TY  - THES
A1  - Kämpf, Lucas
T1  - Extreme events in geoarchives
T1  - Extremereignisse in Geoarchiven
BT  - deciphering processes of detrital flood layer formation in lake sediments
BT  - Bildung von Hochwasserlagen in Seesedimenten
N2  - A main limitation in the field of flood hydrology is the short time period covered by instrumental flood time series, rarely exceeding more than 50 to 100 years. However, climate variability acts on short to millennial time scales and identifying causal linkages to extreme hydrological events requires longer datasets. To extend instrumental flood time series back in time, natural geoarchives are increasingly explored as flood recorders. Therefore, annually laminated (varved) lake sediments seem to be the most suitable archives since (i) lake basins act as natural sediment traps in the landscape continuously recording land surface processes including floods and (ii) individual flood events are preserved as detrital layers intercalated in the varved sediment sequence and can be dated with seasonal precision by varve counting.
The main goal of this thesis is to improve the understanding about hydrological and sedimentological processes leading to the formation of detrital flood layers and therewith to contribute to an improved interpretation of lake sediments as natural flood archives. This goal was achieved in two ways: first, by comparing detrital layers in sediments of two dissimilar peri-Alpine lakes, Lago Maggiore in Northern Italy and Mondsee in Upper Austria, with local instrumental flood data and, second, by tracking detrital layer formation during floods by a combined hydro-sedimentary monitoring network at Lake Mondsee spanning from the rain fall to the deposition of detrital sediment at the lake floor.
Successions of sub-millimetre to 17 mm thick detrital layers were detected in sub-recent lake sediments of the Pallanza Basin in the western part of Lago Maggiore (23 detrital layers) and Lake Mondsee (23 detrital layers) by combining microfacies and high-resolution micro X-ray fluorescence scanning techniques (µ-XRF). The detrital layer records were dated by detailed intra-basin correlation to a previously dated core sequence in Lago Maggiore and varve counting in Mondsee. The intra-basin correlation of detrital layers between five sediment cores in Lago Maggiore and 13 sediment cores in Mondsee allowed distinguishing river runoff events from local erosion. Moreover, characteristic spatial distribution patterns of detrital flood layers revealed different depositional processes in the two dissimilar lakes, underflows in Lago Maggiore as well as under- and interflows in Mondsee. Comparisons with runoff data of the main tributary streams, the Toce River at Lago Maggiore and the Griesler Ache at Mondsee, revealed empirical runoff thresholds above which the deposition of a detrital layer becomes likely. Whereas this threshold is the same for the whole Pallanza Basin in Lago Maggiore (600 m3s-1 daily runoff), it varies within Lake Mondsee. At proximal locations close to the river inflow detrital layer deposition requires floods exceeding a daily runoff of 40 m3s-1, whereas at a location 2 km more distal an hourly runoff of 80 m3s-1 and at least 2 days with runoff above 40 m3s-1 are necessary. A relation between the thickness of individual deposits and runoff amplitude of the triggering events is apparent for both lakes but is obviously further influenced by variable influx and lake internal distribution of detrital sediment.
To investigate processes of flood layer formation in lake sediments, hydro-sedimentary dynamics in Lake Mondsee and its main tributary stream, Griesler Ache, were monitored from January 2011 to December 2013. Precipitation, discharge and turbidity were recorded continuously at the rivers outlet to the lake and compared to sediment fluxes trapped close to the lake bottom on a basis of three to twelve days and on a monthly basis in three different water depths at two locations in the lake basin, in a distance of 0.9 (proximal) and 2.8 km (distal) to the Griesler Ache inflow. Within the three-year observation period, 26 river floods of different amplitude (10-110 m3s-1) were recorded resulting in variable sediment fluxes to the lake (4-760 g m-2d-1). Vertical and lateral variations in flood-related sedimentation during the largest floods indicate that interflows are the main processes of lake internal sediment transport in Lake Mondsee. The comparison of hydrological and sedimentological data revealed (i) a rapid sedimentation within three days after the peak runoff in the proximal and within six to ten days in the distal lake basin, (ii) empirical runoff thresholds for triggering sediment flux at the lake floor increasing from the proximal (20 m3s-1) to the distal lake basin (30 m3s-1) and (iii) factors controlling the amount of detrital sediment deposition at a certain location in the lake basin. The total influx of detrital sediment is mainly driven by runoff amplitude, catchment sediment availability and episodic sediment input by local sediment sources. A further role plays the lake internal sediment distribution which is not the same for each event but is favoured by flood duration and the existence of a thermocline and, therewith, the season in which a flood occurred.
In summary, the studies reveal a high sensitivity of lake sediments to flood events of different intensity. Certain runoff amplitudes are required to supply enough detrital material to form a visible detrital layer at the lake floor. Reasonable are positive feedback mechanisms between rainfall, runoff, erosion, fluvial sediment transport capacity and lake internal sediment distribution. Therefore, runoff thresholds for detrital layer formation are site-specific due to different lake-catchment characteristics. However, the studies also reveal that flood amplitude is not the only control for the amount of deposited sediment at a certain location in the lake basin even for the strongest flood events. The sediment deposition is rather influenced by a complex interaction of catchment and in-lake processes. This means that the coring location within a lake basin strongly determines the significance of a flood layer record. Moreover, the results show that while lake sediments provide ideal archives for reconstructing flood frequencies, the reconstruction of flood amplitudes is a more complex issue and requires detailed knowledge about relevant catchment and in-lake sediment transport and depositional processes.
N2  - Die Erforschung von Hochwasserereignissen, ihrer Wiederkehrhäufigkeiten und Entwicklung im Zuge des prognostizierten Klimawandels wird durch die kurzen instrumentellen Datenreihen stark begrenzt. Diese umfassen selten mehr als die letzten 50 bis 100 Jahre. Das Klima verändert sich jedoch in kurzen bis hin zu sehr langen Zeiträumen, welche mehrere tausend Jahre umfassen können. Die Feststellung von Zusammenhängen zwischen Klimaänderungen und dem Auftreten von Hochwasserereignissen bedarf daher längerer Datenreihen. Aus diesem Grund sind in den letzten Jahren Geoarchive als Zeugen vergangener Hochwasserereignisse stärker in den Fokus der Forschung gerückt. Besonders geeignete Archive sind jährlich geschichtete Seesedimente, da Seen natürliche Senken für Stoffflüsse aus der Landschaft darstellen. Sedimenteinträge durch Hochwasserereignisse führen zur Bildung charakteristischer Lagen am Seeboden. Diese Eintragslagen können im Seesediment untersucht und aufgrund der Jahresschichtung mit saisonaler Präzision datiert werden.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Verständnis über jene Prozesse, die zur Bildung solcher Hochwasserlagen in Seesedimenten führen, zu erweitern und damit zu einer verbesserten Interpretation von Seesedimenten als natürliche Hochwasserarchive beizutragen. Dieses Ziel wurde auf zwei Wegen verfolgt. Zum einen wurden einzelne Hochwasserlagen in zwei unterschiedlichen Seen, Lago Maggiore in Norditalien und Mondsee in Oberösterreich, mit instrumentellen Hochwasserdaten verglichen und zum anderen wurden Prozesse, die zur Bildung von Hochwasserlagen führen, durch ein umfassendes Messnetz im Mondsee überwacht.
Für den Vergleich der Hochwasserlagen mit instrumentellen Hochwasserdaten wurden zunächst die zum Teil unter einem Millimeter dünnen Sedimentlagen in den obersten Sedimentschichten aus dem Mondsee und der Pallanzabucht im Westen des Lago Maggiore mittels Mikroskopie und geochemischen Verfahren untersucht. Das Alter jeder einzelnen Lage wurde durch Zählung der Jahresschichten im Mondsee (23 Lagen zwischen 1976 und 2005) und im Lago Maggiore durch detaillierte Korrelation zu einer bereits datierten Kernsequenz (23 Lagen zwischen 1965 und 2006) bestimmt. Die Verbindung der einzelnen Hochwasserlagen zwischen fünf Sedimentkernen im Lago Maggiore und 13 Sedimentkernen im Mondsee zeigte verschiedene räumliche Verbreitungsmuster von Hochwasserlagen auf. Das heißt, dass die Prozesse, die zur Bildung der Hochwasserlagen führen in den beiden Seen unterschiedlich sind. Im Lago Maggiore wird das eingetragene Sediment durch Ströme am Seeboden transportiert. Dagegen erfolgt der Sedimenttransport im Mondsee im oberen Bereich der Wassersäule entlang der Sprungschicht, wo die Temperatur- und Dichteunterschiede im See am größten sind. Weiterhin wurden die Hochwasserlagen mit instrumentellen Abflusszeitreihen der Hauptzuflüsse, dem Toce am Lago Maggiore und der Griesler Ache am Mondsee, verglichen. Die Vergleiche zeigten nicht nur, dass die Hochwasserlagen zeitgleich mit erhöhten Abflüssen auftreten, sondern auch, dass die Ablagerung erst ab einem bestimmten Abflusswert wahrscheinlich wird. Die meisten Hochwasserlagen im Lago Maggiore korrelieren mit Hochwasserereignissen, die einen Tagesabfluss von 600 m3s-1 überschreiten. Im Mondsee ist der Abflusswert zum einen geringer als im Lago Maggiore und zum anderen nicht im ganzen Seebecken gleich, sondern steigt vom Delta (Tagesabfluss: 40 m3s-1) zur Seemitte hin an (stündlicher Abfluss: 80 m3s-1, 2 Tage über 40 m3s-1 Tagesabfluss). Weiterhin wurde für beide Seen eine Beziehung zwischen der Stärke des Abflusses und der Dicke der Hochwasserlagen festgestellt. Diese ist allerdings stark durch Variationen im Sedimenteintrag und in der Verbreitung innerhalb des Seebeckens beeinflusst.
Um die Prozesse, welche zur Bildung von Hochwasserlagen führen, besser zu verstehen, wurden im Mondsee und dem Hauptzufluss, der Griesler Ache, verschiedene Messparameter von 2011 bis 2013 aufgezeichnet. Der Niederschlag wurde an verschiedenen Stationen im Einzugsgebiet und der Abfluss sowie die Trübung des Flusswassers am Austritt der Griesler Ache in den Mondsee kontinuierlich gemessen. Im See wurde an zwei Stellen, in 0.9 km und in 2.8 km Entfernung zum Delta der Griesler Ache, Sediment mittels Sedimentfallen gesammelt, zum einen nahe dem Seeboden mit einer zeitlichen Auflösung von drei bis zwölf Tagen und zum anderen monatlich in drei unterschiedlichen Wassertiefen. Innerhalb des dreijährigen Messzeitraums wurden 26 Hochwasserereignisse mit unterschiedlicher Abflussstärke (10-110 m3s-1) aufgezeichnet, die einen unterschiedlichen Sedimenteintrag am Seeboden auslösten (4-760 g m-2d-1). Die räumliche Verteilung des Sediments nach den Hochwasserereignissen deutet wieder auf einen Sedimenttransport im oberen Teil der Wassersäule hin. Durch den Vergleich von Abflussdaten der Griesler Ache und der gefangenen Sedimentmenge für jedes einzelne der 26 Ereignisse konnte zunächst die Zeitspanne zwischen Hochwasserereignis und Sedimentation am Seeboden ermittelt werden. Nahe dem Zufluss wird das Sediment zum größten Teil bereits innerhalb von drei Tagen nach der Hochwasserspitze abgelagert. In der Seemitte dauert die Sedimentation sechs bis zehn Tage. Des Weiteren wurden, ähnlich wie bereits bei der Untersuchung der Hochwasserlagen festgestellt, bestimmte Abflusswerte detektiert über welchen ein erhöhter Sedimenteintrag am Seeboden gemessen wurde. Nahe dem Flussdelta führen Hochwasser mit mehr als 20 m3s-1 Spitzenabfluss zum erhöhten Sedimenteintrag, während in der Seemitte ein Spitzenabfluss von 30 m3s-1 notwendig ist. Obwohl ein statistischer Zusammenhang zwischen der Hochwasserstärke und der abgelagerten Sedimentmenge besteht, wurde gezeigt, dass weitere Faktoren die Sedimentation am Seeboden beeinflussen. Der Sedimenteintrag in den See wird neben der Abflussstärke durch die Sedimentverfügbarkeit im Einzugsgebiet und episodischen Sedimenteinträgen von lokalen Quellen bestimmt. Eine weitere Rolle spielt die Verteilung des Sediments innerhalb des Seebeckens. Diese ist nicht für jedes Hochwasserereignis gleich, sondern wird durch die Dauer des Hochwasserereignisses und die Existenz der Sprungschicht in den Sommermonaten limitiert.
Insgesamt zeigen die Untersuchungen, dass Seesedimente Hochwasserereignisse unterschiedlicher Stärke aufzeichnen. Eine bestimmte Hochwasserstärke ist notwendig, damit ausreichend Sediment für eine sichtbare Hochwasserlage am Seeboden abgelagert wird. Die Ursache ist der Einfluss von Niederschlags- und Abflussstärke auf Erosion, Sedimenttransport im Fluss und die Sedimentverteilung innerhalb des Seebeckens. Da diese Faktoren in unterschiedlichen Seen verschieden wirken, sind die Abflusswerte über denen es zur Hochwasserlagenbildung kommt, in jedem See verschieden. Die Untersuchungen dieser Arbeit zeigen weiterhin, dass die Menge an abgelagertem Sediment am Seeboden nicht nur durch die Abflussstärke bestimmt wird. Die Sedimentation ist vielmehr durch die komplexe Wechselwirkung von Prozessen im Einzugsgebiet und innerhalb des Sees kontrolliert. Dass bedeutet, dass jene Stelle innerhalb eines Seebeckens, an welcher ein Sedimentkern entnommen wird, die Güte eines Hochwasserarchivs maßgeblich beeinflusst. Weiterhin zeigen die Ergebnisse, dass Seesedimente für die Rekonstruktion von Hochwasserhäufigkeiten ideale Archive darstellen. Die Ableitung von Hochwasserstärken aus der Dicke einzelner Hochwasserlagen ist allerdings komplexer und setzt eine detaillierte Kenntnis der relevanten Transport- und Ablagerungsprozesse im See und seinem Einzugsgebiet voraus.
KW  - lake sediments
KW  - flood reconstruction
KW  - sediment transport
KW  - environmental monitoring
KW  - Seesedimente
KW  - Hochwasserrekonstruktion
KW  - Sedimenttransport
KW  - Umweltmonitoring
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85961
ER  - 
TY  - THES
A1  - Papendiek, Franka
T1  - Fodder legumes for Green Biorefineries
T1  - Futterleguminosen als Rohstoff der Grünen Bioraffinerie
BT  - a perspective for sustainable agricultural production systems
BT  - eine Perspektive für nachhaltige agrarische Produktionssysteme
N2  - Peak oil is forcing our society to shift from fossil to renewable resources. However, such renewable resources are also scarce, and they too must be used in the most efficient and sustainable way possible. Biorefining is a concept that represents both resource efficiency and sustainability. This approach initiates a cascade use, which means food and feed production before material use, and an energy-related use at the end of the value-added chain. However, sustainability should already start in the fields, on the agricultural side, where the industrially-used biomass is produced. Therefore, the aim of my doctoral thesis is to analyse the sustainable feedstock supply for biorefineries. In contrast to most studies on biorefineries, I focus on the sustainable provision of feedstock and not on the bioengineering processing of whatever feedstock is available.
Grasslands provide a high biomass potential. They are often inefficiently used, so a new utilisation concept based on the biorefining approach can increase the added value from grasslands. Fodder legumes from temporary and permanent grasslands were chosen for this study. Previous research shows that they are a promising feedstock for industrial uses, and their positive environmental impact is an important byproduct to promote sustainable agricultural production systems. 
Green Biorefineries are a class of biorefineries that use fresh green biomass, such as grasses or fodder legumes, as feedstock. After fractionation, an organic solution (press juice) forms; this is used for the production of organic acids, chemicals and extracts, as well as fertilisers. A fibre component (press cake) is also created to produce feed, biomaterials and biogas. This thesis examines a specific value chain, using alfalfa and clover/grass as feedstock and generating lactic acid and one type of cattle feed from it. The research question is if biomass production needs to be adapted for the utilisation of fodder legumes in the Green Biorefinery approach. I have attempted to give a holistic analysis of cultivation, processing and utilisation of two specific grassland crops. Field trials with alfalfa and clover/grass at different study sites were carried out to obtain information on biomass quality and quantity depending on the crop, study site and harvest time. The fresh biomass was fractionated with a screw press and the composition of press juices and cakes was analysed. Fermentation experiments took place to determine the usability of press juices for lactic acid production. The harvest time is not of high importance for the quality of press juices as a fermentation medium. For permanent grasslands, late cuts, often needed for reasons of nature conservation, are possible without a major influence on feedstock quality. The press cakes were silaged for feed-value determination. 
Following evidence that both intermediate products are suitable feedstocks in the Green Biorefinery approach, I developed a cost-benefit analysis, comparing different production scenarios on a farm. Two standard crop rotations for Brandenburg, producing either only market crops or market crops and fodder legumes for ruminant feed production, were compared to a system that uses the cultivated fodder legumes for the Green Biorefinery value chain instead of only feed production. Timely processing of the raw material is important to maintain quality for industrial uses, so on-site processing at the farm is assumed in Green Biorefinery scenario. As a result, more added value stays in the rural area. Two farm sizes, common for many European regions, were chosen to examine the influence of scale. The cost site of farmers has also been analysed in detail to assess which farm characteristics make production of press juices for biochemical industries viable. Results show that for large farm sizes in particular, the potential profits are high. Additionally, the wider spectrum of marketable products generates new sources of income for farmers.
The holistic analysis of the supply chain provides evidence that the cultivation processes for fodder legumes do not need to be adapted for use in Green Biorefineries. In fact, the new utilisation approach even widens the cultivation and processing spectrum and can increase economic viability of fodder legume production in conventional farming.
N2  - Nachwachsende Rohstoffe ersetzen zunehmend fossile Energieträger. Die effiziente Verwertung dieser Ressourcen ist essentiell, um eine nachhaltige Rohstoffnutzung zu gewährleisten. Die Bioraffinerie ist ein Konzept, das darauf abzielt Ressourcen möglichst effizient und nachhaltig zu nutzen. Biomasse wird hierbei mit möglichst hoher Wertschöpfung verarbeitet und es entstehen sowohl Lebens- und Futtermittel, als auch Chemikalien und Energieträger daraus. Doch auch die Rohstoffe, die im Bioraffinerieprozess verarbeitet werden, müssen nachhaltig produziert sein. Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es, die nachhaltige Bereitstellung von Rohstoffen für die Bioraffinerie zu untersuchen. 
Als Rohstoff habe ich Futterleguminosen vom Grünland gewählt. Grünlandflächen sind in Deutschland und weiten Teilen Europas durch Umbruch oder aber Nutzungsaufgabe bedroht. Dies zeigt, dass sie nicht effizient genutzt werden. Neue Nutzungsansätze, die sich durch Bioaffinerien ergeben, könnten den Rückgang des Grünlands aufhalten. Sowohl Dauergrünland, als auch temporäres Grünland wird in dieser Arbeit untersucht. Futterleguminosen wurden gewählt, da frühere Studien sie als vielversprechenden Rohstoff für die industrielle Nutzung ausgewiesen haben und sie einen sehr positiven ökologischen Einfluss auf Agrarökosysteme haben können.
Eine Form der Bioraffinerie ist die Grüne Bioraffinerie, die als Rohstoff frische grüne Biomasse, wie zum Beispiel Gräser verarbeitet. Die Biomasse wird in einen Faseranteil (Presskuchen) und eine organische Lösung (Presssaft) fraktioniert. Der Presskuchen kann zur Herstellung von Futtermitteln, Biomaterialien oder auch als Biogassubstrat verwendet werden. Der Presssaft ist vielfältig in der biochemischen Industrie einsetzbar, z.B. zur Produktion organischer Säuren, Kosmetika und Pharmazeutika. Diese Doktorarbeit untersucht eine spezifische Wertschöpfungskette der Grünen Bioraffinerie, bei der Luzerne und Kleegras als Rohstoffe verwendet werden und aus ihnen Milchsäure sowie ein Futtermittel für Wiederkäuer produziert wird. Die Forschungsfragen in diesem Zusammenhang sind, (1) ob der Anbau der Futterleguminosen der Nutzung als Rohstoff in der Bioraffinerie angepasst werden muss; (2) wie die Biomasse für eine effiziente Rohstoffausbeute verarbeitet werden muss; und (3) ob der Anbau von Futterleguminosen für die Grüne Bioraffinerie wirtschaftlich rentabel umsetzbar ist. Ich habe mit dieser Arbeit somit eine ganzheitliche Untersuchung umgesetzt, die den Anbau, die Verarbeitung und letztlich auch die Produktverwertung untersucht.
Zur Beantwortung der Forschungsfragen wurden Feldversuche durchgeführt, um Informationen zu Biomassequalität und –quantität in Abhängigkeit der Kulturpflanze, des Untersuchungsstandortes sowie des Erntezeitpunktes zu erlangen. Die geerntete Biomasse wurde mit einer Schneckenpresse in Presssaft und –kuchen separiert und deren Inhaltsstoffe analysiert. In Fermentierungsexperimenten wurde die Güte der Presssäfte als Rohstoff in der Milchsäureherstellung untersucht. Die Herstellung von Milchsäure erfordert eine schnelle Verarbeitung der Biomasse, sodass diese direkt im landwirtschaftlichen Betrieb stattfinden sollte. Dies führt zu einer höheren Wertschöpfung direkt am Ort der Produktion und kann die Wirtschaft im ländlichen Raum stärken. Die Qualität des Presskuchens als Futtermittel wurde mithilfe von Silierversuchen bestimmt. Die Untersuchungen in dieser Doktorarbeit zeigten, dass der Erntezeitpunkt für die Rohstoffqualität in der industriellen Nutzung eine untergeordnete Rolle spielt. Somit werden späte Erntezeitpunkte möglich, die vor allem für extensiv genutztes Dauergrünland wichtig sind, um die Biodiversität zu erhalten. 
Nachdem der Nachweis erbracht war, dass sowohl der Presssaft als auch der Presskuchen wertvolle Zwischenprodukte der Grünen Bioraffinerie sind, habe ich eine Kosten-Nutzen Analyse aufgestellt. Ziel war es herauszufinden, ob Landwirte von der Bereitstellung dieser Zwischenprodukte wirtschaftlich profitieren können. Es stellte sich heraus, dass vor allem große landwirtschaftliche Betriebe einen wirtschaftlichen Nutzen daraus ziehen können. Der Anbau von Futterleguminosen könnte in diesen Betrieben eine stark positive Umweltwirkung haben, da z.B. der Einsatz von Mineraldüngern reduziert werden kann und Bodenstrukturen verbessert werden.
Zusammenfassend eröffnet die Grüne Bioraffinerie neue Nutzungsansätze für Futterleguminosen und somit Grünlandstandorte und kann genutzt werden, um die Nachhaltigkeit in agrarischen Produktionssystemen zu steigern.
KW  - Green Biorefinery
KW  - cost-benefit-analysis
KW  - field trials
KW  - fermentation experiments
KW  - lactic acid production
KW  - fodder legumes
KW  - Luzerne
KW  - Kleegras
KW  - Versuchsanbau
KW  - Fermentation
KW  - Milchsäure
KW  - Futtermittel für Wiederkäuer
KW  - Presskuchen
KW  - Presssaft
KW  - Kosten-Nutzen-Analyse
KW  - Nachhaltigkeit im ländlichen Raum
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-87198
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sander, Andreas Alexander Christoph
T1  - Radiatively driven winds of hot stars
BT  - Coupling hydrodynamics with detailed non-LTE radiative transfer
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bendadani, Carolin
T1  - 1-Methylpyren: Biotransformation und Gentoxizität
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Herde, Antje
T1  - Individual differences and seasonal variation in behaviour
BT  - Studies on common voles
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Baumeier, Christian
T1  - Dietary and Pharmacological Strategies for the Prevention and Treatment of Type 2 Diabetes in a Diabetes-Susceptible Mouse Model
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Arabi, Fayezeh
T1  - Functional characterization of Sulfur Deficiency Induced genes, SDI1 and SDI2, in Arabidopsis thaliana
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Prandi, Simone
T1  - Characterization of the expression and function of bitter taste receptor genes in gastrointestinal tissues
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Golle, Kathleen
T1  - Physical fitness in school-aged children
T1  - Motorische Leistungsfähigkeit im Schulkindalter
N2  - Physical fitness is an important marker of health that enables people to carry out activities of daily living with vigour and alertness but without undue fatigue and with sufficient reserve to enjoy active leisure pursuits and to meet unforeseen emergencies. Especially, due to scientific findings that the onset of civilization diseases (e.g., obesity, cardiovascular disease) begins in childhood and that physical fitness tracks (at least) into young adulthood, the regular monitoring and promotion of physical fitness in children is risen up to a public health issue. In relation to the evaluation of a child’s physical fitness over time (i.e., development) the use of longitudinally-based percentile values is of particular interest due to their underlined dedication of true physical fitness development within subjects (i.e., individual changes in timing and tempo of growth and maturation). Besides its genetic determination (e.g., sex, body height), physical fitness is influenced by factors that refer to children’s environment and behaviour. For instance, disparities in physical fitness according to children’s living area are frequently reported concerning the fact that living in rural areas as compared to urban areas seems to be more favourable for children’s physical fitness. In addition, cross-sectional studies found higher fitness values in children participating in sports clubs as compared to non-participants. However, up to date, the observed associations between both (i.e., living area and sports club participating) and children’s physical fitness are unresolved concerning a long-term effect. In addition, social inequality as determined by the socioeconomic status (SES) extends through many areas of children’s life. While evidence indicates that the SES is inversely related to various indices of child’s daily life and behaviour like educational success, nutritional habits, and sedentary- and physical activity behaviour, a potential relationship between child’s physical fitness and the SES is hardly investigated and indicated inconsistent results.
The present thesis addressed three objectives: (1) to generate physical fitness percentiles for 9- to 12- year-old boys and girls using a longitudinal approach and to analyse the age- and sex-specific development of physical fitness, (2) to investigate the long-term effect of living area and sports club participation on physical fitness in third- to sixth-grade primary school students, and (3) to examine associations between the SES and physical fitness in a large and representative (i.e., for a German federal state) sample of third grade primary school students.
Methods
(i/ii) Healthy third graders were followed over four consecutive years (up to grade 6), including annually assessment of physical fitness and parental questionnaire (i.e., status of sports club participation and living area). Six tests were conducted to estimate various components of physical fitness: speed (50-m sprint test), upper body muscular power (1-kg ball push test), lower body muscular power (triple hop test), flexibility (stand-and-reach test), agility (star agility run test), and cardiorespiratory fitness (CRF) (9-min run test). (iii) Within a cross-sectional study (i.e., third objective), physical fitness of third graders was assessed by six physical fitness tests including: speed (20-m sprint test), upper body muscular power (1-kg ball push test), lower body muscular power (standing long jump [SLJ] test), flexibility (stand-and-reach test), agility (star agility run test), and CRF (6-min run test). By means of questionnaire, students reported their status of organized sports participation (OSP).
Results
(i) With respect to percentiles of physical fitness development, test performances increased in boys and girls from age 9 to 12, except for males’ flexibility (i.e., stable performance over time). Girls revealed significantly better performance in flexibility, whereas boys scored significantly higher in the remaining physical fitness tests. In girls as compared to boys, physical fitness development was slightly faster for upper body muscular power but substantially faster for flexibility. Generated physical fitness percentile curves indicated a timed and capacity-specific physical fitness development (curvilinear) for upper body muscular power, agility, and CRF. (ii) Concerning the effect of living area and sports club participation on physical fitness development, children living in urban areas showed a significantly faster performance development in physical fitness components of upper and lower body muscular power as compared to peers from rural areas. The same direction was noted as a trend in CRF. Additionally, children that regularly participated in a sports club, when compared to those that not continuously participated in a sports club demonstrated a significantly faster performance development in lower body muscular power. A trend of faster performance development in sports club participants occurred in CRF too. (iii) Regarding the association of SES with physical fitness, the percentage of third graders that achieved a high physical fitness level in lower body muscular power and CRF was significantly higher in students attending schools in communities with high SES as compared to middle and low SES, irrespective of sex. Similar, students from the high SES-group performed significantly better in lower body muscular power and CRF than students from the middle and/or the low SES-group.
Conclusion
(i) The generated percentile values provide an objective tool to estimate childrenʼs physical fitness within the frame of physical education (e.g., age- and sex-specific grading of motor performance) and further to detect children with specific fitness characteristics (low fit or high fit) that may be indicative for the necessity of preventive health promotion or long term athlete development. (ii) It is essential to consider variables of different domains (e.g., environment and behavior) in order to improve knowledge of potential factors which influence physical fitness during childhood. In this regard, the present thesis provide a first input to clarify the causality of living area and sports club participation on physical fitness development in school-aged children. Living in urban areas as well as a regular participation in sports clubs positively affected children´s physical fitness development (i.e., muscular power and CRF). Herein, sports club participation seems to be a key factor within the relationship between living area and physical fitness. (iii) The findings of the present thesis imply that attending schools in communities with high SES refers to better performance in specific physical fitness test items (i.e., muscular power, CRF) in third graders. Extra-curricular physical education classes may represent an important equalizing factor for physical activity opportunities in children of different SES backgrounds. In regard to strong evidence of a positive relationship between physical fitness - in particular muscular fitness/ CRF - and health, more emphasis should be laid on establishing sports clubs and extra-curricular physical education classes as an easy and attractive means to promote fitness-, and hence health- enhancing daily physical activity for all children (i.e. public health approach).
N2  - Die motorische Leistungsfähigkeit (LF) ist eine bedeutsame Determinante eines ganzheitlich ausgerichteten Verständnisses von Gesundheit. Sie ermöglicht es dem Individuum Alltagsaktivitäten mit Kraft und Aufmerksamkeit durchzuführen, ohne übermäßige Ermüdung und mit genügend Reserven, um Freizeitaktivitäten nachzugehen und belastende und unvorhersehbare Situationen zu meistern. Verbunden mit der Evidenz, dass ein Großteil der heutigen Zivilisationskrankheiten (z. B. Adipositas, Herzkreislauferkrankungen) ihren Ursprung in der Kindheit haben und das relative Niveau der motorischen LF (zumindest) bis in das junge Erwachsenenalter hin stabil ist, etabliert sich die kontinuierliche Erfassung und Förderung motorischer Fitness im Kindesalter zu einem primären volkswirtschaftlichen Gesundheitsziel. In Verbindung mit der Erfassung der motorischen LF von Kindern über die Zeit (d. h. Entwicklung) ist der Nutzen Längsschnitt basierter Perzentilwerte aufgrund der Detektion von individuellen Leistungsentwicklungen (d. h. zeit- und frequenzspezifische Variationen in Wachstum und Reifung) von Relevanz. Neben der genetischen Determination (z. B. Geschlecht, Körperhöhe), wird die motorische LF auch durch Verhaltens- und Umweltfaktoren beeinflusst. Unterschiede in der motorischen LF in Abhängigkeit von der Wohngegend wurden häufig diskutiert. Es scheint, dass das Aufwachsen in der Stadt, im Vergleich zu auf dem Land, für die motorische LF von Vorteil ist. Des Weiteren weisen Querschnittsstudien auf eine bessere motorische Leistung von Sportvereinsmitgliedern im Vergleich zu Nicht-Mitgliedern hin. Die gefundenen Zusammenhänge beider Faktoren (d. h, Wohngegend und Sportvereinsmitgliedschaft) mit der motorischen LF wurden bisher aber noch nicht hinsichtlich eines Ursache-Wirkungs-Verhältnisses untersucht. Soziale Ungleichheit, u. a. determiniert über den sozioökonomischen Status (SES), findet sich in vielen Lebensbereichen von Kindern wieder. Während gut belegt ist, dass der SES negativ mit Lebens- und Verhaltensindikatoren wie Bildungserfolg, Ernährungsgewohnheiten und Bewegungsverhalten korreliert, ist ein Zusammenhang mit der infantilen motorischen LF kaum untersucht und wenn, mit inkonsistenten Ergebnissen.
Mit Bezug auf die Kohorte “Grundschüler/innen” widmet sich die vorliegende Arbeit der Realisierung von drei Zielstellungen: (i) Der Erstellung von alters- und geschlechtsspezifischen Perzentilen (d. h. Normwerte) zur Entwicklung der motorischen LF (d. h. Normwerte) und inbegriffenen Analysen zum Einfluss von Alter und Geschlecht. (ii) Der Klärung eines möglichen Einflusses von Wohnort und Sportvereinsmitgliedschaft auf die motorische LF. (iii) Der Klärung eines möglichen Zusammenhanges zwischen dem SES und der motorischen LF.
Methodik
(i/ii) Im Längsschnitt-Design wurden Schülerinnen und Schüler (SuS) der dritten Jahrgangsstufe (JST) einmal jährlich über vier Jahre hinweg (d. h. bis JST 6) in ihren motorischen Leistungen getestet. Die motorische Leistungserfassung beinhaltete sechs Testaufgaben: Schnelligkeit (50-m Sprint), Schnellkraft der oberen Extremität ([o. Extr.], Vollballstoß), Schnellkraft der unteren Extremität ([u. Extr.], Dreier Hopp), Beweglichkeit (Rumpfbeuge), Koordination unter Zeitdruck  ([Koordination], Sternlauf) und Ausdauer (9-min Lauf). Mittels elterlichem Fragebogen wurde die Mitgliedschaft in einem Sportverein (ja/nein) sowie der Wohnort (Stadt/Land) der SuS erfasst. 
(iii) Im Rahmen einer Querschnittsstudie absolvierten SuS der JST 3 sechs motorische Testaufgaben: Schnelligkeit (20-m Sprint), Schnellkraft der o. Extr. (Medizinballstoß), Schnellkraft der u. Extr. (Standweitsprung), Beweglichkeit (Rumpfbeuge), Koordination (Sternlauf) und Ausdauer. Zusätzlich wurden die SuS zur Aktivität im organisierten Sport befragt (Sportverein und/oder Schulsportarbeitsgemeinschaft [Sport-AG]: ja/nein).
Ergebnisse
(i) Die motorische LF der initial 9-jährigen Jungen und Mädchen (JST 3) steigerte sich bis zum 12. Lebensjahr (JST 6). In der Beweglichkeit wiesen die Testleistungen der Jungen keine Leistungsentwicklung aus (d. h. konstante Leistung). In allen Jahren erzielten Mädchen bessere Leistungen in der Beweglichkeit, wohingegen die Jungen in den übrigen motorischen Leistungsbereichen besser abschnitten. Mit Blick auf die Entwicklung der motorischen LF über die Zeit zeigte sich eine marginal schnellere Leistungsentwicklung der Mädchen im Vergleich zu den Jungen in der Schnellkraft (o. Extr.) und der Koordination sowie eine deutliche schnellere Leistungsentwicklung in der Beweglichkeit. Die erstellten Perzentilkurven detektierten eine zeit- und fähigkeits-, nicht aber geschlechtsspezifische Entwicklung der motorischen LF (kurvenförmige Leistungsentwicklung in der Schnellkraft der o. Extr., Koordination und Ausdauer. (ii) Im zeitlichen Verlauf steigerte sich die motor. LF von SuS, die in der Stadt lebten gegenüber SuS aus ländlichen Regionen schneller (d. h., Schnellkraft der o. und u. Extr., tendenziell: Ausdauer). Immer-Sportveinsmitglieder zeigten gegenüber Nie-Mitgliedern eine schnellere Entwicklung in ihrer motor. LF (d. h. Schnellkraft u. Extr., tendenziell: Ausdauer). (iii) Der Anteil an SuS, die ein hohes motorisches Leistungslevel erreichten (d. h. Schnellkraft u. Extr., Ausdauer) war höher in der Gruppe mit hohem SES im Vergleich zur Gruppe mit mittlerem und niedrigem SES. Similar, students from the high SES-group performed significantly better in lower body muscular power and CRF than students from the middle and/or the low SES-group.
Schlussfolgerung
(i) Die erstellten Perzentile/Normwerte bieten ein Instrument zur objektiven Bewertung der motorischen LF und ihrer Entwicklung im Sportunterricht (d. h. alters- und geschlechtsspezifische Benotung der motorischen Leistung). Darüber können SuS mit spezifischen Leistungsausprägungen (z. B. geringe/hohe motorische Leistung) identifiziert werden und somit eine erste Indikation zur Bewegungsförderung oder einem langfristigen Leistungsaufbau im Sport gegeben werden.
(ii) Im Zusammenhang mit einem verbesserten Kenntnisstand zu potentiellen Einflussfaktoren auf die infantile motorische LF, ist es bedeutsam Variablen verschiedener Lebensbereiche in wissenschaftlichen Studien zur motor. LF zu berücksichtigen. Daran anknüpfend präsentiert die vorliegende Arbeit erste Erkenntnisse zum Einfluss von Wohngegend und Sportvereinsmitgliedschaft auf die Entwicklung der motorischen LF im Schulkindalter. Das Aufwachsen in der Stadt sowie eine kontinuierliche Mitgliedschaft im Sportverein haben einen positiven Einfluss auf die Entwicklung motorischer Leistungen (d. h. Schnellkraft und Ausdauer). Die Mitgliedschaft im Sportverein scheint eine positive Schlüsselrolle (d. h. Mediator) in der Beziehung zwischen Wohngegend und motorischer LF einzunehmen. 
(iii) Kinder, die Schulen in Gemeinden mit hohem SES besuchten erzielten bessere motorische Leistungen (d. h. Schnellkraft und Ausdauer). Mit Blick auf die deutlichen Hinweise eines positiven Zusammenhangs zwischen der motorischen LF – insbesondere Ausdauer- und Kraft determinierte Komponente – und der Gesundheit, sollte ein größerer Schwerpunkt auf die Gründung/Einrichtung von Sportvereinen und Sport-AGs gelegt werden als ein attraktives und ungezwungenes Setting zur Förderung gesundheitswirksamer körperlicher Aktivität für alle Kinder.
KW  - physical fitness
KW  - school-aged children
KW  - living area
KW  - sports club participation
KW  - socioeconomic status
KW  - motorische Leistungsfähigkeit
KW  - Grundschüler/innen
KW  - Wohngegend
KW  - Sportvereinsmitgliedschaft
KW  - sozioökonomischer Status
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85949
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ramisch, Arne
T1  - Lake system development on the northern Tibetan Plateau during the last ~ 12 ka
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kabelitz, Tina
T1  - Natural and induced variation in the silencing of a Mutator-like transposon from Arabidopsis thaliana
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Olas, Justyna Jadwiga
T1  - Nutrients regulate flowering time
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Menke, Sebastian
T1  - Investigating the impact of intrinsic and extrinsic factors on gut bacterial communities in Namibian wildlife species using a large-scale next-generation sequencing approach
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zakharova, Olga
T1  - Analysis and modeling of transient earthquake patterns and their dependence on local stress regimes
T1  - Analyse und Modellierung der transienten Erdbebenmuster und deren Abhängigkeit von lokalen Spannungsregimen
N2  - Investigations in the field of earthquake triggering and associated interactions, which includes aftershock triggering as well as induced seismicity, is important for seismic hazard assessment due to earthquakes destructive power. One of the approaches to study earthquake triggering and their interactions is the use of statistical earthquake models, which are based on knowledge of the basic seismicity properties, in particular, the magnitude distribution and spatiotemporal properties of the triggered events.
In my PhD thesis I focus on some specific aspects of aftershock properties, namely, the relative seismic moment release of the aftershocks with respect to the mainshocks; the spatial correlation between aftershock occurrence and fault deformation; and on the influence of aseismic transients on the aftershock parameter estimation. For the analysis of aftershock sequences I choose a statistical approach, in particular, the well known Epidemic Type Aftershock Sequence (ETAS) model, which accounts for the input of background and triggered seismicity. For my specific purposes, I develop two ETAS model modifications in collaboration with Sebastian Hainzl. By means of this approach, I estimate the statistical aftershock parameters and performed simulations of aftershock sequences as well.
In the case of seismic moment release of aftershocks, I focus on the ratio of cumulative seismic moment release with respect to the mainshocks. Specifically, I investigate the ratio with respect to the focal mechanism of the mainshock and estimate an effective magnitude, which represents the cumulative aftershock energy (similar to Bath's law, which defines the average difference between mainshock and the largest aftershock magnitudes). Furthermore, I compare the observed seismic moment ratios with the results of the ETAS simulations. In particular, I test a restricted ETAS (RETAS) model which is based on results of a clock advanced model and static stress triggering.
To analyze spatial variations of triggering parameters I focus in my second approach on the aftershock occurrence triggered by large mainshocks and the study of the aftershock parameter distribution and their spatial correlation with the coseismic/postseismic slip and interseismic locking. To invert the aftershock parameters I improve the modified ETAS (m-ETAS) model, which is able to take the extension of the mainshock rupture into account. I compare the results obtained by the classical approach with the output of the m-ETAS model.
My third approach is concerned with the temporal clustering of seismicity, which might not only be related to earthquake-earthquake interactions, but also to a time-dependent background rate, potentially biasing the parameter estimations. Thus, my coauthors and I also applied a modification of the ETAS model, which is able to take into account time-dependent background activity. It can be applicable for two different cases: when an aftershock catalog has a temporal incompleteness or when the background seismicity rate changes with time, due to presence of aseismic forces.
An essential part of any research is the testing of the developed models using observational data sets, which are appropriate for the particular study case. Therefore, in the case of seismic moment release I use the global seismicity catalog. For the spatial distribution of triggering parameters I exploit two aftershock sequences of the Mw8.8 2010 Maule (Chile) and Mw 9.0 2011 Tohoku (Japan) mainshocks. In addition, I use published geodetic slip models of different authors. To test our ability to detect aseismic transients my coauthors and I use the data sets from Western Bohemia (Central Europe) and California.
Our results indicate that:
(1) the seismic moment of aftershocks with respect to mainshocks depends on the static stress changes and is maximal for the normal, intermediate for thrust and minimal for strike-slip stress regimes, where the RETAS model shows a good correspondence with the results;
(2) The spatial distribution of aftershock parameters, obtained by the m-ETAS model, shows anomalous values in areas of reactivated crustal fault systems. In addition, the aftershock density is found to be correlated with coseismic slip gradient, afterslip, interseismic coupling and b-values. Aftershock seismic moment is positively correlated with the areas of maximum coseismic slip and interseismically locked areas. These correlations might be related to the stress level or to material properties variations in space;
(3) Ignoring aseismic transient forcing or temporal catalog incompleteness can lead to the significant under- or overestimation of the underlying trigger parameters. In the case when a catalog is complete, this method helps to identify aseismic sources.
N2  - Untersuchungen im Bereich der Erdbebennukleation, sowie der Erdbebeninteraktion und induzierter Seismizität, sind wegen des enormen Zerstörungspotenzials von Erdbeben besonders wichtig für seismische Gefährdungsanalysen.
In meiner Doktorarbeit fokussiere ich mich auf einige Eigenschaften von Nachbeben, insbesondere auf deren freigesetztes seismisches Moment in Relation zum Hauptbeben, die räumliche Korrelation zwischen der Nachbebenaktivität und der Deformationsgeschichte der Verwerfung und den Einfluss von aseismischen Transienten auf die Bestimmung von Nachbebenparametern. Ich habe einen statistischen Ansatz für die Analyse der Nachbebensequenzen gewählt. Das sogenannte Epidemic Type Aftershock Sequence (ETAS) Modell berücksichtigt sowohl Hintergrundseismizität als auch getriggerte Erdbebenaktivität. Für meine Zwecke habe ich zusammen mit Sebastian Hainzl zwei Modifikationen für dieses ETAS Modell entwickelt. Mittels dieser Ansätze habe ich die statistischen Parameter der Nachbebenaktivität bestimmt und Simulationen von Nachbebensequenzen durchgeführt.
Im Falle des freigesetzten seismischen Moments von Nachbeben habe ich das Verhältnis des kummulativen Moments der Nachbeben in Bezug zum Hauptbeben untersucht. Im Speziellen betrachte ich das Verhältnis in Bezug auf den Herdmechanismus des Hauptbebens und bestimme eine effektive Magnitude, welche die kummulative Nachbebenenergie darstellt (ähnlich zu Bath's Gesetz, welches den durchschnittlichen Unterschied zwischen der Hauptbebenmagnitude und der Magnitude des größten Nachbebens beschreibt). Desweiteren vergleiche ich das Verhältnis des beobachteten seismischen Moments mit den Ergebnissen von ETAS-basierten Simulationen. Dabei teste ich ein Restricted ETAS (RETAS) Modell, welches auf den Resultaten eines Clock-Advance Modells und den durch das Hauptbeben ausgelösten statischen Spannungsänderungen basiert.
Um die räumliche Variation der Trigger-Parameter zu analysieren, fokussiere ich mich in meinem zweiten Modellansatz auf das Auftreten von Nachbeben infolge von großen Hauptbeben, sowie die Verteilung von Nachbebenparametern und deren räumliche Korrelation mit ko-/post-seismischen Verschiebungen und inter-seismischer Verhakung. Zum Bestimmen der Nachbebenparameter habe ich ein modifiziertes ETAS (m-ETAS) Modell analysiert, welches die räumliche Ausdehnung des Hauptbebenbruches berücksichtigen kann. Ich vergleiche die Ergebnisse des klassischen Ansatzes mit denen des m-ETAS Modells.
Mein dritter Versuch beschäftigt sich mit dem zeitlichen Clustern der Seismizität, welche nicht nur auf Erdbeben-Erdbeben-Interaktion zurückzuführen ist, sondern auch auf eine zeitabhängige Hintergrundrate, die die Parameterabschätzung verfälschen kann. Meine Koautoren und ich haben dem ETAS Modell darum eine weitere Modifikation hinzugefügt, welche in der Lage ist, eine zeitabhängige Hintergrundaktivität einzubeziehen. Dieses Modell kann auf zwei Fälle angewendet werden, einerseits wenn ein Erdbebenkatalog zeitlich unvollständig ist und andererzeits wenn sich die Hintergrundseismizität, durch Vorhandensein aseismischer Kräfte, zeitlich verändert.
Ein wichtiger Teil dieser Forschung ist es die entwickelten Modelle anhand von beobachteten Daten zu testen. Darum benutze ich im Falle des freigesetzten seismischen Moments einen globalen Erdbebenkatalog. Zur Bestimmung der räumlichen Verteilung von Trigger-Parametern untersuche ich zwei Nachbebensequenzen, die des 2010er Maule (Chile) Mw8.8 Erdbebens und die des 2011er Tohoku (Japan) Mw9.0 Erdbebens. Zusätzlich benutze ich publizierte geodätische Verschiebungsmodelle verschiedener Autoren. Um die Detektionsfähigkeit für aseismische Transienten zu testen, benutzen meine Koautoren und ich Daten aus West-Böhmen (Zentraleuropa) und Kalifornien.
Unsere Ergebnisse zeigen: (1) Das Verhältnis des kumulativen seismischen Moments der Nachbeben zum Hauptbeben ist von den statischen Spannungsänderung abhängig und ist maximal in Spannungsregimen dominiert von Abschiebungen, mittel für Überschiebungen und minimal für Blattverschiebungen, wobei das RETAS Modell eine gute Korrelation mit unseren Ergebnissen zeigt. (2) Die mit dem m-ETAS Modell erhaltene räumliche Verteilung von Nachbebenparametern zeigt ungewöhnliche Werte in Gebieten reaktivierter krustaler Verwerfungssysteme. Zusätzlich fanden wir heraus, dass die Nachbebendichte mit dem ko-seismischen Verschiebungsgradienten, Nachkriechen, inter-seismischer Kopplung und b-Werten korreliert. Das seismische Moment untersuchter Nachbeben ist positiv korreliert mit Bereichen maximaler koseismischer Verschiebungen und interseismisch blockierten Bereichen. Diese Korrelation könnte dem Spannungsniveau oder räumlicher Variation der Materialeigenschaften geschuldet sein. (3) Wenn man aseismische transiente Kräfte oder zeitliche Katalogunvollständigkeit ignoriert, kann das zu signifikantem Unter- oder Überschätzen der zugrunde liegenden Seismizitäts-Parametern führen. Im Fall eines kompletten Katalogs kann diese Methode helfen, aseismische Quellen zu identifizieren.
KW  - aftershocks
KW  - statistical seismology
KW  - transient earthquake patterns
KW  - ETAS model
KW  - uncertainty estimation
KW  - statistische Seismologie
KW  - Nachbeben
KW  - transiente Erdbebenmuster
KW  - ETAS Modell
KW  - Abschätzung der Unsicherheiten
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-86455
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kieling, Katrin
T1  - Quantification of ground motions by broadband simulations
T1  - Quantifizierung von Bodenbewegung durch Breitband-Simulationen
N2  - In many procedures of seismic risk mitigation, ground motion simulations are needed to test systems or improve their effectiveness. For example they may be used to estimate the level of ground shaking caused by future earthquakes. Good physical models for ground motion simulation are also thought to be important for hazard assessment, as they could close gaps in the existing datasets. Since the observed ground motion in nature shows a certain variability, part of which cannot be explained by macroscopic parameters such as magnitude or position of an earthquake, it would be desirable that a good physical model is not only able to produce one single seismogram, but also to reveal this natural variability.
In this thesis, I develop a method to model realistic ground motions in a way that is computationally simple to handle, permitting multiple scenario simulations. I focus on two aspects of ground motion modelling. First, I use deterministic wave propagation for the whole frequency range – from static deformation to approximately 10 Hz – but account for source variability by implementing self-similar slip distributions and rough fault interfaces. Second, I scale the source spectrum so that the modelled waveforms represent the correct radiated seismic energy. With this scaling I verify whether the energy magnitude is suitable as an explanatory variable, which characterises the amount of energy radiated at high frequencies – the advantage of the energy magnitude being that it can be deduced from observations, even in real-time.
Applications of the developed method for the 2008 Wenchuan (China) earthquake, the 2003 Tokachi-Oki (Japan) earthquake and the 1994 Northridge (California, USA) earthquake show that the fine source discretisations combined with the small scale source variability ensure that high frequencies are satisfactorily introduced, justifying the deterministic wave propagation approach even at high frequencies. I demonstrate that the energy magnitude can be used to calibrate the high-frequency content in ground motion simulations.
Because deterministic wave propagation is applied to the whole frequency range, the simulation method permits the quantification of the variability in ground motion due to parametric uncertainties in the source description. A large number of scenario simulations for an M=6 earthquake show that the roughness of the source as well as the distribution of fault dislocations have a minor effect on the simulated variability by diminishing directivity effects, while hypocenter location and rupture velocity more strongly influence the variability. The uncertainty in energy magnitude, however, leads to the largest differences of ground motion amplitude between different events, resulting in a variability which is larger than the one observed.
For the presented approach, this dissertation shows (i) the verification of the computational correctness of the code, (ii) the ability to reproduce observed ground motions and (iii) the validation of the simulated ground motion variability. Those three steps are essential to evaluate the suitability of the method for means of seismic risk mitigation.
N2  - In vielen Verfahren zur Minimierung seismischen Risikos braucht man Seismogramme, um die Effektivität von Systemen zu testen oder diese zu verbessern. So können realistische Bodenbewegungen genutzt werden, um das Ausmaß der Erschütterungen durch zukünftige Erdbeben abzuschätzen. Gute physikalische Bodenbewegungsmodelle haben auch das Potential, Lücken in den beobachteten Datensätzen zu schließen und somit Gefährdungsabschätzungen zu verbessern. Da die in der Natur beobachtete Bodenbewegung einer gewissen Variabilität unterliegt, von der ein Teil nicht durch makroskopische Parameter wie Magnitude oder Position des Erdbebens erklärt werden kann, ist es wünschenswert, dass ein gutes physikalisches Modell nicht nur ein einzelnes Seismogramm produziert, sondern auch die natürliche Variabilität widerspiegelt. 
In dieser Arbeit beschreibe ich eine Methode zur Modellierung von realistischen Bodenbewegungen, die – aufgrund ihrer einfachen Modellkonfiguration – mehrere Szenario-Simulationen ermöglicht. Dabei konzentriere ich mich auf zwei Aspekte: Einerseits nutze ich ein deterministisches Verfahren für die Wellenausbreitung für den gesamten Frequenzbereich, von der statischen Deformation bis etwa 10 Hz, unter Berücksichtigung der Variabilität der Quelle durch die Einbeziehung von selbstähnlichen Slipverteilungen und rauen Störungsflächen. Andererseits skaliere ich das Quellspektrum so, dass die modellierte Wellenform die abgestrahlte seismische Ener-gie wiedergibt. Damit überprüfe ich, ob die Energie-Magnitude als Stellgröße geeignet ist, die den Anteil der Energie beschreibt, der im Hochfrequenzbereich abgestrahlt wird. Der Vorteil der Energie- Magnitude ist, dass diese aus Beobachtungen, sogar in sehr kurzer Zeit, ermittelt werden kann. 
Anwendungen der entwickelten Methode für das Wenchuan (China) Erdbeben von 2008, das Tokachi-Oki (Japan) Erdbeben von 2003 und das Northridge (Kalifornien, USA) Erdbeben von 1994 demonstrieren, dass durch eine feine Diskretisierung und kleinskalige Variabilität in der Quelle hohe Frequenzen ausreichend in die Wellenform eingeführt werden, was den deterministischen Ansatz auch im Hochfrequenzbereich bestätigt. Ich zeige, dass die Energie-Magnitude verwendet werden kann um den Hochfrequenzanteil in Bodenbewegungssimulationen zu kalibrieren. 
Da die determistische Wellenausbreitung auf den gesamten Frequenzbereich angewandt wird, können die Variabilitäten, die durch parametrische Unsicherheiten in der Quellbeschreibung entstehen, beziffert werden. Zahlreiche Simulationen für ein M=6 Beben zeigen, dass die Rauigkeit der Quelle und die Slipverteilung durch Minderung der Direktivitätseffekte die simulierte Variabilität der Bodenbewegung geringfügig verringern. Dagegen haben die Bruchgeschwindigkeit und die Lage des Hypozentrums einen stärkeren Einfluss auf die Variabilität. Die Unsicherheit in der Energie-Magnitude dagegen führt zu großen Unterschieden zwischen verschiedenen Erdbebensimulationen, welche größer sind als die beobachtete Variabilität von Bodenbewegungen.
In Bezug auf die vorgestellte Methode zeigt diese Arbeit (i) den Nachweis der Richtigkeit des Computerprogramms, (ii) die Eignung zur Modellierung beobachteter Bodenbewegung und (iii) den Vergleich der simulierten Variabilität von Bodenbewegung mit der beobachteten. Dies sind die ersten drei Schritte auf dem Weg zur Nutzbarkeit von Bodenbewegungssimulationen in Maßnahmen zur Verminderung des seismischen Risikos.
KW  - ground motions
KW  - earthquake
KW  - simulation
KW  - seismic risk
KW  - ground motion variability
KW  - Bodenbewegung
KW  - Erdbeben
KW  - seismisches Risiko
KW  - Simulation
KW  - Variabilität von Bodenbewegung
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85989
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vossenkuhl, Birgit
T1  - Transmission of MRSA along the meat supply chain
BT  - A methodological concept from farm to fork
N2  - Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) zählen zu den bedeutendsten antibiotikaresistenten Pathogenen, die vor allem in Krankenhäusern aber auch außerhalb von Einrichtungen des Gesundheitswesens weit verbreitet sind. Seit einigen Jahren ist eine neue Generation von MRSA auf dem Vormarsch, die vor allem Nutztierbestände als neue Nische besiedelt. Diese sogenannten Nutztier-assoziierten MRSA wurden wiederholt bei wirtschaftlich bedeutenden Nutztieren sowie daraus gewonnenem Fleisch nachgewiesen. 
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein methodischer Ansatz verfolgt, um die Hypothese einer möglichen Übertragung von Nutztier-assoziierten MRSA entlang der Lebensmittelkette vom Tier auf dessen Fleisch zu bestätigen. Angepasst an die Unterschiede in den verfügbaren Daten wurden dafür zwei neue Konzepte erstellt. 
Zur Analyse der Übertragung von MRSA entlang der Schlachtkette wurde ein mathematisches Modell des Schweineschlachtprozesses entwickelt, welches dazu geeignet ist, den Verlauf der MRSA-Prävalenz entlang der Schlachtkette zu quantifizieren sowie kritische Prozessschritte für eine MRSA-Übertragung zu identifizieren. Anhand von Prävalenzdaten ist es dem Modell möglich, die durchschnittlichen MRSA-Eliminations- und Kontaminationsraten jedes einzelnen Prozessschrittes zu schätzen, die anschließend in eine Monte-Carlo-Simulation einfließen. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass es generell möglich ist, die MRSA Prävalenz im Laufe des Schlachtprozesses auf ein niedriges finales Niveau zwischen 0,15 bis 1,15% zu reduzieren. Vor allem das Brühen und Abflämmen der Schlachtkörper wurden als kritische Prozesse im Hinblick auf eine MRSA-Dekontamination identifiziert.
In Deutschland werden regelmäßig MRSA-Prävalenz und Typisierungsdaten auf allen Stufen der Lebensmittelkette verschiedener Nutztiere erfasst. Um die MRSA-Daten dieser Querschnittstudie hinsichtlich einer möglichen Übertragung entlang der Kette zu analysieren, wurde ein neuer statistischer Ansatz entwickelt. Hierfür wurde eine Chi-Quadrat-Statistik mit der Berechnung des Czekanowski-Ähnlichkeitsindex kombiniert, um Unterschiede in der Verteilung stammspezifischer Eigenschaften zwischen MRSA aus dem Stall, von Karkassen nach der Schlachtung und aus Fleisch im Einzelhandel zu quantifizieren. Die Methode wurde am Beispiel der Putenfleischkette implementiert und zudem bei der Analyse der Kalbfleischkette angewendet. Die durchgehend hohen Ähnlichkeitswerte zwischen den einzelnen Proben weisen auf eine mögliche Übertragung von MRSA entlang der Lebensmittelkette hin.
Die erarbeiteten Methoden sind nicht spezifisch bezüglich Prozessketten und Pathogenen. Sie bieten somit einen großen Anwendungsbereich und erweitern das Methodenspektrum zur Bewertung bakterieller Übertragungswege.
N2  - Methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is one of the most important antibiotic-resistant pathogens in hospitals and the community. Recently, a new generation of MRSA, the so called livestock associated (LA) MRSA, has emerged occupying food producing animals as a new niche. LA-MRSA can be regularly isolated from economically important live-stock species including corresponding meats. The present thesis takes a methodological approach to confirm the hypothesis that LA-MRSA are transmitted along the pork, poultry and beef production chain from animals at farm to meat on consumers` table. Therefore two new concepts were developed, adapted to differing data sets.
A mathematical model of the pig slaughter process was developed which simulates the change in MRSA carcass prevalence during slaughter with special emphasis on identifying critical process steps for MRSA transmission. Based on prevalences as sole input variables the model framework is able to estimate the average value range of both the MRSA elimination and contamination rate of each of the slaughter steps. These rates are then used to set up a Monte Carlo simulation of the slaughter process chain. The model concludes that regardless of the initial extent of MRSA contamination low outcome prevalences ranging between 0.15 and 1.15 % can be achieved among carcasses at the end of slaughter. Thus, the model demonstrates that the standard procedure of pig slaughtering in principle includes process steps with the capacity to limit MRSA cross contamination. Scalding and singeing were identified as critical process steps for a significant reduction of superficial MRSA contamination. 
In the course of the German national monitoring program for zoonotic agents MRSA prevalence and typing data are regularly collected covering the key steps of different food production chains. A new statistical approach has been proposed for analyzing this cross sectional set of MRSA data with regard to show potential farm to fork transmission. For this purpose, chi squared statistics was combined with the calculation of the Czekanowski similarity index to compare the distributions of strain specific characteristics between the samples from farm, carcasses after slaughter and meat at retail. The method was implemented on the turkey and veal production chains and the consistently high degrees of similarity which have been revealed between all sample pairs indicate MRSA transmission along the chain.
As the proposed methods are not specific to process chains or pathogens they offer a broad field of application and extend the spectrum of methods for bacterial transmission assessment.
KW  - MRSA
KW  - Antibiotikaresistenz
KW  - Modell
KW  - Lebensmittelkette
KW  - Übertragung
KW  - MRSA
KW  - Resistance
KW  - Model
KW  - Food Chain
KW  - Transmission
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85918
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ambrogi, Martina
T1  - Application of Poly(Ionic Liquid)s for the synthesis of functional carbons
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lamanna, Francesco
T1  - Adaptive radiation and speciation in African weakly-electric fish
T1  - Adaptive Radiation und Artbildung von elektrischen Fischen Afrikas
BT  - a phylogenetic and transcriptomic perspective
BT  - eine phylogenetische und transkriptomische Perspektive
N2  - The rise of evolutionary novelties is one of the major drivers of evolutionary diversification. African weakly-electric fishes (Teleostei, Mormyridae) have undergone an outstanding adaptive radiation, putatively owing to their ability to communicate through species-specific Electric Organ Discharges (EODs) produced by a novel, muscle-derived electric organ. Indeed, such EODs might have acted as effective pre-zygotic isolation mechanisms, hence favoring ecological speciation in this group of fishes. Despite the evolutionary importance of this organ, genetic investigations regarding its origin and function have remained limited.
The ultimate aim of this study is to better understand the genetic basis of EOD production by exploring the transcriptomic profiles of the electric organ and of its ancestral counterpart, the skeletal muscle, in the genus Campylomormyrus. After having established a set of reference transcriptomes using “Next-Generation Sequencing” (NGS) technologies, I performed in silico analyses of differential expression, in order to identify sets of genes that might be responsible for the functional differences observed between these two kinds of tissues. The results of such analyses indicate that: i) the loss of contractile activity and the decoupling of the excitation-contraction processes are reflected by the down-regulation of the corresponding genes in the electric organ; ii) the metabolic activity of the electric organ might be specialized towards the production and turnover of membrane structures; iii) several ion channels are highly expressed in the electric organ in order to increase excitability, and iv) several myogenic factors might be down-regulated by transcription repressors in the EO.

A secondary task of this study is to improve the genus level phylogeny of Campylomormyrus by applying new methods of inference based on the multispecies coalescent model, in order to reduce the conflict among gene trees and to reconstruct a phylogenetic tree as closest as possible to the actual species-tree. By using 1 mitochondrial and 4 nuclear markers, I was able to resolve the phylogenetic relationships among most of the currently described Campylomormyrus species. Additionally, I applied several coalescent-based species delimitation methods, in order to test the hypothesis that putatively cryptic species, which are distinguishable only from their EOD, belong to independently evolving lineages. The results of this analysis were additionally validated by investigating patterns of diversification at 16 microsatellite loci. The results suggest the presence of a new, yet undescribed species of Campylomormyrus.
N2  - Das übergreifende Ziel dieser Arbeit ist das bessere Verständnis der Bedeutung der schwachen Elektrizität für die adaptive radiation der Mormyriden Afrikas. Das gewählte Modell-Taxon, die Mormyriden-Gattung Campylomormyrus, zeigt eine große Vielfalt an elektrischen Entladungsformen. Diese Entladungsformen sind artspezifisch. Die genetische Basis dieses Merkmales ist allerdings noch unbekannt. In dieser Arbeit habe ich transkriptomische Untersuchungen vom elektrischen Organ und Skelettmuskel durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Analysen zeigen, dass die phenotypischen Unterschiede zwischen dem elektrischen Organ und dem Skelettmusckel in den jeweiligen transkriptomen gespiegelt sind.
Ich habe auch einen phylogenetischen Stammbaum für die Gattung Campylomormyrus hergestellt, durch die Anwendung von „Multispecies Coalescent Models“-basierten Methoden. Außerdem, durch die Anwendung von Mikrosatellitdaten, die als unabhängiger Beweis dienten, konnte ich zeigen, dass die identifizierten phylogenetischen Gruppen reproduktiv isolierte biologische Arten sind. Auf diese Weise konnte ich ein neuen, noch unbeschriebenen Art nachweisen.
KW  - evolution
KW  - transcriptomics
KW  - phylogeny
KW  - Evolution
KW  - Transkriptomik
KW  - Phylogenese
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80097
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mucha, Anne
T1  - Temporal interpretation and cross-linguistic variation
T1  - Temporale Interpretation und cross-linguistische Variation
BT  - A formal semantic analysis of temporal and aspectual reference in Hausa and Medumba
N2  - This thesis investigates temporal and aspectual reference in the typologically unrelated African languages Hausa (Chadic, Afro–Asiatic) and Medumba (Grassfields Bantu). 
It argues that Hausa is a genuinely tenseless language and compares the interpretation of temporally unmarked sentences in Hausa to that of morphologically tenseless sentences in Medumba, where tense marking is optional and graded. 
The empirical behavior of the optional temporal morphemes in Medumba motivates an analysis as existential quantifiers over times and thus provides new evidence suggesting that languages vary in whether their (past) tense is pronominal or quantificational (see also Sharvit 2014). 
The thesis proposes for both Hausa and Medumba that the alleged future tense marker is a modal element that obligatorily combines with a prospective future shifter (which is covert in Medumba). Cross-linguistic variation in whether or not a future marker is compatible with non-future interpretation is proposed to be predictable from the aspectual architecture of the given language.
N2  - Die vorliegende Dissertation untersucht Zeitinterpretation in den afrikanischen Sprachen Hausa (Tschadisch, Afro-asiatisch) und Medumba (Grassfields Bantu). Es wird gezeigt, dass Hausa eine im technischen Sinne tempuslose Sprache ist. Außerdem wird die Interpretation von Sätzen ohne Tempus im Hausa mit der im Medumba verglichen, wo Tempusmarkierung optional und abgestuft ist. Das Verhalten der optionalen Temporalmarkierer im Medumba motiviert eine Quantorenanalyse dieser Morpheme. Im Vergleich mit anderen abgestuften Tempussprachen liefert Medumba somit neue Evidenz für die Annahme, dass Sprachen sich darin unterscheiden, ob die Semantik ihrer Tempusmorpheme über Zeitintervalle quantifiziert oder Zeitvariablen restringiert (vgl. Sharvit 2014). Es wird sowohl für Hausa als auch für Medumba eine modale Semantik für die jeweiligen Futurmarkierer vorgeschlagen. Diese treten obligatorisch mit einem semantischen Prospektiv- bzw. Futurmorphem auf,  das im Hausa overt und im Medumba covert realisiert wird. Sprachvergleichend wird argumentiert, dass die Kombinationsmöglichkeiten von semantischem Aspekt in einer Sprache determinieren, ob der Futurmarkierer der jeweiligen Sprache nicht-futurische Lesarten erlaubt.
KW  - formal semantics
KW  - tense
KW  - aspect
KW  - Chadic
KW  - Grassfields Bantu
KW  - Tempus
KW  - Aspekt
KW  - Formale Semantik
KW  - Tschadisch
KW  - Grassfields Bantu
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85935
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schiess, Sonja
T1  - Effects of glucotropaeolin and its breakdown product benzyl isothiocyanate on metabolic, endocrine, and inflammatory parameters in humans
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schwarz, Dana
T1  - Nanoporous melamine resin materials
BT  - synthetic strategies, shape control and adsorption proberties
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Neugebauer, Ina
T1  - Reconstructing climate from the Dead Sea sediment record using high-resolution micro-facies analyses
T1  - Klimarekonstruktion an Sedimentkernen des Toten Meeres an Hand hochaufgelöster Mikrofaziesanalysen
T2  - Dissertation
N2  - The sedimentary record of the Dead Sea is a key archive for reconstructing climate in the eastern Mediterranean region, as it stores the environmental and tectonic history of the Levant for the entire Quaternary. Moreover, the lake is located at the boundary between Mediterranean sub-humid to semi-arid and Saharo-Arabian hyper-arid climates, so that even small shifts in atmospheric circulation are sensitively recorded in the sediments. This DFG-funded doctoral project was carried out within the ICDP Dead Sea Deep Drilling Project (DSDDP) that intended to gain the first long, continuous and high-resolution sediment core from the deep Dead Sea basin. The drilling campaign was performed in winter 2010-11 and more than 700 m of sediments were recovered. The main aim of this thesis was (1) to establish the lithostratigraphic framework for the ~455 m long sediment core from the deep Dead Sea basin and (2) to apply high-resolution micro-facies analyses for reconstructing and better understanding climate variability from the Dead Sea sediments. 
Addressing the first aim, the sedimentary facies of the ~455 m long deep-basin core 5017-1 were described in great detail and characterised through continuous overview-XRF element scanning and magnetic susceptibility measurements. Three facies groups were classified: (1) the marl facies group, (2) the halite facies group and (3) a group involving different expressions of massive, graded and slumped deposits including coarse clastic detritus. Core 5017-1 encompasses a succession of four main lithological units. Based on first radiocarbon and U-Th ages and correlation of these units to on-shore stratigraphic sections, the record comprises the last ca 220 ka, i.e. the upper part of the Amora Formation (parts of or entire penultimate interglacial and glacial), the last interglacial Samra Fm. (~135-75 ka), the last glacial Lisan Fm. (~75-14 ka) and the Holocene Ze’elim Formation. A major advancement of this record is that, for the first time, also transitional intervals were recovered that are missing in the exposed formations and that can now be studied in great detail.
Micro-facies analyses involve a combination of high-resolution microscopic thin section analysis and µXRF element scanning supported by magnetic susceptibility measurements. This approach allows identifying and characterising micro-facies types, detecting event layers and reconstructing past climate variability with up to seasonal resolution, given that the analysed sediments are annually laminated. Within this thesis, micro-facies analyses, supported by further sedimentological and geochemical analyses (grain size, X-ray diffraction, total organic carbon and calcium carbonate contents) and palynology, were applied for two time intervals:
(1) The early last glacial period ~117-75 ka was investigated focusing on millennial-scale hydroclimatic variations and lake level changes recorded in the sediments. Thereby, distinguishing six different micro-facies types with distinct geochemical and sedimentological characteristics allowed estimating relative lake level and water balance changes of the lake. Comparison of the results to other records in the Mediterranean region suggests a close link of the hydroclimate in the Levant to North Atlantic and Mediterranean climates during the time of the build-up of Northern hemisphere ice sheets during the early last glacial period.
(2) A mostly annually laminated late Holocene section (~3700-1700 cal yr BP) was analysed in unprecedented detail through a multi-proxy, inter-site correlation approach of a shallow-water core (DSEn) and its deep-basin counterpart (5017-1). Within this study, a ca 1500 years comprising time series of erosion and dust deposition events was established and anchored to the absolute time-scale through 14C dating and age modelling. A particular focus of this study was the characterisation of two dry periods, from ~3500 to 3300 and from ~3000 to 2400 cal yr BP, respectively. Thereby, a major outcome was the coincidence of the latter dry period with a period of moist and cold climate in Europe related to a Grand Solar Minimum around 2800 cal yr BP and an increase in flood events despite overall dry conditions in the Dead Sea region during that time. These contrasting climate signatures in Europe and at the Dead Sea were likely linked through complex teleconnections of atmospheric circulation, causing a change in synoptic weather patterns in the eastern Mediterranean.
In summary, within this doctorate the lithostratigraphic framework of a unique long sediment core from the deep Dead Sea basin is established, which serves as a base for any further high-resolution investigations on this core. It is demonstrated in two case studies that micro-facies analyses are an invaluable tool to understand the depositional processes in the Dead Sea and to decipher past climate variability in the Levant on millennial to seasonal time-scales. Hence, this work adds important knowledge helping to establish the deep Dead Sea record as a key climate archive of supra-regional significance.
N2  - Die Sedimente des Toten Meeres stellen ein wichtiges Archiv für Klimarekonstruktionen im ostmediterranen Raum dar, da die gesamte quartäre Umwelt- und Tektonikgeschichte der Levante darin gespeichert ist. Außerdem führt die Lage des Sees im Grenzbereich zwischen mediterranem subhumidem bis semiaridem Klima und saharo-arabischem hyperaridem Klima dazu, dass selbst kleine Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation sensibel in den Sedimenten verzeichnet werden. Diese Doktorarbeit wurde von der DFG finanziert und im Rahmen des ICDP Dead Sea Deep Drilling Project (DSDDP) durchgeführt, welches sich zur Aufgabe gestellt hat, den ersten langen, kontinuierlichen und hoch aufgelösten Sedimentkern vom tiefen Becken des Toten Meeres zu erlangen. Die Bohrkampagne fand im Winter 2010-11 statt, bei der mehr als 700 m Sedimente geteuft wurden. Die Zielsetzung dieser Doktorarbeit beinhaltete (1) den lithostratigraphischen Rahmen für den ~455 m langen Sedimentkern vom tiefen Becken des Toten Meeres zu erarbeiten und (2) hoch aufgelöste Mikrofazies-Analysen an den Sedimenten des Toten Meeres anzuwenden, um Klimavariabilität rekonstruieren und besser verstehen zu können.
Bezüglich erst genannter Zielsetzung wurden die Sedimentfazies des ~455 m langen Kerns 5017 1 vom tiefen Becken detailliert beschrieben und an Hand kontinuierlicher XRF Elementscanner-Daten und Messungen der magnetischen Suszeptibilität charakterisiert. Drei Faziesgruppen wurden unterschieden: (1) die Mergel-Faziesgruppe, (2) die Halit-Faziesgruppe und (3) eine verschiedene Ausprägungen massiver, gradierter oder umgelagerter Ablagerungen sowie grob-klastischen Detritus umfassende Gruppe. Der Kern 5017-1 ist durch die Abfolge von vier lithologischen Haupt-Einheiten charakterisiert. Basierend auf ersten Radiokarbon- und U Th- Altern und Korrelation dieser Einheiten mit den am Ufer aufgeschlossenen stratigraphischen Abschnitten, umfasst der Datensatz die letzten ca 220 Tausend Jahre (ka), einschließlich des oberen Abschnitts der Amora-Formation (Teile von oder gesamtes vorletztes Interglazial und Glazial), die Samra-Fm. des letzten Interglazials (~135-75 ka), die Lisan-Fm. des letzten Glazials (~75-14 ka) und die holozäne Ze’elim-Formation. Ein entscheidender Fortschritt dieses Records ist, dass erstmals Übergangsbereiche erfasst wurden, die in den aufgeschlossenen Formationen fehlen und nun detailliert studiert werden können.
Mikrofazies-Analysen umfassen eine Kombination hoch aufgelöster mikroskopischer Dünnschliff-Analysen und µXRF Elementscanning, die durch die Messung der magnetischen Suszeptibilität unterstützt werden. Dieser Ansatz erlaubt es, Mikrofazies-Typen zu identifizieren und zu charakterisieren, Eventlagen aufzuzeichnen und die Klimavariabilität der Vergangenheit mit bis zu saisonaler Auflösung zu rekonstruieren, vorausgesetzt, dass die zu analysierenden Sedimente jährlich laminiert sind. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden Mikrofazies-Analysen für zwei Zeitabschnitte angewendet, unterstützt durch weitere sedimentologische und geochemische Analysen (Korngrößen, Röntgen-Diffraktometrie, gesamter organischer Kohlenstoff- und Kalziumkarbonat-Gehalte) sowie Palynologie.
(1) Das frühe letzte Glazial ~117-75 ka wurde hinsichtlich hydroklimatischer Variationen und in den Sedimenten verzeichneter Seespiegeländerungen auf tausendjähriger Zeitskala untersucht. Dabei wurden sechs verschiedene Mikrofazies-Typen mit unterschiedlichen geochemischen und sedimentologischen Charakteristika bestimmt, wodurch relative Änderungen des Seespiegels und der Wasserbilanz des Sees abgeschätzt werden konnten. Ein Vergleich der Ergebnisse mit anderen Records aus dem Mittelmeerraum lässt vermuten, dass das Hydroklima der Levante eng mit dem nordatlantischen und mediterranen Klima während der Zeit des Aufbaus nordhemisphärischer Eisschilde im frühen letzten Glazial verknüpft war.
(2) Ein weitestgehend jährlich laminierter spätholozäner Abschnitt (~3700-1700 kal. J. BP – kalibrierte Jahre vor heute) wurde in größtem Detail an Hand eines Multiproxie-Ansatzes und durch Korrelation eines Flachwasser-Bohrkerns (DSEn) mit seinem Gegenstück aus dem tiefen Becken (5017-1) untersucht. In dieser Studie wurde eine ca. 1500 Jahre umfassende Zeitreihe von Erosions- und Staubablagerungs-Ereignissen erstellt und an Hand von 14C-Datierung und Altersmodellierung mit der absoluten Zeitskala verankert. Ein besonderer Fokus dieser Studie lag in der Charakterisierung zweier Trockenphasen, von ~3500 bis 3300 beziehungsweise von ~3000 bis 2400 kal. J. BP. Dabei war ein wichtiges Resultat, dass letztgenannte Trockenphase mit einer Phase feuchten und kühlen Klimas in Europa, in Zusammenhang mit einem solaren Minimum um 2800 kal. J. BP, zusammen fällt und dass trotz der generell trockeneren Bedingungen in der Toten Meer Region zu dieser Zeit verstärkt Flutereignisse verzeichnet wurden. Diese unterschiedlichen Klimasignaturen in Europa und am Toten Meer waren wahrscheinlich durch komplexe Telekonnektionen der atmosphärischen Zirkulation verknüpft, was eine Veränderung synoptischer Wettermuster im ostmediterranen Raum zur Folge hatte.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass innerhalb dieser Doktorarbeit der lithostratigraphische Rahmen eines einzigartigen, langen Sedimentkerns vom tiefen Becken des Toten Meeres erstellt wurde, welcher als Basis für jegliche weitere hoch aufgelöste Untersuchungen an diesem Kern dient. In zwei Fallstudien wird demonstriert, dass Mikrofazies-Analysen ein unschätzbares Werkzeug darstellen, Ablagerungsprozesse im Toten Meer zu verstehen und die Klimavariabilität der Vergangenheit in der Levante auf tausendjährigen bis saisonalen Zeitskalen zu entschlüsseln. Diese Arbeit enthält daher wichtige Erkenntnisse, die dabei helfen die Schlüsselstellung des Records vom tiefen Toten Meer als Klimaarchiv überregionaler Bedeutung zu etablieren.
KW  - Dead Sea
KW  - palaeoclimate
KW  - lake sediments
KW  - varves
KW  - Totes Meer
KW  - Paläoklima
KW  - Seesedimente
KW  - Warven
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85266
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sommerfeld, Anja
T1  - Quantification of internal variability of the arctic summer atmosphere based on HIRHAM5 ensemble simulations
T1  - Quantifizierung der modellinternen Variabilität der Arktischen Sommeratmosphäre basierend auf HIRHAM5 Ensemblesimulationen
N2  - The non-linear behaviour of the atmospheric dynamics is not well understood and makes the evaluation and usage of regional climate models (RCMs) difficult. Due to these non-linearities, chaos and internal variability (IV) within the RCMs are induced, leading to a sensitivity of RCMs to their initial conditions (IC). The IV is the ability of RCMs to realise different solutions of simulations that differ in their IC, but have the same lower and lateral boundary conditions (LBC), hence can be defined as the across-member spread between the ensemble members.
For the investigation of the IV and the dynamical and diabatic contributions generating the IV four ensembles of RCM simulations are performed with the atmospheric regional model HIRHAM5. The integration area is the Arctic and each ensemble consists of 20 members. The ensembles cover the time period from July to September for the years 2006, 2007, 2009 and 2012. The ensemble members have the same LBC and differ in their IC only. The different IC are arranged by an initialisation time that shifts successively by six hours. Within each ensemble the first simulation starts on 1st July at 00 UTC and the last simulation starts on 5th July at 18 UTC and each simulation runs until 30th September. The analysed time period ranges from 6th July to 30th September, the time period that is covered by all ensemble members. The model runs without any nudging to allow a free development of each simulation to get the full internal variability within the HIRHAM5.
As a measure of the model generated IV, the across-member standard deviation and the across-member variance is used and the dynamical and diabatic processes influencing the IV are estimated by applying a diagnostic budget study for the IV tendency of the potential temperature developed by Nikiema and Laprise [2010] and Nikiema and Laprise [2011]. The diagnostic budget study is based on the first law of thermodynamics for potential temperature and the mass-continuity equation. The resulting budget equation reveals seven contributions to the potential temperature IV tendency.
As a first study, this work analyses the IV within the HIRHAM5. Therefore, atmospheric circulation parameters and the potential temperature for all four ensemble years are investigated. Similar to previous studies, the IV fluctuates strongly in time. Further, due to the fact that all ensemble members are forced with the same LBC, the IV depends on the vertical level within the troposphere, with high values in the lower troposphere and at 500 hPa and low values in the upper troposphere and at the surface. By the same reason, the spatial distribution shows low values of IV at the boundaries of the model domain. 
The diagnostic budget study for the IV tendency of potential temperature reveals that the seven contributions fluctuate in time like the IV. However, the individual terms reach different absolute magnitudes. The budget study identifies the horizontal and vertical ‘baroclinic’ terms as the main contributors to the IV tendency, with the horizontal ‘baroclinic’ term producing and the vertical ‘baroclinic’ term reducing the IV. The other terms fluctuate around zero, because they are small in general or are balanced due to the domain average. 
The comparison of the results obtained for the four different ensembles (summers 2006, 2007, 2009 and 2012) reveals that on average the findings for each ensemble are quite similar concerning the magnitude and the general pattern of IV and its contributions. However, near the surface a weaker IV is produced with decreasing sea ice extent. This is caused by a smaller impact of the horizontal 'baroclinic' term over some regions and by the changing diabatic processes, particularly a more intense reducing tendency of the IV due to condensative heating. However, it has to be emphasised that the behaviour of the IV and its dynamical and diabatic contributions are influenced mainly by complex atmospheric feedbacks and large-scale processes and not by the sea ice distribution.
Additionally, a comparison with a second RCM covering the Arctic and using the same LBCs and IC is performed. For both models very similar results concerning the IV and its dynamical and diabatic contributions are found. Hence, this investigation leads to the conclusion that the IV is a natural phenomenon and is independent from the applied RCM.
N2  - Das nicht-lineare Verhalten der atmosphärischen Dynamik ist noch immer nicht ausreichend verstanden und daher sind die Evaluierung und die Anwendung von regionalen Klimamodellen (RCM) schwierig. Aufgrund dieser Nicht-Linearitäten wird Chaos und modellinterne Variabilität (IV) in RCMs erzeugt, was zur Sensitivität der RCMs bezüglich ihrer Anfangsbedingungen führt. Die IV ist die Fähigkeit von RCMs, verschiedene Lösungen für Simulationen zu erzeugen, die sich in ihren Anfangsbedingungen unterschieden, aber die gleichen unteren und seitlichen Randbedingungen aufweisen. Daher kann die IV als die Spannweite zwischen den Ensemblemitgliedern definiert werden.
Für die Untersuchung der IV und deren dynamische und diabatische Beiträge werden vier Ensembles mit dem atmosphärischen Regionalmodell HIRHAM5 erzeugt. Das Integrationsgebiet ist die Arktis und jedes Ensemble besteht aus 20 Ensemblemitgliedern. Die Ensembles umfassen den Zeitraum von Juli bis September für die Jahre 2006, 2007, 2009 und 2012. Die Mitglieder eines Ensembles haben alle die gleichen unteren und seitlichen Randbedingungen und unterscheiden sich nur in ihren Anfangsbedingungen. Die unterschiedlichen Anfangsbedingungen werden durch eine Verschiebung der Initialisierungszeit um jeweils 6 Stunden erzeugt. Innerhalb eines jeden Ensembles wird die erste Simulation am 1. Juli um 00 UTC gestartet und die letzte Simulation beginnt am 5. Juli um 18 UTC. Jede Simulation endet am 30. September. Um gleich lange Simulationen für die Auswertung zu gewährleisten, wird die Studie für den Zeitraum vom 6. Juli bis 30. September durchgeführt. Das Modell wird ohne Nudging betrieben, um jeder Simulation eine freie Entwicklung zu gewähren und damit die modellinterne Variabilität des HIRHAM5 vollständig zu erhalten.
Als Maβ für die im Modell generierte IV wird die Standardabweichung und die Varianz zwischen den Ensemblemitgliedern bestimmt. Die die IV beeinflussenden dynamischen und diabatischen Prozesse werden mit Hilfe der diagnostischen Budgetstudie zur Berechnung der IV Tendenz der potentiellen Temperatur bestimmt. Diese diagnostische Budgetstudie wurde von Nikiema and Laprise [2010] und Nikiema and Laprise [2011] entwickelt und basiert auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik für die potentielle Temperatur und der Massenkontinuitätsgleichung. Aus der resultierenden Budgetgleichung können sieben Terme, die zu der Tendenz der potentiellen Temperatur beitragen, berechnet werden.
In dieser Arbeit wird erstmalig die IV des HIRHAM5 analysiert. Dafür werden Parameter der atmosphärischen Zirkulation und die potentiellen Temperatur für alle vier Ensemblejahre analysiert. Wie auch frühere Studien zeigten, schwankt die IV stark mit der Zeit. Auβerdem wird eine vertikale Abhängigkeit der IV innerhalb der Troposphäre gefunden, mit hohen Werten in der unteren Troposphäre und in 500 hPa. Geringe Werte hingegen treten in der oberen Troposphäre und am Erdboden auf, da alle Ensemblemitglieder mit den gleichen Randbedingungen angetrieben werden. Daher zeigt auch die räumliche Verteilung niedrige IV Werte am Rand des Modellgebietes. 
Die diagnostische Budgetstudie für die IV Tendenz der potentiellen Temperatur verdeutlicht, dass die sieben Beiträge ebenfalls mit der Zeit schwanken wie die IV selbst. Jedoch erreichen die einzelnen Terme unterschiedliche Intensitäten. Mit Hilfe der Budgetstudie können der horizontale und vertikale 'Baroklinitätsterm' als die wichtigsten Beiträge zur Tendenz der IV ermittelt werden. Dabei trägt der horizontale 'Baroklinitätsterm' zur Produktion und der vertikale 'Baroklinitätsterm' zur Reduktion der IV bei. Die anderen Beiträge schwanken um Null, weil sie an sich klein oder aufgrund des Gebietsmittels ausbalanciert sind. 
Der Vergleich der Resultate für die Ensembles untereinander (Sommer 2006, 2007, 2009 und 2012) führt zu der Erkenntnis, das im Mittel die Ergebnisse für die IV und ihre Beiträge, die Gröβenordnung und die Muster betreffend, sehr ähnlich sind. Nur nahe der Erdoberfläche wird mit abnehmender Meereisausdehnung eine schwächere IV generiert. Dies ist bedingt durch einen geringeren Einfluss des horizontale 'Baroklinitätsterms' der in manchen Region auftritt sowie durch die sich ändernden diabatischen Prozesse (Tendenz zur intensiveren Reduktion der IV) aufgrund von Erwärmung durch Kondensation. Jedoch ist das Verhalten der IV und ihrer dynamischen und diabatischen Beiträge durch komplexe atmosphärische Rückkopplungen und groβskaligen Prozessen beeinflusst und nicht nur durch die Meereisverteilung.
Des Weiteren wird ein Vergleich mit einem zweiten RCM durchgeführt. Dieses zweite RCM wird mit den selben unteren und seitlichen Randbedingungen und Anfangsbedingungen angetrieben wie das HIRHAM5. Für beide Modelle werden sehr ähnliche Ergebnisse für die IV und ihre dynamischen und diabatischen Beiträge gefunden. Daher führt die Untersuchung zu dem Schluss, dass die IV ein natürlichen Phänomen und damit unabhängig von dem verwendeten RCM ist.
KW  - internal variability
KW  - modellinterne Variabilitaet
KW  - regional climate model
KW  - regionales Klimamodell
KW  - ensemble simulations
KW  - Ensemblesimulationen
KW  - arctic
KW  - Arktis
KW  - budget study
KW  - Budgetstudie
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85347
ER  - 
TY  - THES
A1  - Chen, Zupeng
T1  - Novel strategies to improve (photo)catalytic performance of carbon 
nitride-based composites
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sborikas, Martynas
T1  - Preparation and characterization of acoustic electret and electromechanical properties of polypropylene ferroelectrets
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kappel, David
T1  - Multi-spectrum retrieval of maps of Venus' surface emissivity in the infrared
T1  - Multispektrum-Retrieval von Karten der Oberflächenemissivität der Venus im Infrarotbereich
N2  - The main goal of this cumulative thesis is the derivation of surface emissivity data in the infrared from radiance measurements of Venus. Since these data are diagnostic of the chemical composition and grain size of the surface material, they can help to improve knowledge of the planet’s geology. Spectrally resolved images of nightside emissions in the range 1.0-5.1 μm were recently acquired by the InfraRed Mapping channel of the Visible and InfraRed Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS-M-IR) aboard ESA’s Venus EXpress (VEX). Surface and deep atmospheric thermal emissions in this spectral range are strongly obscured by the extremely opaque atmosphere, but three narrow spectral windows at 1.02, 1.10, and 1.18 μm allow the sounding of the surface. Additional windows between 1.3 and 2.6 μm provide information on atmospheric parameters that is required to interpret the surface signals. Quantitative data on surface and atmosphere can be retrieved from the measured spectra by comparing them to simulated spectra. A numerical radiative transfer model is used in this work to simulate the observable radiation as a function of atmospheric, surface, and instrumental parameters. It is a line-by-line model taking into account thermal emissions by surface and atmosphere as well as absorption and multiple scattering by gases and clouds. The VIRTIS-M-IR measurements are first preprocessed to obtain an optimal data basis for the subsequent steps. In this process, a detailed detector responsivity analysis enables the optimization of the data consistency. The measurement data have a relatively low spectral information content, and different parameter vectors can describe the same measured spectrum equally well. A usual method to regularize the retrieval of the wanted parameters from a measured spectrum is to take into account a priori mean values and standard deviations of the parameters to be retrieved. This decreases the probability to obtain unreasonable parameter values. The multi-spectrum retrieval algorithm MSR is developed to additionally consider physically realistic spatial and temporal a priori correlations between retrieval parameters describing different measurements. Neglecting geologic activity, MSR also allows the retrieval of an emissivity map as a parameter vector that is common to several spectrally resolved images that cover the same surface target. Even applying MSR, it is difficult to obtain reliable emissivity maps in absolute values. A detailed retrieval error analysis based on synthetic spectra reveals that this is mainly due to interferences from parameters that cannot be derived from the spectra themselves, but that have to be set to assumed values to enable the radiative transfer simulations. The MSR retrieval of emissivity maps relative to a fixed emissivity is shown to effectively avoid most emissivity retrieval errors. Relative emissivity maps at 1.02, 1.10, and 1.18 μm are finally derived from many VIRTIS-M-IR measurements that cover a surface target at Themis Regio. They are interpreted as spatial variations relative to an assumed emissivity mean of the target. It is verified that the maps are largely independent of the choice of many interfering parameters as well as the utilized measurement data set. These are the first Venus IR emissivity data maps based on a consistent application of a full radiative transfer simulation and a retrieval algorithm that respects a priori information. The maps are sufficiently reliable for future geologic interpretations.
N2  - Das Hauptziel dieser publikationsbasierten Dissertation ist die Ableitung von Oberflächenemissivitäts-Daten im Infraroten aus Radianzmessungen der Venus. Da diese Daten diagnostisch bezüglich chemischer Zusammensetzung und Korngröße des Oberflächenmaterials sind, können sie zur Erweiterung des Wissens über die Geologie des Planeten beitragen. Spektral aufgelöste Bilder von nachtseitigen Emissionen im Bereich 1.0-5.1 µm wurden kürzlich durch den Infrarot-Kartierungskanal des Abbildenden Spektrometers im Sichtbaren und Infraroten Bereich (VIRTIS-M-IR) an Bord der ESA-Sonde Venus Express (VEX) gewonnen. Die thermischen Emissionen der Oberfläche sowie der tiefen Atmosphäre werden in diesem Spektralbereich stark durch die extrem licht-undurchlässige Atmosphäre verschleiert, aber drei schmale spektrale Fenster bei 1.02, 1.10 und 1.18 µm ermöglichen die Sondierung der Oberfläche. Weitere Fenster zwischen 1.3 und 2.6 µm liefern Informationen über atmosphärische Parameter, die benötigt werden, um die Oberflächensignale zu interpretieren. Quantitative Daten von Oberfläche und Atmosphäre können von den gemessenen Spektren durch Vergleiche mit simulierten Spektren abgeleitet werden. In dieser Arbeit wird ein numerisches Strahlungstransportmodell verwendet, um die beobachtbare Strahlung als Funktion von Atmosphären-, Oberflächen-, und Instrumentenparametern zu simulieren. Es ist ein Linie-für-Linie-Modell und berücksichtigt sowohl thermische Emissionen der Oberfläche und Atmosphäre, als auch Absorption und Mehrfachstreuung durch Gase und Wolken. Die VIRTIS-M-IR-Messungen werden zunächst vorverarbeitet, um eine optimale Datenbasis für die nachfolgenden Schritte zu erhalten. Eine detaillierte Analyse des Detektoransprechvermögens ermöglicht dabei die Optimierung der Datenkonsistenz. Die Messdaten haben einen vergleichsweise geringen spektralen Informationsgehalt, und verschiedene Parametervektoren können ein- und dasselbe gemessene Spektrum gleich gut beschreiben. Eine übliche Maßnahme, das Retrieval der gesuchten Parameter aus einem gemessenem Spektrum zu regularisieren, ist die Berücksichtigung von a-priori-Mittelwerten und -Standardabweichungen der zu bestimmenden Parameter. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit verringert, unrealistische Parameterwerte zu erhalten. Es wird der Multispektrum-Retrieval-Algorithmus MSR entwickelt, um zusätzlich physikalisch realistische räumliche und zeitliche a-priori-Korrelationen zwischen Retrievalparametern, die verschiedene Messungen beschreiben, berücksichtigen zu können. Vernachlässigt man geologische Aktivität, kann mittels MSR auch eine Emissivitätskarte in Form eines Parametervektors bestimmt werden, der verschiedenen spektral aufgelösten, denselben Oberflächenbereich überdeckenden Bildern gemeinsam ist. Selbst bei Anwendung von MSR ist es schwierig, verlässliche Karten für die Absolutwerte der Emissivität zu erhalten. Eine detaillierte Retrieval-Fehleranalyse, die auf synthetischen Spektren beruht, zeigt, dass dies hauptsächlich an Interferenzen von Parametern liegt, die nicht aus den Spektren selbst hergeleitet werden können. Um dennoch die Strahlungstransportsimulationen zu ermöglichen, müssen diese Parameter auf angenommene Werte gesetzt werden. Es wird nachgewiesen, dass durch ein MSR-Retrieval von Emissivitätskarten relativ zu einer festen Emissivität die meisten Fehler bei der Emissivitätsbestimmung effizient vermieden werden können. Abschließend werden relative Emissivitätskarten bei 1.02, 1.10 und 1.18 µm aus vielen VIRTIS-M-IR-Messungen bestimmt, die einen Oberflächenbereich in der Themis Regio überdecken. Diese Karten werden als räumliche Variationen relativ zu einer angenommenen mittleren Emissivität des Oberflächenbereichs interpretiert. Es wird nachgewiesen, dass die Karten von der Wahl vieler interferierender Parameter sowie von der Auswahl der zugrunde liegenden Messungen weitgehend unabhängig sind. Dieses sind die ersten Karten von Emissivitätsdaten der Venus im Infrarotbereich auf Basis der konsistenten Anwendung einer umfassenden Strahlungstransportsimulation und eines Retrievalalgorithmus, der a priori Informationen berücksichtigt. Die Karten sind hinreichend zuverlässig für zukünftige geologische Interpretationen.
KW  - Venus Express
KW  - VIRTIS
KW  - surface emissivity
KW  - infrared
KW  - radiative transfer
KW  - retrieval
KW  - multi-spectrum regularization
KW  - Venus Express
KW  - VIRTIS
KW  - Oberflächenemissivität
KW  - Infrarot
KW  - Strahlungstransport
KW  - Retrieval
KW  - Multi-Spektrum-Regularisierung
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85301
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lohren, Hanna
T1  - Mechanisms of mercury species-mediated neurotoxicity
BT  - transfer across brain brain barriers and toxicity in brain-associated cells
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weits, Daniel
T1  - Regulation of the molecular response to low oxygen in plants
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Thieme, Christoph J.
T1  - Sequence and structure determinants of microRNA maturation and the elucidation of RNA transport in plants
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hunke, Philip Paul
T1  - The Brazilian Cerrado: ecohydrological assessment of water and soil degradation in heavily modified meso-scale catchments
T1  - Der brasilianische Cerrado: ökohydrologische Analyse von Boden- und Wasserdegradierung in intensiv landwirtschaftlich genutzten mesoskaligen Einzugsgebieten
N2  - The Brazilian Cerrado is recognised as one of the most threatened biomes in the world, as the region has experienced a striking change from natural vegetation to intense cash crop production. The impacts of rapid agricultural expansion on soil and water resources are still poorly understood in the region. Therefore, the overall aim of the thesis is to improve our understanding of the ecohydrological processes causing water and soil degradation in the Brazilian Cerrado. 
I first present a metaanalysis to provide quantitative evidence and identifying the main impacts of soil and water alterations resulting from land use change. Second, field studies were conducted to (i) examine the effects of land use change on soils of natural cerrado transformed to common croplands and pasture and (ii) indicate how agricultural production affects water quality across a meso-scale catchment. Third, the ecohydrological process-based model SWAT was tested with simple scenario analyses to gain insight into the impacts of land use and climate change on the water cycling in the upper São Lourenço catchment which experienced decreasing discharges in the last 40 years.
Soil and water quality parameters from different land uses were extracted from 89 soil and 18 water studies in different regions across the Cerrado. Significant effects on pH, bulk density and available P and K for croplands and less-pronounced effects on pastures were evident. Soil total N did not differ between land uses because most of the cropland sites were N-fixing soybean cultivations, which are not artificially fertilized with N. By contrast, water quality studies showed N enrichment in agricultural catchments, indicating fertilizer impacts and potential susceptibility to eutrophication. Regardless of the land use, P is widely absent because of the high-fixing capacities of deeply weathered soils and the filtering capacity of riparian vegetation. Pesticides, however, were consistently detected throughout the entire aquatic system. In several case studies, extremely high-peak concentrations exceeded Brazilian and EU water quality limits, which pose serious health risks. 
My field study revealed that land conversion caused a significant reduction in infiltration rates near the soil surface of pasture (–96 %) and croplands (–90 % to –93 %). Soil aggregate stability was significantly reduced in croplands than in cerrado and pasture. Soybean crops had extremely high extractable P (80 mg kg–1), whereas pasture N levels declined. A snapshot water sampling showed strong seasonality in water quality parameters. Higher temperature, oxi-reduction potential (ORP), NO2–, and very low oxygen concentrations (<5 mg•l–1) and saturation (<60 %) were recorded during the rainy season. By contrast, remarkably high PO43– concentrations (up to 0.8 mg•l–1) were measured during the dry season. Water quality parameters were affected by agricultural activities at all sampled sub-catchments across the catchment, regardless of stream characteristic. Direct NO3– leaching appeared to play a minor role; however, water quality is affected by topsoil fertiliser inputs with impact on small low order streams and larger rivers. Land conversion leaving cropland soils more susceptible to surface erosion by increased overland flow events.
In a third study, the field data were used to parameterise SWAT. The model was tested with different input data and calibrated in SWAT-CUP using the SUFI-2 algorithm. The model was judged reliable to simulate the water balance in the Cerrado. A complete cerrado, pasture and cropland cover was used to analyse the impact of land use on water cycling as well as climate change projections (2039–2058) according to the projections of the RCP 8.5 scenario. The actual evapotranspiration (ET) for the cropland scenario was higher compared to the cerrado cover (+100 mm a–1). Land use change scenarios confirmed that deforestation caused higher annual ET rates explaining partly the trend of decreased streamflow. Taking all climate change scenarios into account, the most likely effect is a prolongation of the dry season (by about one month), with higher peak flows in the rainy season. Consequently, potential threats for crop production with lower soil moisture and increased erosion and sediment transport during the rainy season are likely and should be considered in adaption plans. 
From the three studies of the thesis I conclude that land use intensification is likely to seriously limit the Cerrado’s future regarding both agricultural productivity and ecosystem stability. Because only limited data are available for the vast biome, we recommend further field studies to understand the interaction between terrestrial and aquatic systems. This thesis may serve as a valuable database for integrated modelling to investigate the impact of land use and climate change on soil and water resources and to test and develop mitigation measures for the Cerrado in the future.
N2  - Ökohydrologische Interaktionen in Folge von exzessiver Bodenerosion auf landwirtschaftlich stark modifizierten Flächen können speziell in tropischen Gebieten einen großen Einfluss auf die Fruchtbarkeit und zukünftige Nutzbarkeit der Böden haben, wie dies im Cerrado geschieht. Der brasilianische Cerrado ist eine neotropische Savanne und stellt mit 2 Mio. km² das zweitgrößte Biom Südamerikas dar. Das Biom wird global unter den bedeutendsten aber auch meist gefährdetsten 25 Biodiversitätshotspots gelistet. Ein extremer Landnutzungswandel führt dazu, dass der Cerrado zu den weltweit bedeutendsten landwirtschaftlichen Gebieten zählt und mittlerweile > 50 % des Bioms abgeholzt sind. Durch staatliche Subventionsprogramme, Aufkalkung und Düngung der Böden werden mehrere Ernten (v.a. Soja, Mais, Zuckerrohr und Baumwolle) pro Jahr bei hohem Ertrag realisiert. 
Aufgrund weniger Untersuchungen ist bisher unklar, wie sich die Landnutzungsintensivierung mit dem Einsatz großer Mengen an Agrochemikalien auf die Boden- und Wasserressourcen auswirkt. Um die Zielsetzung zu erreichen, wurden in einer umfassenden Metaanalyse Boden- und Wasserqualitätsparameter von mehr als 100 Einzelstudien analysiert, mehrere Feldkampagnen zur Erhebung bodenphysikochemischer und Wasserqualitätsparameter für unterschiedliche Landnutzungen durchgeführt und Modellierungen mit SWAT zur Abschätzung des Landnutzungs- und Klimawandels vorgenommen. 
Die Literaturanalyse konnte zeigen, dass Erosion, Veränderungen des Nährstoffkreislaufs, Nährstoffanreicherungen und sehr hohe Pestizidkonzentrationen in den Gewässern des gesamten Cerrado auftreten, mit stärkster Ausprägung für Ackerflächen. Trotz hoher Düngemengen wird festgestellt, dass P nur in sehr geringen Konzentrationen in den Gewässern nachgewiesen wird, welches auf die P-Fixierung der Böden und die Filterleistung der Uferrandstreifen zurückzuführen ist. In einer Feldstudie bestätigen sich die Ergebnisse, dass der Landnutzungswandel zu deutlichen Änderungen der boden-physikochemischen Parameter führt, wie z.B. einer signifikanten Abnahme der hydraulischen Leitfähigkeit (> –90 %) und der Bodenaggregatstabilität. Außerdem werden erhöhte pH-Werte und Überdüngung anzeigende P und K-gehalte im Oberboden (9-fach natürlicher Hintergrund) mit der stärksten Ausprägung unter Soja gemessen. Die Niederschlagsintensitäten überschreiten die Infiltrationskapazität der landwirtschaftlich genutzten Böden, wodurch es zu erhöhtem Oberflächenabfluss, Bodenerosionsereignissen mit Gullyformierungen kommt und der Eintrag von Agrochemikalien in die zuvor pristinen Gewässer begünstigt wird. Verglichen mit natürlichen Gewässern konnten im gesamten Einzugsgebiet niedrigere O2-Werte (< 5 mg l–1) sowie erhöhte NO3– (0.5 mg l–1), NO2– (0.1 mg l–1) und in der Trockenzeit auf direkte Düngung zurückzuführende sehr hohe PO43– (0.8 mg l–1) Konzentrationen festgestellt werden. Da in den Bodenprofilen keine Tiefenakkumulation von NPK nachgewiesen wurde ist davon auszugehen, dass Dünger durch Oberflächenabflussprozesse in das Flusssystem gelangen. Auch wenn die Nährstoffkonzentrationen nach europäischen Maßstäben gering sind, ist anzunehmen, dass in einem nährstofflimitierten System wie dem Cerrado die um ein vielfach erhöhte Konzentration der natürlichen Hintergrundwerte den Metabolismus der Gewässer negativ beeinflusst. 
In einer dritten Studie wird mit SWAT untersucht wie sich der Landnutzungs- und Klimawandel auf die Wasserbilanz auswirkt. In Testläufen zeigt sich, dass sowohl die verwendeten Niederschlagseingangsdaten als auch die Vegetationsparameter des natürlichen Cerrados von hoher Relevanz sind. Die Simulation verschiedener Landnutzungsszenarien belegt, dass die im Gebiet beobachteten abnehmenden Abflüsse auf die Zunahme landwirtschaftlicher Produktion und einer damit einhergehenden Zunahme der Evapotranspiration zurückzuführen sind. Die Simulation extremer Klimaszenarien (RCP 8.5 2039-2058) verdeutlicht, dass sich die Trockenzeit verlängert, welches Auswirkungen auf die Aussaattermine haben könnte. Gleichzeitig nehmen die Spitzenabflüsse in der Regenzeit zu, welches ohne entsprechende Gegenmaßnahmen zu erhöhter Erosion und gesteigertem Nähr- und Schadstofftransport in die Gewässer führt. 
Kombiniert mit einer weiteren Landnutzungsintensivierung wird für die zukünftige Entwicklung des Cerrado geschlussfolgert, dass die Veränderungen des Wasser- und Nährstoffhaushalt durch die Landwirtschaft und die damit einhergehenden Degradierungserscheinungen die Produktivität und Ökosystemstabilität nicht dauerhaft gewährleisten werden können. Die vorliegende Dissertation liefert einen zentralen Beitrag zur ökohydrologischen Bewertung des Status quo und der zukünftigen Entwicklung des brasilianischen Cerrados. Sie kann einen Ausgangspunkt für weitere Forschungen und Modellierungen darstellen, um die in dieser Arbeit benannten offenen Fragen hinsichtlich der ökohydrologischen Interaktionen zu klären.
KW  - Cerrado
KW  - ecohydrology
KW  - water
KW  - soil
KW  - deforestation
KW  - Cerrado
KW  - Ökohydrologie
KW  - Landnutzung
KW  - Boden
KW  - Wasser
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85110
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jung, Jörg
T1  - Efficient credit based server load balancing
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Allroggen, Niklas
T1  - Observation of subsurface flow from the surface : applications of ground-penetrating radar
BT  - non-invasive time-lapse observation of subsurface flow by using ground-penetrating radar
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Baier, Thomas
T1  - Matching events and activities
T1  - Zuordnung von Ereignissen zu Aktivitäten
BT  - preprocessing event logs for process analysis
BT  - Vorverarbeitung von Ereignislogs für die Prozessanalyse
N2  - Nowadays, business processes are increasingly supported by IT services that produce massive amounts of event data during process execution. Aiming at a better process understanding and improvement, this event data can be used to analyze processes using process mining techniques. Process models can be automatically discovered and the execution can be checked for conformance to specified behavior. Moreover, existing process models can be enhanced and annotated with valuable information, for example for performance analysis. While the maturity of process mining algorithms is increasing and more tools are entering the market, process mining projects still face the problem of different levels of abstraction when comparing events with modeled business activities. Mapping the recorded events to activities of a given process model is essential for conformance checking, annotation and understanding of process discovery results. Current approaches try to abstract from events in an automated way that does not capture the required domain knowledge to fit business activities. Such techniques can be a good way to quickly reduce complexity in process discovery. Yet, they fail to enable techniques like conformance checking or model annotation, and potentially create misleading process discovery results by not using the known business terminology.

In this thesis, we develop approaches that abstract an event log to the same level that is needed by the business. Typically, this abstraction level is defined by a given process model. Thus, the goal of this thesis is to match events from an event log to activities in a given process model. To accomplish this goal, behavioral and linguistic aspects of process models and event logs as well as domain knowledge captured in existing process documentation are taken into account to build semiautomatic matching approaches. The approaches establish a pre--processing for every available process mining technique that produces or annotates a process model, thereby reducing the manual effort for process analysts. While each of the presented approaches can be used in isolation, we also introduce a general framework for the integration of different matching approaches.


The approaches have been evaluated in case studies with industry and using a large industry process model collection and simulated event logs. The evaluation demonstrates the effectiveness and efficiency of the approaches and their robustness towards nonconforming execution logs.
N2  - Heutzutage werden Geschäftsprozesse verstärkt durch IT Services unterstützt, welche große Mengen an Ereignisdaten während der Prozessausführung generieren. Mit dem Ziel eines besseren Prozessverständnisses und einer möglichen Verbesserung können diese Daten mit Hilfe von Process–Mining–Techniken analysiert werden. Prozessmodelle können dabei automatisiert erstellt werden und die Prozessausführung kann auf ihre Übereinstimmung hin geprüft werden. Weiterhin können existierende Modelle durch wertvolle Informationen erweitert und verbessert werden, beispielsweise für eine Performanceanalyse. Während der Reifegrad der Algorithmen immer weiter ansteigt, stehen Process–Mining–Projekte immer noch vor dem Problem unterschiedlicher Abstraktionsebenen von Ereignisdaten und Prozessmodellaktivitäten. Das Mapping der aufgezeichneten Ereignisse zu den Aktivitäten eines gegebenen Prozessmodells ist ein essentieller Schritt für die Übereinstimmungsanalyse, Prozessmodellerweiterungen sowie auch für das Verständnis der Modelle aus einer automatisierten Prozesserkennung. Bereits existierende Ansätze abstrahieren Ereignisse auf automatisierte Art und Weise, welche die notwendigen Domänenkenntnisse für ein Mapping zu bestehenden Geschäftsprozessaktivitäten nicht berücksichtigt. Diese Techniken können hilfreich sein, um die Komplexität eines automatisiert erstellten Prozessmodells schnell zu verringern, sie eignen sich jedoch nicht für Übereinstimmungsprüfungen oder Modellerweiterungen. Zudem können solch automatisierte Verfahren zu irreführenden Ergebnissen führen, da sie nicht die bekannte Geschäftsterminologie verwenden.

In dieser Dissertation entwickeln wir Ansätze, die ein Ereignislog auf die benötigte Abstraktionsebene bringen, welche typischerweise durch ein Prozessmodell gegeben ist. Daher ist das Ziel dieser Dissertation, die Ereignisse eines Ereignislogs den Aktivitäten eines Prozessmodells zuzuordnen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden Verhaltens- und Sprachaspekte von Ereignislogs und Prozessmodellen sowie weitergehendes Domänenwissen einbezogen, um teilautomatisierte Zuordnungsansätze zu entwickeln. Die entwickelten Ansätze ermöglichen eine Vorverarbeitung von Ereignislogs, wodurch der notwendige manuelle Aufwand für den Einsatz von Process–Mining–Techniken verringert wird.

Die vorgestellten Ansätze wurden mit Hilfe von Industrie-Case-Studies und simulierten Ereignislogs aus einer großen Prozessmodellkollektion evaluiert. Die Ergebnisse demonstrieren die Effektivität der Ansätze und ihre Robustheit gegenüber nicht-konformem Prozessverhalten.
KW  - process mining
KW  - conformance analysis
KW  - event abstraction
KW  - Process Mining
KW  - Übereinstimmungsanalyse
KW  - Ereignisabstraktion
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84548
ER  - 
TY  - THES
A1  - Meyer, Andreas
T1  - Data perspective in business process management
T1  - Daten im Geschäftsprozessmanagement
BT  - the role of data for process modeling, analysis, and execution
BT  - ihre Rolle für Prozessmodellierung, -analyse und -ausführung
N2  - Geschäftsprozessmanagement ist ein strukturierter Ansatz zur Modellierung, Analyse, Steuerung und Ausführung von Geschäftsprozessen, um Geschäftsziele zu erreichen. Es stützt sich dabei auf konzeptionelle Modelle, von denen Prozessmodelle am weitesten verbreitet sind. Prozessmodelle beschreiben wer welche Aufgabe auszuführen hat, um das Geschäftsziel zu erreichen, und welche Informationen dafür benötigt werden. Damit beinhalten Prozessmodelle Informationen über den Kontrollfluss, die Zuweisung von Verantwortlichkeiten, den Datenfluss und Informationssysteme.

Die Automatisierung von Geschäftsprozessen  erhöht die Effizienz der Arbeitserledigung und wird durch Process Engines unterstützt. Dafür werden jedoch Informationen über den Kontrollfluss, die Zuweisung von Verantwortlichkeiten für Aufgaben und den Datenfluss benötigt. Während aktuelle Process Engines die ersten beiden Informationen weitgehend automatisiert verarbeiten können, müssen Daten manuell implementiert und gewartet werden. Dem entgegen verspricht ein modell-getriebenes Behandeln von Daten eine vereinfachte Implementation in der Process Engine und verringert gleichzeitig die Fehleranfälligkeit dank einer graphischen Visualisierung und reduziert den Entwicklungsaufwand durch Codegenerierung.

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Modellierung, der Analyse und der Ausführung von Daten in Geschäftsprozessen. Als formale Basis für die Prozessausführung wird ein konzeptuelles Framework für die Integration von Prozessen und Daten eingeführt. Dieses Framework wird durch operationelle Semantik ergänzt, die mittels einem um Daten erweiterten Petrinetz-Mapping vorgestellt wird. Die modellgetriebene Ausführung von Daten muss komplexe Datenabhängigkeiten, Prozessdaten und den Datenaustausch berücksichtigen. Letzterer tritt bei der Kommunikation zwischen mehreren Prozessteilnehmern auf. Diese Arbeit nutzt Konzepte aus dem Bereich der Datenbanken und überführt diese ins Geschäftsprozessmanagement, um Datenoperationen zu unterscheiden, um Abhängigkeiten zwischen Datenobjekten des gleichen und verschiedenen Typs zu spezifizieren, um modellierte Datenknoten sowie empfangene Nachrichten zur richtigen laufenden Prozessinstanz zu korrelieren und um Nachrichten für die Prozessübergreifende Kommunikation zu generieren. Der entsprechende Ansatz ist nicht auf eine bestimmte Prozessbeschreibungssprache begrenzt und wurde prototypisch implementiert.

Die Automatisierung der Datenbehandlung in Geschäftsprozessen erfordert entsprechend annotierte und korrekte Prozessmodelle. Als Unterstützung zur Datenannotierung führt diese Arbeit einen Algorithmus ein, welcher Informationen über Datenknoten, deren Zustände und Datenabhängigkeiten aus Kontrollflussinformationen extrahiert und die Prozessmodelle entsprechend annotiert. Allerdings können gewöhnlich nicht alle erforderlichen Informationen aus Kontrollflussinformationen extrahiert werden, da detaillierte Angaben über mögliche Datenmanipulationen fehlen. Deshalb sind weitere Prozessmodellverfeinerungen notwendig. Basierend auf einer Menge von Objektlebenszyklen kann ein Prozessmodell derart verfeinert werden, dass die in den Objektlebenszyklen spezifizierten Datenmanipulationen automatisiert in ein Prozessmodell überführt werden können. Prozessmodelle stellen eine Abstraktion dar. Somit fokussieren sie auf verschiedene Teilbereiche und stellen diese im Detail dar. Solche Detailbereiche sind beispielsweise die Kontrollflusssicht und die Datenflusssicht, welche oft durch Aktivitäts-zentrierte beziehungsweise Objekt-zentrierte Prozessmodelle abgebildet werden. In der vorliegenden Arbeit werden Algorithmen zur Transformation zwischen diesen Sichten beschrieben.

Zur Sicherstellung der Modellkorrektheit wird das Konzept der „weak conformance“ zur Überprüfung der Konsistenz zwischen Objektlebenszyklen und dem Prozessmodell eingeführt. Dabei darf das Prozessmodell nur Datenmanipulationen enthalten, die auch in einem Objektlebenszyklus spezifiziert sind. Die Korrektheit wird mittels Soundness-Überprüfung einer hybriden Darstellung ermittelt, so dass Kontrollfluss- und Datenkorrektheit integriert überprüft werden. Um eine korrekte Ausführung des Prozessmodells zu gewährleisten, müssen gefundene Inkonsistenzen korrigiert werden. Dafür werden für jede Inkonsistenz alternative Vorschläge zur Modelladaption identifiziert und vorgeschlagen.

Zusammengefasst, unter Einsatz der Ergebnisse dieser Dissertation können Geschäftsprozesse modellgetrieben ausgeführt werden unter Berücksichtigung sowohl von Daten als auch den zuvor bereits unterstützten Perspektiven bezüglich Kontrollfluss und Verantwortlichkeiten. Dabei wird die Modellerstellung teilweise mit automatisierten Algorithmen unterstützt und die Modellkonsistenz durch Datenkorrektheitsüberprüfungen gewährleistet.
N2  - Business process management (BPM) is a systematic and structured approach to model, analyze, control, and execute business operations also referred to as business processes that get carried out to achieve business goals. Central to BPM are conceptual models. Most prominently, process models describe which tasks are to be executed by whom utilizing which information to reach a business goal. Process models generally cover the perspectives of control flow, resource, data flow, and information systems.

Execution of business processes leads to the work actually being carried out. Automating them increases the efficiency and is usually supported by process engines. This, though, requires the coverage of control flow, resource assignments, and process data. While the first two perspectives are well supported in current process engines, data handling needs to be implemented and maintained manually. However, model-driven data handling promises to ease implementation, reduces the error-proneness through graphical visualization, and reduces development efforts through code generation.

This thesis addresses the modeling, analysis, and execution of data in business processes and presents a novel approach to execute data-annotated process models entirely model-driven. As a first step and formal grounding for the process execution, a conceptual framework for the integration of processes and data is introduced. This framework is complemented by operational semantics through a Petri net mapping extended with data considerations. Model-driven data execution comprises the handling of complex data dependencies, process data, and data exchange in case of communication between multiple process participants. This thesis introduces concepts from the database domain into BPM to enable the distinction of data operations, to specify relations between data objects of the same as well as of different types, to correlate modeled data nodes as well as received messages to the correct run-time process instances, and to generate messages for inter-process communication. The underlying approach, which is not limited to a particular process description language, has been implemented as proof-of-concept.

Automation of data handling in business processes requires data-annotated and correct process models. Targeting the former, algorithms are introduced to extract information about data nodes, their states, and data dependencies from control information and to annotate the process model accordingly. Usually, not all required information can be extracted from control flow information, since some data manipulations are not specified. This requires further refinement of the process model. Given a set of object life cycles specifying allowed data manipulations, automated refinement of the process model towards containment of all data manipulations is enabled. Process models are an abstraction focusing on specific aspects in detail, e.g., the control flow and the data flow views are often represented through activity-centric and object-centric process models. This thesis introduces algorithms for roundtrip transformations enabling the stakeholder to add information to the process model in the view being most appropriate.

Targeting process model correctness, this thesis introduces the notion of weak conformance that checks for consistency between given object life cycles and the process model such that the process model may only utilize data manipulations specified directly or indirectly in an object life cycle. The notion is computed via soundness checking of a hybrid representation integrating control flow and data flow correctness checking. Making a process model executable, identified violations must be corrected. Therefore, an approach is proposed that identifies for each violation multiple, alternative changes to the process model or the object life cycles.

Utilizing the results of this thesis, business processes can be executed entirely model-driven from the data perspective in addition to the control flow and resource perspectives already supported before. Thereby, the model creation is supported by algorithms partly automating the creation process while model consistency is ensured by data correctness checks.
KW  - business process management
KW  - process automation
KW  - model-driven
KW  - data
KW  - data objects
KW  - model transformation
KW  - data correctness checking
KW  - process refinement
KW  - data extraction
KW  - data states
KW  - formal framework
KW  - process and data integration
KW  - Geschäftsprozessmanagement
KW  - Prozessautomatisierung
KW  - Modellgetrieben
KW  - Daten
KW  - Datenobjekte
KW  - Modelltransformation
KW  - Datenkorrektheit
KW  - Prozessverfeinerung
KW  - Datenextraktion
KW  - Datenzustände
KW  - formales Framework
KW  - Prozess- und Datenintegration
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84806
ER  - 
TY  - THES
A1  - Torres Acosta, Verónica
T1  - Denudation processes in a tectonically active rift on different time scales
T1  - Denudationsprozesse eines tektonisch aktiven Rifts auf unterschiedlichen Zeitskalen
BT  - new insights from thermochronology and CRN dating in the Kenya Rift
BT  - neue Erkenntnisse aus Thermochronologie und CRN-Datierungen im Kenia Rift
N2  - Continental rifts are excellent regions where the interplay between extension, the build-up of topography, erosion and sedimentation can be evaluated in the context of landscape evolution. Rift basins also constitute important archives that potentially record the evolution and migration of species and the change of sedimentary conditions as a result of climatic change. Finally, rifts have increasingly become targets of resource exploration, such as hydrocarbons or geothermal systems. The study of extensional processes and the factors that further modify the mainly climate-driven surface process regime helps to identify changes in past and present tectonic and geomorphic processes that are ultimately recorded in rift landscapes.

The Cenozoic East African Rift System (EARS) is an exemplary continental rift system and ideal natural laboratory to observe such interactions. The eastern and western branches of the EARS constitute first-order tectonic and topographic features in East Africa, which exert a profound influence on the evolution of topography, the distribution and amount of rainfall, and thus the efficiency of surface processes. The Kenya Rift is an integral part of the eastern branch of the EARS and is characterized by high-relief rift escarpments bounded by normal faults, gently tilted rift shoulders, and volcanic centers along the rift axis.

Considering the Cenozoic tectonic processes in the Kenya Rift, the tectonically controlled cooling history of rift shoulders, the subsidence history of rift basins, and the sedimentation along and across the rift, may help to elucidate the morphotectonic evolution of this extensional province. While tectonic forcing of surface processes may play a minor role in the low-strain rift on centennial to millennial timescales, it may be hypothesized that erosion and sedimentation processes impacted by climate shifts associated with pronounced changes in the availability in moisture may have left important imprints in the landscape.

In this thesis I combined thermochronological, geomorphic field observations, and morphometry of digital elevation models to reconstruct exhumation processes and erosion rates, as well as the effects of climate on the erosion processes in different sectors of the rift. I present three sets of results: (1) new thermochronological data from the northern and central parts of the rift to quantitatively constrain the Tertiary exhumation and thermal evolution of the Kenya Rift. (2) 10Be-derived catchment-wide mean denudation rates from the northern, central and southern rift that characterize erosional processes on millennial to present-day timescales; and (3) paleo-denudation rates in the northern rift to constrain climatically controlled shifts in paleoenvironmental conditions during the early Holocene (African Humid Period).

Taken together, my studies show that time-temperature histories derived from apatite fission track (AFT) analysis, zircon (U-Th)/He dating, and thermal modeling bracket the onset of rifting in the Kenya Rift between 65-50 Ma and about 15 Ma to the present. These two episodes are marked by rapid exhumation and, uplift of the rift shoulders. Between 45 and 15 Ma the margins of the rift experienced very slow erosion/exhumation, with the accommodation of sediments in the rift basin.

In addition, I determined that present-day denudation rates in sparsely vegetated parts of the Kenya Rift amount to 0.13 mm/yr, whereas denudation rates in humid and more densely vegetated sectors of the rift flanks reach a maximum of 0.08 mm/yr, despite steeper hillslopes. I inferred that hillslope gradient and vegetation cover control most of the variation in denudation rates across the Kenya Rift today. Importantly, my results support the notion that vegetation cover plays a fundamental role in determining the voracity of erosion of hillslopes through its stabilizing effects on the land surface.

Finally, in a pilot study I highlighted how paleo-denudation rates in climatic threshold areas changed significantly during times of transient hydrologic conditions and involved a sixfold increase in erosion rates during increased humidity. This assessment is based on cosmogenic nuclide (10Be) dating of quartzitic deltaic sands that were deposited in the northern Kenya Rift during a highstand of Lake Suguta, which was associated with the Holocene African Humid Period. Taken together, my new results document the role of climate variability in erosion processes that impact climatic threshold environments, which may provide a template for potential future impacts of climate-driven changes in surface processes in the course of Global Change.
N2  - Kontinentale Riftsysteme wie das ostafrikanische Riftsystem (OARS) bieten ideale Voraussetzungen, um die verschiedenen Wechselwirkungen zwischen Extension, Änderungen in der Topographie, Erosion und Sedimentation im Zusammenhang mit Prozessen der Landschaftsentwicklung auf unterschiedlichen Zeitskalen zu untersuchen. Darüber hinaus spielen diese Regionen eine bedeutsame Rolle für die Entwicklung und Verbreitung der Arten und stellen durch eine kontinuierliche Entwicklung von Sedimentationsräumen und die in ihnen gespeicherten Klimasignale wichtige Klimaarchive dar. Rifts sind außerdem wichtige Regionen, in denen Maßnahmen zur Exploration natürlicher Ressourcen zunehmend wichtiger werden. Von Bedeutung ist hier, diese Prozesse und ihre Auslösemechanismen besser zu verstehen und Veränderungen in den tektonischen und geomorphologischen Prozessen der Vergangenheit und der Gegenwart zu identifizieren, deren Raten zu bestimmen und in den Kontext der Landschaftsentwicklung zu setzen.

Das OARS ist eine markante tektonische und topographische Erscheinung in Ostafrika, die einen tiefgreifenden Einfluss auf die Verteilung und Menge von Niederschlägen und damit auf die Effizienz von Oberflächenprozessen hat. Das Kenia-Rift ist ein integraler Bestandteil des östlichen Zweigs des OARS und ist durch ausgeprägte Riftflanken mit Abschiebungen, und flacheren Riftschultern sowie vulkanischen Zentren entlang des Grabens gekennzeichnet.

In Anbetracht der tektonischen Prozesse im Kenia-Rift während der letzten 60 Millionen Jahre, bilden die Bestimmung der Abkühlungsgeschichte der Riftschultern, sowie die Ablagerungsgeschichte im Riftbecken und auf den Riftschultern die Grundlage für die Rekonstruktion der strukturellen Entwicklung des Rifts. Auf kurzen, hundertjährigen bis tausendjährigen Zeitskalen, spielt tektonische Aktivität aufgrund langsamer Deformationsraten eine untergeordnete Rolle bei der Kontrolle von Erosion und Sedimentation. Dem gegenüber stehen klimagesteuerte Prozesse, die die Verfügbarkeit von Feuchtigkeit, die Niederschlagstätigkeit, die Vegetationsbedeckung sowie die Erosionsprozesse kontrollieren.

In dieser Dissertation habe ich thermochronologische Untersuchungen, geomorphologische Geländeergebnisse und morphometrische Analysen an digitalen Geländemodellen kombiniert, um Exhumationsprozesse und Erosionsraten sowie die Wirkung des Klimas auf die känozoische Entwicklung des Kenia-Rifts zu rekonstruieren. Ich präsentiere: (1) neue thermochronologische Daten aus den nördlichen und zentralen Teilen des Kenia-Rifts, um quantitative Angaben zur Exhumationsgeschichte und der thermischen Entwicklung im Känozoikum zu erhalten, die letztlich die Basis für regionale Riftmodelle bilden und die Dynamik der Riftbildung im Inneren eines Kontinents beleuchten; (2) mittlere Denudationsraten (mithilfe des kosmogenen Nuklids 10Be) in Einzugsgebieten des nördlichen, zentralen und südlichen Rifts um Abhängigkeiten der Erosionsprozesse von klimatischen, lithologischen und tektonischen Parametern auf einer Zeitskala von mehreren 10^3 Jahren zu erfassen; (3) Paläo-Denudationsraten im nördlichen Rift, um klimatisch kontrollierte Veränderungen der Umweltbedingungen im Früh-Holozän zu bestimmen. 

Meine Studien zeigen, dass Zeit-Temperatur-Pfade von Apatit Spaltspurenanalysen, Zirkon-(U-Th)/He-Datierungen und thermischen Modellierung den Zeitraum der Grabenbildung im Kenia Rift zwischen 65-50 Ma und von 15 Ma bis zur Gegenwart definieren. Diese beiden Phasen werden durch schnelle Exhumierung der Riftflanken und Anhebung der Riftschultern begleitet. Zwischen 45 und 15 Ma wurden die Riftschultern und -flanken nur sehr langsam erodiert/exhumiert, und Sedimente aus diesen Gebieten im Rift abgelagert, die zum Teil auf die damaligen Riftschultern sedimentiert wurden.

Darüber hinaus ermittelte ich, dass Denudationsraten in spärlich bewachsenen Gebieten heute bis zu 0,13 mm/a erreichen können, während in feuchten und dicht bewachsenen Gebieten ein Maximum von nur 0,08 mm/a erreicht wird, trotz z.T. steilerer Hänge. Die Kombination morphometrischer Untersuchungen und Analysen des kosmogenen Nuklids 10Be zeigt, dass Vegetation und Hangneigung weitgehend die Variabilität von Erosionsraten im heutigen Kenia Rift beeinflussen. Meine Ergebnisse unterstützen mit robusten quantitativen Daten die Hypothese, dass die Vegetationsdecke eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung von Hängen spielt.

In einer weiterführenden Pilotstudie konnte ich zeigen, wie Paläo-Denudationsraten zum Verständnis bekannter Perioden der Klimaschwankung und den damit verbundenen Änderungen hydrologischer Bedingungen beitragen können. Diese Beobachtung basiert auf der Analyse kosmogener Nuklide (10Be) an früh-holozänen Deltaablagerungen im nördlichen Kenia Rift, die auf eine Vervierfachung der Erosionsraten in der Anfangsphase eines Wechsels von ariden zu humiden Klimabedingungen hindeuten. Diese Untersuchungen dokumentieren somit die Bedeutung von Klimavariabilität im Erosions- und Sedimentationsregime klimatischer Schwellenregionen und verdeutlichen ein Szenario der Veränderung von Oberflächenprozessen, wie es bei zukünftigen Änderungen des Klimas im Zuge des globalen Wandels erwartet werden kann.
KW  - denudation processes
KW  - East African Rift
KW  - landscape evolution
KW  - thermochronology
KW  - cosmogenic radionuclides
KW  - exhumation processes
KW  - vegetation cover
KW  - Denudation
KW  - Exhumationsprozesse
KW  - kosmogene Nuklide
KW  - Landschaftsentwicklung
KW  - ostafrikanisches Riftsystem
KW  - Vegetationsbedeckung
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84534
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heyneke, Elmien
T1  - The role of the calcineurin B-like interacting protein kinase, CIPK14 in regulating plant nutrient metabolism
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Künstler, Andreas
T1  - Spot evolution on the red giant star XX Triangulum
T1  - Entwicklung von Sternflecken auf dem roten Riesenstern XX Triangulum
N2  - Spots on stellar surfaces are thought to be stellar analogues of sunspots. Thus, starspots are direct manifestations of strong magnetic fields. Their decay rate is directly related to the magnetic diffusivity, which itself is a key quantity for the deduction of an activity cycle length. So far, no single starspot decay has been observed, and thus no stellar activity cycle was inferred from its corresponding turbulent diffusivity.
We investigate the evolution of starspots on the rapidly-rotating K0 giant XX Triangulum. Continuous high-resolution and phase-resolved spectroscopy was obtained with the robotic 1.2-m STELLA telescope on Tenerife over a timespan of six years. With our line-profile inversion code iMap we reconstruct a total of 36 consecutive Doppler maps. To quantify starspot area decay and growth, we match the observed images with simplified spot models based on a Monte-Carlo approach.
It is shown that the surface of XX Tri is covered with large high-latitude and even polar spots and with occasional small equatorial spots. Just over the course of six years, we see a systematically changing spot distribution with various time scales and morphology such as spot fragmentation and spot merging as well as spot decay and formation.
For the first time, a starspot decay rate on another star than the Sun is determined. From our spot-decay analysis we determine an average linear decay rate of D = -0.067±0.006 Gm^2/day. From this decay rate, we infer a turbulent diffusivity of η_τ = (6.3±0.5) x 10^14 cm^2/s and consequently predict an activity cycle of 26±6 years. The obtained cycle length matches very well with photometric observations.
Our time-series of Doppler maps further enables to investigate the differential rotation of XX Tri. We therefore applied a cross-correlation analysis. We detect a weak solar-like differential rotation with a surface shear of α = 0.016±0.003. This value agrees with similar studies of other RS CVn stars.
Furthermore, we found evidence for active longitudes and flip-flops. Whereas the more active longitude is located in phase towards the (unseen) companion star, the weaker active longitude is located at the opposite stellar hemisphere. From their periodic appearance, we infer a flip-flop cycle of ~2 years. Both activity phenomena are common on late-type binary stars.
Last but not least we redetermine several astrophysical properties of XX Tri and its binary system, as large datasets of photometric and spectroscopic observations are available since its last determination in 1999. Additionally, we compare the rotational spot-modulation from photometric and spectroscopic studies.
N2  - Sternflecken gelten als stellare Analoga zu Sonnenflecken. Somit sind Sternflecken direkte Erscheinungsformen starker Magnetfelder. Ihre Zerfallsrate ist direkt mit der magnetischen Diffusivität verknüpft, welche selbst ein Maß für die Länge eines Aktivitätszyklus ist. Bislang konnte noch kein Zerfall eines einzelnen Sternflecks beobachtet werden und somit konnte noch kein stellarer Aktivitätszyklus mittels einer aus dem Fleckenzerfall abgeleiteten Diffusivität bestimmt werden.
Wir untersuchen die Entwicklung von Sternflecken auf dem schnell rotierenden K0 Riesenstern XX Triangulum. Über einen Zeitraum von sechs Jahren wurden durchgängig hochauflösende Spektren mit dem 1.2-m STELLA Teleskop auf Teneriffa aufgenommen. Mit unserem Inversionscode für Linienprofile (iMap) werden insgesamt 36 Dopplerkarten der Sternoberfläche rekonstruiert. Um sowohl den Zerfall als auch die Entstehung von Sternflecken zu bestimmen, werden die rekonstruierten Dopplerkarten mit vereinfachten Fleckenmodellen mittels einer Monte-Carlo-Methode abgebildet.
Es zeigt sich, dass die Oberfläche von XX Tri mit großen Flecken auf hohen und sogar polaren Breiten bedeckt ist sowie gelegentlichen kleineren Flecken nahe des Äquators. Gerade in der Zeitspanne von sechs Jahren sehen wir eine systematische Veränderung der Fleckenverteilung auf unterschiedlichen Zeitskalen und mit unterschiedlicher Morphologie, wie Fleckenaufspaltung und Fleckenvereinigung sowie Fleckenzerfall und Fleckenentstehung.
Zum ersten Mal wird die Zerfallsrate eines Sternflecks auf einem anderen Stern als der Sonne bestimmt. Von unserer Fleckenzerfallsanalyse bestimmen wir eine mittlere lineare Zerfallsrate von D = -0.067±0.006 Gm^2/d. Von dieser Zerfallsrate leiten wir eine turbulente Diffusivität von η_τ = (6.3±0.5) x 10^14 cm^2/s ab, und schließen daraus einen Aktivitätszyklus von 26±6 Jahren. Diese Zykluslänge stimmt gut mit photometrischen Beobachtungen überein.
Unsere Dopplerkarten ermöglichen zusätzlich die Untersuchung der differentiellen Rotation auf XX Tri, wofür eine Kreuzkorrelationsmethode angewandt wird. Wir detektieren eine schwache sonnenähnliche differentielle Rotation mit einer Oberflächenscherung von α = 0.016±0.003. Dieser Wert stimmt mit vergleichbaren Untersuchungen anderer RS CVn-Sterne überein.
Zudem haben wir Anzeichen für aktive Longituden und Flip-Flops gefunden. Während sich die aktivere Longitude in Phase zu dem (nicht sichtbaren) Begleitstern befindet, liegt die schwächere aktive Longitude auf der gegenüberliegenden Hemisphäre. Aus ihrem periodischen Auftreten schließen wir auf einen Flip-Flop-Zyklus von ungefähr zwei Jahren. Beide Aktivitätserscheinungen sind häufig auf Doppelsternen späten Spektraltyps zu finden.
Zu guter Letzt bestimmen wir die astrophysikalischen Eigenschaften von XX Tri neu, da seit der letzten Bestimmung im Jahre 1999 große neue Datensätze unterschiedlicher Beobachtungen vorhanden sind. Zusätzlich vergleichen wir die periodische Fleckenmodulation aus photometrischen und spektroskopischen Analysen.
KW  - stellar physics
KW  - stellar activity
KW  - Doppler imaging
KW  - Sternphysik
KW  - Sternaktivität
KW  - Doppler Imaging
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84008
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kütter, Sissy
T1  - Magnetotelluric measurements across the southern Barberton Greenstone Belt, South Africa
T1  - Magnetotellurische Messungen am südlichen Barberton Grünsteingürtel, Südafrika
N2  - Der Barberton Grünsteingürtel (BGB) in Südafrika gehört zu den wenigen Regionen mit noch gut erhaltener Archaischer Kruste. Seit Jahrhunderten wurde der BGB eingehend untersucht und seine geologischen und tektonischen Strukturen detailliert kartiert. Über die tiefere Struktur des BGB ist hingegen wenig bekannt. Zahlreiche Evolutionsmodelle, die auf Altersbestimmungsdaten und strukturellen Informationen beruhen wurden über die Jahre aufgestellt. Diese Theorien sind zumeist widersprüchlich. Sie konzentrieren sich im Wesentlichen auf die Frage, ob plattentektonische Prozesse bereits bei der Entwicklung der frühen Erde eine Rolle spielten oder ob vertikale Tektonik, angetrieben durch die im Archaikum höheren Temperaturen, die Bildung der heutigen Kontinente bestimmt hat.
Um neue Erkenntnisse über die interne Struktur und Entwicklungsgeschichte des BGB zu erhalten, wurden im Rahmen der Deutsch-Südafrikanischen Forschungsinitiative Inkaba yeAfrica magnetotellurische (MT) Messungen durchgeführt. Entlang von sechs Profilen, die den gesamten südlichen Teil des BGB’s überdecken, wurden nahezu 200 MT-Stationen installiert. Tektonische Strukturen wie z. B. (fossile) Verwerfungszonen können erhöhte Leitfähigigkeiten haben, wenn sich leitfähige Mineralisationen innerhalb der Scherzonen gebildet haben. Durch die Abbildung der elektrischen Leitfähigkeitsverteilung des Untergrundes mit Hilfe von MT Messungen kann der Verlauf tektonischer Strukturen nachvollzogen werden, woraus Schlüsse über möglicherweise abgelaufene tektonische Prozesse gezogen werden können. Der gesamte MT Datensatz weist starke Störeinflüsse durch künstliche elektromagnetische Signale auf, die bspw. von Stromleitungen und elektrischen Zäunen stammen. Insbesondere langperiodische Daten (>1 s) sind davon betroffen, die für die Auflösung tieferer Strukturen notwendig sind. Die Anwendung etablierter Ansätze wie Verschiebungsfiltern und der Remote Reference-Methode, führte zu Verbesserungen vorrangig für Perioden < 1 s. Der langperiodische Bereich ist durch impulsartige Störsignale in den magnetischen und dazugehörigen Stufen in den elektrischen Feldkomponenten geprägt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuartiger Zeitbereichs-Filter entwickelt, welcher auf einer abgewandelten Form des Wiener Filters beruht und diese Art von Störsignalen aus den Daten entfernt. Durch den Vergleich der Datenvarianz einer lokalen Station mit der einer Referenzstation können gestörte Zeitsegmente identifiziert werden. Anschließend wird ein Wiener-Filter-Algorithmus angewendet, um für diese Segmente mithilfe der Referenzdaten physikalisch sinnvolle Zeitreihen zu berechnen, mit denen die Daten der lokalen Station ersetzt werden. Während impulsartige Störsignale in den magnetischen Datenkanälen relativ einfach erfasst werden können, ist die Detektion von Versätzen in den elektrischen Zeitreihen je nach Versatzhöhe problematischer. Um dieses Problem zu umgehen, habe ich einen Algorithmus entwickelt, bei dem die Zeitreihen differenziert, gefiltert und im letzten Schritt integriert werden. In einer zweiten von mir entwickelten Filtermethode werden die Störsignale durch den Vergleich des kurzzeitigen und des langzeitigen Datenmittelwerts ausfindig gemacht. Bei diesem Filter werden die Störsignale aus den Zeitreihen entfernt und durch eine lineare Interpolation ersetzt. Durch die beiden Filtermethoden wurde eine deutliche Verbesserung der Datenqualität bis zu 10 und teilweise 100 s erreicht.
Zur Interpretation des MT-Datensatzes wurden 2D und 3D Inversionen durchgeführt. Die so erhaltenen elektrischen Leitfähigkeitsmodelle zeigen eine gute Übereinstimmung mit den kartierten, geologischen Strukturen. Die Gesteine des BGB weisen in den Modellen hohe Widerstände auf und sind deutlich von leitfähigen benachbarten geologischen Strukturen abgegrenzt. Verwerfungszonen korrelieren mit leitfähigen Strukturen, die sich bis in eine Tiefe von 5 bis 10 km erstrecken. Eine Fortsetzung der Verwerfungszonen über die südliche Grenze des BGB wird in den 2D-Ergebnissen angedeutet. Insgesamt zeigen die Inversionsmodelle, dass vermutlich sowohl plattentektonische als auch vertikaltektonische Prozesse bei der Entstehung des BGB eine wichtige Rolle spielten.
N2  - The Barberton Greenstone Belt (BGB) in the northwestern part of South Africa belongs to the few well-preserved remnants of Archean crust. Over the last centuries, the BGB has been intensively studied at surface with detailed mapping of its surfacial geological units and tectonic features. Nevertheless, the deeper structure of the BGB remains poorly understood. Various tectonic evolution models have been developed based on geo-chronological and structural data. These theories are highly controversial and centre on the question whether plate tectonics - as geoscientists understand them today - was already evolving on the Early Earth or whether vertical mass movements driven by the higher temperature of the Earth in Archean times governed continent development.
To get a step closer to answering the questions regarding the internal structure and formation of the BGB, magnetotelluric (MT) field experiments were conducted as part of the German-South African research initiative Inkaba yeAfrica. Five-component MT data (three magnetic and two electric channels) were collected at ~200 sites aligned along six profiles crossing the southern part of the BGB. Tectonic features like (fossil) faults and shear zones are often mineralized and therefore can have high electrical conductivities. Hence, by obtaining an image of the conductivity distribution of the subsurface from MT measurements can provide useful information on tectonic processes.
Unfortunately, the BGB MT data set is heavily affected by man-made electromagnetic noise caused, e.g. by powerlines and electric fences. Aperiodic spikes in the magnetic and corresponding offsets in the electric field components impair the data quality particularly at periods >1 s which are required to image deep electrical structures. Application of common methods for noise reduction like delay filtering and remote reference processing, only worked well for periods <1 s. Within the framework of this thesis two new filtering approaches were developed to handle the severe noise in long period data and obtain reliable processing results. The first algorithm is based on the Wiener filter in combination with a spike detection algorithm. Comparison of data variances of a local site with those of a reference site allows the identification of disturbed time series windows for each recorded channel at the local site. Using the data of the reference site, a Wiener filter algorithm is applied to predict physically meaningful data to replace the disturbed windows. While spikes in the magnetic channels are easily recognized and replaced, steps in the electric channels are more difficult to detect depending on their offset. Therefore, I have implemented a novel approach based on time series differentiation, noise removal and subsequent integration to overcome this obstacle. A second filtering approach where spikes and steps in the time series are identified using a comparison of the short and long time average of the data was also implemented as part of my thesis. For this filtering approach the noise in the form of spikes and offsets in the data is treated by an interpolation of the affected data samples. The new developments resulted in a substantial data improvement and allowed to gain one to two decades of data (up to 10 or 100 s).
The re-processed MT data were used to image the electrical conductivity distribution of the BGB by 2D and 3D inversion. Inversion models are in good agreement with the surface geology delineating the highly resistive rocks of the BGB from surrounding more conductive geological units. Fault zones appear as conductive structures and can be traced to depths of 5 to 10 km. 2D models suggest a continuation of the faults further south across the boundary of the BGB. Based on the shallow tectonic structures (fault system) within the BGB compared to deeply rooted resistive batholiths in the area, tectonic models including both vertical mass transport and in parts present-day style plate tectonics seem to be most likely for the evolution of the BGB.
KW  - Magnetotellurik
KW  - magnetotellurics
KW  - Zeitreihenanalyse
KW  - time series analysis
KW  - Datenfilter
KW  - data filtering
KW  - Paläotektonik
KW  - early earth tectonics
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-83198
ER  - 
TY  - THES
A1  - Shivanand, Lathe Rahul
T1  - DUF1068 protein family members are involved in cell wall formation in Arabidopsis thaliana
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brosinsky, Arlena
T1  - Spectral fingerprinting
T1  - Spektrales Fingerprinting
BT  - the potential of VNIR-SWIR spectral characteristics for tracing suspended sediment sources
BT  - das Potential spektraler Charakteristika im visuellen bis zum kurzwelligen Infrarotbereich zur Rückverfolgung von Sedimentquellgebieten
N2  - Current research on runoff and erosion processes, as well as an increasing demand for sustainable watershed management emphasize the need for an improved understanding of sediment dynamics. This involves the accurate assessment of erosion rates and sediment transfer, yield and origin. A variety of methods exist to capture these processes at the catchment scale. Among these, sediment fingerprinting, a technique to trace back the origin of sediment, has attracted increasing attention by the scientific community in recent years. It is a two-step procedure, based on the fundamental assumptions that potential sources of sediment can be reliably discriminated based on a set of characteristic ‘fingerprint’ properties, and that a comparison of source and sediment fingerprints allows to quantify the relative contribution of each source.
This thesis aims at further assessing the potential of spectroscopy to assist and improve the sediment fingerprinting technique. Specifically, this work focuses on (1) whether potential sediment sources can be reliably identified based on spectral features (‘fingerprints’), whether (2) these spectral fingerprints permit the quantification of relative source contribution, and whether (3) in situ derived source information is sufficient for this purpose. Furthermore, sediment fingerprinting using spectral information is applied in a study catchment to (4) identify major sources and observe how relative source contributions change between and within individual flood events. And finally, (5) spectral fingerprinting results are compared and combined with simultaneous sediment flux measurements to study sediment origin, transport and storage behaviour.
For the sediment fingerprinting approach, soil samples were collected from potential sediment sources within the Isábena catchment, a meso-scale basin in the central Spanish Pyrenees. Undisturbed samples of the upper soil layer were measured in situ using an ASD spectroradiometer and subsequently sampled for measurements in the laboratory. Suspended sediment was sampled automatically by means of ISCO samplers at the catchment as well as at the five major subcatchment outlets during flood events, and stored fine sediment from the channel bed was collected from 14 cross-sections along the main river. Artificial mixtures of known contributions were produced from source soil samples. Then, all source, sediment and mixture samples were dried and spectrally measured in the laboratory. Subsequently, colour coefficients and physically based features with relation to organic carbon, iron oxide, clay content and carbonate, were calculated from all in situ and laboratory spectra. Spectral parameters passing a number of prerequisite tests were submitted to principal component analyses to study natural clustering of samples, discriminant function analyses to observe source differentiation accuracy, and a mixing model for source contribution assessment. In addition, annual as well as flood event based suspended sediment fluxes from the catchment and its subcatchments were calculated from rainfall, water discharge and suspended sediment concentration measurements using rating curves and Quantile Regression Forests. Results of sediment flux monitoring were interpreted individually with respect to storage behaviour, compared to fingerprinting source ascriptions and combined with fingerprinting to assess their joint explanatory potential.
In response to the key questions of this work, (1) three source types (land use) and five spatial sources (subcatchments) could be reliably discriminated based on spectral fingerprints. The artificial mixture experiment revealed that while (2) laboratory parameters permitted source contribution assessment, (3) the use of in situ derived information was insufficient. Apparently, high discrimination accuracy does not necessarily imply good quantification results. When applied to suspended sediment samples of the catchment outlet, the spectral fingerprinting approach was able to (4) quantify the major sediment sources: badlands and the Villacarli subcatchment, respectively, were identified as main contributors, which is consistent with field observations and previous studies. Thereby, source contribution was found to vary both, within and between individual flood events. Also sediment flux was found to vary considerably, annually as well as seasonally and on flood event base. Storage was confirmed to play an important role in the sediment dynamics of the studied catchment, whereas floods with lower total sediment yield tend to deposit and floods with higher yield rather remove material from the channel bed. Finally, a comparison of flux measurements with fingerprinting results highlighted the fact that (5) immediate transport from sources to the catchment outlet cannot be assumed. A combination of the two methods revealed different aspects of sediment dynamics that none of the techniques could have uncovered individually.
In summary, spectral properties provide a fast, non-destructive, and cost-efficient means to discriminate and quantify sediment sources, whereas, unfortunately, straight-forward in situ collected source information is insufficient for the approach. Mixture modelling using artificial mixtures permits valuable insights into the capabilities and limitations of the method and similar experiments are strongly recommended to be performed in the future. Furthermore, a combination of techniques such as e.g. (spectral) sediment fingerprinting and sediment flux monitoring can provide comprehensive understanding of sediment dynamics.
N2  - Aktuelle Forschung zu Abfluss- und Erosionsprozessen und die steigende Nachfrage nach nachhaltiger Wasserbewirtschaftung unterstreichen die Notwendigkeit für ein verbessertes Verständnis von Sedimentdynamik. Dazu gehören die genaue Bewertung von Erosionsraten sowie die Abschätzung von Sedimenttransfer, -ertrag und -herkunft. Es existiert eine Vielzahl von Verfahren, um diese Prozesse auf Einzugsgebietsskala zu erfassen. Unter diesen hat das Sediment-Fingerprinting, eine Technik zur Bestimmung der Sedimentherkunft, in den letzten Jahren zunehmend die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf sich gezogen. Es ist ein zweiteiliges Verfahren auf Grundlage der Annahmen, dass mögliche Sedimentquellen unter Verwendung charakteristischer "Fingerabdrücke" zuverlässig unterschieden und dass ein Vergleich der Quell- und Sedimentfingerabdrücke es ermöglicht, den relativen Beitrag jeder Quelle zu quantifizieren.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeit, Spektroskopie zur Unterstützung und Verbesserung der Sediment-Fingerprinting Technik einzusetzen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Fragen, ob (1) potenzielle Sedimentquellen basierend auf spektralen Merkmalen ("Fingerabdrücken") zuverlässig unterschieden werden können, ob (2) diese spektralen Fingerabdrücke die relative Quantifizierung von Quellbeiträgen erlauben und ob (3) in situ gemessene Quellinformationen für diesen Zweck ausreichend sind. Darüber hinaus wird spektrales Sediment-Fingerprinting in einem Untersuchungsgebiet angewandt, um (4) die wichtigsten Quellen zu identifizieren und um zu beobachten, wie sich relative Beiträge zwischen und innerhalb einzelner Hochwasserereignisse verändern. Außerdem werden (5) spektrale Sediment-Fingerprinting Ergebnisse mit gleichzeitig erhobenen Abfluss- und Sedimentflussdaten verglichen und kombiniert um Sedimentherkunft, -transport und -ablagerung zu untersuchen.
Für den Sediment-Fingerprinting Ansatz wurden Bodenproben potenzieller Sedimentquellen im Isábenabecken, einem mesoskaligen Einzugsgebiet in den zentralen spanischen Pyrenäen, gesammelt. Ungestörte Proben der Bodenoberfläche wurden in situ unter Verwendung eines ASD Spektroradiometers gemessen und anschließend für Labormessungen beprobt. Sedimentpartikel (Schwebfracht) wurden während Hochwasserereignissen automatisch mit Hilfe von ISCO Samplern am Gebietsauslass sowie an den fünf wichtigsten Teileinzugsbietsauslässen beprobt. Zusätzlich wurde im Flussbett abgelagertes Feinsediment an 14 Querschnitten entlang des Hauptflusses gesammelt. Aus den Bodenproben wurden zusätzlich künstliche Mischungen bekannter Zusammensetzung hergestellt. Alle Boden-, Sediment- und Gemischproben wurden getrocknet und im Labor spektral gemessen. Anschließend wurden aus allen Spektren (in situ und Labor) Farbkoeffizienten und physikalisch basierte features mit Bezug zu organischem Kohlenstoff, Eisenoxid, Tongehalt und Carbonat berechnet. Die spektralen Parameter wurden auf eine Reihe von Voraussetzungen getested. Auf Grundlage von Parametern, die die vorgegebenen Voraussetungen erfüllten, wurden die Proben anschließend mittels Hauptkomponenten-analyse auf natürliche Gruppierung getested. Die Differenzierungsgenauigkeit einzelner Parameter bzw. von Parameterkombinationen wurde mittels Diskriminanzfunktionsanalyse beurteilt und zur Quantifizierung der Beiträge verschiedener Quellen wurde ein Mischungs-modell entwickelt. Darüber hinaus wurden mittels Eichkurven und Quantile Regression Forests aus Niederschlags-, Abfluss- und Sedimentkonzentrationsmessungen jährliche sowie hochwasserbasierte Sedimentflüsse aus dem Einzugsgebiet und seinen Teileinzugsgebieten berechnet. Ergebnisse des Sedimentfluss Monitorings wurden einzeln in Bezug auf Speicherverhalten interpretiert, mit Quellquantifizierungen aus dem Sediment-Fingerprinting verglichen und mit dem Fingerprinting kombiniert, um das gemeinsame Erklärungspotential der beiden Methoden zu bewerten.
Als Antwort auf die Schlüsselfragen dieser Arbeit konnten (1) drei Quelltypen (Landnutzung) bzw. fünf räumliche Quellen (Teileinzugsgebiete) basierend auf spektralen Fingerabdrücken zuverlässig unterschieden werden. Das Experiment mit den künstlichen Mischungen ergab, dass während (2) Laborparameter die Beitragsabschätzung erlauben, (3) die Verwendung von in situ abgeleiteten Informationen nicht ausreicht. Offenbar bedeutet eine hohe Diskriminierungsgenauigkeit nicht unbedingt gute Quantifizierungs-ergebnisse. Auf Sedimentproben des Gebietsauslasses angewandt war der spektrale Sediment-Fingerprinting Ansatz in der Lage, (4) die Hauptsedimentquellen zu quantifizieren: Badlands und das Villacarli Teileinzugsgebiet wurden jeweils als Hauptquellen identifiziert. Dies ist im Einklang mit Beobachtungen früherer Studien. Dabei wurde festgestellt, dass Quellbeiträge sowohl innerhalb als auch zwischen den einzelnen Hochwasserereignissen variieren. Außerdem wurden starke Schwankungen der Sedimentflüsse, auf jährlicher sowie saisonaler- und Hochwasserereignis-Basis gefunden. Die wichtige Rolle des Flusses als Speicher in der Sedimentdynamik des untersuchten Einzugsgebietes wurde bestätigt, wobei Hochwasser mit niedrigerer Gesamtsedimentausbeute in der Regel Material ablagern und Hochwasser mit höherer Ausbeute eher Material aus dem Flussbett entfernen. Schließlich zeigte ein Vergleich der Sedimentflussmessungen mit Sediment-Fingerprinting Ergebnissen, dass (5) nicht von unmittelbarem Materialtransport von den Quellen zum Gebietsauslass ausgegangen werden kann. Die Kombination der zwei Verfahren offenbarte verschiedene Aspekte der Sedimentdynamik, die keine der beiden Techniken einzeln hätte aufdecken können.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass spektrale Messungen ein schnelles, zerstörungsfreies und kosteneffizientes Mittel zur Unterscheidung und Quantifizierung von Sedimentquellen bieten, wobei in situ gesammelte Quellinformationen leider nicht ausreichend für die Vorgehensweise sind. Experimente mit künstlichen Mischungen ermöglichten wertvolle Einblicke in die Möglichkeiten und Grenzen der Methode und ähnliche Versuche werden dringend für zukünftige Studien empfohlen. Eine Kombination von Techniken, wie z. B. (spektralem) Sediment-Fingerprinting und Sedimentfluss Monitoring können das Verständnis der Sedimentdynamik verbessern und vertiefen.
KW  - spectroscopy
KW  - sediment fingerprinting
KW  - artificial mixtures
KW  - Isábena catchment
KW  - suspended sediment
KW  - Spektroskopie
KW  - Sediment Fingerprinting
KW  - Isábena Einzugsgebiet
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-83369
ER  - 
TY  - THES
A1  - Abon, Catherine Cristobal
T1  - Radar-based rainfall retrieval for flood forecasting in a meso-scale catchment
BT  - the Philippines
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Karo, Nihad Majeed
T1  - Metamorphic evolution of the Northern Zagros Suture Zone (NZSZ)
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Siegel, Daniel
T1  - Binary neutron star mergers and short gamma-ray bursts
BT  - magnetohydrodynamics and electromagnetic emission
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Timofeeva, Nadezda
T1  - Effect of ions and amino-acid sequence on collagen structure
BT  - a molecular dynamics study
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bettenbühl, Mario
T1  - Microsaccades
T1  - Mikrosakkaden
BT  - Symbols in fixational eye movements
BT  - Symbole in den Fixationsbewegungen der Augen
N2  - The first thing we do upon waking is open our eyes. Rotating them in our eye sockets, we scan our surroundings and collect the information into a picture in our head. Eye movements can be split into saccades and fixational eye movements, which occur when we attempt to fixate our gaze. The latter consists of microsaccades, drift and tremor. Before we even lift our eye lids, eye movements – such as saccades and microsaccades that let the eyes jump from one to another position – have partially been prepared in the brain stem. Saccades and microsaccades are often assumed to be generated by the same mechanisms. But how saccades and microsaccades can be classified according to shape has not yet been reported in a statistical manner. Research has put more effort into the investigations of microsaccades’ properties and generation only since the last decade. Consequently, we are only beginning to understand the dynamic processes governing microsaccadic eye movements. Within this thesis, the dynamics governing the generation of microsaccades is assessed and the development of a model for the underlying processes. Eye movement trajectories from different experiments are used, recorded with a video-based eye tracking technique, and a novel method is proposed for the scale-invariant detection of saccades (events of large amplitude) and microsaccades (events of small amplitude). Using a time-frequency approach, the method is examined with different experiments and validated against simulated data. A shape model is suggested that allows for a simple estimation of saccade- and microsaccade related properties. For sequences of microsaccades, in this thesis a time-dynamic Markov model is proposed, with a memory horizon that changes over time and which can best describe sequences of microsaccades.
N2  - Beim Aufwachen jeden Morgen, ist es das erste, was wir tun: wir öffnen unsere Augen. Wir lassen die Augen rotieren und suchen unsere Umgebung ab. Gleichzeitig wird die gesammelte Information in unserem Gehirn zu einem Bild vereint. Augenbewegungen können getrennt werden in Sakkaden, welche sprunghafte Augenbewegungen darstellen, und Fixationsbewegungen der Augen, letztere bestehend aus Mikrosakkaden, Tremor und Drift. Bevor wir unsere Augen aufschlagen, wurden die Bewegungen bereits teilweise im Hirnstamm vorprogrammiert. So ist dieser Teil unseres Gehirns verantwortlich für die Auslösung einer Sakkade oder Mikrosakkade, worin man versuchen kann auch gleichzeitig einen Zusammenhang für die Generierung dieser Bewegung herzustellen. Es wird vermutet, dass Mikrosakkaden auch als kleinskaligere Sakkade verstanden werden können, welche auftreten, wenn wir versuchen unsere Augen still auf einen Punkt zu fixieren. Bisher gibt es keine statistische Untersuchung bezüglich einer Klassifizierung von Sakkaden und Mikrosakkaden aufgrund ihrer Form, d.h. ihrer räumlichen Entwicklung über die Zeit. Seit Beginn des neuen Milleniums verstärkte sich die Forschung wieder auf die Eigenschaften und Entstehung von Mikrosakkaden. Demnach stehen wir immer noch am Anfang diese Phänomene mit dynamischen Prozessen beschreiben zu können. Der Fokus dieser Arbeit konzentriert sich auf das Verstehen der generierenden Dynamik von Mikrosakkaden. Es wird ein Model für den unterliegenden Prozess entwickelt und getestet. Es wurden Aufzeichnungen von Augenbewegungen aus verschiedenen Experimenten genutzt, jeweils aufgenommen mit einem videobasiertem System. Es wird eine neue Methode zur amplitudenunabhängigen Detektion von Sakkaden eingeführt, um die Zeitpunkte des Auftretens von Mikrosakkaden und Sakkaden zu bestimmen. Dabei werden für Daten verschiedener Experimente Methoden der Zeit-Frequenz-Analyse genutzt und anschließend die Methode validiert mit simulierten Daten. Außerdem wird ein Modell vorgestellt für die formabhängigen Ausprägungen von Sakkaden und Mikrosakkaden, um die Schätzung ihrer beiden physikalisch relevanten Eigenschaften zu erleichtern. Zum Ende der Arbeit wird ein zeitdynamisches Modell für Sequenzen von Mikrosakkadensymbolen aufgezeigt. Mithilfe der Beschreibung der in Symbolsequenzen übersetzten Mikrosakkadensequenzen als Markovketten, wird diese Form der Augenbewegung durch einen stochastischen Prozess beschrieben. Hierbei bestehen zeitliche und räumliche Abhängigkeiten zwischen den aufeinanderfolgenden zeitdiskreten Symbolen und erlauben somit, ein Referenzmodell für einen Teil der Fixationsbewegungen der Augen zu haben.
T3  - Potsdam Cognitive Science Series - 5 
KW  - Mikrosakkaden
KW  - Fixationsbewegungen der Augen
KW  - Sakkadendetektion
KW  - Mikrosakkadensequenzen
KW  - Waveletanalyse
KW  - microsaccades
KW  - fixational eye movements
KW  - saccade detection
KW  - sequences of microsaccades
KW  - wavelet analysis
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72622
SN  - 978-3-86956-122-6
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Metzner, Paul-Philipp
T1  - Eye movements and brain responses in natural reading
T1  - Blickbewegungen und Hirnströme im natürlichen Lesen
N2  - Intuitively, it is clear that neural processes and eye movements in reading are closely connected, but only few studies have investigated both signals simultaneously. Instead, the usual approach is to record them in separate experiments and to subsequently consolidate the results. However, studies using this approach have shown that it is feasible to coregister eye movements and EEG in natural reading and contributed greatly to the understanding of oculomotor processes in reading. The present thesis builds upon that work, assessing to what extent coregistration can be helpful for sentence processing research.

In the first study, we explore how well coregistration is suited to study subtle effects common to psycholinguistic experiments by investigating the effect of distance on dependency resolution. The results demonstrate that researchers must improve the signal-to-noise ratio to uncover more subdued effects in coregistration. In the second study, we compare oscillatory responses in different presentation modes. Using robust effects from world knowledge violations, we show that the generation and retrieval of memory traces may differ between natural reading and word-by-word presentation. In the third study, we bridge the gap between our knowledge of behavioral and neural responses to integration difficulties in reading by analyzing the EEG in the context of regressive saccades. We find the P600, a neural indicator of recovery processes, when readers make a regressive saccade in response to integration difficulties.

The results in the present thesis demonstrate that coregistration can be a useful tool for the study of sentence processing. However, they also show that it may not be suitable for some questions, especially if they involve subtle effects.
N2  - Es erscheint offensichtlich, dass neuronale Prozesse und Blickbewegungen im Lesen eng miteinander verwoben sind, aber nur wenige Studien haben beide Signale simultan betrachtet. Der übliche Ansatz ist, sie stattdessen in separaten Esxperimenten aufzuzeichnen und die Ergebnisse anschließend miteinander zu vereinbaren. Es wurde jedoch bereits gezeigt, dass Blickbewegungen und EEG im natürlichen Lesen koregistriert werden können; Studien, die diesen Ansatzes verfolgen, haben entscheidend zum Verständnis okulomotorischer Prozesse beim Lesen beigetragen. Von diesen Studien ausgehend erörtert die vorliegende Dissertation, inwieweit Koregistrierung auch für Satzverarbeitungsforschung nützlich sein kann.

In der ersten Studie wird erörtert, wie gut Koregistrierung für die Erfassung schwacher Effekte geeignet ist, wie sie für psycholinguistische Experimente typisch sind. Die linguistische Fragestellung in dieser Studie ist, wie sich Distanz auf die Auflösung linguistischer Abhängigkeiten auswirkt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Forscher den Signal-Rausch-Abstand erhöhen müssen, um kleinere Effekte mittels Koregistrierung zu erfassen. In der zweiten Studie werden neuronale Oszillationen in unterschiedlichen Präsentationsformen untersucht. Mithilfe robuster Effekte in Reaktion auf Weltwissensverletzungen wird gezeigt, dass Enkodierung und Abruf von Gedächtnisspuren sich zwischen natürlichem und wortweisem Lesen unterscheidet. In der dritten Studie wird eine Verbindung zwischen behavioralen und elektrophysiologischen Reaktionen auf Integrationsschwierigkeiten im Lesen hergestellt. Hierzu wird das EEG in An- und Abwesenheit regressiver Sakkaden analysiert. Die P600, eine neuronale Reflektion von Reparaturprozessen, ist nur im Kontext von regressiven Sakkaden in Reaktion auf Integrationsschwierigkeiten zu beobachen.

Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit demonstrieren, dass Koregistrierung eine vielversprechende Methode für die Satzverarbeitungsforschung ist. Sie zeigen jedoch auch, dass Koregistrierung sich nicht für jede Fragestellung eignet, insbesondere, wenn schwache Effekte zu erwarten sind.
KW  - natural reading
KW  - sentence processing
KW  - eye tracking
KW  - EEG
KW  - coregistration
KW  - dependency resolution
KW  - neural oscillations
KW  - regressive saccades
KW  - natürliches Lesen
KW  - Satzverarbeitung
KW  - Blickbewegungen
KW  - EEG
KW  - Koregistrierung
KW  - Abhängigkeitsauflösung
KW  - neuronale Oszillationen
KW  - regressive Sakkaden
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82806
ER  - 
TY  - THES
A1  - Trauth, Nico
T1  - Flow and reactive transport modeling at the stream-groundwater interface
T1  - Strömungs- und reaktive Stofftransportmodellierung an der Schnittstelle Fluss-Grundwasser
BT  - effects of hydrological conditions and streambed morphology
BT  - Einfluss der hydrologischen Bedingungen und der 
Flussbettmorphologie
N2  - Stream water and groundwater are important fresh water resources but their water quality is deteriorated by harmful solutes introduced by human activities. The interface between stream water and the subsurface water is an important zone for retention, transformation and attenuation of these solutes. Streambed structures enhance these processes by increased water and solute exchange across this interface, denoted as hyporheic exchange.
This thesis investigates the influence of hydrological and morphological factors on hyporheic water and solute exchange as well as redox-reactions in fluvial streambed structures on the intermediate scale (10–30m). For this purpose, a three-dimensional numerical modeling approach for coupling stream water flow with porous media flow is used. Multiple steady state stream water flow scenarios over different generic pool-riffle morphologies and a natural in-stream gravel bar are simulated by a computational fluid dynamics code that provides the hydraulic head distribution at the streambed. These heads are subsequently used as the top boundary condition of a reactive transport groundwater model of the subsurface beneath the streambed. Ambient groundwater that naturally interacts with the stream water is considered in scenarios of different magnitudes of downwelling stream water (losing case) and upwelling groundwater (gaining case). Also, the neutral case, where stream stage and groundwater levels are balanced is considered. Transport of oxygen, nitrate and dissolved organic carbon and their reaction by aerobic respiration and denitrification are modeled.
The results show that stream stage and discharge primarily induce hyporheic exchange flux and solute transport with implications for specific residence times and reactions at both the fully and partially submerged structures. Gaining and losing conditions significantly diminish the extent of the hyporheic zone, the water exchange flux, and shorten residence times for both the fully and partially submerged structures. With increasing magnitude of gaining or losing conditions, these metrics exponentially decrease.
Stream water solutes are transported mainly advectively into the hyporheic zone and hence their influx corresponds directly to the infiltrating water flux. Aerobic respiration takes place in the shallow streambed sediments, coinciding to large parts with the extent of the hyporheic exchange flow. Denitrification occurs mainly as a “reactive fringe” surrounding the aerobic zone, where oxygen concentration is low and still a sufficient amount of stream water carbon source is available. The solute consumption rates and the efficiency of the aerobic and anaerobic reactions depend primarily on the available reactive areas and the residence times, which are both controlled by the interplay between hydraulic head distribution at the streambed and the gradients between stream stage and ambient groundwater. Highest solute consumption rates can be expected under neutral conditions, where highest solute flux, longest residence times and largest extent of the hyporheic exchange occur. The results of this thesis show that streambed structures on the intermediate scale have a significant potential to contribute to a net solute turnover that can support a healthy status of the aquatic ecosystem.
N2  - Fluss- und Grundwasser sind wichtige Süßwasserressourcen, deren Qualität durch anthropogene Einträge schädlicher Stoffe vermindert wird. Im Grenzbereich zwischen Fluss- und Grundwasser können diese Stoffe zurückgehalten, umgewandelt oder abgebaut werden. Flussbettstrukturen erhöhen den sogenannten hyporheischen Austausch von Wasser und Stoffflüssen, wodurch diese Prozesse gefördert werden.
In dieser Arbeit wird der Einfluss von hydrologischen und morphologischen Faktoren auf Wasser und Stoffflüsse sowie Redox-Reaktionen in Flussbettstrukturen der mittleren Skala (10–30m) untersucht. Hierfür wird ein dreidimensionales numerisches Modell-Konzept verwendet, welches die Flussströmung und die Strömung im darunter liegenden porösen Medium koppelt. Mit einer Computational Fluid Dynamics Software wird die stationäre Flussströmung über generische Pool-Riffle Strukturen sowie über eine natürliche Flussinsel für verschiedene Abflüsse simuliert. Die berechneten Drücke am Flussbett werden als Randbedingungen erster Ordnung an ein reaktives Grundwasser- und Stofftransportmodell übertragen. An der unteren bzw. seitlichen Randbedingung werden zusätzliche Gradienten erzeugt, die die Interaktion zwischen Fluss und regionalem Grundwasser als in– oder exfiltrierende Bedingungen repräsentieren. Sind Flusswasserund Grundwasserstand ausgeglichen, liegen neutrale Bedingungen vor. Im Grundwassermodell werden der Transport von Sauerstoff, Nitrat und gelöstem organischen Kohlenstoff sowie deren mögliche Reaktion durch aerobe Respiration und Denitrifikation modelliert.
Die Simulationensergebnisse zeigen, dass der hyporheische Austausch durch hydraulische Gradienten am Flussbett verursacht wird. Existiert ein zusätzlicher hydraulischer Gradient zwischen Fluss- und Grundwasser, werden die ausgetauschten Wassermengen sowie die Größe der hyporheischen Zone vermindert, was mit kürzeren Verweilzeiten einhergeht. Dieser Effekt ist unabhängig von der Richtung dieses Gradienten und umso ausgeprägter, je stärker der Gradient zwischen dem Grundwasser und dem Flusswasserstand ist.
Die im Flusswasser gelösten Stoffe werden advektiv in die hyporheische Zone transportiert. Die aerobe Respiration nimmt große Bereiche der flachen hyporheischen Zone ein. Hohe Denitrifikationsraten existieren vor allem in einem “reaktiven Saum”, der den aeroben Bereich umschließt, da hier die Sauerstoffkonzentration niedrig und ausreichend Kohlenstoff verfügbar ist. Die Raten und die Effizienz der aeroben und anaeroben Reaktionen hängen vor allem von dem für die Reaktionen verfügbaren Raum sowie den Verweilzeiten der Stoffe in der hyporheischen Zone ab. Beide Parameter werden von der Wechselwirkung zwischen den hydraulischen Gradienten entlang des Flussbettes und dem Gradienten zwischen Fluss- und Grundwasser kontrolliert. Die höchsten Zehrraten werden unter neutralen Bedingungen erreicht, wenn die Menge der infiltrierenden gelösten Stoffe am höchsten ist, die längsten Verweilzeiten auftreten und die hyporheische Zone die größte Ausbreitung aufweist. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die untersuchten Flussbettstrukturen ein bedeutendes Potential für den Umsatz von Wasserinhaltsstoffen haben können, wodurch ein guter Status des aquatischen Ökosystems gefördert wird.
KW  - hyporheic zone
KW  - denitrification
KW  - streambed morphology
KW  - Computational Fluid Dynamics (CFD)
KW  - reactive transport groundwater model
KW  - hyporheische Zone
KW  - Denitrifikation
KW  - Flussbettmorphologie
KW  - numerische Strömungsmechanik
KW  - reaktives Grundwassermodell
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82748
ER  - 
TY  - THES
A1  - Swiadek, Magdalena Agnieszka
T1  - Hybrid necrosis in local populations of Arabidopsis thaliana
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mulyukova, Elvira
T1  - Stability of the large low shear velocity provinces
T1  - Stabilität der basalen Melange im untersten Erdmantel
BT  - numerical modeling of thermochemical mantle convection
BT  - numerische Modellierung thermochemischer Mantelkonvektion
N2  - We study segregation of the subducted oceanic crust (OC) at the core mantle boundary and its ability to accumulate and form large thermochemical piles (such as the seismically observed Large Low Shear Velocity Provinces - LLSVPs). Our high-resolution numerical simulations suggest that the longevity of LLSVPs for up to three billion years, and possibly longer, can be ensured by a balance in the rate of segregation of high-density OC-material to the CMB, and the rate of its entrainment away from the CMB by mantle upwellings.
For a range of parameters tested in this study, a large-scale compositional anomaly forms at the CMB,  similar in shape and size to the LLSVPs. Neutrally buoyant thermochemical piles formed by mechanical stirring - where thermally induced negative density anomaly is balanced by the presence of a fraction of dense anomalous material - best resemble the geometry of LLSVPs. Such neutrally buoyant piles tend to emerge and survive for at least 3Gyr in simulations with quite different parameters. We conclude that for a plausible range of values of density anomaly of OC material in the lower mantle - it is likely that it segregates to the CMB, gets mechanically mixed with the ambient material, and forms neutrally buoyant large scale compositional anomalies similar in shape to the LLSVPs.
We have developed an efficient FEM code with dynamically adaptive time and space resolution, and marker-in-cell methodology. This enabled us to model thermochemical mantle convection at realistically high convective vigor, strong thermally induced viscosity variations, and long term evolution of compositional fields.
N2  - Es wird allgemein akzeptiert, dass Mantelkonvektion - das langsame Fließen der Mantelgesteine, das mutmaßlich ein wichtiger Antrieb der Plattentektonik ist - von Dichteunterschieden verursacht wird, die thermischen aber auch chemischen Ursprungs sind. Es fehlen aber Kenntnisse über die thermochemischen Prozesse im Erdinneren, vor allem wegen Schwierigkeiten bei der Beobachtung.  Eines der zuverlässigsten Resultate von tomographischen Beobachtungen ist die Existenz von zwei Haufen einer basalen Melange  (BAM, LLSVP auf Englisch), die sich auf gegenüber liegenden Seiten in 3000 km Tiefe am Boden des Mantels unter Afrika bzw dem Pazifik befinden. Die niedrige Scherwellengeschwindigkeit in der BAM scheint eine thermischen (heiß) sowie einen chemischen (Material mit hoher Dichte) Ursprung zu haben. Aufgrund von plattentektonischen Rekonstruktionen wird angenommen dass die BAM langlebig und stabil sind, und dass sie von überwiegend von ihren Rändern hochquellenden Manteldiapiren beprobt werden.
Die Hauptfrage meiner Doktorarbeit ist, wie solche großen chemischen Speicher wie die BAM  sich bilden und über hunderte von Millionen Jahren überleben können, ohne dass sie von der Mantelkonvektion zerstört werden. Was sind die physikalischen Eigenschaften des BAM-Materials, z.B. Dichte, die dazu beitragen?

Ich benutze numerische Modellierung um zu erforschen, wie sich eine dichte Bodenschicht bildet und wie die Mantelkonvektion Material daraus mitnimmt. Mein Ziel ist, die langfristige thermochemische Entwicklung des Erdmantels zu verstehen, insbesondere die Rolle der Dichteheterogeintäten Viskosität im untersten Mantel.
KW  - earth's mantle
KW  - thermochemical mantle convection
KW  - numerical modeling
KW  - Erdmantel
KW  - thermochemischer Mantelkonvektion
KW  - numerische Modellierung
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82228
ER  - 
TY  - THES
A1  - Conforti, Giovanni
T1  - Reciprocal classes of continuous time Markov Chains
T1  - Reziproke Klassen zeitkontinuierlicher Markov-Ketten
N2  - In this thesis we study reciprocal classes of Markov chains. Given a continuous time Markov chain on a countable state space, acting as reference dynamics, the associated reciprocal class is the set of all probability measures on path space that can be written as a mixture of its bridges. These processes possess a conditional independence property that generalizes the Markov property, and evolved from an idea of Schrödinger, who wanted to obtain a probabilistic interpretation of quantum mechanics.
Associated to a reciprocal class is a set of reciprocal characteristics, which are space-time functions that determine the reciprocal class. We compute explicitly these characteristics, and divide them into two main families: arc characteristics and cycle characteristics. As a byproduct, we obtain an explicit criterion to check when two different Markov chains share their bridges.
Starting from the characteristics we offer two different descriptions of the reciprocal class, including its non-Markov probabilities.
The first one is based on a pathwise approach and the second one on short time asymptotic. With the first approach one produces a family of functional equations whose only solutions are precisely the elements of the reciprocal class. These equations are integration by parts on path space associated with derivative operators which perturb the paths by mean of the addition of random loops. Several geometrical tools are employed to construct such formulas. The problem of obtaining sharp characterizations is also considered, showing some interesting connections with discrete geometry. Examples of such formulas are given in the framework of counting processes and random walks on Abelian groups, where the set of loops has a group structure.
In addition to this global description, we propose a second approach by looking at the short time behavior of a reciprocal process. In the same way as the Markov property and short time expansions of transition probabilities characterize Markov chains, we show that a reciprocal class is characterized by imposing the reciprocal property and two families of short time expansions for the bridges. Such local approach is suitable to study reciprocal processes on general countable graphs. As application of our characterization, we considered several interesting graphs, such as lattices, planar
graphs, the complete graph, and the hypercube.
Finally, we obtain some first results about concentration of measure implied by lower bounds on the reciprocal characteristics.
N2  - Diese Dissertation behandelt die reziproke zufällige Prozesse mit Sprüngen. Gegeben eine zeitkontinuierliche Markovkette als Referenzdynamik, ist die assoziierte reziproke Klasse die Menge aller Wahrscheinlichkeiten auf dem Pfadraum, die als eine Mischung ihrer Brücken geschrieben werden kann. Reziproke Prozesse zeichnen sich durch eine Form der bedingten Unabhängigkeit aus, die die Markoveigenschaft verallgemeinert. Ursprünglich ist diese Idee auf Schrödinger zurückzuführen, der nach einer probabilistischen Interpretation für die Quantenmechanik suchte.
Einer reziproken Klasse wird eine Familie reziproker Charakteristiken assoziiert. Dies sind Raum-Zeit Abbildungen, die die reziproke Klasse eindeutig definieren. Wir berechnen diese Charakteristiken explizit und unterteilen sie in zwei Typen: Bogen-Charakteristiken und Kreis-Charakteristiken. Zusätzlich erhalten wir ein klares Kriterium zur Prüfung wann die Brücken von zwei verschiedenen Markovketten übereinstimmen.
Wir beschreiben auf zwei verschiedene Arten reziproken Klasse und berücksichtigen auch ihre nicht-Markov Elemente. Die erste Charakterisierung basiert auf einem pfadweisen Ansatz, während die zweite kurzzeit Asymptotik benutzt. Der erste Ansatz liefert eine Familie funktionaler Gleichungen deren einzige Lösungen die Elemente der reziproken Klasse sind. Die Gleichungen können als partielle Integration auf dem Pfadraum mit einem Ableitungsoperator, der eine St¨orung der Pfade durch zusätzliche zufällige Kreise hervorruft, interpretiert werden. Die Konstruktion dieser Gleichungen benötigt eine geometrische Analyse des Problems. Wir behandeln außerdem die Fragestellung einer scharfen Charakterisierung und zeigen interessante Verbindungen zur diskreten Geometrie. Beispiele, für die wir eine solche Formel finden konnten, sind für Zählprozesse und für Irrfahrte auf abelschen Gruppen, in denen die Menge der Kreise eine Gruppenstruktur erweist.
Zusätzlich zu diesem globalen Zugang, erforschen wir eine lokale Beschreibung durch die Analyse des kurzfristigen Verhaltens eines reziproken Prozesses. Analog zur Markoveigenschaft und kurzzeit Entwicklung ihrer Übergangswahrscheinlichkeit Markovketten charakterisieren, zeigen wir, dass eine reziproke Klasse charakterisiert werden kann indem wir ihre reziproke Eigenschaft und zwei Familien von Kurzzeit Entwicklungen der Brücken voraussetzen. Solche lokalen Ansatz ist geeignet, um Sprungprozesse auf allgemeine zählbaren Graphen zu studieren. Als Beispiele unserer Charakterisierung, betrachten wir Gitter, planare Graphen, komplette Graphen und die Hyperwürfel.
Zusätzlich präsentieren wir erste Ergebnisse über Maßenkonzentration eines reziproken Prozesses, als Konsequenz unterer Schranken seiner Charakteristiken.
N2  - In questa tesi si studiano le classi reciproche delle catene di Markov. Data una catena di Markov a tempo continuo su uno spazio numerabile, che svolge il ruolo di dinamica di riferimento, la sua classe reciproca é costituita da tutte le leggi sullo spazio dei cammini che si possono scrivere come un miscuglio dei ponti della legge di riferimento. Questi processi stocastici godono di una propriet`a di independenza condizionale che generalizza la proprietá di Markov ed é ispirata ad un’idea avuta da Schrödinger nel tentativo di derivare un’interpretazione stocastica della meccanica quantistica.
A ciascuna classe reciproca é associato un insieme di caratteristiche reciproche. Una caratteristica reciproca é una proprietá della dinamica di riferimento che viene trasmessa a tutti gli elementi della classe, e viene espressa matematicamente da un opportuna combinazione di funzionali del generatore della catena di riferimento. Nella tesi, le caratteristiche vengono calcolate esplicitamente e suddivise in due famiglie principali: le caratteristiche di arco e le caratteristice di ciclo. Come sottoprodotto, otteniamo un criterio esplicito per decidere quando due catene di Markov hanno gli stessi ponti.
A partire dalle caratteristiche reciproche, vengono proposte due caratterizzazioni della classe reciproca, compresi i suoi elementi non Markoviani. La prima é basata su un approccio traiettoriale, mentre la seconda si basa sul comportamento asintotico locale dei processi reciproci. Utilizzando il primo approccio, si ottiene una famiglia di equazioni funzionali che ammette come soluzioni tutti e soli gli elementi della classe reciproca. Queste equazioni sono integrazioni per parti sullo spazio dei cammini associate ad operatori differenziali che perturbano le traiettorie del processo canonico con l’aggiunta di loops casuali. Nella costruzione di queste equazioni si impiegano tecniche di geometria discreta, stabilendo un interessante collegamento con risultati recenti in questo campo. Le caratterizzazioni ottenute sono ottimali, in quanto impiegano un numero minimo di equazioni per descrivere la classe. Con questo metodo vengono studiate le classi reciproche di processi di conteggio, di camminate aleatorie su gruppi Abeliani, dove l’insieme dei cicli gode anch’esso di una struttura di gruppo. Il secondo approccio, di natura locale, si basa su stime asintotiche in tempo corto. É ben noto come una catena di Markov sia caratterizzata dal fatto di possedere la propriet`a di Markov e dal comportamento in tempo corto delle probabilitá di transizione. In questa tesi mostriamo che una classe reciproca é caratterizzata dalla propriet`a reciproca, e da due famiglie di stime asintotiche per i ponti del processo. Questo approccio locale permette di analizzare le classi reciproche di passeggiate aleatorie su grafi generali. Come applicazione dei risultati teorici, consideriamo i lattici, i grafi planari, il grafo completo, e l’ipercubo discreto.
Infine, otteniamo delle stime di concentrazione della misura e sul comportamento globale dei ponti, sotto l’ipotesi di un limite inferiore per le caratteristiche reciproche.
KW  - reciprocal characteristics
KW  - random walks on graphs
KW  - reziproke Invarianten
KW  - reziproke Klassen
KW  - Schrödinger Problem
KW  - partielle Integration auf dem Pfadraum
KW  - Irrfahrten auf Graphen
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82255
ER  -