TY  - THES
A1  - Bauckmann, Jana
T1  - Dependency discovery for data integration
T1  - Erkennen von Datenabhängigkeiten zur Datenintegration
N2  - Data integration aims to combine data of different sources and to provide users with a unified view on these data. This task is as challenging as valuable. In this thesis we propose algorithms for dependency discovery to provide necessary information for data integration. We focus on inclusion dependencies (INDs) in general and a special form named conditional inclusion dependencies (CINDs): (i) INDs enable the discovery of structure in a given schema. (ii) INDs and CINDs support the discovery of cross-references or links between schemas. An IND “A in B” simply states that all values of attribute A are included in the set of values of attribute B. We propose an algorithm that discovers all inclusion dependencies in a relational data source. The challenge of this task is the complexity of testing all attribute pairs and further of comparing all of each attribute pair's values. The complexity of existing approaches depends on the number of attribute pairs, while ours depends only on the number of attributes. Thus, our algorithm enables to profile entirely unknown data sources with large schemas by discovering all INDs. Further, we provide an approach to extract foreign keys from the identified INDs. We extend our IND discovery algorithm to also find three special types of INDs: (i) Composite INDs, such as “AB in CD”, (ii) approximate INDs that allow a certain amount of values of A to be not included in B, and (iii) prefix and suffix INDs that represent special cross-references between schemas. Conditional inclusion dependencies are inclusion dependencies with a limited scope defined by conditions over several attributes. Only the matching part of the instance must adhere the dependency. We generalize the definition of CINDs distinguishing covering and completeness conditions and define quality measures for conditions. We propose efficient algorithms that identify covering and completeness conditions conforming to given quality thresholds. The challenge for this task is twofold: (i) Which (and how many) attributes should be used for the conditions? (ii) Which attribute values should be chosen for the conditions? Previous approaches rely on pre-selected condition attributes or can only discover conditions applying to quality thresholds of 100%. Our approaches were motivated by two application domains: data integration in the life sciences and link discovery for linked open data. We show the efficiency and the benefits of our approaches for use cases in these domains.
N2  - Datenintegration hat das Ziel, Daten aus unterschiedlichen Quellen zu kombinieren und Nutzern eine einheitliche Sicht auf diese Daten zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe ist gleichermaßen anspruchsvoll wie wertvoll. In dieser Dissertation werden Algorithmen zum Erkennen von Datenabhängigkeiten vorgestellt, die notwendige Informationen zur Datenintegration liefern. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf Inklusionsabhängigkeiten (inclusion dependency, IND) im Allgemeinen und auf der speziellen Form der Bedingten Inklusionsabhängigkeiten (conditional inclusion dependency, CIND): (i) INDs ermöglichen das Finden von Strukturen in einem gegebenen Schema. (ii) INDs und CINDs unterstützen das Finden von Referenzen zwischen Datenquellen. Eine IND „A in B“ besagt, dass alle Werte des Attributs A in der Menge der Werte des Attributs B enthalten sind. Diese Arbeit liefert einen Algorithmus, der alle INDs in einer relationalen Datenquelle erkennt. Die Herausforderung dieser Aufgabe liegt in der Komplexität alle Attributpaare zu testen und dabei alle Werte dieser Attributpaare zu vergleichen. Die Komplexität bestehender Ansätze ist abhängig von der Anzahl der Attributpaare während der hier vorgestellte Ansatz lediglich von der Anzahl der Attribute abhängt. Damit ermöglicht der vorgestellte Algorithmus unbekannte Datenquellen mit großen Schemata zu untersuchen. Darüber hinaus wird der Algorithmus erweitert, um drei spezielle Formen von INDs zu finden, und ein Ansatz vorgestellt, der Fremdschlüssel aus den erkannten INDs filtert. Bedingte Inklusionsabhängigkeiten (CINDs) sind Inklusionsabhängigkeiten deren Geltungsbereich durch Bedingungen über bestimmten Attributen beschränkt ist. Nur der zutreffende Teil der Instanz muss der Inklusionsabhängigkeit genügen. Die Definition für CINDs wird in der vorliegenden Arbeit generalisiert durch die Unterscheidung von überdeckenden und vollständigen Bedingungen. Ferner werden Qualitätsmaße für Bedingungen definiert. Es werden effiziente Algorithmen vorgestellt, die überdeckende und vollständige Bedingungen mit gegebenen Qualitätsmaßen auffinden. Dabei erfolgt die Auswahl der verwendeten Attribute und Attributkombinationen sowie der Attributwerte automatisch. Bestehende Ansätze beruhen auf einer Vorauswahl von Attributen für die Bedingungen oder erkennen nur Bedingungen mit Schwellwerten von 100% für die Qualitätsmaße. Die Ansätze der vorliegenden Arbeit wurden durch zwei Anwendungsbereiche motiviert: Datenintegration in den Life Sciences und das Erkennen von Links in Linked Open Data. Die Effizienz und der Nutzen der vorgestellten Ansätze werden anhand von Anwendungsfällen in diesen Bereichen aufgezeigt.
KW  - Datenabhängigkeiten-Entdeckung
KW  - Datenintegration
KW  - Schema-Entdeckung
KW  - Link-Entdeckung
KW  - Inklusionsabhängigkeit
KW  - dependency discovery
KW  - data integration
KW  - schema discovery
KW  - link discovery
KW  - inclusion dependency
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66645
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TY  - THES
A1  - Bajerski, Felizitas
T1  - Bacterial communities in glacier forefields of the Larsemann Hills, East Antarctica : structure, development & adaptation
T1  - Bakterielle Gemeinschaften in Gletschervorfeldern der Larsemann Berge der Ostantarktis : Struktur, Entwicklung & Anpassung
N2  - Antarctic glacier forfields are extreme environments and pioneer sites for ecological succession. The Antarctic continent shows microbial community development as a natural laboratory because of its special environment, geographic isolation and little anthropogenic influence. Increasing temperatures due to global warming lead to enhanced deglaciation processes in cold-affected habitats and new terrain is becoming exposed to soil formation and accessible for microbial colonisation. This study aims to understand the structure and development of glacier forefield bacterial communities, especially how soil parameters impact the microorganisms and how those are adapted to the extreme conditions of the habitat. To this effect, a combination of cultivation experiments, molecular, geophysical and geochemical analysis was applied to examine two glacier forfields of the Larsemann Hills, East Antarctica. Culture-independent molecular tools such as terminal restriction length polymorphism (T-RFLP), clone libraries and quantitative real-time PCR (qPCR) were used to determine bacterial diversity and distribution. Cultivation of yet unknown species was carried out to get insights in the physiology and adaptation of the microorganisms. Adaptation strategies of the microorganisms were studied by determining changes of the cell membrane phospholipid fatty acid (PLFA) inventory of an isolated bacterium in response to temperature and pH fluctuations and by measuring enzyme activity at low temperature in environmental soil samples. The two studied glacier forefields are extreme habitats characterised by low temperatures, low water availability and small oligotrophic nutrient pools and represent sites of different bacterial succession in relation to soil parameters. The investigated sites showed microbial succession at an early step of soil formation near the ice tongue in comparison to closely located but rather older and more developed soil from the forefield. At the early step the succession is influenced by a deglaciation-dependent areal shift of soil parameters followed by a variable and prevalently depth-related distribution of the soil parameters that is driven by the extreme Antarctic conditions. The dominant taxa in the glacier forefields are Actinobacteria, Acidobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes, Cyanobacteria and Chloroflexi. The connection of soil characteristics with bacterial community structure showed that soil parameter and soil formation along the glacier forefield influence the distribution of certain phyla. In the early step of succession the relative undifferentiated bacterial diversity reflects the undifferentiated soil development and has a high potential to shift according to past and present environmental conditions. With progressing development environmental constraints such as water or carbon limitation have a greater influence. Adapting the culturing conditions to the cold and oligotrophic environment, the number of culturable heterotrophic bacteria reached up to 108 colony forming units per gram soil and 148 isolates were obtained. Two new psychrotolerant bacteria, Herbaspirillum psychrotolerans PB1T and Chryseobacterium frigidisoli PB4T, were characterised in detail and described as novel species in the family of Oxalobacteraceae and Flavobacteriaceae, respectively. The isolates are able to grow at low temperatures tolerating temperature fluctuations and they are not specialised to a certain substrate, therefore they are well-adapted to the cold and oligotrophic environment. The adaptation strategies of the microorganisms were analysed in environmental samples and cultures focussing on extracellular enzyme activity at low temperature and PLFA analyses. Extracellular phosphatases (pH 11 and pH 6.5), β-glucosidase, invertase and urease activity were detected in the glacier forefield soils at low temperature (14°C) catalysing the conversion of various compounds providing necessary substrates and may further play a role in the soil formation and total carbon turnover of the habitat. The PLFA analysis of the newly isolated species C. frigidisoli showed that the cold-adapted strain develops different strategies to maintain the cell membrane function under changing environmental conditions by altering the PLFA inventory at different temperatures and pH values. A newly discovered fatty acid, which was not found in any other microorganism so far, significantly increased at decreasing temperature and low pH and thus plays an important role in the adaption of C. frigidisoli. This work gives insights into the diversity, distribution and adaptation mechanisms of microbial communities in oligotrophic cold-affected soils and shows that Antarctic glacier forefields are suitable model systems to study bacterial colonisation in connection to soil formation.
N2  - Gletschervorfelder der Antarktis stellen extreme Habitate dar und sind Pionierstandorte biologischer Sukzession. Insbesondere unter Berücksichtigung zuletzt beobachteter und vorausgesagter Erwärmungstrends in der Antarktis und der Relevanz der Mikroorganismen für das Antarktische Ökosystem, ist es essentiell mehr Informationen über die Entwicklung frisch exponierter Gletschervorfelder zu erlangen. Ziel dieser Studie ist es, die Struktur und Entwicklung bakterieller Gletschervorfeldgemeinschaften zu verstehen, insbesondere wie die Mikroorganismen von den Bodenparametern beeinflusst werden und wie diese sich an die extremen Bedingungen des Habitats anpassen. Für die Untersuchung der Proben von zwei Gletschervorfeldern aus den Larsemann Bergen der Ostantarktis diente eine Kombination aus Kultivierungsexperimenten und molekularen, geophysikalischen und geochemischen Analysen. Die untersuchten Gletschervorfelder sind durch extrem niedrige Temperaturen, einer geringen biologischen Wasserverfügbarkeit und oligotrophe Nährstoffgehalte charakterisiert und zeigen unterschiedliche Entwicklungsstufen in Verbindung zu den Bodenparametern. In einem frühen Schritt der Bodenbildung in der Nähe der Gletscherzunge sind die Gemeinschaften undifferenziert, doch mit fortschreitender Entwicklung nimmt de Einfluss von Wasser- und Nährstofflimitationen zu. Nachdem die Kultivierungsbedingungen den kalten und nährstoffarmen Bedingungen des Habitats angepasst wurden, konnten 108 koloniebildende Einheiten heterotropher Bakterien pro Gramm Boden angereichert und daraus 148 Isolate gewonnen werden. Zwei neue psychrotolerante Bakterien, Herbaspirillum psychrotolerans PB1T und Chryseobacterium frigidisoli PB4T, wurden detailiert charakterisiert und als jeweils neue Spezies beschrieben. Die Anpassungsstrategien der Mikroorganismen an die extremen antarktischen Bedingungen zeigten sich in der Aktivität extrazellulärer Enzyme bei niedriger Temperatur, die mit derer temperierter Habitate vergleichbar ist, und in der Fähigkeit der Mikroorganismen, die Fettsäurezusammensetzung der Zellmembran zu ändern. Eine neue Fettsäure, die bisher in keinen anderen Mikroorganismus gefunden wurde, spielt eine entscheidende Rolle in der Anpassung des neu-beschriebenen Bakteriums C. frigidisoli an niedrige Temperaturen und saure pH-Werte. Diese Arbeit gibt einen Einblick in die Vielfalt, Verteilung und Anpassung mikrobieller Gemeinschaften in nährstoffarmen und Kälte-beeinflussten Habitaten und zeigt, dass Antarktische Gletschervorfelder geeignete Modellsysteme, um bakterielle Besiedelung in Verbindung zu Bodenbildung zu untersuchen.
KW  - Antarktis
KW  - Gletschervorfeld
KW  - mikrobielle Gemeinschaften
KW  - Anpassung
KW  - Kultivierung
KW  - Antarctica
KW  - glacier forefield
KW  - microbial communities
KW  - adaptation
KW  - cultivation
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-67424
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TY  - THES
A1  - Badarch, Kherlen
T1  - Integrating new values into Mongolian public management
N2  - This dissertation explores the socio-cultural and institutional environment of the public sector organizations of Mongolia that have strong influence on current public administration reform results. This study applies the Cultural theory and Value theory. The strong hierarchy favoring rule-bounded behavior and collectivism, fatalism accepting an authority as inevitable and uncontrollable, and individualism wishing to have control over own actions are the types of culture common in Mongolian public sector organizations. Accordingly, Mongolian public sector employees transcending their selfish interests, emphasize the well-being of others, protection of order, harmony in relations, life safety and stability. Then self-direction values with emphases on independent thought and action, and creativity are important for them. This socio-cultural context has great implication for work behavior of public employees, for their action to implement the reform policies in government organizations. Thus, the institutional leadership, which produces and protects values, becomes essential for introducing changes in the existing intuitional environment.
N2  - Die vorliegende Arbeit untersucht das sozio-kulturelle und institutionelle Umfeld der Organisationen des öffentlichen Sektors in der Mongolei, das signifikante Einflüsse auf die aktuellen Reformbemühungen in der öffentlichen Verwaltung hat. Die Studie stützt sich auf die Kultur- und Werttheorie. Die regelkonforme Verhaltensweise, Gemeinschaftsfavorisierende strenge Hierarchie, die fatalistische Annahme einer Autorität als unvermeidlich und unkontrollierbar sowie ein auf möglichst eigenständige Entscheidung und Meinungsbildung angestrebter Individualismus sind die weitverbreiteten kulturellen Verhaltensformen bei den Organisationen des öffentlichen Sektors der Mongolei. Dementsprechend streben die Beschäftigten des öffentlichen Dienstes uneigennützig das Wohlergehen der Bevölkerung, die Einhaltung der öffentlichen Regeln, die einvernehmlichen Beziehungen der Menschen zueinander sowie die Sicherheit und Nachhaltigkeit des Lebens an. Bestimmte Wertvorstellungen zur Selbstbestimmung, wie persönliche Geisteshaltung, eigenständiges Handeln sowie Kreativität sind für sie sehr wichtig. Dieser sozio- kulturelle Kontext hat große Auswirkungen auf das Arbeitsverhalten und auf die Aktivitäten der Beschäftigten des öffentlichen Dienstes zur Umsetzung von Reformen in der öffentlichen Verwaltung. Daher ist eine institutionelle Führung als Förderer und Beschützer von Wertesystemen bei der Umsetzung von Reformen in den hiesigen Institutionen unerlässlich.
T2  - Einführung neuer Werte in die Öffentliche Verwaltung der Mongolei
T3  - KWI-Gutachten - 8 
KW  - Reform der öffentlichen Verwaltung
KW  - kulturelle Verhaltensformen
KW  - Organisationskultur
KW  - Wertesystem der Beschäftigten des öffentlichen Dienstes
KW  - public administration reform
KW  - cultural types
KW  - organizational culture
KW  - public employees’ value system
KW  - institutional leadership
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66897
SN  - 978-3-86956-261-2
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
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TY  - THES
A1  - Bach, Christoph
T1  - Improving statistical seismicity models
T1  - Weiterentwicklung statistischer Seismizitätsmodelle
N2  - Several mechanisms are proposed to be part of the earthquake triggering process, including static stress interactions and dynamic stress transfer. Significant differences of these mechanisms are particularly expected in the spatial distribution of aftershocks. However, testing the different hypotheses is challenging because it requires the consideration of the large uncertainties involved in stress calculations as well as the appropriate consideration of secondary aftershock triggering which is related to stress changes induced by smaller pre- and aftershocks. In order to evaluate the forecast capability of different mechanisms, I take the effect of smaller--magnitude earthquakes into account by using the epidemic type aftershock sequence (ETAS) model where the spatial probability distribution of direct aftershocks, if available, is correlated to alternative source information and mechanisms. Surface shaking, rupture geometry, and slip distributions are tested. As an approximation of the shaking level, ShakeMaps are used which are available in near real-time after a mainshock and thus could be used for first-order forecasts of the spatial aftershock distribution. Alternatively, the use of empirical decay laws related to minimum fault distance is tested and Coulomb stress change calculations based on published and random slip models. For comparison, the likelihood values of the different model combinations are analyzed in the case of several well-known aftershock sequences (1992 Landers, 1999 Hector Mine, 2004 Parkfield). The tests show that the fault geometry is the most valuable information for improving aftershock forecasts. Furthermore, they reveal that static stress maps can additionally improve the forecasts of off--fault aftershock locations, while the integration of ground shaking data could not upgrade the results significantly. In the second part of this work, I focused on a procedure to test the information content of inverted slip models. This allows to quantify the information gain if this kind of data is included in aftershock forecasts. For this purpose, the ETAS model based on static stress changes, which is introduced in part one, is applied. The forecast ability of the models is systematically tested for several earthquake sequences and compared to models using random slip distributions. The influence of subfault resolution and segment strike and dip is tested. Some of the tested slip models perform very good, in that cases almost no random slip models are found to perform better. Contrastingly, for some of the published slip models, almost all random slip models perform better than the published slip model. Choosing a different subfault resolution hardly influences the result, as long the general slip pattern is still reproducible. Whereas different strike and dip values strongly influence the results depending on the standard deviation chosen, which is applied in the process of randomly selecting the strike and dip values.
N2  - Verschiedene Mechanismen werden für das Triggern von Erdbeben verantwortlich gemacht, darunter statische Spannungsänderungen und dynamischer Spannungstransfer. Deutliche Unterschiede zwischen diesen Mechanismen werden insbesondere in der räumlichen Nachbebenverteilung erwartet. Es ist allerdings schwierig diese Hypothesen zu überprüfen, da die großen Unsicherheiten der Spannungsberechnungen berücksichtigt werden müssen, ebenso wie das durch lokale sekundäre Spannungsänderungen hervorgerufene initiieren von sekundären Nachbeben. Um die Vorhersagekraft verschiedener Mechanismen zu beurteilen habe ich die Effekte von Erdbeben kleiner Magnitude durch Benutzen des "epidemic type aftershock sequence" (ETAS) Modells berücksichtigt. Dabei habe ich die Verteilung direkter Nachbeben, wenn verfügbar, mit alternativen Herdinformationen korreliert. Bodenbewegung, Bruchgeometrie und Slipmodelle werden getestet. Als Aproximation der Bodenbewegung werden ShakeMaps benutzt. Diese sind nach großen Erdbeben nahezu in Echtzeit verfügbar und können daher für vorläufige Vorhersagen der räumlichen Nachbebenverteilung benutzt werden. Alternativ können empirische Beziehungen als Funktion der minimalen Distanz zur Herdfläche benutzt werden oder Coulomb Spannungsänderungen basierend auf publizierten oder zufälligen Slipmodellen. Zum Vergleich werden die Likelihood Werte der Hybridmodelle im Falle mehrerer bekannter Nachbebensequenzen analysiert (1992 Landers, 1999 Hector Mine, 2004 Parkfield). Die Tests zeigen, dass die Herdgeometrie die wichtigste Zusatzinformation zur Verbesserung der Nachbebenvorhersage ist. Des Weiteren können statische Spannungsänderungen besonders die Vorhersage von Nachbeben in größerer Entfernung zur Bruchfläche verbessern, wohingegen die Einbeziehung von Bodenbewegungskarten die Ergebnisse nicht wesentlich verbessern konnte. Im zweiten Teil meiner Arbeit führe ich ein neues Verfahren zur Untersuchung des Informationsgehaltes von invertierten Slipmodellen ein. Dies ermöglicht die Quantifizierung des Informationsgewinns, der durch Einbeziehung dieser Daten in Nachbebenvorhersagen entsteht. Hierbei wird das im ersten Teil eingeführte erweiterte ETAS Modell benutzt, welches statische Spannungsänderung zur Vorhersage der räumlichen Nachbebenverteilung benutzt. Die Vorhersagekraft der Modelle wird systematisch anhand mehrerer Erdbebensequenzen untersucht und mit Modellen basierend auf zufälligen Slipverteilungen verglichen. Der Einfluss der Veränderung der Auflösung der Slipmodelle, sowie Streich- und Fallwinkel der Herdsegmente wird untersucht. Einige der betrachteten Slipmodelle korrelieren sehr gut, in diesen Fällen werden kaum zufällige Slipmodelle gefunden, welche die Nachbebenverteilung besser erklären. Dahingegen korrelieren bei einigen Beispielen nahezu alle zufälligen Slipmodelle besser als das publizierte Modell. Das Verändern der Auflösung der Bewegungsmodelle hat kaum Einfluss auf die Ergebnisse, solange die allgemeinen Slipmuster noch reproduzierbar sind, d.h. ein bis zwei größere Slipmaxima pro Segment. Dahingegen beeinflusst eine zufallsbasierte Änderung der Streich- und Fallwinkel der Segmente die Resultate stark, je nachdem welche Standardabweichung gewählt wurde.
KW  - Nachbeben
KW  - ETAS
KW  - Vorhersage
KW  - aftershock
KW  - ETAS
KW  - forecast
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70591
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TY  - THES
A1  - Amour, Frédéric
T1  - 3-D modeling of shallow-water carbonate systems : a scale-dependent approach based on quantitative outcrop studies
T1  - 3-D Modellierung von Flachwasser-Karbonat-Sytemen : eine skalenabhängige Herangehensweise basierend auf quantitativen Aufschlussstudien
N2  - The study of outcrop modeling is located at the interface between two fields of expertise, Sedimentology and Computing Geoscience, which respectively investigates and simulates geological heterogeneity observed in the sedimentary record. During the last past years, modeling tools and techniques were constantly improved. In parallel, the study of Phanerozoic carbonate deposits emphasized the common occurrence of a random facies distribution along single depositional domain. Although both fields of expertise are intrinsically linked during outcrop simulation, their respective advances have not been combined in literature to enhance carbonate modeling studies. The present study re-examines the modeling strategy adapted to the simulation of shallow-water carbonate systems, based on a close relationship between field sedimentology and modeling capabilities. In the present study, the evaluation of three commonly used algorithms Truncated Gaussian Simulation (TGSim), Sequential Indicator Simulation (SISim), and Indicator Kriging (IK), were performed for the first time using visual and quantitative comparisons on an ideally suited carbonate outcrop. The results show that the heterogeneity of carbonate rocks cannot be fully simulated using one single algorithm. The operating mode of each algorithm involves capabilities as well as drawbacks that are not capable to match all field observations carried out across the modeling area. Two end members in the spectrum of carbonate depositional settings, a low-angle Jurassic ramp (High Atlas, Morocco) and a Triassic isolated platform (Dolomites, Italy), were investigated to obtain a complete overview of the geological heterogeneity in shallow-water carbonate systems. Field sedimentology and statistical analysis performed on the type, morphology, distribution, and association of carbonate bodies and combined with palaeodepositional reconstructions, emphasize similar results. At the basin scale (x 1 km), facies association, composed of facies recording similar depositional conditions, displays linear and ordered transitions between depositional domains. Contrarily, at the bedding scale (x 0.1 km), individual lithofacies type shows a mosaic-like distribution consisting of an arrangement of spatially independent lithofacies bodies along the depositional profile. The increase of spatial disorder from the basin to bedding scale results from the influence of autocyclic factors on the transport and deposition of carbonate sediments. Scale-dependent types of carbonate heterogeneity are linked with the evaluation of algorithms in order to establish a modeling strategy that considers both the sedimentary characteristics of the outcrop and the modeling capabilities. A surface-based modeling approach was used to model depositional sequences. Facies associations were populated using TGSim to preserve ordered trends between depositional domains. At the lithofacies scale, a fully stochastic approach with SISim was applied to simulate a mosaic-like lithofacies distribution. This new workflow is designed to improve the simulation of carbonate rocks, based on the modeling of each scale of heterogeneity individually. Contrarily to simulation methods applied in literature, the present study considers that the use of one single simulation technique is unlikely to correctly model the natural patterns and variability of carbonate rocks. The implementation of different techniques customized for each level of the stratigraphic hierarchy provides the essential computing flexibility to model carbonate systems. Closer feedback between advances carried out in the field of Sedimentology and Computing Geoscience should be promoted during future outcrop simulations for the enhancement of 3-D geological models.
N2  - Das Modellieren von geologischen Aufschlüssen liegt der Schnittstelle zwischen zwei geo-logischen Teildisziplinen, der Sedimentologie und der geologischen Modellierung. Hierbei werden geologische Heterogenitäten untersucht und simuliert, welche im Aufschluss beobachtet wurden. Während der letzten Jahre haben sich die Werkzeuge und die Technik der Modellierung stetig weiter-entwickelt. Parallel dazu hat die Untersuchung der phanerozoischen Karbonatablagerungen ihren Fokus auf gemeinsamen Vorkommen von zufälligen Faziesverteilungen in beiden Ablagerungs-gebieten. Obwohl beide Teildisziplinen durch die Aufschlussmodellierung eigentlich verbunden sind, wurden ihre jeweiligen Vorteile in der Literatur nicht miteinander verbunden, um so eine Verbesserung ähnlicher Studien zu erreichen. Die vorliegende Studie überprüft erneut die Modellierungsstrategie, angepasst an die Simulation von Flachwasser-Karbonat-Systemen und basierend auf einer engen Beziehung zwischen Sedimentologie und Modellierung. Die vorliegende Arbeit behandelt erstmals die Evaluierung der drei am häufigsten verwendeten Algorithmen „Truncated Gaussian Simulation (TGSim)“, „Sequential Indicator Simulation (SISim)“ und „Indicator Kriging (IK)“, um sie visuell und quantitativ mit dem entsprechenden Aufschluss zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Heterogenität von Karbonatgesteinen nicht komplett mit nur einem Algorithmus simuliert werden kann. Die Eigenschaften jedes einzelnen Algorithmus beinhalten Vor- und Nachteile, sodass kein Algorithmus alle Beobachtungen aus dem Aufschluss widerspiegelt. Die zwei Endglieder im Spektrum der Ablagerungsbedingungen von Karbonaten, eine flachwinklige, jurassische Karbonat-Rampe (Hoher Atlas, Marokko) und eine isolierte, triassische Plattform (Dolomiten, Italien), wurden untersucht, um einen kompletten Überblick über die verschiedenen Heterogenitäten in Flachwasser-Karbonat- Systemen zu erhalten. Sedimentologische und statistische Analysen wurden für die verschiedenen Typen, Morphologien, Verteilungen und Assoziationen von Karbonatablagerungen durchgeführt und mit paläogeografischen Rekonstruktionen kombiniert und zeigen ähnliche Ergebnisse. Im Beckenmaßstab zeigen die Faziesassoziationen, bestehend aus Fazieszonen mit ähnlichen Ablagerungsbedingungen, einen linearen und kontinuierlichen Übergang zwischen den einzelnen Ablagerungsbereichen. Im Gegensatz dazu zeigt für einzelne Lithofaziestypen im Maßstab einzelner Schichten eine mosaikartige Verteilung, bestehend aus einer Anordnung räumlich unabhängiger Lithofazieszonen entlang des Ablagerungsprofils. Das Ansteigen der räumlichen Unordnung von der beckenweiten Ablagerung zur Ablagerung einzelner Schichten resultiert aus dem Einfluss autozyklischer Faktoren bei der Ablagerung von Karbonaten. Die Skalenabhängigkeit von Karbonat-Heterogenität ist mit der Auswertung der Algorithmen verknüpft um eine Modellierungsstrategie zu etablieren, welche sowohl die sedimentären Charakteristiken des Aufschlusses als auch die Modellierfähigkeit berücksichtigt. Für die Modellierung der Ablagerungssequenzen wurde ein flächenbasierter Ansatz verwendet. Die Faziesassoziationen wurden durch die Benutzung des TGSim-Algorithmus simuliert, um die regulären Trends zwischen den einzelnen Ablagerungsgebieten zu erhalten. Im Bereich der verschiedenen Lithofazien wurde mit dem SISim-Algorithmus, ein voll stochastischer Ansatz angewendet, um die mosaikartige Verteilung der Lithofazies-Typen zu simulieren. Dieser neue Arbeitsablauf wurde konzipiert, um die Simulierung von Karbonaten auf Basis der einzelnen Heterogenitäten in verschiedenen Größenordnungen zu verbessern. Im Gegensatz zu den in der Literatur angewendeten Simulationsmethoden berücksichtigt diese Studie, dass eine einzelne Modellierungstechnik die natürlichen Ablagerungsmuster und Variabilität von Karbonaten wahrscheinlich nicht korrekt abbildet. Die Einführung verschiedener Techniken, angepasst auf die verschiedenen Ebenen der stratigrafischen Hierarchie, liefert die notwendige Flexibilität um Karbonatsysteme korrekt zu modellieren. Eine enge Verknüpfung zwischen den Fortschritten auf dem Gebieten der Sedimentologie und dem Gebiet der modellierenden Geowissenschaften sollte weiterhin bestehen, um auch zukünftig bei der Simulation von geologischen Gelände-Aufschlüssen eine Verbesserung der 3-D-Modellierung zu erreichen.
KW  - Karbonat
KW  - 3-D Modellierung
KW  - Aufschluss-Modellierung
KW  - Quantitative Daten
KW  - Skala
KW  - Stochastischer Algorithmus
KW  - Carbonate
KW  - 3-D outcrop modeling
KW  - quantitative data
KW  - scale
KW  - stochastic algorithms
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66621
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TY  - THES
A1  - Adhikari, Rishi Ram
T1  - Quantification of total microbial biomass and metabolic activity in subsurface sediments
T1  - Quantification of total microbial biomass and metabolic activity in subsurface sediments
N2  - Metabolically active microbial communities are present in a wide range of subsurface environments. Techniques like enumeration of microbial cells, activity measurements with radiotracer assays and the analysis of porewater constituents are currently being used to explore the subsurface biosphere, alongside with molecular biological analyses. However, many of these techniques reach their detection limits due to low microbial activity and abundance. Direct measurements of microbial turnover not just face issues of insufficient sensitivity, they only provide information about a single specific process but in sediments many different process can occur simultaneously. Therefore, the development of a new technique to measure total microbial activity would be a major improvement. A new tritium-based hydrogenase-enzyme assay appeared to be a promising tool to quantify total living biomass, even in low activity subsurface environments. In this PhD project total microbial biomass and microbial activity was quantified in different subsurface sediments using established techniques (cell enumeration and pore water geochemistry) as well as a new tritium-based hydrogenase enzyme assay. By using a large database of our own cell enumeration data from equatorial Pacific and north Pacific sediments and published data it was shown that the global geographic distribution of subseafloor sedimentary microbes varies between sites by 5 to 6 orders of magnitude and correlates with the sedimentation rate and distance from land. Based on these correlations, global subseafloor biomass was estimated to be 4.1 petagram-C and ~0.6 % of Earth's total living biomass, which is significantly lower than previous estimates. Despite the massive reduction in biomass the subseafloor biosphere is still an important player in global biogeochemical cycles. To understand the relationship between microbial activity, abundance and organic matter flux into the sediment an expedition to the equatorial Pacific upwelling area and the north Pacific Gyre was carried out. Oxygen respiration rates in subseafloor sediments from the north Pacific Gyre, which are deposited at sedimentation rates of 1 mm per 1000 years, showed that microbial communities could survive for millions of years without fresh supply of organic carbon. Contrary to the north Pacific Gyre oxygen was completely depleted within the upper few millimeters to centimeters in sediments of the equatorial upwelling region due to a higher supply of organic matter and higher metabolic activity. So occurrence and variability of electron acceptors over depth and sites make the subsurface a complex environment for the quantification of total microbial activity. Recent studies showed that electron acceptor processes, which were previously thought to thermodynamically exclude each other can occur simultaneously. So in many cases a simple measure of the total microbial activity would be a better and more robust solution than assays for several specific processes, for example sulfate reduction rates or methanogenesis. Enzyme or molecular assays provide a more general approach as they target key metabolic compounds. Since hydrogenase enzymes are ubiquitous in microbes, the recently developed tritium-based hydrogenase radiotracer assay is applied to quantify hydrogenase enzyme activity as a parameter of total living cell activity. Hydrogenase enzyme activity was measured in sediments from different locations (Lake Van, Barents Sea, Equatorial Pacific and Gulf of Mexico). In sediment samples that contained nitrate, we found the lowest cell specific enzyme activity around 10^(-5) nmol H_(2) cell^(-1) d^(-1). With decreasing energy yield of the electron acceptor used, cell-specific hydrogenase activity increased and maximum values of up to 1 nmol H_(2) cell^(-1) d^(-1) were found in samples with methane concentrations of >10 ppm. Although hydrogenase activity cannot be converted directly into a turnover rate of a specific process, cell-specific activity factors can be used to identify specific metabolism and to quantify the metabolically active microbial population. In another study on sediments from the Nankai Trough microbial abundance and hydrogenase activity data show that both the habitat and the activity of subseafloor sedimentary microbial communities have been impacted by seismic activities. An increase in hydrogenase activity near the fault zone revealed that the microbial community was supplied with hydrogen as an energy source and that the microbes were specialized to hydrogen metabolism.
N2  - Mikrobielle Gesellschaften und ihre aktiven Stoffwechselprozesse treten in einer Vielzahl von Sedimenten unterschiedlichster Herkunft auf. In der Erforschung dieser tiefen Biosphäre werden derzeit Techniken wie Zellzählungen, Aktivitätsmessungen mit Radiotracer-Versuchen und Analysen der Porenwasserzusammensetzung angewendet, darüber hinaus auch molekularbiologische Analysen. Viele dieser Methoden stoßen an ihre Nachweisgrenze, wenn Sedimente mit geringer Zelldichte und mikrobieller Aktivität untersucht werden. Bei der Untersuchung von Stoffwechselprozessen mit herkömmlichen Techniken kommt dazu, dass von mehreren Prozessen, die zeitgleich ablaufen können, jeweils nur einer erfasst wird. Deswegen wäre die Entwicklung einer neuartigen Messtechnik für die gesamte mikrobielle Aktivität ein wesentlicher Fortschritt für die Erforschung der tiefen Biosphäre. Ein vielversprechender Ansatz, um die gesamte lebende Biomasse auch in Proben mit geringer Aktivität zu bestimmen, ist eine Hydrogenase-Enzym-Versuchsanordnung mit Tritium als quantifizierbarer Messgröße. In dieser Doktorarbeit wurde die gesamte mikrobielle Biomasse und Aktivität von unterschiedlichen Sedimentproben einerseits mit herkömmlichen Methoden (Zellzählungen, Analyse der Porenwasserzusammensetzung) als auch mit einer neu entwickelten Hydrogenase-Enzym-Versuchsanordnung quantifiziert. Mit einer großen Anzahl eigener Zellzählungsdaten von Sedimenten aus dem Äquatorialpazifik und dem Nordpazifik und ergänzenden publizierten Daten konnte gezeigt werden, dass Zellzahlen sich in ihrer globalen geographischen Verteilung je nach Bohrlokation um 5 bis 6 Größenordnungen unterscheiden. Dabei bestehen Korrelationen zur Sedimentationsrate und zur Entfernung zum Land, mit deren Hilfe sich die Gesamtbiomasse in Tiefseesedimenten zu 4,1 Petagramm-C abschätzen lässt. Das entspricht ~0,6 % der Gesamtbiomasse der Erde und ist damit erheblich weniger als in früheren Schätzungen angegeben. Trotz der Korrektur auf diesen Wert spielt die Biomasse der tiefen Biosphäre weiterhin eine erhebliche Rolle in biogeochemischen Kreisläufen. Um die Zusammenhänge zwischen Aktivität der Mikroben, der Häufigkeit ihres Auftretens und Zustrom von organischem Material zu verstehen, wurde eine Expedition ins Auftriebsgebiet des Äquatorialpazifiks und zum nordpazifischen Wirbel durchgeführt. Daten der Sauerstoffaufnahme in Sedimenten des nordpazifischen Wirbels, die mit Sedimentationsraten von 1 mm pro 1000 Jahren abgelagert werden, zeigen, dass mikrobielle Gesellschaften über Millionen von Jahren ohne Zufuhr von frischem organischen Kohlenstoff überleben konnten. Im Gegensatz zum nordpazifischen Wirbel wird in Sedimenten des äquatorialpazifischen Auftriebsgebiets Sauerstoff bei höherer mikrobieller Aktivität und Verfügbarkeit organischer Verbindungen oberflächennah in den ersten Milli- bis Zentimetern komplett umgesetzt. Auftreten und Variabilität von Elektronenakzeptoren nach Tiefe und Bohrlokation machen die tiefe Biosphäre zu einer komplexen Umgebung für die Quantifizierung der gesamten mikrobiellen Aktivität. Aktuelle Studien zeigen das verschiedene Elektronenakzeptorprozesse gleichzeitig ablaufen können, obwohl man bisher davon ausgegangen war, dass diese sich thermodynamisch ausschließen. In vielen Fällen wäre also eine einfache Methode zur Messung der gesamten mikrobiellen Aktivität eine bessere und verlässlichere Lösung aktueller Analyseaufgaben als Messungen mehrerer Einzelprozesse wie beispielsweise Sulfatreduktion und Methanogenese. Enzym-oder Molekular-Versuchsanordnungen sind ein prozessumfassender Ansatz, weil hier Schlüsselkomponenten der Stoffwechselprozesse untersucht werden. Das Hydrogenase-Enzym ist eine solche Schlüsselkomponente und in Mikroben allgegenwärtig. Deshalb kann die Quantifizierung seiner Aktivität mit der neu entwickelten Hydrogenase-Enzym-Versuchsanordnung als Parameter für die gesamte mikrobielle Aktivität der lebenden Zellen verwendet werden. Hydrogenase-Aktivitäten wurden in Sedimenten unterschiedlicher Lokationen (Vansee, Barentssee, Äquatorialpazifik, und Golf von Mexico) gemessen. In Sedimentproben, die Nitrat enthielten, haben wir mit ca. 10^(-5) nmol H_(2) cell^(-1) d^(-1) die geringste zellspezifische Hydrogenase-Aktivität gefunden. Mit geringerem Energiegewinn des genutzten Elektronenakzeptors steigt die zellspezifische Hydrogenase-Aktivität. Maximalwerte von bis zu 1 nmol H_(2) cell^(-1) d^(-1) wurden in Sedimentproben mit >10 ppm Methankonzentration gefunden. Auch wenn die Hydrogenase-Aktivität nicht direkt in die Umsatzrate eines spezifischen Prozesses konvertierbar ist, können zellspezifische Aktivitätsfaktoren verwendet werden, um die metabolisch aktive Mikrobenpopulation zu quantifizieren. In einer weiteren Studie mit Sedimenten des Nankai-Grabens zeigen Daten der Zelldichte und der Hydrogenase-Aktivität einen Einfluss von seismischen Ereignissen auf Lebensraum und Aktivität der mikrobiellen Gesellschaften. Ein Anstieg der Hydrogenase-Aktivität nahe der Verwerfungszone machte deutlich, dass die mikrobiellen Gesellschaften mit Wasserstoff als Energiequelle versorgt wurden und dass die Mikroben auf einen Wasserstoff-Stoffwechsel spezialisiert waren.
KW  - Hydrogenase
KW  - Tritium Versuchsanordnung
KW  - Untergrunduntersuchung der Biosphäre
KW  - Hydrogenase
KW  - Tritium Assay
KW  - Subsurface Biosphere
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-67773
ER  - 
TY  - THES
A1  - Abdelfadil, Khaled Mohamed
T1  - Geochemistry of Variscan lamprophyre magmatism in the Saxo-Thuringian Zone
N2  - Lamprophyres are mantle-derived magmatic rocks, commonly occurring as dikes. They are readily identified from their field setting, petrography, chemical and mineralogical composition. These rocks not only provide important information on melting processes in the mantle, but also on geodynamic processes modifying the mantle. There are numerous occurrences of lamprophyres in the Saxo-Thuringian Zone of Variscan Central Europe, which are useful to track the variable effects of the Variscan orogeny on local mantle evolution. This work presents and evaluates the mineralogical, geochemical, and Sr-Nd-Pb isotopic data of late-Variscan calc-alkaline lamprophyres, post-Variscan ultramafic lamprophyres, of alkaline basalt from Lusatia, and, for comparison, of pre-Variscan gabbros. In addition, lithium isotopic signatures combined with Sr-Nd-Pb isotopic data of late-Variscan calc-alkaline lamprophyres from three different Variscan Domains (i.e., Erzgebirge, Lusatia, and Sudetes) are used to assess compositional changes of the mantle during Variscan orogeny.
N2  - Lamprophyre sind porphyrische, aus Mantelschmelzen gebildete Gesteine, die meist in Form von Gängen auftreten. Sie zeichnen sich durch auffällige und charakteristische texturelle, chemische und mineralogische Eigenschaften aus. Als ehemalige Mantelschmelzen liefern sie Information sowohl über Bedingungen der Schmelzbildung im Mantel als auch über geodynamische Prozesse, die zu metasomatischer Veränderung des Mantels geführt haben. Im Saxothuringikum Mitteleuropas, am Nordrand des Böhmischen Massivs, gibt es zahlreiche Lamprophyrvorkommen, die hier zur Charakterisierung der Mantelentwicklung während der variszischen Orogenese dienen. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit den mineralogischen, geochemischen und isotopischen (Sr-Nd-Pb) Signaturen von spätvariszischen kalkalkalischen Lamprophyren, von postvariszischen ultramafischen Lamprophyren, von Alkalibasalten der Lausitz und, zum Vergleich, von prävariszischen Gabbros. Darüberhinaus nutzt die Arbeit Lithium-Isotopensignaturen kombiniert mit Sr-Nd-Pb–Isotopendaten spätvariszischer kalkalkalischer Lamprophyre aus drei variszischen Domänen (Erzgebirge, Lausitz, Sudeten) zur Erkundung der lokalen Mantelüberprägungen während der variszischen Orogenese.
T2  - Geochemie der variszischen Lamprophyre in der saxothüringischen Zone
KW  - lamprophyre
KW  - Lusatia
KW  - Erzgebirge
KW  - Saxo-Thuringia
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-68854
ER  -