicklung eines Industrie 4.0 Reifegradindex für produzierende Unternehmen T1 - Development of an Industry 4.0 maturity index for manufacturing companies N2 - Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Industrie 4.0 Reifegradindex für produzierende Unternehmen (KMU und Mittelstand) mit diskreter Produktion. Die Motivation zu dieser Arbeit entstand aus dem Zögern vieler Unternehmen – insbesondere KMU und Mittelstand – bei der Transformation in Richtung Industrie 4.0. Im Rahmen einer Marktstudie konnte belegt werden, dass 86 Prozent der befragten produzierenden Unternehmen kein für ihr Unternehmen geeignetes Industrie 4.0 Reifegradmodell gefunden haben, mit dem sie ihren Status Quo bewerten und Maßnahmen für einen höheren Grad der Reife ableiten könnten. Die Bewertung bestehender Reifegradmodelle zeigte Defizite hinsichtlich der Industrie 4.0 Abdeckung, der Betrachtung der sozio-technischen Dimensionen Mensch, Technik und Organisation sowie der Betrachtung von Management und Unternehmenskultur. Basierend auf den aktuellen Industrie 4.0 Technologien und Handlungsbereichen wurde ein neues, modular aufgebautes Industrie 4.0 Reifegradmodell entwickelt, das auf einer ganzheitlichen Betrachtung aller sozio-technischen Dimensionen Mensch, Technik und Organisation sowie deren Schnittstellen basiert. Das Modell ermittelt neben dem Overall Industry 4.0 Maturity Index (OI4MI) vier weitere Indizes zur Bewertung der Industrie 4.0 Reife des Unternehmens. Das Modell wurde bei einem Unternehmen validiert und steht nun als Template für darauf aufbauende Forschungsarbeiten zur Verfügung. N2 - The aim of this work is the development of an Industry 4.0 maturity index for manufacturing companies (SMEs and medium-sized companies) with discrete production. The motivation for this work arose from the hesitation of many companies – especially SMEs and medium-sized companies – in the transformation towards Industry 4.0. A market study showed that 86 percent of the manufacturing companies surveyed did not find an Industry 4.0 maturity model suitable for their company, with which they could assess their status quo and derive measures for a higher degree of maturity. The evaluation of existing maturity models showed deficits with regard to Industry 4.0 coverage, the consideration of the socio-technical dimensions of people, technology and organization as well as the consideration of management and corporate culture. Based on the current Industry 4.0 technologies and areas of action, a new, modular Industry 4.0 maturity model was developed, which is based on a holistic consideration of all socio-technical dimensions of people, technology and organization as well as their interfaces. In addition to the Overall Industry 4.0 Maturity Index (OI4MI), the model determines four other indices to eval-uate the company's Industry 4.0 maturity. The model was validated at a company and is now available as a template for research based on it. KW - Industrie 4.0 KW - Industry 4.0 KW - Reifegradmodell KW - maturity model KW - Produktion KW - production KW - Digitalisierung KW - digitalization KW - ERP KW - ERP KW - MES KW - MES KW - PLM KW - PLM KW - Smart Factory KW - smart factory KW - Supply Chain KW - supply chain KW - Produktlebenszyklus KW - product life cycle KW - Geschäftsmodelle KW - business models Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-554642 ER - TY - THES A1 - Schulte, Luise T1 - Dynamics of Larix (Mill.) species in Siberia during the last 50,000 years inferred from sedimentary ancient DNA T1 - Die Dynamik sibirischer Lärchenarten (Larix Mill.) während der der letzten 50.000 Jahre, untersucht mittels sedimentärer alter DNA N2 - The deciduous needle tree larch (Larix Mill.) covers more than 80% of the Asian boreal forests. Only a few Larix species constitute the vast forests and these species differ markedly in their ecological traits, most importantly in their ability to grow on and stabilize underlying permafrost. The pronounced dominance of the summergreen larches makes the Asian boreal forests unique, as the rest of the northern hemisphere boreal forests is almost exclusively dominated by evergreen needle-leaf forests. Global warming is impacting the whole world but is especially pronounced in the arctic and boreal regions. Although adapted to extreme climatic conditions, larch forests are sensitive to varying climatic conditions. By their sheer size, changes in Asian larch forests as range shifts or changes in species composition and the resulting vegetation-climate feedbacks are of global relevance. It is however still uncertain if larch forests will persist under the ongoing warming climate or if they will be replaced by evergreen forests. It is therefore of great importance to understand how these ecosystems will react to future climate warmings and if they will maintain their dominance. One step in the better understanding of larch dynamics is to study how the vast dominant forests developed and why they only established in northern Asia. A second step is to study how the species reacted to past changes in the climate. The first objective of this thesis was to review and identify factors promoting Asian larch dominance. I achieved this by synthesizing and comparing reported larch occurrences and influencing components on the northern hemisphere continents in the present and in the past. The second objective was to find a possibility to directly study past Larix populations in Siberia and specifically their genetic variation, enabling the study of geographic movements. For this, I established chloroplast enrichment by hybridization capture from sedimentary ancient DNA (sedaDNA) isolated from lake sediment records. The third objective was to use the established method to track past larch populations, their glacial refugia during the Last Glacial Maximum (LGM) around 21,000 years before present (ka BP), and their post-glacial migration patterns. To study larch promoting factors, I compared the present state of larch species ranges, areas of dominance, their bioclimatic niches, and the distribution on different extents and thaw depths of permafrost. The species comparison showed that the bioclimatic niches greatly overlap between the American and Asian species and that it is only in the extremely continental climates in which only the Asian larch species can persist. I revealed that the area of dominance is strongly connected to permafrost extent but less linked to permafrost seasonal thaw depths. Comparisons of the paleorecord of larch between the continents suggest differences in the recolonization history. Outside of northern Asia and Alaska, glacial refugial populations of larch were confined to the southern regions and thus recolonization could only occur as migration from south to north. Alaskan larch populations could not establish wide-range dominant forest which could be related to their own genetically depletion as separated refugial population. In Asia, it is still unclear whether or not the northern refugial populations contributed and enhanced the postglacial colonization or whether they were replaced by populations invading from the south in the course of climate warming. Asian larch dominance is thus promoted partly by adaptions to extremely continental climates and by adaptations to grow on continuous permafrost but could be also connected to differences in glacial survival and recolonization history of Larix species. Except for extremely rare macrofossil findings of fossilized cones, traditional methods to study past vegetation are not able to distinguish between larch species or populations. Within the scope of this thesis, I therefore established a method to retrieve genetic information of past larch populations to distinguish between species. Using the Larix chloroplast genome as target, I successfully applied the method of DNA target enrichment by hybridization capture on sedaDNA samples from lake records and showed that it is able to distinguish between larch species. I then used the method on samples from lake records from across Siberia dating back up to 50 ka BP. The results allowed me to address the question of glacial survival and post-glacial recolonization mode in Siberian larch species. The analyzed pattern showed that LGM refugia were almost exclusively constituted by L. gmelinii, even in sites of current L. sibirica distribution. For included study sites, L. sibirica migrated into its extant northern distribution area only in the Holocene. Consequently, the post-glacial recolonization of L. sibirica was not enhanced by northern glacial refugia. In case of sites in extant distribution area of L. gmelinii, the absence of a genetic turn-over point to a continuous population rather than an invasion of southern refugia. The results suggest that climate has a strong influence on the distribution of Larix species and that species may also respond differently to future climate warming. Because species differ in their ecological characteristics, species distribution is also relevant with respect to further feedbacks between vegetation and climate. With this thesis, I give an overview of present and past larch occurrences and evaluate which factors promote their dominance. Furthermore, I provide the tools to study past Larix species and give first important insights into the glacial history of Larix populations. N2 - Der sommergrüne Nadelbaum Lärche (Larix Mill.) bedeckt mehr als 80 % der Fläche der borealen Wälder Asiens. Nur wenige Lärchenarten bilden ausgedehnte Wälder und diese Arten unterscheiden sich deutlich in ihren ökologischen Eigenschaften, vor allem in ihrer Fähigkeit, auf Permafrost zu wachsen und diesen zu stabilisieren. Die ausgeprägte Dominanz der sommergrünen Lärchen macht die asiatischen borealen Wälder einzigartig, da der Rest der borealen Wälder der Nordhalbkugel fast ausschließlich von immergrünen Nadelwäldern dominiert wird. Die Klimaerwärmung wirkt sich auf die ganze Welt aus, ist aber in den arktischen und borealen Regionen besonders ausgeprägt. Obwohl die Lärchenwälder an extreme klimatische Bedingungen angepasst sind, reagieren sie empfindlich auf klimatische Schwankungen. Aufgrund ihrer schieren Größe sind Veränderungen in asiatischen Lärchenwäldern, wie z. B. Verschiebungen des Verbreitungsgebiets oder Veränderungen in der Artenzusammensetzung und die daraus resultierenden Rückkopplungen zwischen Vegetation und Klima, von globaler Bedeutung. Es ist jedoch noch ungewiss, ob die Lärchenwälder unter der fortschreitenden Klimaerwärmung bestehen bleiben oder durch immergrüne Wälder ersetzt werden. Es ist daher von großer Bedeutung zu verstehen, wie diese Ökosysteme auf die künftige Klimaerwärmung reagieren werden und ob sie ihre Dominanz behalten werden. Ein Schritt zum besseren Verständnis der Lärchendynamik besteht darin, zu untersuchen, wie die riesigen dominanten Wälder von heute entstanden sind und warum sie sich nur in Nordasien etabliert haben. In einem zweiten Schritt soll untersucht werden, wie die Art auf vergangene Klimaveränderungen reagiert hat. Das erste Ziel dieser Arbeit bestand darin, die Faktoren zu ermitteln, die die Dominanz der asiatischen Lärche begünstigen. Dies erreichte ich, indem ich die dokumentierten Lärchenvorkommen und die sie beeinflussenden Komponenten auf den Kontinenten der nördlichen Hemisphäre in der Gegenwart und in der Vergangenheit gesammelt und verglichen habe. Das zweite Ziel bestand darin, eine Möglichkeit zu finden, frühere Lärchenpopulationen in Sibirien und insbesondere ihre genetische Variation direkt zu studieren, um geografische Bewegungen untersuchen zu können. Dafür etablierte ich die Methode der Anreicherung von Chloroplasten durch Hybridisierung von alter sedimentärer DNA (sedaDNA) isoliert aus Seesedimenten. Das dritte Ziel bestand darin, die etablierte Methode zu nutzen, um vergangene Lärchenpopulationen, ihre eiszeitlichen Refugien während des letzten glazialen Maximums (LGM) um ca. 21.000 Jahre vor der Gegenwart (ka BP) und ihre nacheiszeitlichen Migrationsmuster zu verfolgen. Um die Faktoren zu untersuchen, die die Ausbreitung der Lärche begünstigen, verglich ich den gegenwärtigen Stand der Verbreitungsgebiete der Lärchenarten, die Gebiete, in denen sie vorherrschen, ihre bioklimatischen Nischen und die Verteilung auf verschiedene Ausdehnungen und Auftautiefen des Permafrosts. Der Artenvergleich zeigte, dass sich die bioklimatischen Nischen der amerikanischen und asiatischen Arten stark überschneiden und dass nur in den extrem kontinentalen Klimazonen ausschließlich die asiatischen Lärchenarten überleben können. Es zeigte sich, dass das Verbreitungsgebiet stark mit der Permafrostausdehnung zusammenhängt, aber weniger mit der saisonalen Auftautiefe des Permafrosts. Der Vergleich vergangener Lärchenvorkommen zwischen den Kontinenten deutet auf Unterschiede in der Rekolonisationsgeschichte hin. Außerhalb Nordasiens und Alaskas waren die eiszeitlichen Lärchenpopulationen auf die südlichen Regionen beschränkt, so dass die Wiederbesiedlung nur als Wanderung von Süden nach Norden erfolgen konnte. Die Lärchenpopulationen in Alaska konnten keinen weiträumig dominanten Wald etablieren, was mit ihrer eigenen genetischen Verarmung als abgeschiedene Refugialpopulation zusammenhängen könnte. In Asien ist noch unklar, ob die nördlichen Refugialpopulationen zur nacheiszeitlichen Besiedlung beigetragen und diese verstärkt haben oder ob sie im Zuge der Klimaerwärmung durch von Süden eindringende Populationen ersetzt wurden. Die Dominanz der asiatischen Lärche wird also zum Teil durch Anpassungen an das extrem kontinentale Klima und durch Anpassungen an das Wachstum auf kontinuierlichem Permafrost begünstigt, könnte aber auch mit Unterschieden in der glazialen Überlebens- und Rekolonisationsgeschichte der Larix-Arten zusammenhängen. Abgesehen von den äußerst seltenen Makrofossilienfunden versteinerter Zapfen sind die herkömmlichen Methoden zur Untersuchung der vergangenen Vegetation nicht in der Lage, zwischen Lärchenarten oder -populationen zu unterscheiden. Im Rahmen dieser Arbeit habe ich daher eine Methode zur Gewinnung genetischer Informationen früherer Lärchenpopulationen entwickelt, um zwischen den Arten zu unterscheiden. Unter Verwendung des Larix-Chloroplastengenoms habe ich die Methode der DNA-Anreicherung durch Hybridisierung erfolgreich auf sedaDNA-Proben aus See-sedimentbohrkernen angewandt und gezeigt, dass die Methode erlaubt zwischen Lärchenarten zu unterscheiden. Anschließend wendete ich die Methode auf Proben aus Seen in ganz Sibirien an, die bis zu 50 ka BP zurückreichen. Anhand der Ergebnisse konnte ich zur Beantwortung der Frage beitragen, welche sibirische Lärchenarten während des LGM überlebten und wie die postglaziale Wiederbesiedlung stattfand. Das analysierte Muster zeigte, dass die LGM-Refugien fast ausschließlich von L. gmelinii gebildet wurden, selbst an Orten, an denen heute L. sibirica verbreitet ist. In den untersuchten Gebieten ist L. sibirica erst im Holozän in ihr heutiges nördliches Verbreitungsgebiet eingewandert. Folglich wurde die nacheiszeitliche Wiederbesiedlung von L. sibirica nicht durch nördliche eiszeitliche Refugien gefördert. Im Falle der Standorte im heutigen Verbreitungsgebiet von L. gmelinii deutet das Fehlen eines Wechsels genetischer Variation eher auf eine kontinuierliche Population als auf eine Invasion aus südlichen Refugien hin. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Klima einen starken Einfluss auf die Verbreitung von Larix-Arten hat und die Arten auch auf zukünftige Klimaerwärmung unterschiedlich reagieren könnten. Da die Arten sich in ihren ökologischen Eigenschaften unterscheiden, ist eine Änderung in der Verbreitung der Arten auch im Hinblick auf weitere Rückkopplungen zwischen Vegetation und Klima relevant. In dieser Arbeit gebe ich einen Überblick über die heutigen und früheren Lärchenvorkommen und bewerte, welche Faktoren ihre Dominanz begünstigen. Darüber hinaus stelle ich eine Methode zur Untersuchung vergangener Lärchenarten bereit und gebe erste wichtige Einblicke in ihre glaziale Geschichte. KW - ancient DNA KW - ancient sedimentary DNA KW - Larix KW - larch KW - glacial refugia KW - postglacial recolonization KW - phylogeography KW - hybridization capture KW - target enrichment KW - shotgun sequencing KW - chloroplast KW - Siberia KW - Larix KW - Sibirien KW - alte DNA KW - alte sedimentäre DNA KW - Chloroplast KW - glaziale Refugien KW - Lärche KW - Phylogeographie KW - nacheiszeitliche Wiederbesiedlung KW - Shotgun Sequenzierung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-558782 ER - TY - THES A1 - Schrauth, Philipp T1 - Agglomerations, air quality and urban transformation T1 - Ballungsräume, Luftqualität und städtischer Wandel N2 - Die vorliegende Dissertation stellt empirische Untersuchungen über den Zusammenhang von städtischem Leben und dessen ökonomische Kosten, insbesondere für die Umwelt, an. Dabei werden zum einen bestehende Forschungslücken des Einflusses von Bevölkerungsdichte auf die Luftqualität geschlossen und zum anderen innovative Politikmaßnahmen im Verkehrsbereich untersucht, die Ballungsräume nachhaltiger gestalten sollen. Im Zentrum der Betrachtungen stehen Luftverschmutzung, Staus und Verkehrsunfälle, die für Fragen der allgemeinen Wohlfahrt bedeutend sind und erhebliche Kostenfaktoren für urbanes Leben darstellen. Von ihnen ist ein beträchtlicher Anteil der Weltbevölkerung betroffen. Während im Jahr 2018 bereits 55% der Menschen weltweit in Städten lebten, soll dieser Anteil bis zum Jahr 2050 ungefähr 68% betragen. Die vier in sich geschlossenen Kapitel dieser Arbeit lassen sich in zwei Abschnitte aufteilen: In den Kapiteln 2 und 3 werden neue kausale Erkenntnisse über das komplexe Zusammenspiel von städtischen Strukturen und Luftverschmutzung erbracht. Kapitel 4 und 5 untersuchen anschließend politische Maßnahmen zur Förderung nicht-motorisierter Verkehrsmittel und deren Einfluss auf Luftqualität sowie Staugeschehen und Verkehrsunfälle. N2 - The present dissertation conducts empirical research on the relationship between urban life and its economic costs, especially for the environment. On the one hand, existing gaps in research on the influence of population density on air quality are closed and, on the other hand, innovative policy measures in the transport sector are examined that are intended to make metropolitan areas more sustainable. The focus is on air pollution, congestion and traffic accidents, which are important for general welfare issues and represent significant cost factors for urban life. They affect a significant proportion of the world's population. While 55% of the world's people already lived in cities in 2018, this share is expected to reach approximately 68% by 2050. The four self-contained chapters of this thesis can be divided into two sections: Chapters 2 and 3 provide new causal insights into the complex interplay between urban structures and air pollution. Chapters 4 and 5 then examine policy measures to promote non-motorised transport and their influence on air quality as well as congestion and traffic accidents. KW - air quality KW - urban transformation KW - public transport KW - cycling KW - population density KW - Luftqualität KW - Radverkehr KW - Bevölkerungsdichte KW - Öffentliche Verkehrsmittel KW - städtischer Wandel KW - Verkehr KW - traffic KW - Städte KW - cities KW - Umwelt KW - environment Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-586087 ER - TY - THES A1 - Schlemm, Tanja T1 - The marine ice cliff instability of the Antarctic ice sheet T1 - Die marine Eisklippeninstabilität des antarktischen Eisschildes BT - a theory of mélange-buttressed cliff calving and its application in the Parallel Ice Sheet Model BT - eine Theorie des Mélange-gebremsten Klippenkalbens und ihre Anwendung im Parallel Ice Sheet Model N2 - The Antarctic ice sheet is the largest freshwater reservoir worldwide. If it were to melt completely, global sea levels would rise by about 58 m. Calculation of projections of the Antarctic contribution to sea level rise under global warming conditions is an ongoing effort which yields large ranges in predictions. Among the reasons for this are uncertainties related to the physics of ice sheet modeling. These uncertainties include two processes that could lead to runaway ice retreat: the Marine Ice Sheet Instability (MISI), which causes rapid grounding line retreat on retrograde bedrock, and the Marine Ice Cliff Instability (MICI), in which tall ice cliffs become unstable and calve off, exposing even taller ice cliffs. In my thesis, I investigated both marine instabilities (MISI and MICI) using the Parallel Ice Sheet Model (PISM), with a focus on MICI. N2 - Der antarktische Eisschild ist das größte Süßwasserreservoir der Welt. Würde er vollständig schmelzen, würde der globale Meeresspiegel um etwa 58 m ansteigen. Die Ermittlung von Prognosen über den Beitrag der Antarktis zum Anstieg des Meeresspiegels infolge der globalen Erwärmung ist ein fortlaufender Prozess, der große Unterschiede in den Vorhersagen zur Folge hat. Einer der Gründe dafür sind Ungewissheiten im Zusammenhang mit der Physik der Eisschildmodellierung. Zu diesen Unsicherheiten gehören zwei Prozesse, die zu einem unkontrollierten Eisrückzug führen könnten: die Marine Ice Sheet Instability (MISI), die zu einem schnellen Rückzug der Grundlinie auf rückläufigem Grundgestein führt, und die Marine Ice Cliff Instability (MICI), bei der hohe Eisklippen instabil werden und abkalben, wodurch noch höhere Eisklippen freigelegt werden. In meiner Dissertation untersuchte ich beide marinen Instabilitäten (MISI und MICI) mit Hilfe des Parallel Ice Sheet Model (PISM), wobei der Schwerpunkt auf MICI lag. KW - Antarctica KW - ice sheet modelling KW - iceberg calving KW - Antarktis KW - Eisschildmodellierung KW - Eisbergkalbung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-586333 ER - TY - THES A1 - Schirneck, Friedrich Martin T1 - Enumeration algorithms in data profiling N2 - Data profiling is the extraction of metadata from relational databases. An important class of metadata are multi-column dependencies. They come associated with two computational tasks. The detection problem is to decide whether a dependency of a given type and size holds in a database. The discovery problem instead asks to enumerate all valid dependencies of that type. We investigate the two problems for three types of dependencies: unique column combinations (UCCs), functional dependencies (FDs), and inclusion dependencies (INDs). We first treat the parameterized complexity of the detection variants. We prove that the detection of UCCs and FDs, respectively, is W[2]-complete when parameterized by the size of the dependency. The detection of INDs is shown to be one of the first natural W[3]-complete problems. We further settle the enumeration complexity of the three discovery problems by presenting parsimonious equivalences with well-known enumeration problems. Namely, the discovery of UCCs is equivalent to the famous transversal hypergraph problem of enumerating the hitting sets of a hypergraph. The discovery of FDs is equivalent to the simultaneous enumeration of the hitting sets of multiple input hypergraphs. Finally, the discovery of INDs is shown to be equivalent to enumerating the satisfying assignments of antimonotone, 3-normalized Boolean formulas. In the remainder of the thesis, we design and analyze discovery algorithms for unique column combinations. Since this is as hard as the general transversal hypergraph problem, it is an open question whether the UCCs of a database can be computed in output-polynomial time in the worst case. For the analysis, we therefore focus on instances that are structurally close to databases in practice, most notably, inputs that have small solutions. The equivalence between UCCs and hitting sets transfers the computational hardness, but also allows us to apply ideas from hypergraph theory to data profiling. We devise an discovery algorithm that runs in polynomial space on arbitrary inputs and achieves polynomial delay whenever the maximum size of any minimal UCC is bounded. Central to our approach is the extension problem for minimal hitting sets, that is, to decide for a set of vertices whether they are contained in any minimal solution. We prove that this is yet another problem that is complete for the complexity class W[3], when parameterized by the size of the set that is to be extended. We also give several conditional lower bounds under popular hardness conjectures such as the Strong Exponential Time Hypothesis (SETH). The lower bounds suggest that the running time of our algorithm for the extension problem is close to optimal. We further conduct an empirical analysis of our discovery algorithm on real-world databases to confirm that the hitting set perspective on data profiling has merits also in practice. We show that the resulting enumeration times undercut their theoretical worst-case bounds on practical data, and that the memory consumption of our method is much smaller than that of previous solutions. During the analysis we make two observations about the connection between databases and their corresponding hypergraphs. On the one hand, the hypergraph representations containing all relevant information are usually significantly smaller than the original inputs. On the other hand, obtaining those hypergraphs is the actual bottleneck of any practical application. The latter often takes much longer than enumerating the solutions, which is in stark contrast to the fact that the preprocessing is guaranteed to be polynomial while the enumeration may take exponential time. To make the first observation rigorous, we introduce a maximum-entropy model for non-uniform random hypergraphs and prove that their expected number of minimal hyperedges undergoes a phase transition with respect to the total number of edges. The result also explains why larger databases may have smaller hypergraphs. Motivated by the second observation, we present a new kind of UCC discovery algorithm called Hitting Set Enumeration with Partial Information and Validation (HPIValid). It utilizes the fast enumeration times in practice in order to speed up the computation of the corresponding hypergraph. This way, we sidestep the bottleneck while maintaining the advantages of the hitting set perspective. An exhaustive empirical evaluation shows that HPIValid outperforms the current state of the art in UCC discovery. It is capable of processing databases that were previously out of reach for data profiling. N2 - Data Profiling ist die Erhebung von Metadaten über relationale Datenbanken. Eine wichtige Klasse von Metadaten sind Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Spalten. Für diese gibt es zwei wesentliche algorithmische Probleme. Beim Detektionsproblem soll entschieden werden, ob eine Datenbank eine Abhängigkeit eines bestimmt Typs und Größe aufweist; beim Entdeckungsproblem müssen dagegen alle gültigen Abhängigkeiten aufgezählt werden. Wir behandeln beide Probleme für drei Typen von Abhängigkeiten: eindeutige Spaltenkombinationen (UCCs), funktionale Abhängigkeiten (FDs) und Inklusionsabhängigkeiten (INDs). Wir untersuchen zunächst deren parametrisierte Komplexität und beweisen, dass die Detektion von UCCs und FDs W[2]-vollständig ist, wobei die Größe der Abhängigkeit als Parameter dient. Ferner identifizieren wir die Detektion von INDs als eines der ersten natürlichen W[3]-vollständigen Probleme. Danach klären wir die Aufzählungskomplexität der drei Entdeckungsprobleme, indem wir lösungserhaltende Äquivalenzen zu bekannten Aufzählungsproblemen konstruieren. Die Entdeckung von UCCs zeigt sich dabei als äquivalent zum berühmten Transversal-Hypergraph-Problem, bei dem die Hitting Sets eines Hypergraphens aufzuzählen sind. Die Entdeckung von FDs ist äquivalent zum simultanen Aufzählen der Hitting Sets mehrerer Hypergraphen und INDs sind äquivalent zu den erfüllenden Belegungen antimonotoner, 3-normalisierter boolescher Formeln. Anschließend beschäftigen wir uns mit dem Entwurf und der Analyse von Entdeckungsalgorithmen für eindeutige Spaltenkombinationen. Es ist unbekannt, ob alle UCCs einer Datenbank in worst-case ausgabepolynomieller Zeit berechnet werden können, da dies genauso schwer ist wie das allgemeine Transversal-Hypergraph-Problem. Wir konzentrieren uns daher bei der Analyse auf Instanzen, die strukturelle Ähnlichkeiten mit Datenbanken aus der Praxis aufweisen; insbesondere solche, deren Lösungen sehr klein sind. Die Äquivalenz zwischen UCCs und Hitting Sets überträgt zwar die algorithmische Schwere, erlaubt es uns aber auch Konzepte aus der Theorie von Hypergraphen auf das Data Profiling anzuwenden. Wir entwickeln daraus einen Entdeckungsalgorithmus, dessen Berechnungen auf beliebigen Eingaben nur polynomiellen Platz benötigen. Ist zusätzlich die Maximalgröße der minimalen UCCs durch eine Konstante beschränkt, so hat der Algorithmus außerdem polynomiell beschränkten Delay. Der zentrale Baustein unseres Ansatzes ist das Erweiterbarkeitsproblem für minimale Hitting Sets, das heißt, die Entscheidung, ob eine gegebene Knotenmenge in einer minimalen Lösung vorkommt. Wir zeigen, dass dies, mit der Größe der Knotenmenge als Parameter, ein weiteres natürliches Problem ist, welches vollständig für die Komplexitätsklasse W[3] ist. Außerdem beweisen wir bedingte untere Laufzeitschranken unter der Annahme gängiger Schwere-Vermutungen wie der Starken Exponentialzeithypothese (SETH). Dies belegt, dass die Laufzeit unseres Algorithmus für das Erweiterbarkeitsproblem beinahe optimal ist. Eine empirische Untersuchung unseres Entdeckungsalgorithmus auf realen Daten bestätigt, dass die Hitting-Set-Perspektive auch praktische Vorteile für das Data Profiling hat. So sind die Berechnungzeiten für das Finden der UCCs bereits sehr schnell und der Speicherverbrauch unseres Ansatzes ist deutlich geringer als der existierender Methoden. Die Untersuchung zeigt auch zwei interessante Verbindungen zwischen Datenbanken und ihren zugehörigen Hypergraphen: Einerseits sind die Hypergraphen, die alle relevanten Informationen enthalten, meist viel kleiner als die Eingabe-Datenbanken, andererseits ist die Berechnung dieser Hypergraphen die eigentliche Engstelle in der Praxis. Sie nimmt in der Regel viel mehr Zeit in Anspruch, als das Aufzählen aller Lösungen. Dies steht im deutlichen Gegensatz zu den bekannten theoretischen Resultaten, die besagen, dass die Hypergraph-Vorberechnung polynomiell ist, während der Aufzählungsschritt exponentielle Zeit benötigen kann. Um die erste Beobachtung zu formalisieren, führen wir ein Maximum-Entropie-Modell für nicht-uniforme Hypergraphen ein und zeigen, dass die erwartete Anzahl ihrer minimalen Hyperkanten einen Phasenübergang druchläuft. Unsere Ergebnisse erklären auch warum größere Datenbanken mitunter kleinere Hypergraphen haben. Die zweite Beobachtung inspiriert uns zu einen Entdeckungsalgorithmus neuer Art, „Hitting Set Enumeration with Partial Information and Validation“ (HPIValid). Dieser nutzt die schnellen Aufzählungszeiten auf praktischen Daten aus, um die langwierige Berechnung des zu Grunde liegenden Hypergraphens zu beschleunigen. Dadurch umgehen wir die Engstelle und können gleichzeitig die Vorteile der Hitting-Set-Perspektive beibehalten. Eine ausgiebige empirische Analyse zeigt, dass HPIValid den aktuellen Stand der Technik im Bereich der UCC-Entdeckung deutlich übertrifft. HPIValid kann Datenbanken verarbeiten, für die Data Profiling zuvor unmöglich war. T2 - Aufzählungsalgorithmen für das Data Profiling KW - Chernoff-Hoeffding theorem KW - data profiling KW - enumeration algorithms KW - hitting sets KW - PhD thesis KW - transversal hypergraph KW - unique column combinations KW - Satz von Chernoff-Hoeffding KW - Dissertation KW - Data Profiling KW - Aufzählungsalgorithmen KW - Hitting Sets KW - Transversal-Hypergraph KW - eindeutige Spaltenkombination Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-556726 ER - TY - THES A1 - Schemenz, Victoria T1 - Correlations between osteocyte lacuno-canalicular network and material characteristics in bone adaptation and regeneration T1 - Korrelationen zwischen dem lakuno-kanalikulären Netzwerk der Osteozyten und Materialeigenschaften bei der Knochenanpassung und -regeneration N2 - The complex hierarchical structure of bone undergoes a lifelong remodeling process, where it adapts to mechanical needs. Hereby, bone resorption by osteoclasts and bone formation by osteoblasts have to be balanced to sustain a healthy and stable organ. Osteocytes orchestrate this interplay by sensing mechanical strains and translating them into biochemical signals. The osteocytes are located in lacunae and are connected to one another and other bone cells via cell processes through small channels, the canaliculi. Lacunae and canaliculi form a network (LCN) of extracellular spaces that is able to transport ions and enables cell-to-cell communication. Osteocytes might also contribute to mineral homeostasis by direct interactions with the surrounding matrix. If the LCN is acting as a transport system, this should be reflected in the mineralization pattern. The central hypothesis of this thesis is that osteocytes are actively changing their material environment. Characterization methods of material science are used to achieve the aim of detecting traces of this interaction between osteocytes and the extracellular matrix. First, healthy murine bones were characterized. The properties analyzed were then compared with three murine model systems: 1) a loading model, where a bone of the mouse was loaded during its life time; 2) a healing model, where a bone of the mouse was cut to induce a healing response; and 3) a disease model, where the Fbn1 gene is dysfunctional causing defects in the formation of the extracellular tissue. The measurement strategy included routines that make it possible to analyze the organization of the LCN and the material components (i.e., the organic collagen matrix and the mineral particles) in the same bone volumes and compare the spatial distribution of different data sets. The three-dimensional network architecture of the LCN is visualized by confocal laser scanning microscopy (CLSM) after rhodamine staining and is then subsequently quantified. The calcium content is determined via quantitative backscattered electron imaging (qBEI), while small- and wide-angle X-ray scattering (SAXS and WAXS) are employed to determine the thickness and length of local mineral particles. First, tibiae cortices of healthy mice were characterized to investigate how changes in LCN architecture can be attributed to interactions of osteocytes with the surrounding bone matrix. The tibial mid-shaft cross-sections showed two main regions, consisting of a band with unordered LCN surrounded by a region with ordered LCN. The unordered region is a remnant of early bone formation and exhibited short and thin mineral particles. The surrounding, more aligned bone showed ordered and dense LCN as well as thicker and longer mineral particles. The calcium content was unchanged between the two regions. In the mouse loading model, the left tibia underwent two weeks of mechanical stimulation, which results in increased bone formation and decreased resorption in skeletally mature mice. Here the specific research question addressed was how do bone material characteristics change at (re)modeling sites? The new bone formed in response to mechanical stimulation showed similar properties in terms of the mineral particles, like the ordered calcium region but lower calcium content compared to the right, non-loaded control bone of the same mice. There was a clear, recognizable border between mature and newly formed bone. Nevertheless, some canaliculi went through this border connecting the LCN of mature and newly formed bone. Additionally, the question should be answered whether the LCN topology and the bone matrix material properties adapt to loading. Although, mechanically stimulated bones did not show differences in calcium content compared to controls, different correlations were found between the local LCN density and the local Ca content depending on whether the bone was loaded or not. These results suggest that the LCN may serve as a mineral reservoir. For the healing model, the femurs of mice underwent an osteotomy, stabilized with an external fixator and were allowed to heal for 21 days. Thus, the spatial variations in the LCN topology with mineral properties within different tissue types and their interfaces, namely calcified cartilage, bony callus and cortex, could be simultaneously visualized and compared in this model. All tissue types showed structural differences across multiple length scales. Calcium content increased and became more homogeneous from calcified cartilage to bony callus to lamellar cortical bone. The degree of LCN organization increased as well, while the lacunae became smaller, as did the lacunar density between these different tissue types that make up the callus. In the calcified cartilage, the mineral particles were short and thin. The newly formed callus exhibited thicker mineral particles, which still had a low degree of orientation. While most of the callus had a woven-like structure, it also served as a scaffold for more lamellar tissue at the edges. The lamelar bone callus showed thinner mineral particles, but a higher degree of alignment in both, mineral particles and the LCN. The cortex showed the highest values for mineral length, thickness and degree of orientation. At the same time, the lacunae number density was 34% lower and the lacunar volume 40% smaller compared to bony callus. The transition zone between cortical and callus regions showed a continuous convergence of bone mineral properties and lacunae shape. Although only a few canaliculi connected callus and the cortical region, this indicates that communication between osteocytes of both tissues should be possible. The presented correlations between LCN architecture and mineral properties across tissue types may suggest that osteocytes have an active role in mineralization processes of healing. A mouse model for the disease marfan syndrome, which includes a genetic defect in the fibrillin-1 gene, was investigated. In humans, Marfan syndrome is characterized by a range of clinical symptoms such as long bone overgrowth, loose joints, reduced bone mineral density, compromised bone microarchitecture, and increased fracture rates. Thus, fibrillin-1 seems to play a role in the skeletal homeostasis. Therefore, the present work studied how marfan syndrome alters LCN architecture and the surrounding bone matrix. The mice with marfan syndrome showed longer tibiae than their healthy littermates from an age of seven weeks onwards. In contrast, the cortical development appeared retarded, which was observed across all measured characteristics, i. e. lower endocortical bone formation, looser and less organized lacuno-canalicular network, less collagen orientation, thinner and shorter mineral particles. In each of the three model systems, this study found that changes in the LCN architecture spatially correlated with bone matrix material parameters. While not knowing the exact mechanism, these results provide indications that osteocytes can actively manipulate a mineral reservoir located around the canaliculi to make a quickly accessible contribution to mineral homeostasis. However, this interaction is most likely not one-sided, but could be understood as an interplay between osteocytes and extra-cellular matrix, since the bone matrix contains biochemical signaling molecules (e.g. non-collagenous proteins) that can change osteocyte behavior. Bone (re)modeling can therefore not only be understood as a method for removing defects or adapting to external mechanical stimuli, but also for increasing the efficiency of possible osteocyte-mineral interactions during bone homeostasis. With these findings, it seems reasonable to consider osteocytes as a target for drug development related to bone diseases that cause changes in bone composition and mechanical properties. It will most likely require the combined effort of materials scientists, cell biologists, and molecular biologists to gain a deeper understanding of how bone cells respond to their material environment. N2 - Knochen haben eine komplexe hierarchische Struktur, die einen lebenslangen Umbauprozess durchläuft, bei dem der Knochen sich seinen mechanischen Anforderungen anpasst. Um ein gesundes und stabiles Organ zu erhalten müssen Knochenresorption (durch Osteoklasten) und Knochenbildung (durch Osteoblasten) ausgewogen sein. Osteozyten lenken dieses Wechselspiel, indem sie mechanische Belastungen wahrnehmen und sie in biochemische Signale übersetzen. Die Osteozyten sitzen in Lakunen und sind durch Kanälchen untereinander und mit anderen Knochenzellen über ein Netzwerk (LCN) verbunden, das in der Lage ist, Ionen zu transportieren und eine Kommunikation von Zelle zu Zelle zu ermöglichen. Außerdem vermutet man, dass Osteozyten auch durch direkte Wechselwirkungen mit der umgebenden Matrix zur Mineralhomöostase beitragen könnten. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Frage, ob Osteozyten ihre materielle Umgebung aktiv verändern können. Um Spuren dieser Wechselwirkung zwischen Osteozyten und der extrazellulären Matrix nachzuweisen, werden materialwissenschaftliche Charakterisierungsmethoden eingesetzt. Zunächst wurden gesunde Mäuseknochen charakterisiert. Die erworbenen Ergebnisse wurden dann mit drei murinen Modellsystemen verglichen: 1) einem Belastungsmodell; 2) ein Heilungsmodell und 3) ein Krankheitsmodell, bei dem das Fbn1-Gen dysfunktional ist und Defekte in der Bildung des extrazellulären Gewebes verursacht werden. Die Messstrategie umfasste Routinen, die es ermöglichen, die Organisation des LCN und der Materialkomponenten (d.h. die organische Kollagenmatrix und die mineralischen Partikel) in denselben Knochenvolumina zu analysieren und die räumliche Verteilung der verschiedenen Datensätze zu vergleichen. Die dreidimensionale Netzwerkarchitektur des LCN wird durch konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie nach Rhodamin-Färbung gemessen und anschließend quantifiziert. Der Kalziumgehalt wird mittels quantitativer Rückstreuelektronenbildgebung bestimmt, während Klein- und Weitwinkel-Röntgenstreuung verwendet werden, um die Dicke und Länge der Mineralpartikel zu bestimmen. Zunächst wurden Querschnitte der Unterschenkel von gesunden Mäusen charakterisiert, um zu untersuchen, ob Veränderungen in der LCN-Architektur auf Wechselwirkungen von Osteozyten mit der umgebenden Knochenmatrix zurückgeführt werden können. Die Kortizes zeigten zwei Hauptregionen, ein Band mit ungeordneter LCN-Architektur, umgeben von einer Region mit geordneter LCN. Die ungeordnete Region ist ein Überbleibsel der frühen Knochenbildung und wies kurze und dünne Mineralpartikel auf. Der umgebende, stärker ausgerichtete Knochen zeigte ein geordnetes und dichtes LCN, sowie dickere und längere Mineralpartikel. Der Kalziumgehalt blieb bei beiden Regionen unverändert. Im Mausbelastungsmodell wurde das linke Schienbein zwei Wochen lang mechanisch stimuliert, was zu einer erhöhten Knochenbildung führt. Hier sollte die Forschungsfrage beantwortet werden, wie sich Knochenmaterialeigenschaften an (Re-)Modellierungsstellen aufgrund von Belastung ändern. Der, als Reaktion auf die mechanische Stimulation, gebildete neue Knochen zeigte ähnliche Eigenschaften in Bezug auf die Mineralpartikel, wie die geordnete Kortexregion. Es gab eine klar erkennbare Grenze zwischen reifem und neu gebildetem Knochen. Trotzdem gingen einige Kanälchen durch diese Grenze, die die LCN aus reifem und neu gebildetem Knochen verband. Für das Heilungsmodell wurden die Oberschenkel von Mäusen einer Osteotomie unterzogen (einer Operation, bei der durch einen Schnitt in der Diaphyse ein Bruch erzeugt wird). Danach konnte die Fraktur 21 Tage heilen. Dadurch konnten in diesem Modell gleichzeitig verkalkter Knorpel, knöcherner Kallus und Kortex untersucht werden. Dafür wurde die räumliche Verteilung der LCN-Topologie sowie die Mineraleigenschaften der verschiedenen Gewebetypen und ihrer Grenzflächen visualisiert und verglichen. Alle Gewebetypen zeigten strukturelle Unterschiede über mehrere Längenskalen hinweg. Der Kalziumgehalt nahm von kalzifiziertem Knorpel zu knöchernem Kallus zu lamellarem kortikalem Knochen zu und wurde homogener. Der Grad der LCN-Organisation nahm ebenfalls zu, während die Lakunen vom Kallus zum Kortexgewebe kleiner wurden, ebenso wie die Lakunendichte. Im verkalkten Knorpel waren die Mineralpartikel kurz und dünn. Der größte Teil des Kallus wies eine Geflechtsknochenstruktur auf und diente als Gerüst für lamellares Gewebe, das dünnere Mineralpartikel, aber einen höheren Grad an Ausrichtung sowohl in den Mineralpartikeln als auch im LCN aufwies. Der Kortex zeigte die höchsten Werte für Minerallänge, Dicke und Orientierungsgrad. Obwohl nur wenige Kanälchen den Kallus und kortikale Regionen verbinden, weist dies darauf hin, dass eine Kommunikation zwischen Osteozyten beider Gewebe möglich sein sollte. Es wurde auch ein Mausmodell für das Marfan-Syndrom untersucht, das einen Gendefekt im Fibrillin-1-Gen beinhaltet. Beim Menschen ist das Marfan-Syndrom durch eine Reihe klinischer Symptome gekennzeichnet, wie z. B. übermäßiges Wachstum der Gliedmaßen, überstreckbare Gelenke, verringerte Knochenmineraldichte, beeinträchtigte Knochenmikroarchitektur und erhöhte Frakturraten. Somit scheint Fibrillin-1 eine Rolle in der Skeletthomöostase zu spielen. Deswegen untersuchte die vorliegende Arbeit, ob und wie das Marfan-Syndrom die LCN-Architektur und die umgebende Knochenmatrix verändert. Die Mäuse mit Marfan-Syndrom zeigten bereits ab einem Alter von sieben Wochen längere Schienbeine als ihre gesunden Wurfgeschwister. Im Gegensatz dazu erschien die kortikale Entwicklung verzögert, was über alle gemessenen Merkmale hinweg beobachtet wurde, d.h. niedrigere endokortikale Knochenbildung, lockereres und weniger organisiertes LCN, geringerer Grad an Kollagenorientierung sowie ein Trend zu dünneren und kürzeren Mineralpartikel. In jedem der drei Modellsysteme fand diese Studie, dass Änderungen in der LCN-Architektur räumlich mit Parametern des Knochenmatrixmaterials korrelierten. Obwohl der genaue Mechanismus nicht bekannt ist, liefern diese Ergebnisse Hinweise darauf, dass Osteozyten ein Mineralreservoir aktiv manipulieren können. Dieses Reservoir befindet sich um die Kanälchen herum und dieser Prozess würde es ermöglichen, einen schnell zugänglichen Beitrag zur Mineralhomöostase zu leisten. Diese Interaktion ist jedoch höchstwahrscheinlich nicht einseitig, sondern könnte als Wechselspiel zwischen Osteozyten und extrazellulärer Matrix verstanden werden, da die Knochenmatrix biochemische Signalmoleküle enthält, die das Verhalten von Osteozyten verändern können. Knochen(re)modellierung kann daher nicht nur als Methode zur Defektbeseitigung oder Anpassung an äußere mechanische Reize verstanden werden, sondern auch zur Effizienzsteigerung möglicher Osteozyten-Mineral-Interaktionen während der Knochenhomöostase. Angesichts dieser Ergebnisse erscheint es sinnvoll, Osteozyten als Ziel für die Arzneimittelentwicklung im Zusammenhang mit Knochenerkrankungen in Betracht zu ziehen, die Veränderungen der Knochenzusammensetzung und deren mechanischen Eigenschaften verursachen. KW - bone KW - lacunae KW - mineralization KW - SAXS KW - lacuno-canalicular network KW - µCT KW - CLSM KW - konfokales Laser-Scanning-Mikroskop KW - Kleinwinkelröntgenstreuung KW - Knochen KW - Lakunen KW - lakuno-kanaliculäres Netzwerk KW - Mineralisierung KW - µCT Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-559593 ER - TY - THES A1 - Schanner, Maximilian Arthus T1 - Correlation based modeling of the archeomagnetic field T1 - Korrelationsbasierte Modellierung des archäomagnetischen Feldes N2 - The geomagnetic main field is vital for live on Earth, as it shields our habitat against the solar wind and cosmic rays. It is generated by the geodynamo in the Earth’s outer core and has a rich dynamic on various timescales. Global models of the field are used to study the interaction of the field and incoming charged particles, but also to infer core dynamics and to feed numerical simulations of the geodynamo. Modern satellite missions, such as the SWARM or the CHAMP mission, support high resolution reconstructions of the global field. From the 19 th century on, a global network of magnetic observatories has been established. It is growing ever since and global models can be constructed from the data it provides. Geomagnetic field models that extend further back in time rely on indirect observations of the field, i.e. thermoremanent records such as burnt clay or volcanic rocks and sediment records from lakes and seas. These indirect records come with (partially very large) uncertainties, introduced by the complex measurement methods and the dating procedure. Focusing on thermoremanent records only, the aim of this thesis is the development of a new modeling strategy for the global geomagnetic field during the Holocene, which takes the uncertainties into account and produces realistic estimates of the reliability of the model. This aim is approached by first considering snapshot models, in order to address the irregular spatial distribution of the records and the non-linear relation of the indirect observations to the field itself. In a Bayesian setting, a modeling algorithm based on Gaussian process regression is developed and applied to binned data. The modeling algorithm is then extended to the temporal domain and expanded to incorporate dating uncertainties. Finally, the algorithm is sequentialized to deal with numerical challenges arising from the size of the Holocene dataset. The central result of this thesis, including all of the aspects mentioned, is a new global geomagnetic field model. It covers the whole Holocene, back until 12000 BCE, and we call it ArchKalmag14k. When considering the uncertainties that are produced together with the model, it is evident that before 6000 BCE the thermoremanent database is not sufficient to support global models. For times more recent, ArchKalmag14k can be used to analyze features of the field under consideration of posterior uncertainties. The algorithm for generating ArchKalmag14k can be applied to different datasets and is provided to the community as an open source python package. N2 - Das geomagnetische Hauptfeld ist essenziell für das Leben auf der Erde, da es unseren Lebensraum gegen den Sonnenwind und kosmische Strahlung abschirmt. Es wird vom Geodynamo im Erdkern erzeugt und zeigt eine komplexe Dynamik auf unterschiedlichen Zeitskalen. Globale Modelle des Magnetfelds werden zur Studie der Wechselwirkung von einströmenden geladenen Teilchen genutzt, aber auch um Kerndynamiken zu untersuchen und um sie in numerische Simulationen des Geodynamos einzuspeisen. Moderne Satellitenmissionen, wie SWARM und CHAMP, stützen hochauflösende Rekonstruktionen des globalen Felds. Seit dem 19. Jahrhundert wird ein globales Netzwerk von magnetischen Observatorien aufgebaut. Es wächst stetig und globale Modelle können aus den Daten, die es liefert, konstruiert werden. Geomagnetische Feldmodelle, die weiter in der Zeit zurückreichen, basieren auf indirekten Beobachtungen des Felds, d.h. auf thermoremanenten Daten, wie gebrannten Tonen oder vulkanischen Gesteinen, und auf Sedimentdaten aus Seen und Meeren. Diese indirekten Beobachtungen werden mit (teilweise sehr hohen) Unsicherheiten geliefert, die aus den komplexen Datierungs- und Messmethoden resultieren. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer neuen Modellierungsmethode für das globale geomagnetische Feld während des Holozäns, welche die Unsicherheiten berücksichtigt und realistische Schätzungen für die Verlässlichkeit des Modells liefert. Dabei werden lediglich thermoremanente Daten betrachtet. Diesem Ziel wird sich zunächst genähert, indem ein Schnappschuss-Modell konstruiert wird, um die unregelmäßige räumliche Verteilung der Daten und die nichtlineare Beziehung zwischen Daten und Magnetfeld zu untersuchen. In einem Bayesianischen Rahmen wird ein auf Gaussprozessen basierender Algorithmus entwickelt und zunächst auf diskretisierte Daten angewendet. Dieser Algorithmus wird dann um eine zeitabhängige Komponente ergänzt und erweitert, um Datierungsfehler zu berücksichtigen. Zuletzt wird der Algorithmus sequenzialisiert, um mit numerischen Herausforderungen umzugehen, die aufgrund der Größe des Holozän-Datensatzes bestehen. Das zentrale Ergebnis dieser Arbeit, welches alle genannten Aspekte beinhaltet, ist ein neues globales geomagnetisches Feldmodell. Es deckt das gesamte Holozän ab, bis ins Jahr 12000 BCE, und wir nennen es ArchKalmag14k. Bei Betrachtung der Unsicherheiten, die gemeinsam mit dem Modell ermittelt werden, wird deutlich, dass die thermoremanente Datenbasis nicht ausreicht, um globale Modelle vor dem Jahr 6000 BCE zu stützen. Für jüngere Zeiträume kann ArchKalmag14k genutzt werden, um Merkmale des Erdmagnetfelds unter Berücksichtigung der a posteriori Unsicherheiten zu analysieren. Der Algorithmus, mit dem ArchKalmag14k erzeugt wurde, kann auf weitere Datensätze angewendet werden und wird als quelloffenes python-Paket zur Verfügung gestellt. KW - geomagnetism KW - applied mathematics KW - Gaussian processes KW - Kalman filter KW - Gauß-Prozesse KW - Kalman Filter KW - angewandte Mathematik KW - Geomagnetismus Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-555875 ER - TY - THES A1 - Samprogna Mohor, Guilherme T1 - Exploring the transferability of flood loss models across flood types N2 - The estimation of financial losses is an integral part of flood risk assessment. The application of existing flood loss models on locations or events different from the ones used to train the models has led to low performance, showing that characteristics of the flood damaging process have not been sufficiently well represented yet. To improve flood loss model transferability, I explore various model structures aiming at incorporating different (inland water) flood types and pathways. That is based on a large survey dataset of approximately 6000 flood-affected households which addresses several aspects of the flood event, not only the hazard characteristics but also information on the affected building, socioeconomic factors, the household's preparedness level, early warning, and impacts. Moreover, the dataset reports the coincidence of different flood pathways. Whilst flood types are a classification of flood events reflecting their generating process (e.g. fluvial, pluvial), flood pathways represent the route the water takes to reach the receptors (e.g. buildings). In this work, the following flood pathways are considered: levee breaches, river floods, surface water floods, and groundwater floods. The coincidence of several hazard processes at the same time and place characterises a compound event. In fact, many flood events develop through several pathways, such as the ones addressed in the survey dataset used. Earlier loss models, although developed with one or multiple predictor variables, commonly use loss data from a single flood event which is attributed to a single flood type, disregarding specific flood pathways or the coincidence of multiple pathways. This gap is addressed by this thesis through the following research questions: 1. In which aspects do flood pathways of the same (compound inland) flood event differ? 2. How much do factors which contribute to the overall flood loss in a building differ in various settings, specifically across different flood pathways? 3. How well can Bayesian loss models learn from different settings? 4. Do compound, that is, coinciding flood pathways result in higher losses than a single pathway, and what does the outcome imply for future loss modelling? Statistical analysis has found that households affected by different flood pathways also show, in general, differing characteristics of the affected building, preparedness, and early warning, besides the hazard characteristics. Forecasting and early warning capabilities and the preparedness of the population are dominated by the general flood type, but characteristics of the hazard at the object-level, the impacts, and the recovery are more related to specific flood pathways, indicating that risk communication and loss models could benefit from the inclusion of flood-pathway-specific information. For the development of the loss model, several potentially relevant predictors are analysed: water depth, duration, velocity, contamination, early warning lead time, perceived knowledge about self-protection, warning information, warning source, gap between warning and action, emergency measures, implementation of property-level precautionary measures (PLPMs), perceived efficacy of PLPMs, previous flood experience, awareness of flood risk, ownership, building type, number of flats, building quality, building value, house/flat area, building area, cellar, age, household size, number of children, number of elderly residents, income class, socioeconomic status, and insurance against floods. After a variable selection, descriptors of the hazard, building, and preparedness were deemed significant, namely: water depth, contamination, duration, velocity, building area, building quality, cellar, PLPMs, perceived efficacy of PLPMs, emergency measures, insurance, and previous flood experience. The inclusion of the indicators of preparedness is relevant, as they are rarely involved in loss datasets and in loss modelling, although previous studies have shown their potential in reducing losses. In addition, the linear model fit indicates that the explanatory factors are, in several cases, differently relevant across flood pathways. Next, Bayesian multilevel models were trained, which intrinsically incorporate uncertainties and allow for partial pooling (i.e. different groups of data, such as households affected by different flood pathways, can learn from each other), increasing the statistical power of the model. A new variable selection was performed for this new model approach, reducing the number of predictors from twelve to seven variables but keeping factors of the hazard, building, and preparedness, namely: water depth, contamination, duration, building area, PLPMs, insurance, and previous flood experience. The new model was trained not only across flood pathways but also across regions of Germany, divided according to general socioeconomic factors and insurance policies, and across flood events. The distinction across regions and flood events did not improve loss modelling and led to a large overlap of regression coefficients, with no clear trend or pattern. The distinction of flood pathways showed credibly distinct regression coefficients, leading to a better understanding of flood loss modelling and indicating one potential reason why model transferability has been challenging. Finally, new model structures were trained to include the possibility of compound inland floods (i.e. when multiple flood pathways coincide on the same affected asset). The dataset does not allow for verifying in which sequence the flood pathway waves occurred and predictor variables reflect only their mixed or combined outcome. Thus, two Bayesian models were trained: 1. a multi-membership model, a structure which learns the regression coefficients for multiple flood pathways at the same time, and 2. a multilevel model wherein the combination of coinciding flood pathways makes individual categories. The multi-membership model resulted in credibly different coefficients across flood pathways but did not improve model performance in comparison to the model assuming only a single dominant flood pathway. The model with combined categories signals an increase in impacts after compound floods, but due to the uncertainty in model coefficients and estimates, it is not possible to ascertain such an increase as credible. That is, with the current level of uncertainty in differentiating the flood pathways, the loss estimates are not credibly distinct from individual flood pathways. To overcome the challenges faced, non-linear or mixed models could be explored in the future. Interactions, moderation, and mediation effects, as well as non-linear effects, should also be further studied. Loss data collection should regularly include preparedness indicators, and either data collection or hydraulic modelling should focus on the distinction of coinciding flood pathways, which could inform loss models and further improve estimates. Flood pathways show distinct (financial) impacts, and their inclusion in loss modelling proves relevant, for it helps in clarifying the different contribution of influencing factors to the final loss, improving understanding of the damaging process, and indicating future lines of research. N2 - Die Schätzung finanzieller Schäden ist ein wesentlicher Bestandteil der Hochwasserrisikoanalyse. Die Anwendung bestehender Hochwasserschadensmodelle auf anderen Orten oder Ereignisse als jene, die zur Kalibrierung der Modelle verwendet wurden, hat zu einer geringen Modellgüte geführt. Dies zeigt, dass die Merkmale des Hochwasserschadensprozesses in den Modellen noch nicht hinreichend repräsentiert sind. Um die Übertragbarkeit von Hochwasserschadensmodellen zu verbessern, habe ich verschiedene Modellstrukturen untersucht, die darauf abzielen, unterschiedliche Hochwassertypen und wirkungspfade einzubeziehen. Dies geschieht auf der Grundlage eines großen Datensatzes von ca. 6000 Fällen überschwemmungsgeschädigter Haushalte, der mehrere Aspekte des Hochwasserereignisses berücksichtigt. Diese sind nicht nur die Gefährdungsmerkmale, sondern auch Informationen über das betroffene Gebäude, sozioökonomische Faktoren, die Vorsorge des Haushalts, die Frühwarnung und die Auswirkungen. Darüber hinaus enthält der Datensatz Informationen über das Vorkommen verschiedener Hochwasserwirkungspfade. Im Gegensatz zu den Hochwassertypen, die eine Klassifizierung von Hochwasserereignissen darstellen und deren Entstehungsprozess widerspiegeln (z. B. Fluss- oder Regenhochwasser), repräsentieren die Hochwasserwirkungspfade den Weg, den das Wasser nimmt, um die Rezeptoren (z. B. die Gebäude) zu erreichen. In dieser Arbeit werden folgende Hochwasserwirkungspfade betrachtet: Deichbrüche, Flusshochwasser, Überflutung durch oberflächlich abfließendes Wasser und Grundwasserhochwasser. Das Zusammentreffen mehrerer Gefahrenprozesse zur selben Zeit und am selben Ort kennzeichnet ein Verbundereignis (compound event). Tatsächlich entwickeln sich viele Hochwasserereignisse über mehrere Wirkungspfade, z. B. die vorher erwähnten. Frühere Schadensmodelle, die zwar mit einer oder mehreren Prädiktorvariablen entwickelt wurden, verwenden in der Regel Schadensdaten eines einzelnen Hochwasserereignisses, das einem bestimmten Hochwassertyp zugeordnet wird. Spezifische Hochwasserwirkungspfade oder das Zusammentreffen mehrerer Wirkungspfade werden dabei vernachlässigt. An dieser Forschungslücke setzt die vorliegende Arbeit mit folgenden Forschungsfragen an: 1) Inwiefern unterscheiden sich die Hochwasserwirkungspfade desselben (zusammengesetzten) Hochwasserereignisses? 2) Inwieweit unterscheiden sich die Faktoren, die zum gesamten Hochwasserschaden an einem Gebäude beitragen, in verschiedenen Situationen, insbesondere bei verschiedenen Hochwasserwirkungspfaden? 3) Wie gut können Bayes'sche Schadensmodelle aus verschiedenen Situationen lernen? 4) Führen gemischte, d. h. mehrere zusammentreffende Hochwasserwirkungspfade, zu höheren Schäden als ein einzelner Pfad und was bedeuten die Ergebnisse für die künftige Schadensmodellierung? Die statistische Analyse zeigt, dass Haushalte, die von verschiedenen Hochwasserwirkungspfaden betroffen sind, im Allgemeinen neben den Gefahrenmerkmalen auch unterschiedliche Eigenschaften des betroffenen Gebäudes sowie der Vorsorge und der Frühwarnung aufweisen. Die Variablen des Frühwarnsystems und die Vorsorge der Bevölkerung werden von dem allgemeinen Hochwassertyp dominiert, wohingegen die Merkmale der Gefahr auf Objektebene, die Auswirkungen und die Wiederherstellung von den spezifischeren Hochwasserwirkungspfaden dominiert. Dies deutet darauf hin, dass Risikokommunikation und Schadensmodelle von der Einbeziehung hochwasserwirkungspfad-spezifischer Informationen profitieren könnten. Für die Entwicklung des Schadensmodells wurden mehrere potenziell relevante Prädiktoren analysiert: Wassertiefe, Dauer, Geschwindigkeit, Verschmutzung, Vorwarnzeit, wahrgenommenes Wissen über Selbstschutz, Warninformation, Warnquelle, Zeitspanne zwischen Warnung und Handlung, Notfallmaßnahmen, Umsetzung von Vorsorgemaßnahmen auf Grundstücksebene (PLPMs), wahrgenommene Wirksamkeit von PLPMs, frühere Hochwassererfahrungen, Bewusstsein für das Hochwasserrisiko, Eigentumsverhältnisse, Gebäudetyp, Anzahl der Wohnungen, Gebäudequalität, Gebäudewert, Haus-/Wohnungsfläche, Gebäudefläche, Keller, Alter der befragten Person, Haushaltsgröße, Anzahl der Kinder, Anzahl der älteren Menschen, monatliches Einkommen sowie sozioökonomischer Status und Versicherung gegen Hochwasser. Nach einer Variablenauswahl wurden folgende Deskriptoren der Gefahr, des Gebäudes und der Vorbereitung als signifikant eingestuft: Wassertiefe, Verschmutzung, Überflutungsdauer, Geschwindigkeit, Gebäudefläche, Gebäudequalität, Keller, PLPMs, wahrgenommene Wirksamkeit von PLPMs, Notfallmaßnahmen, Versicherung und frühere Hochwassererfahrung. Die Einbeziehung der letztgenannten Gruppe von Faktoren ist von Bedeutung, da Indikatoren für die Vorsorge nur selten in Schadensdatensätze und Schadensmodellierung integriert werden, obwohl frühere Studien gezeigt haben, dass sie zur Verringerung von Schäden beitragen können. Die lineare Modellanpassung zeigte, dass die erklärenden Faktoren in mehreren Fällen je nach Hochwasserpfad unterschiedlich relevant sind. Als Nächstes wurden Bayes'sche Mehrebenenmodelle trainiert, die Unsicherheiten immanent einbeziehen und ein partielles Pooling ermöglichen. Das heißt, verschiedene Datengruppen (Haushalte, die von verschiedenen Hochwasserwirkungspfaden betroffen sind) können voneinander lernen, was die statistische Aussagekraft des Modells erhöht. Für diesen neuen Modellansatz wurde eine aktualisierte Variablenauswahl getroffen, bei der die Anzahl der Prädiktoren von zwölf auf sieben reduziert wurde, aber Faktoren der Gefahr, des Gebäudes und der Vorbereitung beibehalten wurden. Diese sind Wassertiefe, Verschmutzung, Dauer, Gebäudefläche, PLPMs, Versicherung und frühere Hochwassererfahrung. Das neue Modell wurde nicht nur über Hochwasserwirkungspfade, sondern auch über Regionen in Deutschland – unterteilt nach allgemeinen sozioökonomischen Faktoren und Versicherungspolicen – sowie über Hochwasserereignisse trainiert. Die Unterscheidung nach Regionen und Hochwasserereignissen verbesserte die Schadensmodellierung nicht und führte zu einer großen Überlappung der Regressionskoeffizienten ohne klaren Trend oder eindeutiges Muster. Die Unterscheidung nach Hochwasserwirkungspfaden ergab glaubhaft unterschiedliche Regressionskoeffizienten, was zu einem besseren Verständnis der Modellierung von Hochwasserschäden führte und einen möglichen Grund für die schwierige Übertragbarkeit der Modelle auf andere Situationen darstellt. Schließlich wurden neue Modellstrukturen trainiert, um die Möglichkeit gemischter (Binnen)überschwemmungen, d. h. das Zusammentreffen mehrerer Hochwasserwirkungspfade auf demselben Objekt, zu berücksichtigen. Anhand des Datensatzes lässt sich nicht überprüfen, in welcher Reihenfolge die Hochwasserpfadwellen auftraten, und die Prädiktorvariablen zeigen nur deren gemischtes oder kombiniertes Ergebnis. Daher wurden zwei Bayes'sche Modelle trainiert: 1) ein Multi-Membership-Modell als Struktur, die die Regressionskoeffizienten für mehrere Hochwasserwirkungspfade gleichzeitig lernt, und 2) ein Mehrebenenmodell, bei dem die Kombination zusammentreffender Hochwasserwirkungspfade einzelne Kategorien bildet. Ersteres führte zu glaubhaft unterschiedlichen Koeffizienten für die verschiedenen Hochwasserwirkungspfade, verbesserte aber nicht die Modellleistung im Vergleich zu dem Modell, das nur einen einzigen, dominanten Hochwasserpfad annimmt. Das Modell mit kombinierten Wirkungspfadkategorien deutet auf eine Zunahme der Auswirkungen nach gemischten Überschwemmungen hin. Aufgrund der Unsicherheit der Modellkoeffizienten und -schätzungen ist es jedoch nicht möglich, eine solche Zunahme als glaubwürdig plausibel zu bewerten. Das heißt, bei dem derzeitigen Grad an Unsicherheit hinsichtlich der Differenzierung der Hochwasserwirkungspfade sind die Schadensschätzungen nicht glaubwürdig von den einzelnen Hochwasserwirkungspfaden zu unterscheiden. Zur Überwindung der bestehenden Probleme könnten nichtlineare oder gemischte Modelle untersucht werden. Zudem sollten Interaktionseffekte, Moderations- und Mediationseffekte sowie nichtlineare Effekte weiter erforscht werden. Bei der Schadensdaten\-erhebung sollten außerdem regelmäßig Indikatoren für die Vorsorge einbezogen werden, und entweder bei der Datenerhebung oder bei der hydraulischen Modellierung sollte der Schwerpunkt auf der Unterscheidung kombinierter Hochwasserwirkungspfade liegen, was die Schadensmodelle bereichern und die Schätzungen weiter verbessern könnte. Hochwasserwirkungspfade zeigen differente (finanzielle) Auswirkungen und ihre Einbeziehung in die Schadensmodellierung hat sich als relevant erwiesen, da sie dazu beitragen, den unterschiedlichen Beitrag der Einflussfaktoren zum endgültigen Schaden zu klären, das Verständnis des Schadensprozesses zu verbessern und künftige Forschungslinien aufzuzeigen. T2 - Untersuchung der Übertragbarkeit von Hochwasserschadensmodellen über Hochwassertypen KW - flood KW - financial loss KW - flood loss modelling KW - Bayesian model KW - multilevel modelling KW - flood pathway KW - Hochwasser KW - finanzielle Schäden KW - Schätzung finanzieller Schäden KW - Bayes'sche Modelle KW - Mehrebenenmodelle KW - Hochwasserwirkungspfad Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-557141 ER - TY - THES A1 - Rothenberger, Ralf T1 - Satisfiability thresholds for non-uniform random k-SAT T1 - Erfüllbarkeitsschwellwerte für nicht-uniformes zufälliges k-SAT N2 - Boolean Satisfiability (SAT) is one of the problems at the core of theoretical computer science. It was the first problem proven to be NP-complete by Cook and, independently, by Levin. Nowadays it is conjectured that SAT cannot be solved in sub-exponential time. Thus, it is generally assumed that SAT and its restricted version k-SAT are hard to solve. However, state-of-the-art SAT solvers can solve even huge practical instances of these problems in a reasonable amount of time. Why is SAT hard in theory, but easy in practice? One approach to answering this question is investigating the average runtime of SAT. In order to analyze this average runtime the random k-SAT model was introduced. The model generates all k-SAT instances with n variables and m clauses with uniform probability. Researching random k-SAT led to a multitude of insights and tools for analyzing random structures in general. One major observation was the emergence of the so-called satisfiability threshold: A phase transition point in the number of clauses at which the generated formulas go from asymptotically almost surely satisfiable to asymptotically almost surely unsatisfiable. Additionally, instances around the threshold seem to be particularly hard to solve. In this thesis we analyze a more general model of random k-SAT that we call non-uniform random k-SAT. In contrast to the classical model each of the n Boolean variables now has a distinct probability of being drawn. For each of the m clauses we draw k variables according to the variable distribution and choose their signs uniformly at random. Non-uniform random k-SAT gives us more control over the distribution of Boolean variables in the resulting formulas. This allows us to tailor distributions to the ones observed in practice. Notably, non-uniform random k-SAT contains the previously proposed models random k-SAT, power-law random k-SAT and geometric random k-SAT as special cases. We analyze the satisfiability threshold in non-uniform random k-SAT depending on the variable probability distribution. Our goal is to derive conditions on this distribution under which an equivalent of the satisfiability threshold conjecture holds. We start with the arguably simpler case of non-uniform random 2-SAT. For this model we show under which conditions a threshold exists, if it is sharp or coarse, and what the leading constant of the threshold function is. These are exactly the three ingredients one needs in order to prove or disprove the satisfiability threshold conjecture. For non-uniform random k-SAT with k=3 we only prove sufficient conditions under which a threshold exists. We also show some properties of the variable probabilities under which the threshold is sharp in this case. These are the first results on the threshold behavior of non-uniform random k-SAT. N2 - Das Boolesche Erfüllbarkeitsproblem (SAT) ist eines der zentralsten Probleme der theoretischen Informatik. Es war das erste Problem, dessen NP-Vollständigkeit nachgewiesen wurde, von Cook und Levin unabhängig voneinander. Heutzutage wird vermutet, dass SAT nicht in subexponentialler Zeit gelöst werden kann. Darum wird allgemein angenommen, dass SAT und seine eingeschränkte Version k-SAT nicht effizient zu lösen sind. Trotzdem können moderne SAT solver sogar riesige Echtweltinstanzen dieser Probleme in angemessener Zeit lösen. Warum ist SAT theoretisch schwer, aber einfach in der Praxis? Ein Ansatz um diese Frage zu beantworten ist die Untersuchung der durchschnittlichen Laufzeit von SAT. Um diese durchschnittliche oder typische Laufzeit analysieren zu können, wurde zufälliges k-SAT eingeführt. Dieses Modell erzeugt all k-SAT-Instanzen mit n Variablen und m Klauseln mit gleicher Wahrscheinlichkeit. Die Untersuchung des Zufallsmodells für k-SAT führte zu einer Vielzahl von Erkenntnissen und Techniken zur Untersuchung zufälliger Strukturen im Allgemeinen. Eine der größten Entdeckungen in diesem Zusammenhang war das Auftreten des sogenannten Erfüllbarkeitsschwellwerts: Ein Phasenübergang in der Anzahl der Klauseln, an dem die generierten Formeln von asymptotisch sicher erfüllbar zu asymptotisch sicher unerfüllbar wechseln. Zusätzlich scheinen Instanzen, die um diesen Übergang herum erzeugt werden, besonders schwer zu lösen zu sein. In dieser Arbeit analysieren wir ein allgemeineres Zufallsmodell für k-SAT, das wir nichtuniformes zufälliges k-SAT nennen. Im Gegensatz zum klassischen Modell, hat jede Boolesche Variable jetzt eine bestimmte Wahrscheinlichkeit gezogen zu werden. Für jede der m Klauseln ziehen wir k Variablen entsprechend ihrer Wahrscheinlichkeitsverteilung und wählen ihre Vorzeichen uniform zufällig. Nichtuniformes zufälliges k-SAT gibt uns mehr Kontrolle über die Verteilung Boolescher Variablen in den resultierenden Formeln. Das erlaubt uns diese Verteilungen auf die in der Praxis beobachteten zuzuschneiden. Insbesondere enthält nichtuniformes zufälliges k-SAT die zuvor vorgestellten Modelle zufälliges k-SAT, skalenfreies zufälliges k-SAT und geometrisches zufälliges k-SAT als Spezialfälle. Wir analysieren den Erfüllbarkeitsschwellwert in nichtuniformem zufälligen k-SAT abhängig von den Wahrscheinlichkeitsverteilungen für Variablen. Unser Ziel ist es, Bedingungen an diese Verteilungen abzuleiten, unter denen ein Äquivalent der Erfüllbarkeitsschwellwertsvermutung für zufälliges k-SAT gilt. Wir fangen mit dem wahrscheinlich einfacheren Modell nichtuniformem zufälligen 2-SAT an. Für dieses Modell zeigen wir, unter welchen Bedingungen ein Schwellwert existiert, ob er steil oder flach ansteigt und was die führende Konstante der Schwellwertfunktion ist. Das sind genau die Zutaten, die man benötigt um die Erfüllbarkeitsschwellwertsvermutung zu bestätigen oder zu widerlegen. Für nichtuniformes zufälliges k-SAT mit k≥3 zeigen wir nur hinreichende Bedingungen, unter denen ein Schwellwert existiert. Wir zeigen außerdem einige Eigenschaften der Variablenwahrscheinlichkeiten, die dazu führen, dass der Schwellwert steil ansteigt. Dies sind unseres Wissens nach die ersten allgemeinen Resultate zum Schwellwertverhalten von nichtuniformem zufälligen k-SAT. KW - Boolean satisfiability KW - random k-SAT KW - satisfiability threshold KW - non-uniform distribution KW - Boolsche Erfüllbarkeit KW - nicht-uniforme Verteilung KW - zufälliges k-SAT KW - Erfüllbarkeitsschwellwert Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-549702 ER - TY - THES A1 - Rodriguez Piceda, Constanza T1 - Thermomechanical state of the southern Central Andes T1 - Thermomechanischer Zustand der südlichen Zentral Anden BT - implications for active deformation patterns in the transition from flat to steep subduction BT - Implikationen für aktive Deformationsmuster beim Übergang von flacher zu steiler Subduktion N2 - The Andes are a ~7000 km long N-S trending mountain range developed along the South American western continental margin. Driven by the subduction of the oceanic Nazca plate beneath the continental South American plate, the formation of the northern and central parts of the orogen is a type case for a non-collisional orogeny. In the southern Central Andes (SCA, 29°S-39°S), the oceanic plate changes the subduction angle between 33°S and 35°S from almost horizontal (< 5° dip) in the north to a steeper angle (~30° dip) in the south. This sector of the Andes also displays remarkable along- and across- strike variations of the tectonic deformation patterns. These include a systematic decrease of topographic elevation, of crustal shortening and foreland and orogenic width, as well as an alternation of the foreland deformation style between thick-skinned and thin-skinned recorded along- and across the strike of the subduction zone. Moreover, the SCA are a very seismically active region. The continental plate is characterized by a relatively shallow seismicity (< 30 km depth) which is mainly focussed at the transition from the orogen to the lowland areas of the foreland and the forearc; in contrast, deeper seismicity occurs below the interiors of the northern foreland. Additionally, frequent seismicity is also recorded in the shallow parts of the oceanic plate and in a sector of the flat slab segment between 31°S and 33°S. The observed spatial heterogeneity in tectonic and seismic deformation in the SCA has been attributed to multiple causes, including variations in sediment thickness, the presence of inherited structures and changes in the subduction angle of the oceanic slab. However, there is no study that inquired the relationship between the long-term rheological configuration of the SCA and the spatial deformation patterns. Moreover, the effects of the density and thickness configuration of the continental plate and of variations in the slab dip angle in the rheological state of the lithosphere have been not thoroughly investigated yet. Since rheology depends on composition, pressure and temperature, a detailed characterization of the compositional, structural and thermal fields of the lithosphere is needed. Therefore, by using multiple geophysical approaches and data sources, I constructed the following 3D models of the SCA lithosphere: (i) a seismically-constrained structural and density model that was tested against the gravity field; (ii) a thermal model integrating the conversion of mantle shear-wave velocities to temperature with steady-state conductive calculations in the uppermost lithosphere (< 50 km depth), validated by temperature and heat-flow measurements; and (iii) a rheological model of the long-term lithospheric strength using as input the previously-generated models. The results of this dissertation indicate that the present-day thermal and rheological fields of the SCA are controlled by different mechanisms at different depths. At shallow depths (< 50 km), the thermomechanical field is modulated by the heterogeneous composition of the continental lithosphere. The overprint of the oceanic slab is detectable where the oceanic plate is shallow (< 85 km depth) and the radiogenic crust is thin, resulting in overall lower temperatures and higher strength compared to regions where the slab is steep and the radiogenic crust is thick. At depths > 50 km, largest temperatures variations occur where the descending slab is detected, which implies that the deep thermal field is mainly affected by the slab dip geometry. The outcomes of this thesis suggests that long-term thermomechanical state of the lithosphere influences the spatial distribution of seismic deformation. Most of the seismicity within the continental plate occurs above the modelled transition from brittle to ductile conditions. Additionally, there is a spatial correlation between the location of these events and the transition from the mechanically strong domains of the forearc and foreland to the weak domain of the orogen. In contrast, seismicity within the oceanic plate is also detected where long-term ductile conditions are expected. I therefore analysed the possible influence of additional mechanisms triggering these earthquakes, including the compaction of sediments in the subduction interface and dehydration reactions in the slab. To that aim, I carried out a qualitative analysis of the state of hydration in the mantle using the ratio between compressional- and shear-wave velocity (vp/vs ratio) from a previous seismic tomography. The results from this analysis indicate that the majority of the seismicity spatially correlates with hydrated areas of the slab and overlying continental mantle, with the exception of the cluster within the flat slab segment. In this region, earthquakes are likely triggered by flexural processes where the slab changes from a flat to a steep subduction angle. First-order variations in the observed tectonic patterns also seem to be influenced by the thermomechanical configuration of the lithosphere. The mechanically strong domains of the forearc and foreland, due to their resistance to deformation, display smaller amounts of shortening than the relatively weak orogenic domain. In addition, the structural and thermomechanical characteristics modelled in this dissertation confirm previous analyses from geodynamic models pointing to the control of the observed heterogeneities in the orogen and foreland deformation style. These characteristics include the lithospheric and crustal thickness, the presence of weak sediments and the variations in gravitational potential energy. Specific conditions occur in the cold and strong northern foreland, which is characterized by active seismicity and thick-skinned structures, although the modelled crustal strength exceeds the typical values of externally-applied tectonic stresses. The additional mechanisms that could explain the strain localization in a region that should resist deformation are: (i) increased tectonic forces coming from the steepening of the slab and (ii) enhanced weakening along inherited structures from pre-Andean deformation events. Finally, the thermomechanical conditions of this sector of the foreland could be a key factor influencing the preservation of the flat subduction angle at these latitudes of the SCA. N2 - Die Anden sind eine ~7000 km lange N-S-verlaufende Hochgebirgskette, die entlang des westlichen südamerikanischen Kontinentalrandes entstanden ist. Aufgrund der Subduktion der ozeanischen Nazca-Platte unter die kontinentale südamerikanische Platte ist die Bildung des nördlichen und zentralen Teils des Gebirges typisch für eine nicht-kollisionale Orogenese. In den südlichen Zentralanden (SZA, 29-39° S) verändert sich der Subduktionswinkel der ozeanischen Platte zwischen 33 ° S und 35 ° S von fast horizontal (< 5° Einfallen) im Norden zu einem steileren Winkel (~ 30 ° Einfallen) im Süden. Begleitet wird dieser Trend von systematischen, Süd-gerichteten Abnahmen der topographischen Erhebung, der Krusteneinengung und der Vorland- und Orogenbreite, sowie von Variationen im Deformationsstil des Vorlandes, wo die Einengung des Deckgebirges in unterschiedlichem Maße von einer entsprechenden Deformation des Grundgebirges begleitet wird. . Darüber hinaus sind die SZA eine seismisch sehr aktive Region. Die Kontinentalplatte zeichnet sich durch eine relativ flache Seismizität (< 30 km Tiefe) aus, die sich hauptsächlich auf die Übergänge vom Orogen zu den Vorlandbereichen konzentriert; im Gegensatz dazu tritt tiefere Seismizität in den zentralen Bereichen des nördlichen Vorlandes auf. Darüber hinaus ist häufig auftretende Seismizität auch in den flachen Teilen der ozeanischen Platte und im Plattensegment mit flach einfallender Subduktion zwischen 31 ° S und 33 ° S festzustellen. Die beobachtete räumliche Heterogenität der tektonischen und seismischen Deformation in den SZA wurde auf mehrere Ursachen zurückgeführt, darunter Schwankungen der Sedimentmächtigkeit, das Vorhandensein vererbter Strukturen und Veränderungen des Subduktionswinkels der ozeanischen Platte. Es gibt jedoch bislang keine Studie, die den Zusammenhang zwischen der langfristigen rheologischen Konfiguration der SZA und den räumlichen Deformationsmustern untersucht hat. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen der Dichte- und Mächtigkeitsvariationen in der kontinentalen Oberplatte und der verschiedenen Subduktionswinkel auf den rheologischen Zustand der Lithosphäre noch nicht grundlegend untersucht. Da die Rheologie von der Gesteinsart, dem Druck und der Temperatur abhängt, ist eine detaillierte Charakterisierung der Zusammensetzung, Struktur und des thermischen Feldes der Lithosphäre erforderlich. Daher habe ich unter Verwendung kombinierter Modellierungsansätze und geophysikalischer Daten die folgenden 3D Modelle für die Lithosphäre der SZA konstruiert: (i) ein auf seismischen Daten basierendes Struktur- und Dichtemodell, das anhand des beobachteten Schwerefeldes validiert wurde; (ii) ein thermisches Modell, das die Umwandlung von Mantelscherwellengeschwindigkeiten in Temperaturen mit Berechnungen des konduktiven Wärmetransports für stationäre Bedingungen in der obersten Lithosphäre (<50 km Tiefe) integriert und durch Temperatur- und Wärmeflussmessungen validiert wurde; und (iii) ein rheologisches Modell der langfristig bedingten Lithosphärenfestigkeit, das auf den zuvor erzeugten Modellen gründet. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass die thermischen und rheologischen Bedingungen in den heutigen SZA durch verschiedene Mechanismen in unterschiedlichen Tiefen gesteuert werden. In flachen Tiefen (< 50 km) wird das thermomechanische Feld durch die heterogene Zusammensetzung der kontinentalen Lithosphäre differenziert. Eine Überprägung durch die ozeanische Platte ist dort nachweisbar, wo die ozeanische Platte flach (< 85 km tief) und die radiogene Kruste dünn ist, was insgesamt zu niedrigeren Temperaturen und einer höheren Festigkeit im Vergleich zu Bereichen führt, in denen die Platte steil einfällt und die radiogene Kruste dick ist. In Tiefen > 50 km treten die größten Temperaturschwankungen dort auf, wo die subduzierten Platte nachgewiesen wurde, was bedeutet, dass das tiefe thermische Feld den Subduktionswinkel gesteuert wird. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit legen nahe, dass der langfristige thermomechanische Zustand der Lithosphäre die räumliche Verteilung rezenter Seismizität beeinflusst. Der größte Anteil innerhalb der Kontinentalplatte registrierter Erdbebentätigkeit tritt oberhalb des modellierten Übergangs von spröden zu duktilen Bedingungen auf. Außerdem besteht eine räumliche Korrelation zwischen Erdbebenclustern und den Übergängen von den mechanisch rigideren Vorlandbereichen (Forearc und Foreland) zum mechanisch schwächeren Orogen. Demgegenüber wird vermehrte Seismizität innerhalb der ozeanischen Platte auch dort nachgewiesen, wo entsprechend der Modellierung langfristig duktile Bedingungen erwartet werden. Ich habe daher den möglichen Einfluss zusätzlicher Mechanismen untersucht, die ein Auslösen dieser Erdbeben begünstigen könnten, darunter die Kompaktion von Sedimenten an der Subduktionsgrenzfläche und Dehydrationsreaktionen innerhalb der Platte. Dazu habe ich eine qualitative Analyse des Hydratationszustandes des Mantels unter Verwendung des Verhältnisses zwischen Kompressions- und Scherwellengeschwindigkeit (Vp/Vs-Verhältnis aus einemseismischen Tomographiemodell) durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Analyse zeigen, dass der Großteil der Seismizität räumlich mit hydratisierten Bereichen in der subduzierten Platte und im darüber liegenden kontinentalen Mantel korreliert, mit Ausnahme eines Erdbebenclusters, das innerhalb des flachen Plattensegments auftritt. In diesem Bereich wechselt die subduzierte Platte von einem flachen in einen steilen Subduktionswinkel und Erdbeben werden wahrscheinlich durch Biegevorgänge in der Platte ausgelöst. Auch die wichtigsten Variationen in den beobachteten tektonischen Mustern scheinen durch die thermomechanische Konfiguration der Lithosphäre beeinflusst zu sein. Die mechanisch starken Bereiche von Forearc und Foreland zeigen aufgrund ihrer Verformungsbeständigkeit geringere Verkürzungsraten als der relativ schwache Bereich des Orogens. Darüber hinaus bestätigen die in dieser Dissertation modellierten strukturellen und thermomechanischen Eigenschaften der Lithosphäre auch frühere Analysen geodynamischer Simulationen, denen zufolge der Deformationsstil im Orogen- und Vorlandbereich jeweils von Variationen in der Lithosphären- und Krustendicke, im Vorhandensein schwacher Sedimente und in der gravitativen potentiellen Energie kontrolliert wird. Eine Sonderstellung nimmt der nordöstliche Vorlandbereich der SZA ein, wo eine verstärkte Seismizität und eine das Deck-und Grundgebirge erfassende Deformation zu beobachten sind, obwohl die modellierte Krustenfestigkeit dort Werte übersteigt, die für die in diesem Gebiet anzunehmenden tektonischen Spannungen typisch wären. . Mechanismen zur Lokalisierung verstärkter Deformation in einem Gebiet beitragen können, das nach den vorliegenden Modellen einer tektonischen Verformung widerstehen sollte, sind: (i) erhöhte tektonische Kräfte durch ein steileres Abtauchen der Platte und (ii) Schwächezonen in der Kruste, die auf prä-andine Deformationsereignisse zurückgehen. Schließlich könnten die thermomechanischen Bedingungen in diesem Teil des Vorlands einchlüsselfaktor für die Erhaltung des flachen Subduktionswinkels in diesen Breiten der SZA sein. KW - Andes KW - Anden KW - subduction KW - Subduktion KW - lithosphere KW - Lithosphäre KW - earthquakes KW - Erdbeben KW - modelling KW - Modellierung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-549275 ER - TY - THES A1 - Ritt, Vanessa T1 - Unbemannte Schiffe im Internationalen Seerecht T2 - Acta Iuridica Universitatis Potsdamiensis N2 - Die internationale Schifffahrt erhofft sich mit der Entwicklung unbemannter Schiffe, die nur noch von Kontrollzentren an Land durch Personal überwacht werden und sonst durch Elektromotoren und Solarenergie betrieben und mit selbstlernenden Navigationsprogrammen ausgestattet weitgehend autark agieren, eine Einsparung von Transportkosten von über 20 %. Diese voranschreitende technische Entwicklung wird insbesondere das internationale Seerecht in Zukunft vor Herausforderungen stellen. Das Werk untersucht vor diesem Hintergrund primär die Kompatibilität dieser Schiffe mit dem Seerechtsübereinkommen. Zunächst wird eine Schiffsdefinition für den Vertrag entwickelt und eine Anwendung des Regelwerks auf autonome Schiffe überprüft. Dann wird auf Problemfelder wie die Einhaltung von Pflichten durch die Schiffe, die Notwendigkeit besonderer Schutzrechte vor allem in Bezug auf Zwangsmaßnahmen durch die Küstenstaaten an Bord und die Anwendbarkeit der bestehenden Piraterievorschriften auf diese Schiffe eingegangen. Weiter wirft die Arbeit die Frage auf, ob die Staatengemeinschaft, besonders mit Hinblick auf den maritimen Umweltschutz, nach dem Seerechtsübereinkommen eine Pflicht zur Förderung unbemannter Schiffe hat. Abschließend wird auf erforderliche Cyber Security Maßnahmen für diesen besonderen Schiffstyp eingegangen. Insgesamt zeigt sich nach dieser Analyse, dass das Seerechtsübereinkommen, mit überschaubaren Anpassungen, gut Anwendung auf autonome Schiffe finden kann. N2 - With the development of unmanned ships, which are only monitored by personnel from control centers on land and otherwise operated by electric motors, solar energy and equipped with self-learning navigation programs, international shipping hopes that transport costs will be reduced by more than 20%. This advancing technical development will present international maritime law with challenges in the future. Against this background, the thesis primarily examines the compatibility of these ships with the United Nations Convention on the Law of the Sea. First the author develops a definition for the term ship and evaluates the application of the contract to autonomous ships. Then problem areas such as compliance with contractual obligations, the need for special protective rights for the flag states, especially with regard to coercive measures by the coastal states on board, and the applicability of the existing piracy regulations to these ships are discussed. The thesis also raises the question whether the international community, especially with regard to maritime environmental protection, has an obligation to promote unmanned ships under the United Nations Convention on the Law of the Sea. Finally, the necessary cyber security measures for this particular type of ship are evaluated. In conclusion, the analysis shows that the Convention on the Law of the Sea, with minor adjustments, can be applied to unmanned vessels. T2 - Unmanned vessels and the International Law of the Sea T3 - Acta Iuridica Universitatis Potsdamiensis - 8 KW - Seerecht KW - unbemannte Schiffe KW - internationales Seerecht KW - maritimer Umweltschutz KW - Piraterie KW - Seerechtsübereinkommen KW - piracy KW - law of the sea KW - United Nations Convention on the Law of the Sea KW - international law of the sea KW - maritime environmental protection KW - unmanned vessel KW - unmanned ship Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-519385 SN - 978-3-86956-522-4 SN - 2199-9686 SN - 2199-9694 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - THES A1 - Richter, Maximilian Jacob Enzo Amandus T1 - Continental rift dynamics across the scales T1 - Dynamiken kontinentaler Grabenbrüche über die Skalen BT - numerical modelling of localisation processes BT - numerische Modellierung von Lokalisations-Prozessen N2 - Localisation of deformation is a ubiquitous feature in continental rift dynamics and observed across drastically different time and length scales. This thesis comprises one experimental and two numerical modelling studies investigating strain localisation in (1) a ductile shear zone induced by a material heterogeneity and (2) in an active continental rift setting. The studies are related by the fact that the weakening mechanisms on the crystallographic and grain size scale enable bulk rock weakening, which fundamentally enables the formation of shear zones, continental rifts and hence plate tectonics. Aiming to investigate the controlling mechanisms on initiation and evolution of a shear zone, the torsion experiments of the experimental study were conducted in a Patterson type apparatus with strong Carrara marble cylinders with a weak, planar Solnhofen limestone inclusion. Using state-of-the-art numerical modelling software, the torsion experiments were simulated to answer questions regarding localisation procedure like stress distribution or the impact of rheological weakening. 2D numerical models were also employed to integrate geophysical and geological data to explain characteristic tectonic evolution of the Southern and Central Kenya Rift. Key elements of the numerical tools are a randomized initial strain distribution and the usage of strain softening. During the torsion experiments, deformation begins to localise at the limestone inclusion tips in a process zone, which propagates into the marble matrix with increasing deformation until a ductile shear zone is established. Minor indicators for coexisting brittle deformation are found close to the inclusion tip and presumed to slightly facilitate strain localisation besides the dominant ductile deformation processes. The 2D numerical model of the torsion experiment successfully predicts local stress concentration and strain rate amplification ahead of the inclusion in first order agreement with the experimental results. A simple linear parametrization of strain weaking enables high accuracy reproduction of phenomenological aspects of the observed weakening. The torsion experiments suggest that loading conditions do not affect strain localisation during high temperature deformation of multiphase material with high viscosity contrasts. A numerical simulation can provide a way of analysing the process zone evolution virtually and extend the examinable frame. Furthermore, the nested structure and anastomosing shape of an ultramylonite band was mimicked with an additional second softening step. Rheological weakening is necessary to establish a shear zone in a strong matrix around a weak inclusion and for ultramylonite formation. Such strain weakening laws are also incorporated into the numerical models of the Southern and Central Kenya Rift that capture the characteristic tectonic evolution. A three-stage early rift evolution is suggested that starts with (1) the accommodation of strain by a single border fault and flexure of the hanging-wall crust, after which (2) faulting in the hanging-wall and the basin centre increases before (3) the early-stage asymmetry is lost and basinward localisation of deformation occurs. Along-strike variability of rifts can be produced by modifying the initial random noise distribution. In summary, the three studies address selected aspects of the broad range of mechanisms and processes that fundamentally enable the deformation of rock and govern the localisation patterns across the scales. In addition to the aforementioned results, the first and second manuscripts combined, demonstrate a procedure to find new or improve on existing numerical formulations for specific rheologies and their dynamic weakening. These formulations are essential in addressing rock deformation from the grain to the global scale. As within the third study of this thesis, where geodynamic controls on the evolution of a rift were examined and acquired by the integration of geological and geophysical data into a numerical model. N2 - Die Lokalisierung von Deformation ist ein allgegenwärtiges Merkmal in der Dynamik von Grabenbrüchen bzw. Riftzonen und wird über verschiedene Zeit- und Längenskalen beobachtet. Diese Arbeit umfasst eine experimentelle und zwei numerische Studien zur Untersuchung der Lokalisierung von Deformation in (1) einer durch eine Materialheterogenität induzierten duktilen Scherzone und (2) in einem aktiven Kontinentalgraben. Die Studien verbindet, dass die Schwächungsmechanismen auf der kristallographischen Skala und der Korngrößenskala eine Enthärtung eines Gesteinkörpers ermöglicht, was im Wesentlichen die Bildung von Scherzonen, Grabenbrüchen und damit Plattentektonik ermöglicht. Um die Kontrollmechanismen für die Initiierung und Entwicklung einer Scherzone zu untersuchen, wurden die Torsionsexperimente der experimentellen Studie in einem Patterson-Gerät an starken Carrara-Marmorzylinder mit einer schwachen, planaren Solnhofen-Kalksteineinschluss durchgeführt. Mit modernster numerischer Modellierungssoftware wurden die Torsionsexperimente simuliert, um weitere Fragen zum Lokalisierungsablauf wie die Verteilung der Spannung oder den Einfluss rheologischer Schwächung zu beantworten. Numerische 2D-Modelle wurden auch verwendet, um geophysikalische und geologische Daten zu kombinieren, um die charakteristische tektonische Entwicklung des südlichen und zentralen Kenia-Rifts zu erklären. Schlüsselelemente der verwendeten numerischen Werkzeuge sind eine randomisierte Anfangsverteilung des Strain und der Einsatz von Strain basierter Enthärtung. Während der Torsionsversuche lokalisiert die Deformation zunächst an den Kalksteineinschlussspitzen in einer Prozesszone, die sich mit zunehmender Deformation in die Marmormatrix ausbreitet bis sich eine duktile Scherzone einstellt. Neben den dominierenden duktilen Verformungsprozessen werden geringfügige Indikatoren für eine koexistierende spröde Verformung nahe der Einschlussspitzen gefunden und es wird angenommen, dass diese die Lokalisierung der Deformation geringfügig erleichtern. In erster Ordnung sagt das numerische 2D-Modell des Torsionsexperiments erfolgreich lokale Spannungskonzentration und Strainratenverstärkung vor der Inklusion in Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen vorher. Eine einfache lineare Parametrisierung der Enthärtung durch Strain ermöglicht eine genaue Reproduktion phänomenologischer Aspekte der beobachteten Schwächung. Die Torsionsexperimente legen nahe, dass die Randbedingungen die Lokalisierung des Strain während der Hochtemperaturverformung von Mehrphasenmaterial mit hohen Viskositätskontrasten nicht beeinflussen. Die numerische Simulation ermöglicht es, die Entwicklung der Prozesszone virtuell zu analysieren und den Untersuchungsrahmen zu erweitern. Darüber hinaus wurde die verschachtelte Struktur und anastomosierende Form eines Ultramylonitbandes mit einem zusätzlichen zweiten Enthärtungsschritt nachgeahmt. Die rheologische Schwächung ist notwendig, um eine Scherzone in einer starken Matrix um einen schwachen Einschluss herum und für die Ultramylonitbildung zu etablieren. Solche Schwächungsgesetze, die auf Strain basieren, fließen auch in die numerischen Modelle des südlichen und zentralen Kenia-Rifts ein, die die charakteristische tektonische Entwicklung erfassen. Es wird eine dreistufige frühe Riftentwicklung vorgeschlagen, die mit (1) der Anpassung von Spannungen durch eine einzelne Grenzstörung und Biegung der hangenden Kruste beginnt, wonach (2) die Verwerfung im Hangenden und im Beckenzentrum zunimmt, bevor (3) die Asymmetrie des Frühstadiums verloren geht und es zu einer beckenseitigen Deformationslokalisierung kommt. Die Variabilität von Rissen entlang des Rifts kann durch Modifizieren der anfänglichen zufälligen Rauschverteilung erzeugt werden. Zusammenfassend befassen sich die drei Studien mit ausgewählten Aspekten der breiten Palette von Mechanismen und Prozessen, die die Deformation von Gestein grundlegend ermöglichen und die Lokalisierungsmuster über die Skalen bestimmen. Zusätzlich zu den oben genannten Ergebnissen demonstrieren das erste und zweite Manuskript in Kombination ein Verfahren, um neue oder bestehende numerische Formulierungen für spezifische Rheologien und deren dynamische Schwächung zu finden oder zu verbessern. Diese Formulierungen sind essenziell, um Gesteinsverformung von der Korngrößen bis zur globalen Skala zu untersuchen. Wie in der dritten Studie dieser Dissertation, in der geodynamische Kontrollen auf die Entwicklung eines Grabenbruchs durch die Integration geologischer und geophysikalischer Daten in ein numerisches Modell untersucht und erfasst wurden. KW - Strain Localisation KW - Continental Rifts KW - Torsion Experiments KW - Geodynamic Modelling KW - 2D Numerical Modelling KW - Lokalisierung von Deformation KW - Grabenbrüche KW - Geodynamische Modellierung KW - Torsionsexperimente KW - Numerische 2D Modellierung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-550606 ER - TY - THES A1 - Repke, Tim T1 - Machine-learning-assisted corpus exploration and visualisation N2 - Text collections, such as corpora of books, research articles, news, or business documents are an important resource for knowledge discovery. Exploring large document collections by hand is a cumbersome but necessary task to gain new insights and find relevant information. Our digitised society allows us to utilise algorithms to support the information seeking process, for example with the help of retrieval or recommender systems. However, these systems only provide selective views of the data and require some prior knowledge to issue meaningful queries and asses a system’s response. The advancements of machine learning allow us to reduce this gap and better assist the information seeking process. For example, instead of sighting countless business documents by hand, journalists and investigator scan employ natural language processing techniques, such as named entity recognition. Al-though this greatly improves the capabilities of a data exploration platform, the wealth of information is still overwhelming. An overview of the entirety of a dataset in the form of a two-dimensional map-like visualisation may help to circumvent this issue. Such overviews enable novel interaction paradigms for users, which are similar to the exploration of digital geographical maps. In particular, they can provide valuable context by indicating how apiece of information fits into the bigger picture.This thesis proposes algorithms that appropriately pre-process heterogeneous documents and compute the layout for datasets of all kinds. Traditionally, given high-dimensional semantic representations of the data, so-called dimensionality reduction algorithms are usedto compute a layout of the data on a two-dimensional canvas. In this thesis, we focus on text corpora and go beyond only projecting the inherent semantic structure itself. Therefore,we propose three dimensionality reduction approaches that incorporate additional information into the layout process: (1) a multi-objective dimensionality reduction algorithm to jointly visualise semantic information with inherent network information derived from the underlying data; (2) a comparison of initialisation strategies for different dimensionality reduction algorithms to generate a series of layouts for corpora that grow and evolve overtime; (3) and an algorithm that updates existing layouts by incorporating user feedback provided by pointwise drag-and-drop edits. This thesis also contains system prototypes to demonstrate the proposed technologies, including pre-processing and layout of the data and presentation in interactive user interfaces. N2 - Der Großteil unseres Wissens steckt in Textsammlungen, wie etwa Korpora von Büchern, Forschungsartikeln, Nachrichten, sowie Geschäftsunterlagen. Sie bieten somit eine wertvolle Grundlage um neue Erkennisse zu gewinnen oder relevante Informationen zu finden, allerdings sind manuelle Recherchen aufgrund stetig wachsender Datenmengen schier unmöglich. Dank der Digitalisierung können Suchmaschinen Recherchen erheblich unterstützten. Sie bieten jedoch lediglich eine selektive Sicht auf die darunterliegenden Daten und erfordern ein gewisses Vorwissen um aussagekräftige Anfragen zu stellen und die Ergebnisse richtig einzuordnen. Die Fortschritte im Bereich des maschinellen Lernens eröffnen völlig neue Möglichkeiten zur Interaktion mit Daten. Anstatt zahllose Geschäftsdokumente von Hand zu sichten, können Journalisten und Ermittler beispielsweise Techniken aus der Computerlinguistik einsetzen um automatisch Personen oder Orte im Text erkennen. Ein daraus gebildeter sogenannter Knowledge Graph kann Suchmaschinen deutlich verbessern, allerdings ist die Fülle an Informationen weiterhin überwältigend. Eine Übersicht eines gesamten Datensatzes, ähnlich einer geographischen Landkarte, ermöglicht innovative Interaktionsparadigmen und ermöglicht es Nutzern zu erkennen, wie sich bestimmte Informationen in Kontext des Gesamtbilds einfügen. In dieser Arbeit werden Algorithmen entwickelt um heterogene Daten vorzuverarbeiten und sie auf zweidimensionalen kartenähnlichen Ansichten zu verorten. Traditionell werden zur Verortung hochdimensionale semantische Vektorrepräsentationen der Daten verwendet, die anschließend mit Dimensionsreduktionsalgorithmen auf eine zweidimensionale Ebene projiziert werden. Wir fokussieren uns auf die Visualisierung von Textkorpora und gehen dabei über die Projektion der reinen inhärenten semantischen Struktur hinaus. Hierzu wurden drei Ansätze zur Dimensionsreduktion entwickelt, die zusätzliche Informationen bei der Berechnung der Positionen einbeziehen: (1) Dimensionsreduktion mit mehren Kriterien, bei der sowohl semantische Informationen, als auch inhärente Netzwerkinformationen, die aus den zugrundeliegenden Daten abgeleitet werden, zur Positionsberechnung verwendet werden; (2) Analyse des Einflusses von Initialisierungsstrategien für verschiedene Dimensionsreduktionsalgorithmen, um eine zeitlich kohärente Serie an Projektionen zu erzeugen um Korpora abzubilden, welche im Laufe der Zeit wachsen; (3) Anpassung bereits vorhandener Projektionen auf der Basis einzelner, händisch verschobener Datenpunkte. Diese Arbeit beschreibt darüber hinaus Prototypen für Benutzeroberflächen, die zur Demonstration der beschriebenen Technologien entwickelt wurden. KW - dimensionality reduction KW - corpus exploration KW - data visualisation KW - Korpusexploration KW - Datenvisualisierung KW - Dimensionsreduktion Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-562636 ER - TY - THES A1 - Reinhardt, Susanne T1 - Assessing interactional competence BT - identifying candidate criterial features for L2 repair skills N2 - The development of speaking competence is widely regarded as a central aspect of second language (L2) learning. It may be questioned, however, if the currently predominant ways of conceptualising the term fully satisfy the complexity of the construct: Although there is growing recognition that language primarily constitutes a tool for communication and participation in social life, as yet it is rare for conceptualisations of speaking competence to incorporate the ability to inter-act and co-construct meaning with co-participants. Accordingly, skills allowing for the successful accomplishment of interactional tasks (such as orderly speaker change, and resolving hearing and understanding trouble) also remain largely unrepresented in language teaching and assessment. As fostering the ability to successfully use the L2 within social interaction should arguably be a main objective of language teaching, it appears pertinent to broaden the construct of speaking competence by incorporating interactional competence (IC). Despite there being a growing research interest in the conceptualisation and development of (L2) IC, much of the materials and instruments required for its teaching and assessment, and thus for fostering a broader understanding of speaking competence in the L2 classroom, still await development. This book introduces an approach to the identification of candidate criterial features for the assessment of EFL learners’ L2 repair skills. Based on a corpus of video-recorded interaction between EFL learners, and following conversation-analytic and interactional-linguistic methodology as well as drawing on basic premises of research in the framework of Conversation Analysis for Second Language Acquisition, differences between (groups of) learners in terms of their L2 repair conduct are investigated through qualitative and inductive analyses. Candidate criterial features are derived from the analysis results. This book does not only contribute to the operationalisation of L2 IC (and of L2 repair skills in particular), but also lays groundwork for the construction of assessment scales and rubrics geared towards the evaluation of EFL learners’ L2 interactional skills. N2 - Die Entwicklung von Sprechkompetenz wird weithin als ein zentraler Bestandteil des Fremdsprachenerwerbs angesehen. Es kann jedoch hinterfragt werden, ob aktuell geläufige Konzeptionen dieses Begriffs der Komplexität des Konstruktes gerecht werden. Es findet zwar zunehmend Berücksichtigung, dass Sprache vor allem als Werkzeug, also als Mittel zur Kommunikation und Teilhabe an sozialer Interaktion, zu verstehen ist, selten schließt Sprechkompetenz aber die Fähigkeit ein, mit Gesprächspartner*innen zu inter-agieren und gemeinsam Sinn zu produzieren. Fähigkeiten, die es erlauben, erfolgreich interaktionale Aufgaben (z.B. reibungsloser Sprecherwechsel, Behebung von (Hör-)Verstehensproblemen) zu bewältigen, sind folglich auch kaum oder gar nicht im Alltag des Vermittelns und Bewertens von Fremdsprachenkenntnissen repräsentiert. Da es wohl eines der zentralen Anliegen bei der Vermittlung von Fremdsprachen ist, Lerner*innen zur erfolgreichen Teilnahme an fremdsprachlicher sozialer Interaktion zu befähigen, erscheint es sinnvoll, das Konstrukt ‚Sprechkompetenz‘ um das Konzept der Interaktionalen Kompetenz (IK) zu erweitern. In der Forschung ist ein wachsendes Interesse an der Konzeptualisierung und Entwicklung von (fremdsprachlicher) IK zu beobachten – um aber ein um IK erweitertes Verständnis von Sprechkompetenz auch im Fremdsprachenunterricht ermöglichen und fördern zu können, besteht noch deutlicher Bedarf bei der Entwicklung von Materialien und Instrumenten für Lehre und Prüfung. Dieses Buch präsentiert einen Ansatz zur Identifikation von candidate criterial features (d.h., möglichen Kriterien) für die Bewertung der fremdsprachlichen Reparaturfähigkeit von Englischlerner*innen. Basierend auf einem Korpus videografierter Interaktionen zwischen Englischlerner*innen werden im Rahmen qualitativer und induktiver Analysen Unterschiede zwischen Lerner*innen(gruppen) in Bezug auf ihr Reparaturverhalten in der Fremdsprache herausgearbeitet. Die Arbeit folgt dabei konzeptionellen und methodologischen Prinzipien der Konversationsanalyse, Interaktionalen Linguistik und Conversation Analysis for Second Language Acquisition. Candidate criterial features werden aus den Ergebnissen der Analysen abgeleitet. Die Arbeit leistet nicht nur einen Beitrag zur Operationalisierung fremdsprachlicher IK (insbesondere fremdsprachlicher Reparaturfähigkeit), sondern auch zum Fundament für die Entwicklung von Skalen und Rastern für die Bewertung fremdsprachlicher interaktionaler Fähigkeiten von Englischlerner*innen. KW - conversation analysis KW - interactional linguistics KW - CA-SLA KW - interactional competence KW - assessment KW - Konversationsanalyse KW - interaktionale Linguistik KW - CA-SLA KW - interaktionale Kompetenz KW - Bewertung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-619423 ER - TY - THES A1 - Ranaee, Mahdi T1 - Skepticism BT - Cartesian and Kantian N2 - This dissertation offers new and original readings of three major texts in the history of Western philosophy: Descartes’s “First Meditation,” Kant’s “Transcendental Deduction,” and his “Refutation of Idealism.” The book argues that each text addresses the problem of skepticism and posits that they have a hitherto underappreciated, organic relationship to one another. The dissertation begins with an analysis of Descartes’ “First Meditation,” which I argue offers two distinct and independent skeptical arguments that differ in both aim and scope. I call these arguments the “veil of ideas” argument and the “author of my origin” argument. My reading counters the standard interpretation of the text, which sees it as offering three stages of doubt, namely the occasional fallibility of the senses, the dream hypothesis, and the evil demon hypothesis. Building on this, the central argument of the dissertation is that Kant’s “Transcendental Deduction” actually transforms and radicalizes Descartes’s Author of My Origin argument, reconceiving its meaning within the framework of Kant’s own transcendental idealist philosophy. Finally, I argue that the Refutation of Idealism offers a similarly radicalized version of Descartes’s Veil of Ideas argument, albeit translated into the framework of transcendental idealism. N2 - Diese Dissertation bietet neue und originelle Lesarten von drei wichtigen Texten in der Geschichte der abendländischen Philosophie: Descartes‘ „Erste Meditation“, Kants „transzendentale Deduktion“ und seine „Widerlegung des Idealismus“. Die Arbeit argumentiert, dass jeder dieser Texte das Problem des Skeptizismus aufgreift, und schlägt vor, dass sie in einer bisher unterschätzten organischen Beziehung zueinander stehen. Die Dissertation beginnt mit einer Analyse von Descartes‘ „Erster Meditation“, die, wie ich behaupte, zwei verschiedene und unabhängige skeptische Argumente enthält, die sich in Ziel und Umfang unterscheiden. Ich nenne diese Argumente das Argument vom „Schleier der Ideen“ und das Argument vom „Urheber meines Ursprungs“. Meine Lesart widerspricht der Standardinterpretation des Textes, die drei Ebenen des Zweifels anbietet, nämlich die gelegentliche Fehlbarkeit der Sinne, die Traumhypothese und die Hypothese des bösen Dämons. Darauf aufbauend ist das zentrale Argument der Arbeit, dass Kants „Transzendentale Deduktion“ Descartes‘ „Urheber meines Ursprungs“-Argument transformiert und radikalisiert, indem sie dessen Bedeutung im Rahmen von Kants eigener transzendental-idealistischer Philosophie neu interpretiert. Schließlich argumentiere ich, dass die Widerlegung des Idealismus eine ähnlich radikalisierte Version von Descartes' Argument des Schleiers der Ideen bietet, wenn auch im Rahmen des transzendentalen Idealismus. KW - Descartes KW - Kant KW - skepticism KW - transcendental Deduction KW - refutation of idealism KW - Descartes KW - Kant KW - transzendentale Deduktion KW - Widerlegung des Idealismus KW - Skeptizismus Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-645652 ER - TY - THES A1 - Ramm, Timo T1 - Entwicklung von Multiplex-Methoden zur Antikörper-Charakterisierung und Validierung N2 - Antikörper werden in verschiedensten Bereichen, sowohl zu therapeutischen als auch zu diagnostischen und forschungsorientierten Zwecken verwendet. Vor der Verwendung des Antikörpers bedarf es der Charakterisierung seiner Eigenschaften, in Bezug auf sein Epitop und sein Bindeverhalten gegenüber dem Paratop. Gleichzeitig muss, in Abhängigkeit des Einsatzes, der Antikörper, für den gewünschten Gebrauch, validiert werden. Zu diesem Zweck wurden in der vorliegenden Arbeit Bead-basierte, multiplexe Testsysteme entworfen, ausgetestet und etabliert mit dem Ziel, eine einfache Screeningmethode zu entwickeln, um eine hohe Anzahl an Proben beziehungsweise Analyten gleichzeitig bestimmen zu können. Dafür wurden drei verschiedene Herangehensweisen etabliert. So wurden ein phospho-PKA-Substrat Antikörper, welcher phosphorylierte Bindemotive der PKA der Form RRxpS erkennt, gleichzeitig mit einer Reihe an Peptide getestet, welche Punktmutationen im Vergleich zur Konsensussequenz enthielten, um den Einfluss einzelner Aminosäuren auf die Bindung des Antikörpers zu untersuchen. Es konnte im Multiplex gezeigt werden, dass die Unterschiede im Antikörperbindungsverhalten in Abhängigkeit der Aminosäure an verschiedenen P-Positionen detektierbar waren. Mit dem Bead-basierten Multiplexansatz konnten, durch Messungen von Konzentrationsreihen des Antikörpers, Bindungskinetiken aufgenommen und diese mit bereits etablierten Methoden verglichen werden. Des Weiteren wurden verschiedene Antikörper, welche essenzielle Bestandteile von Bead-basierten Testsystemen darstellten, validiert. Es wurden dabei verschiedene Antikörper, welche spezifisch THC und CBD erkennen ausgetestet und anschließend ein kompetitiver Assay zur Detektion von THC und CBD in humanem Serum etabliert, und die Nachweisgrenzen bestimmt. Ferner sollten Pferdeseren von Tieren, welche am Sommerekzem leiden, auf ihren IgE-Gehalt hin bestimmt werden. Dafür wurden relevante Proteine rekombinant hergestellt und durch Immobilisierung an Beads im Multiplex mit Serum inkubiert. Die spezifische Bindung des IgE an die Allergen sollte damit messbar gemacht werden können. Für die Gesamtvalidierung des Testsystems wurden zuvor sämtliche Einzelschritte einzeln validiert, um im Anschluss im multiplexen Screening zu vermessen. Die Nutzung von Bead-basierten Multiplexmessungen als eine Plattformtechnologie erleichtert die Charakterisierung von Antikörpern sowie ihre Validierung für verschiedene Testsysteme. N2 - Antibodies are widely used in different fields, which include therapeutic as well as diagnostic and research applications Before the antibody can be used, its properties must be characterized with regard to its epitope and its binding behavior to the paratope. At the same time, depending on the application, the antibody must be validated for its desired use. For this purpose, bead-based multiplex assay systems were designed, tested, and established with the aim of developing a simple screening method to simultaneously measure a high number of samples or analytes. Thus, a phospho-PKA-substrate antibody, which recognizes phosphorylated binding motifs of PKA with the RRxpS motif, was tested. A series of peptides containing point mutations as compared to consensus sequences were used to investigate the influence of individual amino acids on the binding of the antibody. In a multiplex approach it was shown that the differences in the antibody binding behavior were detectable at different P-positions depending on the amino acid. Furthermore, it was possible to measure binding kinetics by the bead-based multiplex approach using dilution series of the antibody, and to compare these with already established methods. In addition to that, different antibodies, which were applied as essential components of bead-based biosensor systems, were validated. On the one hand, different antibodies specifically recognizing THC and CBD were tested and subsequently a competitive assay for the detection of THC and CBD in human serum was established. The detection limits could be determined. On the other hand, the IgG level in horse sera from animals suffering from sweet itch were determined. For this purpose, relevant proteins were recombinantly expressed, immobilized on beads and incubated with serum in a multiplex approach. The specific binding of IgE to the allergen was measurable. For the overall validation of the test system, all individual steps were partially validated beforehand to allow for a measurement in the multiplex screening system. Thus, using the advantages of bead-based multiplex measurements, a platform for the characterization of antibodies as well as their validation in different test systems was demonstrated. KW - Antikörper KW - Multiplex KW - THC KW - Proteinkinase A KW - Sommerekzem KW - CBD KW - Bead KW - Antikörpercharakterisierung KW - Antikörpervalidierung KW - antibody KW - antibody characterization KW - antibody validation KW - THC KW - CBD KW - Proteinkinase A KW - summer eczema Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-561531 ER - TY - THES A1 - Raman Venkatesan, Thulasinath T1 - Tailoring applications-relevant properties in poly(vinylidene fluoride)-based homo-, co- and ter-polymers through modification of their three-phase structure T1 - Maßgeschneiderte anwendungsrelevante Eigenschaften in Homo-, Ko- und Ter-Polymeren auf der Basis von Poly(vinylidenfluorid) durch Modifikation ihrer Dreiphasenstruktur N2 - Poly(vinylidene fluoride) (PVDF)-based homo-, co- and ter-polymers are well-known for their ferroelectric and relaxor-ferroelectric properties. Their semi-crystalline morphology consists of crystalline and amorphous phases, plus interface regions in between, and governs the relevant electro-active properties. In this work, the influence of chemical, thermal and mechanical treatments on the structure and morphology of PVDF-based polymers and on the related ferroelectric/relaxor-ferroelectric properties is investigated. Polymer films were prepared in different ways and subjected to various treatments such as annealing, quenching and stretching. The resulting changes in the transitions and relaxations of the polymer samples were studied by means of dielectric, thermal, mechanical and optical techniques. In particular, the origin(s) behind the mysterious mid-temperature transition (T_{mid}) that is observed in all PVDF-based polymers was assessed. A new hypothesis is proposed to describe the T_{mid} transition as a result of multiple processes taking place within the temperature range of the transition. The contribution of the individual processes to the observed overall transition depends on both the chemical structure of the monomer units and the processing conditions which also affect the melting transition. Quenching results in a decrease of the overall crystallinity and in smaller crystallites. On samples quenched after annealing, notable differences in the fractions of different crystalline phases have been observed when compared to samples that had been slowly cooled. Stretching of poly(vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene) (P(VDF-TFE)) films causes an increase in the fraction of the ferroelectric β-phase with simultaneous increments in the melting point (T_m) and the crystallinity (\chi_c) of the copolymer. While an increase in the stretching temperature does not have a profound effect on the amount of the ferroelectric phase, its stability appears to improve. Measurements of the non-linear dielectric permittivity \varepsilon_2^\prime in a poly(vinylidenefluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) (P(VDF-TrFE- CFE)) relaxor-ferroelectric (R-F) terpolymer reveal peaks at 30 and 80 °C that cannot be identified in conventional dielectric spectroscopy. The former peak is associated with T_{mid}\ and may help to understand the non-zero \varepsilon_2^\prime values that are found for the paraelectric terpolymer phase. The latter peak can also be observed during cooling of P(VDF-TrFE) copolymer samples at 100 °C and is due to conduction processes and space-charge polarization as a result of the accumulation of real charges at the electrode-sample interface. Annealing lowers the Curie-transition temperature of the terpolymer as a consequence of its smaller ferroelectric-phase fraction, which by default exists even in terpolymers with relatively high CFE content. Changes in the transition temperatures are in turn related to the behavior of the hysteresis curves observed on differently heat-treated samples. Upon heating, the hysteresis curves evolve from those known for a ferroelectric to those of a typical relaxor-ferroelectric material. Comparing dielectric-hysteresis loops obtained at various temperatures, we find that annealed terpolymer films show higher electric-displacement values and lower coercive fields than the non-annealed samples − irrespective of the measurement temperature − and also exhibit ideal relaxor-ferroelectric behavior at ambient temperatures, which makes them excellent candidates for related applications at or near room temperature. However, non-annealed films − by virtue of their higher ferroelectric activity − show a larger and more stable remanent polarization at room temperature, while annealed samples need to be poled below 0 °C to induce a well-defined polarization. Overall, by modifying the three phases in PVDF-based polymers, it has been demonstrated how the preparation steps and processing conditions can be tailored to achieve the desired properties that are optimal for specific applications. N2 - Homo-, Ko- und Terpolymere auf der Basis von Poly(vinylidenfluorid) (PVDF) sind für ihre ferroelektrischen und relaxor-ferroelektrischen Eigenschaften bekannt. Die teilkristalline Morphologie dieser Fluorpolymere, bestehend aus kristallinen und amorphen sowie den dazwischen liegenden Grenzflächen, bestimmt die relevanten elektroaktiven Eigenschaften. In dieser Arbeit wird der Einfluss chemischer, thermischer und mechanischer Behandlungen auf die Struktur und Morphologie von Polymeren der PVDF-Familie untersucht, die wiederum direkt mit den ferroelektrischen/relaxor-ferroelektrischen Eigenschaften zusammenhängen. Daher wurden Polymerfilme mit verschiedenen Methoden hergestellt und vielfältigen Prozessschritten wie z.B. Tempern, Abschrecken und Recken unterzogen. Die sich daraus ergebenden Veränderungen bei Phasenübergängen und Relaxationen in den Proben wurden mit dielektrischen, thermischen, mechanischen und optischen Verfahren untersucht. Insbesondere wurden die Ursachen für den mysteriösen Übergang bei mittleren Temperaturen (T_{mid}) untersucht, der an allen PVDF-basierten Polymeren beobachtet werden kann. Es wurde eine neue Hypothese aufgestellt, die den T_{mid}-Übergang als Ergebnis mehrerer Prozesse beschreibt, die innerhalb eines Temperaturbereichs mehr oder weniger gleichzeitig ablaufen. Der Beitrag dieser einzelnen Übergänge zum Gesamtübergang hängt sowohl von der chemischen Struktur der Monomereinheiten als auch von den Verarbeitungsbedingungen ab. Die verschiedenen Verarbeitungsbedingungen wirken sich auch auf den Schmelzübergang der Polymere aus. Der Prozess des Abschreckens führt zu einer Abnahme der Gesamtkristallinität mit einer geringeren Kristallitgröße. Bei Proben, die nach dem Tempern abgeschreckt wurden, werden im Vergleich zu Proben, die langsam aus dem getemperten Zustand abgekühlt wurden, bemerkenswerte Unterschiede im Anteil der verschiedenen kristallinen Phasen festgestellt. Das Recken von Poly(vinylidenfluorid-Tetrafluorethylen) (P(VDF-TFE))-Filmen führt zu einem Anstieg des Anteils der ferroelektrischen β-Phase bei gleichzeitiger Erhöhung von Schmelzpunkt (T_m) und Kristallinität (\chi_c) des Kopolymers. Während eine Erhöhung der Strecktemperatur keinen tiefgreifenden Einfluss auf die Menge der ferroelektrischen Phase hat, scheint sich die Stabilität der ferroelektrischen Phase zu verbessern. Messungen der nichtlinearen dielektrischen Dielektrizitätskonstante \varepsilon_2^\prime zeigen in einem relaxor-ferroelektrischen (R-F) Terpolymer aus Poly(vinylidenfluorid-trifluorethylen-chlorfluorethylen) (P(VDF-TrFE- CFE)) Maxima bei 30 und 80 °C, die in der herkömmlichen dielektrischen Spektroskopie nicht identifiziert werden können. Das erste Maximum hängt mit T_{mid}\ zusammen und kann dabei helfen, die von Null verschiedenen \varepsilon_2^\prime-Werte zu verstehen, die an der paraelektrischen Phase des Terpolymers beobachtet werden. Das zweite Maximum kann auch während des Abkühlens von P(VDF-TrFE)-Kopolymerproben bei 100 °C beobachtet werden und ist auf elektrische Leitungsprozesse und Raumladungspolarisationen infolge der Ansammlung von realen Ladungen an den Grenzflächen der Elektroden zum Polymermaterial zurückzuführen. Das Tempern verringert die Curie-Übergangstemperatur des Terpolymers als Folge der Verringerung des ferroelektrischen Phasenanteils, der standardmäßig sogar in Terpolymeren mit relativ hohem CFE-Gehalt vorhanden ist. Die Änderungen der Übergangstemperaturen stehen wiederum im Zusammenhang mit dem Verhalten der Hysteresekurven bei unterschiedlich wärmebehandelten Proben. Während der Erwärmung kommt es zu einer deutlichen Veränderung der Hysteresekurven von einem typisch ferroelektrischen Verhalten hin zu relaxor-ferroelektrischem Verhalten. Vergleicht man die bei verschiedenen Temperaturen beobachteten dielektrischen Hystereseschleifen, so stellt man fest, dass getemperte Terpolymerfilme - unabhängig von der Messtemperatur - höhere dielektrische Verschiebungen und niedrigere Koerzitivfelder aufweisen als nicht getemperte Proben und dass sie auch bei Raumtemperatur ein ideales relaxor-ferroelektrisches Verhalten zeigen, was sie zu ausgezeichneten Kandidaten für Anwendungen in der Nähe der Raumtemperatur macht. Allerdings zeigen nicht getemperte Filme aufgrund ihrer höheren Ferroelektrizität einen höheren und stabilen Wert der remanenten Polarisation bei Raumtemperatur, während getemperte Proben unter 0 °C gepolt werden müssen, um eine eindeutige Polarisation aufzuweisen. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass durch die Modifizierung der drei Phasen in PVDF-basierten Polymeren die Präparationsschritte und Verarbeitungsbedingungen so angepasst werden können, dass die gewünschten Eigenschaften für bestimmte Anwendungen optimal sind. KW - PVDF-based polymers KW - structure-property relationships KW - ferroelectric polymers KW - relaxor-ferroelectric polymers KW - mid-temperature transition KW - Polymere auf PVDF-Basis KW - ferroelektrische Polymere KW - Mitteltemperaturübergang KW - Relaxor-ferroelektrische Polymere KW - Struktur-Eigenschafts-Beziehungen Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-549667 ER - TY - THES A1 - Rabacher, Gerald T1 - „Man ist nie irgendwie fertig“ Über Teilnahme- und Lernbegründungen von Primarstufenlehrer*innen in bewegungsorientierten Weiterbildungsprozessen N2 - Pädagog*innen der Primarstufe nehmen an spezifischen bewegungsorientierten Weiterbildungen teil. Zahlreiche Untersuchungen im Kontext von Fort- und Weiterbildungen stellen dar, unter welchen Bedingungen sich Teilnahmen förderlich oder hinderlich auswirken. In didaktisch-konzeptionellen Überlegungen werden häufig Fragen diskutiert, wie äußere Umstände, etwa in Bezug auf zeitliche, räumliche oder inhaltliche Dimensionen, zu gestalten sind, damit Bildungsangebote im Schulsystem bestimmte Wirkungen erzielen. Unter welchen Bedingungen erfolgt sozusagen günstiger Weise eine Vermittlung von spezifischen Inhalten an Lehrer*innen, damit über diese ein Transfereffekt von (system-)relevantem Wissen in das Schulsystem erfolgen kann? In dieser Forschungsarbeit soll nicht ein Bedingungsdiskurs im Vordergrund stehen, auf dessen Grundlage wirkungsvolle Vermittlungsstrategien für Bildungsangebote diskutiert werden. Im Zentrum steht die Frage nach je eigenen Teilnahme- und Lernbegründungen von Pädagog*innen, und wie sie sich zu ihrer Weiterbildung ins Verhältnis setzen. Dieser Zugang verändert die Perspektive auf die Thematik und erlaubt die Auseinandersetzung mit Subjekten im Rahmen eines Begründungsdiskurses. Im Zuge einer empirisch-qualitativen Studie werden narrative Interviews mit elf Absolvent*innen einer bewegungsorientierten Weiterbildung geführt, die Auswertung der Daten erfolgt mit der Dokumentarischen Methode. Die Rekonstruktionsergebnisse werden in Form von zwei Fallbeschreibungen und durch vier typische, in der Studie entwickelte, Begründungsfiguren dargestellt: die Figur Lernen, die Figur Wissensmanagement, die Figur Neugierige Suche und die Figur Körperliche Aktivität. Neben der Rekonstruktion von Teilnahme- und Lernbegründungsmustern wird deutlich, dass Teilnehmen und Lernen keine unterschiedlichen Zugangslogiken in Bezug auf Bedeutungs-Begründungs-Zusammenhänge verfolgen. Vielmehr sind sowohl expansive als auch defensive Lernbegründungen im Zuge von Teilnahmebegründungen identifizierbar. N2 - Educators at primary school level engage in specific movement-oriented professional development programmes. There is ample research which discusses encouraging as well as inhibiting conditions for the participation in such programmes. Didactic-methodological considerations for professional development frequently discuss external factors such as temporal, spatial, and content-related dimensions in order to establish positive impact on the educational system at school level. However, which conditions really support the transmission of content to teachers, simultaneously creating a transfer of systemically relevant knowledge into the school system? This research paper does not intend to prioritise an educational discourse on effective strategies for professional development. Rather, it concentrates on the question how educators explain their participation and learning, and it discusses their relationship with their professional development. This approach not only changes the view of the topic, but it also encourages a mutual discourse about justifications with the participants. In the context of an empirical-qualitative study, narrative interviews with eleven participants of a movement-oriented professional development course were conducted. Data analysis made use of the documentary method of interpretation. Two case descriptions and four typical figures of justification – learning, management of knowledge, inquisitive search and physical activity – illustrate the reconstructive results. Regarding the correlation of meaning and justification, the reconstruction of patterns of participation and learning do not appear to be embedded in different reasoning. Instead, expansive as well as defensive learning justifications could be identified in varying justifications for participation. T2 - "One is never somehow finished" about participation and learning justifications of primary school teachers in movement-oriented professional development programmes KW - Subjektwissenschaftliche Lerntheorie KW - Lernbegründungen KW - Teilnahmebegründungen KW - Bewegungsorientierte Weiterbildung KW - Bildungspolitische Programme KW - Qualitative Sozialforschung KW - Dokumentarische Methode KW - Fallbeschreibungen KW - Typenbildung KW - Begründungsfiguren KW - justification figures KW - movement-oriented professional development programmes KW - educational programs KW - documentary method KW - case descriptions KW - learning justifications KW - qualitative social research KW - subject-scientific learning theory KW - participation justifications KW - typing Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-546223 ER - TY - THES A1 - Pérez Chaparro, Camilo Germán Alberto T1 - Non-HIV comorbidities and exercise in German people living with HIV T1 - Nicht-HIV-Komorbiditäten und Bewegung bei deutschen Menschen, die mit HIV leben N2 - The post-antiretroviral therapy era has transformed HIV into a chronic disease and non-HIV comorbidities (i.e., cardiovascular and mental diseases) are more prevalent in PLWH. The source of these non-HIV comorbidities aside from traditional risk factor include HIV infection, inflammation, distorted immune activation, burden of chronic diseases, and unhealthy lifestyle like sedentarism. Exercise is known for its beneficial effects in mental and physical health; reasons why exercise is recommended to prevent and treat difference cardiovascular and mental diseases in the general population. This cumulative thesis aimed to comprehend the relation exercise has to non-HIV comorbidities in German PLWH. Four studies were conducted to 1) understand exercise effects in cardiorespiratory fitness and muscle strength on PLWH through a systematic review and meta-analyses and 2) determine the likelihood of German PLWH developing non-HIV comorbidities, in a cross-sectional study. Meta-analytic examination indicates PLWH cardiorespiratory fitness (VO2max SMD = 0.61 ml·kg·min-1, 95% CI: 0.35-0.88, z = 4.47, p < 0.001, I2 = 50%) and strength (of remark lowerbody strength by 16.8 kg, 95% CI: 13–20.6, p< 0.001) improves after an exercise intervention in comparison to a control group. Cross-sectional data suggest exercise has a positive effect on German PLWH mental health (less anxiety and depressive symptoms) and protects against the development of anxiety (PR: 0.57, 95%IC: 0.36 – 0.91, p = 0.01) and depression (PR: 0.62, 95%IC: 0.41 – 0.94, p = 0.01). Likewise, exercise duration is related to a lower likelihood of reporting heart arrhythmias (PR: 0.20, 95%IC: 0.10 – 0.60, p < 0.01) and exercise frequency to a lower likelihood of reporting diabetes mellitus (PR: 0.40, 95%IC: 0.10 – 1, p < 0.01) in German PLWH. A preliminary recommendation for German PLWH who want to engage in exercise can be to exercise ≥ 1 time per week, at an intensity of 5 METs per session or > 103 MET·min·day-1, with a duration ≥ 150 minutes per week. Nevertheless, further research is needed to comprehend exercise dose response and protective effect for cardiovascular diseases, anxiety, and depression in German PLWH. N2 - In der Zeit seit der antiretroviralen Therapie hat sich HIV zu einer chronischen Erkrankung entwickelt und Nicht-HIV-Komorbiditäten, z.B. Herz-Kreislauf-Erkrankungen und psychische Erkrankungen, treten bei Menschen, die mit HIV leben, häufiger auf. Die Herkunft dieser Nicht-HIV-Komorbiditäten, neben den traditionellen Risikofaktoren, sind HIV-Infektion, chronische Entzündung, eine gestörte Immunaktivierung, chronische Erkrankungen und eine ungesunde Lebensweise wie Bewegungsmangel. Bewegung ist bekannt für seine positive Wirkung auf die mentale und körperliche Gesundheit; das ist der Grund, warum Bewegung in der Prävention und der Behandlung verschiedener Herz-Kreislauf- und psychischer Erkrankungen in der Allgemeinbevölkerung empfohlen wird. Ziel dieser kumulativen Arbeit war es, den Zusammenhang zwischen körperlicher Bewegung und nicht-HIV-Komorbiditäten bei deutschen Menschen, die mit HIV leben zu untersuchen. Vier Studien wurden durchgeführt, um 1) die Auswirkungen von Bewegung auf die kardiorespiratorische Fitness und die Muskelkraft von HIV-Infizierten durch eine systematische Übersichtsarbeit und Meta-Analysen zu verstehen und 2) zu bestimmen, ob HIV-positive Menschen, die Bewegung treiben, entwickeln einen Nicht-HIV-Komorbiditäten. Die metaanalytische Untersuchung zeigt, dass sich die kardiorespiratorische Fitness (VO2max SMD = 0.61 mlkgmin-1, 95 % CI: 0.35-0.88, z = 4.47, p < 0.001, I2 = 50 %) und Kraft (Besonders in den unteren Extremitäten 16.8 kg, 95 % CI: 13–20.6, p< 0.001) nach einer Trainingsintervention im Vergleich zu einer Kontrollgruppe verbessert. Querschnittdaten deuten darauf hin, dass Bewegung eine positive Wirkung auf die psychische Gesundheit den deutschen Menschen, die mit HIV leben hat (weniger Angst und depressive Symptome) und vor der Entwicklung von Angst (PR: 0,57, 95 % IC: 0,36 - 0,91, p = 0,01) und Depression (PR: 0,62, 95 % IC: 0,41 - 0,94, p = 0,01) schützt. Ebenso geht die Dauer der Bewegung mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit für Herzrhythmusstörungen einher, (PR: 0,20, 95 % IC: 0,10 - 0,60, p < 0,01). Eine vorläufige Empfehlung für deutsche Menschen, die mit HIV leben und die sich sportlich betätigen wollen, kann sein, ³ 1-mal pro Woche mit einer Intensität von 5 METs und einer Dauer von ³ 60 Minuten zu trainieren. Dennoch sind weitere Forschungen erforderlich, um die Dosiswirkung und die schützende Wirkung von Bewegung auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Angst und Depression bei deutschen Menschen, die mit HIV leben zu verstehen. KW - HIV KW - cardiovascular disease KW - anxiety KW - depression KW - exercise KW - Menschen, die mit HIV leben KW - Angst KW - Depression KW - kardiovaskuläre Erkrankungen KW - Bewegung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-560842 ER -