TY  - THES
A1  - Lenz, Josefine
T1  - Thermokarst dynamics in central-eastern Beringia
T1  - Thermokarstdynamik im zentral-östlichen Beringia
BT  - insights from permafrost and lacustrine sediment cores
BT  - Einblicke durch Permafrost- und Seesedimentkerne
N2  - Widespread landscape changes are presently observed in the Arctic and are most likely to
accelerate in the future, in particular in permafrost regions which are sensitive to climate warming. To assess current and future developments, it is crucial to understand past
environmental dynamics in these landscapes. Causes and interactions of environmental variability can hardly be resolved by instrumental records covering modern time scales. However, long-term
environmental variability is recorded in paleoenvironmental archives. Lake sediments are important archives that allow reconstruction of local limnogeological processes as well as past environmental changes driven directly or indirectly by climate dynamics. This study aims at
reconstructing Late Quaternary permafrost and thermokarst dynamics in central-eastern Beringia,
the terrestrial land mass connecting Eurasia and North America during glacial sea-level low stands. In order to investigate development, processes and influence of thermokarst dynamics, several sediment cores from extant lakes and drained lake basins were analyzed to answer the
following research questions:
1. When did permafrost degradation and thermokarst lake development take place and what were enhancing and inhibiting environmental factors?
2. What are the dominant processes during thermokarst lake development and how are
they reflected in proxy records?
3. How did, and still do, thermokarst dynamics contribute to the inventory and properties of organic matter in sediments and the carbon cycle?
Methods applied in this study are based upon a multi-proxy approach combining
sedimentological, geochemical, geochronological, and micropaleontological analyses, as well as
analyses of stable isotopes and hydrochemistry of pore-water and ice. Modern field observations of water quality and basin morphometrics complete the environmental investigations.
The investigated sediment cores reveal permafrost degradation and thermokarst dynamics on different time scales. The analysis of a sediment core from GG basin on the northern Seward
Peninsula (Alaska) shows prevalent terrestrial accumulation of yedoma throughout the Early to
Mid Wisconsin with intermediate wet conditions at around 44.5 to 41.5 ka BP. This first wetland
development was terminated by the accumulation of a 1-meter-thick airfall tephra most likely originating from the South Killeak Maar eruption at 42 ka BP. A depositional hiatus between 22.5 and 0.23 ka BP may indicate thermokarst lake formation in the surrounding of the site which forms a yedoma upland till today. The thermokarst lake forming GG basin initiated 230 ± 30 cal a
BP and drained in Spring 2005 AD. Four years after drainage the lake talik was still unfrozen below 268 cm depth.
A permafrost core from Mama Rhonda basin on the northern Seward Peninsula preserved a
full lacustrine record including several lake phases. The first lake generation developed at 11.8 cal ka BP during the Lateglacial-Early Holocene transition; its old basin (Grandma Rhonda) is still partially preserved at the southern margin of the study basin. Around 9.0 cal ka BP a shallow and more dynamic thermokarst lake developed with actively eroding shorelines and potentially intermediate shallow water or wetland phases (Mama Rhonda). Mama Rhonda lake drainage at 1.1 cal ka BP was followed by gradual accumulation of terrestrial peat and top-down refreezing of the lake talik. A significant lower organic carbon content was measured in Grandma Rhonda deposits (mean TOC of 2.5 wt%) than in Mama Rhonda deposits (mean TOC of 7.9 wt%) highlighting the impact of thermokarst dynamics on biogeochemical cycling in different lake generations by thawing and mobilization of organic carbon into the lake system.
Proximal and distal sediment cores from Peatball Lake on the Arctic Coastal Plain of Alaska revealed young thermokarst dynamics since about 1,400 years along a depositional gradient based on reconstructions from shoreline expansion rates and absolute dating results. After its initiation as a remnant pond of a previous drained lake basin, a rapidly deepening lake with increasing oxygenation of the water column is evident from laminated sediments, and higher Fe/Ti and Fe/S ratios in the sediment. The sediment record archived characterizing shifts in depositional regimes and sediment sources from upland deposits and re-deposited sediments from drained thaw lake basins depending on the gradually changing shoreline configuration. These changes are evident from alternating organic inputs into the lake system which highlights the potential for thermokarst lakes to recycle old carbon from degrading permafrost deposits of its catchment.
The lake sediment record from Herschel Island in the Yukon (Canada) covers the full Holocene period. After its initiation as a thermokarst lake at 11.7 cal ka BP and intense thermokarst activity until 10.0 cal ka BP, the steady sedimentation was interrupted by a depositional hiatus at 1.6 cal ka BP which likely resulted from lake drainage or allochthonous slumping due to collapsing shore lines. The specific setting of the lake on a push moraine composed of marine deposits is reflected in the sedimentary record. Freshening of the maturing lake is indicated by decreasing electrical conductivity in pore-water. Alternation of marine to freshwater ostracods and foraminifera confirms decreasing salinity as well but also reflects episodical re-deposition of allochthonous marine sediments.
Based on permafrost and lacustrine sediment records, this thesis shows examples of the Late Quaternary evolution of typical Arctic permafrost landscapes in central-eastern Beringia and the complex interaction of local disturbance processes, regional environmental dynamics and global climate patterns. This study confirms that thermokarst lakes are important agents of organic matter recycling in complex and continuously changing landscapes.
N2  - Derzeit werden deutliche Landschaftsveränderungen in der Arktis beobachtet, welche sich höchstwahrscheinlich zukünftig v.a. in den Permafrostregionen verstärken, da diese besonders empfindlich auf Klimaveränderungen reagieren. Um derzeitige und zukünftige Entwicklungen einschätzen zu können, ist es wichtig vergangene Umweltprozesse zu verstehen. Ursachen und Wechselwirkungen von Umweltveränderungen können nur bedingt durch instrumentelle Aufzeichnungen erklärt werden, doch Paleo-Umweltarchive können weit in die Vergangenheit reichende Umweltdynamiken aufzeichnen. Seesedimente sind wichtige Archive, die lokale limnogeologische Prozesse, aber auch direkt oder indirekt klimatisch gesteuerte Umweltveränderungen der Vergangenheit aufzeichnen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, spätquartäre Permafrost- und Thermokarstdynamik im zentral-östlichen Beringia zu rekonstruieren. Beringia umfasst jene terrestrische Landmasse, welche Eurasien und Nord-Amerika zu Zeiten von Meeresspiegeltiefständen verband. Um die Entwicklung, die Prozesse und den Einfluss von Thermokarstdynamik zu untersuchen, wurden mehrere Sedimentkerne von rezenten Seen und ausgelaufenen Seebecken analysiert, um folgende Forschungsfragen zu beantworten:
1. Zu welcher Zeit degradierte Permafrost und wann entwickelten sich Thermokarstseen? Was waren hemmende oder verstärkende Faktoren?
2. Was sind dominierende Prozesse während der Entwicklung von Thermokarstseen und wie spiegeln sich diese in Proxy-Aufzeichnungen wieder?
3. Wie hat Thermokarstdynamik damals und heute zur Bedeutung von organischer Substanz in Sedimenten und im Kohlenstoffkreislauf beigetragen?
Die in dieser Arbeit angewandten Methoden basieren auf einem sogenannten „multi-proxy“ Ansatz, der sedimentologische, geochemische, geochronologische und mikropaläontologische Analysen, sowie die Untersuchung von stabilen Isotopen und die Hydrochemie von Porenwasser und -eis, verbindet. Feldmessungen der modernen Wasserqualität und Beckenmorphometrie komplettieren die Umweltuntersuchungen.
Auf Grundlage der untersuchten Sedimentkerne lässt sich die Degradation von Permafrost und die Dynamik von Thermokarst auf zeitlich verschiedenen Skalen rekonstruieren. Die Analyse eines Sedimentkerns vom GG-Becken auf der nördlichen Seward-Halbinsel (Alaska) zeigt eine vorwiegend terrestrische Akkumulation von Yedoma während des Früh- und Mittel-Wisconsin mit zwischenzeitlich feuchteren Verhältnissen zwischen 44,5 und 41,5 ka BP. Diese frühe Feuchtgebietsphase wurde durch die Akkumulation einer 1 m dicken Tephra-Lage beendet, welche sehr wahrscheinlich von der Eruption des heutigen South Killeak Maar vor etwa 42.000 Jahren stammt. Eine Schichtlücke im Sedimentkern von etwa 22,5 und 0,23 ka BP gibt einen Hinweis auf Thermokarstentwicklung in der Umgebung der Kernlokation, welche bis heute ein Yedoma-Rudiment bildet. Der Thermokarstsee, der GG-Becken formte, entstand 230 ± 30 cal a BP und drainierte im Frühling 2005 AD. Vier Jahre nach der Drainage war der Talik des Sees in einer Tiefe von 268 cm noch ungefroren.
Ein Permafrostkern vom Mama Rhonda-Becken auf der nördlichen Seward-Halbinsel archivierte eine vollständige limnische Fazies mit mehreren Seephasen. Die erste Seegeneration entstand am Übergang vom Spätglazial zum Frühholozän um etwa 11,8 cal ka BP; das alte Seebecken (Grandma Rhonda) ist bis heute südlich der Kernlokation erhalten. Etwa um 9,0 cal ka BP entwickelte sich ein eher flaches und dynamisches Seesystem mit aktiv erodierenden Ufern und potenziell zwischengeschalteten Flachwasser- oder Feuchtgebietsphasen (Mama Rhonda). Die Drainage vom Mama Rhonda-See etwa 1,1 cal ka BP wurde gefolgt von gradueller Torfakkumulation und einem von oben zurückfrierenden See-Talik Es wurde ein deutlich geringerer organischer Kohlenstoff-Gehalt in Grandma Rhonda-Ablagerungen (TOC im Mittel 2,5 Gew.-%) festgestellt, als in Mama Rhonda Ablagerungen (TOC im Mittel 7,9 Gew.-%). Dies zeigt den bedeutenden Einfluss von Thermokarst auf biogeochemische Kreisläufe, da in verschiedenen Seegenerationen organischen Kohlenstoff durch Permafrost-Tauen im Seesystem mobilisiert wird.
Seesedimentkerne aus der Uferzone und dem zentralen Bereich von Peatball Lake auf der Arktischen Küstenebene von Alaska, ergaben eine junge Thermokarstdynamik von 1.400 Jahren, welche auf der Basis von absoluten Datierungen und Uferexpansionsraten rekonstruiert wurde. Nach der Seeinitiierung als Rest-See eines zuvor ausgelaufenen Seebeckens, vertiefte sich Peatball Lake verhältnismäßig schnell mit zunehmender Sauerstoffanreicherung der Wassersäule, wie aus laminierten Sedimenten und hohen Fe/Ti- und Fe/S-Verhältnissen im Sediment ersichtlich ist. Die Sedimente von Peatball Lake archivierten einen Wechsel des Ablagerungsregimes bei Ausdehnung der Seefläche und einen Wechsel der Sedimentquelle von ursprünglichen, rein terrestrischen Ablagerungen und bereits umgelagerten Sedimenten aus drainierten Seebecken.  Angezeigt wird dieser Wechsel durch eine Veränderung im Eintrag organischen Materials in das Seesystem, was wiederum das Potential von Thermokarstseen bei der Aufarbeitung alten Kohlenstoffs aus degradierendem Permafrost im Einzugsgebiet verdeutlicht.
Der Seesedimentkern von der Herschel Insel im Yukon (Kanada) deckt das gesamte Holozän ab.  Nach der Seeentstehung um 11,7 cal ka BP und einer Zeit intensiver Thermokarstaktivität bis 11,0 cal ka BP, wird die Phase einer eher kontinuierlichen Sedimentation von einer Schichtlücke um 1,6 cal ka BP unterbrochen. Diese wurde entweder durch die Drainage des Sees oder einer allochthonen Rutschung instabiler Uferlinien verursacht. Die spezielle Situation des Sees auf einer Stauchendmoräne aus marinem Material spiegelt sich auch in dem Seesedimentarchiv wieder. Das Aussüßen des wachsenden Sees wird durch die abnehmende elektrische Leitfähigkeit im Porenwasser angezeigt. Der Wechsel von marinen und Süßwasserostrakoden- und Foraminiferengemeinschaften bestätigt zum einen die abnehmende Salinität des Sees, aber zeigt zum anderen auch episodische Umlagerung von allochthonem, marinem Sediment.
Auf der Grundlange von Permafrost- und Seesedimentkernen zeigt diese Arbeit Beispiele spätquartärer Entwicklungsgeschichte typischer Arktischer Permafrostlandschaften im zentral-östlichen Beringia. Es werden komplexe Zusammenhänge zwischen lokalen Störungsprozessen, regionaler Umweltdynamik und globalen Klimaveränderungen aufgezeigt. Thermokarstseen spielen dabei eine wichtige Rolle im sich kontinuierlich verändernden Landschaftsbild der hohen Breiten und im Stoffkreislauf bei der Aufarbeitung organischer Substanz.
KW  - paleolimnology
KW  - permafrost degradation
KW  - periglacial landscape evolution
KW  - thermokarst processes
KW  - carbon cycling
KW  - central-eastern Beringia
KW  - Paläolimnologie
KW  - Permafrostdegradation
KW  - periglaziale Landschaftsentwicklung
KW  - Thermokarstprozesse
KW  - Kohlenstoffkreislauf
KW  - zentral-östliches Beringia
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-101364
ER  - 
TY  - THES
A1  - Drobyshev, Evgenii
T1  - Toxic or beneficial? What is the role of food-relevant selenium species selenoneine?
T1  - Giftig oder nützlich? Welche Rolle spielt die lebensmittelrelevante Selenspezies Selenonein?
N2  - Selenium (Se) is an essential trace element that is ubiquitously present in the environment in small concentrations. Essential functions of Se in the human body are manifested through the wide range of proteins, containing selenocysteine as their active center. Such proteins are called selenoproteins which are found in multiple physiological processes like antioxidative defense and the regulation of thyroid hormone functions. Therefore, Se deficiency is known to cause a broad spectrum of physiological impairments, especially in endemic regions with low Se content. Nevertheless, being an essential trace element, Se could exhibit toxic effects, if its intake exceeds tolerable levels. Accordingly, this range between deficiency and overexposure represents optimal Se supply. However, this range was found to be narrower than for any other essential trace element. Together with significantly varying Se concentrations in soil and the presence of specific bioaccumulation factors, this represents a noticeable difficulty in the assessment of Se
epidemiological status. While Se is acting in the body through multiple selenoproteins, its intake occurs mainly in form of small organic or inorganic molecular mass species. Thus, Se exposure not only depends on daily intake but also on the respective chemical form, in which it is present.
The essential functions of selenium have been known for a long time and its primary forms in different food sources have been described. Nevertheless, analytical capabilities for a comprehensive investigation of Se species and their derivatives have been introduced only in the last decades. A new Se compound was identified in 2010 in the blood and tissues of bluefin tuna. It was called selenoneine (SeN) since it is an isologue of naturally occurring antioxidant ergothioneine (ET), where Se replaces sulfur. In the following years, SeN was identified in a number of edible fish species and attracted attention as a new dietary Se source and potentially strong antioxidant. Studies in populations whose diet largely relies on fish revealed that SeN
represents the main non-protein bound Se pool in their blood. First studies, conducted with enriched fish extracts, already demonstrated the high antioxidative potential of SeN and its possible function in the detoxification of methylmercury in fish. Cell culture studies demonstrated, that SeN can utilize the same transporter as ergothioneine, and SeN metabolite was found in human urine.
Until recently, studies on SeN properties were severely limited due to the lack of ways to obtain the pure compound. As a predisposition to this work was firstly a successful approach to SeN synthesis in the University of Graz, utilizing genetically modified yeasts. In the current study, by use of HepG2 liver carcinoma cells, it was demonstrated, that SeN does not cause toxic effectsup to 100 μM concentration in hepatocytes. Uptake experiments showed that SeN is not bioavailable to the used liver cells.
In the next part a blood-brain barrier (BBB) model, based on capillary endothelial cells from the porcine brain, was used to describe the possible transfer of SeN into the central nervous system (CNS). The assessment of toxicity markers in these endothelial cells and monitoring of barrier conditions during transfer experiments demonstrated the absence of toxic effects from SeN on the BBB endothelium up to 100 μM concentration. Transfer data for SeN showed slow but substantial transfer. A statistically significant increase was observed after 48 hours following SeN incubation from the blood-facing side of the barrier. However, an increase in Se content was clearly visible already after 6 hours of incubation with 1 μM of SeN. While the transfer rate of SeN after application of 0.1 μM dose was very close to that for 1 μM, incubation with 10 μM of SeN resulted in a significantly decreased transfer rate. Double-sided application of SeN caused no side-specific transfer of SeN, thus suggesting a passive diffusion mechanism of SeN across the BBB. This data is in accordance with animal studies, where ET accumulation was observed in the rat brain, even though rat BBB does not have the primary ET transporter – OCTN1. Investigation of capillary endothelial cell monolayers after incubation with SeN and reference selenium compounds showed no significant increase of intracellular selenium concentration. Speciesspecific Se measurements in medium samples from apical and basolateral compartments, as good as in cell lysates, showed no SeN metabolization. Therefore, it can be concluded that SeN may reach the brain without significant transformation.
As the third part of this work, the assessment of SeN antioxidant properties was performed in Caco-2 human colorectal adenocarcinoma cells. Previous studies demonstrated that the intestinal epithelium is able to actively transport SeN from the intestinal lumen to the blood side and accumulate SeN. Further investigation within current work showed a much higher antioxidant potential of SeN compared to ET. The radical scavenging activity after incubation with SeN was close to the one observed for selenite and selenomethionine. However, the SeN effect on the viability of intestinal cells under oxidative conditions was close to the one caused by ET. To answer the question if SeN is able to be used as a dietary Se source and induce the activity of selenoproteins, the activity of glutathione peroxidase (GPx) and the secretion of selenoprotein P (SelenoP) were measured in Caco-2 cells, additionally. As expected, reference selenium compounds selenite and selenomethionine caused efficient induction of GPx activity. In contrast to those SeN had no effect on GPx activity. To examine the possibility of SeN being embedded into the selenoproteome, SelenoP was measured in a culture medium. Even though Caco-2 cells effectively take up SeN in quantities much higher than selenite or selenomethionine, no secretion of SelenoP was observed after SeN incubation.
Summarizing, we can conclude that SeN can hardly serve as a Se source for selenoprotein synthesis. However, SeN exhibit strong antioxidative properties, which appear when sulfur in ET is exchanged by Se. Therefore, SeN is of particular interest for research not as part of Se metabolism, but important endemic dietary antioxidant.
N2  - Selen (Se) ist ein essentielles Spurenelement, das in geringen Konzentrationen ubiquitär in der Umwelt vorkommt. Essentielle Funktionen von Se im menschlichen Körper manifestieren sich in einer Vielzahl von Proteinen, die Selenocystein als aktives Zentrum enthalten. Solche Proteine werden Selenoproteine genannt, die in zahlreichen physiologischen Prozessen wie der antioxidativen Abwehr und der Regulierung der Schilddrüsenhormonfunktionen vorkommen. Daher ist bekannt, dass ein Se-Mangel ein breites Spektrum physiologischer Beeinträchtigungen verursacht, insbesondere in solchen Regionen mit niedrigem Se-Bodengahlten. Dennoch kann Se als essentielles Spurenelement auch toxische Wirkungen entfalten, wenn seine Aufnahme das tolerierbare Maß überschreitet. Dementsprechend stellt dieser Bereich zwischen Mangel und Überbelichtung eine optimale Se-Versorgung dar. Dieser Bereich erwies sich jedoch als enger als bei jedem anderen essentiellen Spurenelement. Zusammen mit stark schwankenden SeKonzentrationen im Boden und dem Vorliegen spezifischer Bioakkumulationsfaktoren stellt dies eine deutliche Schwierigkeit bei der Beurteilung des epidemiologischen Selenstatus dar. Während im Körper mehrere Selenoproteine vorliegen, erfolgt seine Aufnahme hauptsächlich in Form kleiner organischer oder anorganischer Moleküle. Somit hängt die Se-Exposition nicht nur von der täglichen Aufnahme ab, sondern auch von der jeweiligen chemischen Form, in der es vorliegt.
Die essentiellen Funktionen von Selen sind seit langem bekannt und seine Primärformen in verschiedenen Nahrungsquellen dominierenden Formen wurden bereits gut beschrieben. Dennoch wurden erst in den letzten Jahrzehnten neue analytische Möglichkeiten für eine umfassendere Untersuchung von Se-Spezies und ihren Derivaten entwickelt. Beispielsweise wurde 2010 eine neue Se-Verbindung im Blut und im Gewebe von Rotem Thunfisch identifiziert. Es wurde Selenonein (SeN) genannt, da es ein Isolog des natürlich vorkommenden Antioxidans Ergothionein (ET) ist, bei dem Se durch Schwefel ersetzt ist. In den folgenden Jahren wurde SeN in einer Reihe von essbaren Fischarten identifiziert und erregte einerseits als neue Nahrungsquelle für Se und andererseits als potenziell starkes Antioxidans Aufmerksamkeit. Studien an Probanden, deren Ernährung hauptsächlich von Fisch geprägt ist, haben gezeigt, dass SeN den hauptsächlichen nicht-proteingebundenen Se-Pool in ihrem Blut darstellt. Erste Studien mit angereicherten Fischextrakten zeigten bereits das hohe antioxidative Potenzial von SeN und seine mögliche Funktion bei der Entgiftung von Methylquecksilber im Fisch. Zellkulturstudien zeigten, dass SeN den gleichen Transporter wie Ergothionein nutzen kann und ein weiterer SeN-Metabolit wurde im menschlichen Urin gefunden.
Bis vor kurzem waren Studien zu den Eigenschaften von SeN aufgrund fehlender Möglichkeiten, die reine Verbindung zu erwerben, stark eingeschränkt. Als wichtige Grundlage für die vorliegende Arbeit diente zunächst die erfolgreiche Synthese des SeN, welche an der Universität Graz unter Verwendung gentechnisch veränderter Hefen erfolgte. In der aktuellen Studie wurde unter Verwendung von HepG2-Leberkarzinomzellen gezeigt, dass SeN in physiologisch relevanten Konzentrationen keine toxischen Effekte in diesen Hepatozyten induziert. Bioverfügbarkeitsexperimente zeigten, dass SeN für die verwendeten Leberzellen nicht bioverfügbar ist.
Im nächsten Teil wurde ein Modell der Blut-Hirn-Schranke (BHS) verwendet, das auf kapillaren Endothelzellen aus dem Schweinehirn basiert, um den möglichen Transfer von SeN in das zentrale Nervensystem (ZNS) zu untersuchen. Die Bewertung von Toxizitätsmarkern in diesen Endothelzellen und die online Überwachung der Barriere-Bedingungen während der Transferexperimente zeigten, dass bei physiologisch relevanten Konzentrationen keine toxischen Wirkungen von SeN auf das BHS-Endothel auftreten. Daten bezüglich des Übergangs der Selenspezies SeN zeigten zwar eine langsame, jedoch eine nicht zu vernachlässigenden Menge, die die Barriere passieren kann. Die gleichzeitige Inkubation von SeN auf beiden Barriere-Seiten verursachte keinen seitenspezifischen Transfer von SeN, was auf einen passiven Diffusionsmechanismus von SeN über die BHS hindeutet. Diese Daten stimmen mit Tierstudien überein, in denen eine ET-Akkumulation im Rattengehirn beobachtet wurde, obwohl die BHS der Ratte nicht über den primären ET-Transporter – OCTN1 – verfügt. Die Untersuchung von Monolayern aus kapillaren Endothelzellen nach Inkubation mit SeN und Referenzselenverbindungen zeigte keinen signifikanten Anstieg der intrazellulären Selenkonzentration. Speziesspezifische Se-Messungen in Mediumproben aus den apikalen und basolateralen Kompartimenten, sowie in den Zelllysaten zeigten keine SeN-Metabolisierung. Daraus kann geschlossen werden, dass SeN das Gehirn ohne signifikante Transformation erreichen kann.
Als dritter Teil dieser Arbeit wurde die Bewertung der antioxidativen Eigenschaften von SeN in menschlichen Caco-2, also kolorektale Adenokarzinomzellen, durchgeführt. Frühere Studien zeigten, dass das Darmepithel in der Lage ist, SeN aktiv vom Darmlumen zur Blutseite zu transportieren und dort SeN anzureichern. Weitere Untersuchungen im Rahmen der aktuellen Arbeiten zeigten ein viel höheres antioxidatives Potenzial von SeN im Vergleich zu ET. Die Aktivität als Radikalfänger nach Inkubation mit SeN war ähnlich wie bei Selenit und Selenomethionin. Wobei die Wirkung von SeN auf die Lebensfähigkeit von Darmzellen unter oxidativen Bedingungen jedoch ähnlich der durch ET verursachten war. Um die Frage zu beantworten, ob SeN als diätetische Se-Quelle verwendet werden kann um die Aktivität von Selenoproteinen zu induzieren, wurden zusätzlich die Aktivität der Glutathionperoxidase (GPx)
und die Sekretion von Selenoprotein P (SelenoP) in Caco-2-Zellen gemessen. Wie erwartet, bewirkten die Referenz-Selenverbindungen Selenit und Selenomethionin eine effiziente Induktion der GPx-Aktivität, im Gegensatz zu diesen hatte SeN keinen Einfluss auf die GPx-Aktivität. Um die Möglichkeit einer Einbettung von SeN in das Selenoproteom zu untersuchen,
wurde SelenoP im Kulturmedium gemessen. Obwohl Caco-2-Zellen SeN effektiv in viel höherenMengen als Selenit oder Selenomethionin aufnehmen, wurde nach der SeN-Inkubation keine Sekretion von SelenoP beobachtet.
Zusammenfassend können wir schlussfolgern, dass SeN kaum als Se-Quelle für die Selenoproteinsynthese dienen kann. SeN weist jedoch starke antioxidative Eigenschaften auf, die auftreten, wenn Schwefel in ET durch Se ausgetauscht wird. Daher ist SeN von besonderem Interesse für die Forschung, nicht als Teil des Se-Stoffwechsels, sondern als wichtiges endemisches diätetisches Antioxidans.
KW  - selenium
KW  - selenoneine
KW  - HepG2
KW  - Caco-2
KW  - PBCEC
KW  - Caco-2
KW  - HepG2
KW  - PBCEC
KW  - Selen
KW  - Selenonein
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-573794
ER  - 
TY  - THES
A1  - Senger, Toralf
T1  - Untersuchungen zur Metallhomöostase in Arabidopsis thaliana
T1  - Investigations to study metal homeostasis in Arabidopsis thaliana
N2  - Alle Organismen sind für ihr Überleben auf Metalle angewiesen. Hierbei gibt es für jedes Metall einen Konzentrationsbereich, der das Optimum zwischen Metallmangel, -bedarf und -toxizität darstellt. Es gilt mittlerweile als erwiesen, dass alle Organismen zur Aufrechterhaltung des Metallgleichgewichts ein komplexes Netzwerk von Proteinen und niedermolekularen Verbindungen entwickelt haben. Die molekularen Komponenten dieses Netzwerks sind nur zu einem Teil bekannt und charakterisiert: In den letzten Jahren wurden einige Proteinfamilien identifiziert, deren Mitglieder Metalle durch Lipidmembranen transportieren. Eine dieser Metalltransporterfamilien ist die Cation Diffusion Facilitator (CDF)-Familie: Alle charakterisierten Mitglieder exportieren Metalle aus dem Zytoplasma – entweder in zelluläre Kompartimente oder aus der Zelle heraus. Von den zwölf Mitgliedern dieser Familie in Arabidopsis thaliana (A. thaliana) – Metall Toleranz Protein (MTP)-1 bis -12 – wurden bisher AtMTP1 und AtMTP3 charakterisiert. In dieser Arbeit wird die Charakterisierung von AtMTP2 beschrieben. Wie die homologen Proteine AtMTP1 und AtMTP3 führt AtMTP2 zu Zn-Toleranz, wenn es heterolog in Zn-sensitiven Hefemutanten exprimiert wird. Mit AtMTP2 transformierte Hefemutanten zeigten darüber hinaus erhöhte Co-Toleranz. Expression von chimären AtMTP2/GFP Fusionsproteinen in Hefe, A.thaliana protoplasten und in stabil transformierten A.thalinana Planzenlinien deutet auf Lokalisation of AtMTP2 in Membranen des Endoplasmatischen Retikulums (ER) hin, wenn GFP an den C-Terminus von MTP2 fusioniert wird. Fusion of GFP an den N-Terminus von AtMTP2 führte zu Lokalisation in der vakuolären Membran, was wahrscheinlichsten auf Fehllokalisierung durch Maskierung eines ER-Retentionsmotivs (XXRR) am N-Terminus von AtMTP2 zurückgeht. Dies legt nahe, dass AtMTP2 die erwähnten Metalle in das Endomembransystem der Zelle transportieren kann. Eine gewebespezifische Lokalisierung wurde mit Pflanzen durchgeführt, die das β-Glucuronidase (GUS)-Reporterprotein bzw. chimäre Fusionsproteine aus EGFP und AtMTP2 unter Kontrolle des nativen pMTP2-Promotors exprimierten. Diese Experimente bestätigten zum einen, dass der pMTP2-Promotor nur unter Zn-Defizienz aktiv ist. GUS-Aktivität wurde unter diesen Bedingungen in zwei Zonen der Wurzelspitze beobachtet: in den isodiametrischen Zellen der meristematischen Zone und in der beginnenden Wurzelhaarzone. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die EGFP-Fusionsproteine unter Kontrolle des nativen pMTP2-Promotors nur in epidermalen Zellen exprimiert werden. Für eine homozygote Knockout- Linie, mtp2-S3, konnte bisher kein eindeutiger Phänotyp identifiziert werden. Auf Grundlage der bisher durchgeführten Charakterisierung von AtMTP2 erscheinen zwei Modelle der Funktion von AtMTP2 in der Pflanze möglich: AtMTP2 könnte essentiell für die Versorgung des ER mit Zn unter Zn-Mangelbedingungen sein. Hierfür spricht, dass AtMTP2 in jungen, teilungsaktiven und damit Zn-benötigenden Wurzelzonen exprimiert wird. Die auf die Epidermis beschränkte Lokalisation könnte bei diesem Modell auf die Möglichkeit der zwischenzellulären Zn-Verteilung innerhalb des ER über Desmotubules hindeuten. Alternativ könnte AtMTP2 eine Funktion bei der Detoxifizierung von Zn unter Zn-Schock Bedingungen haben: Es ist bekannt, dass unter Zn- Mangelbedingungen die Expression der zellulären Zn-Aufnahmesysteme hochreguliert wird. Wenn nun die Zn-Verfügbarkeit im Boden z. B durch eine pH-Änderung innerhalb kurzer Zeit stark ansteigt, besteht die Notwendigkeit der Entgiftung von Zn innerhalb der Zelle, bis der starke Einstrom von Zn ins Zytoplasma durch die Deaktivierung der Zn-Aufnahmesysteme und einer geringeren Expression in der Pflanze gedrosselt ist. Ein ähnlicher Mechanismus wurde in der Bäckerhefe S. cerevisae beschrieben, in der darüber hinaus ein Zn-Transporter verstärkt exprimiert wird, der Zn durch Transport in die Vakuole entgiften kann. Es ist durchaus möglich, dass in Arabidopsis AtMTP2 die Zn-Detoxifizierung unter diesen speziellen Bedingungen durch Zn-Transport in das ER oder die Vakuole vermittelt. Zur Identifikation weiterer Komponenten des Metallhomöostasenetzwerks sind verschiedene Ansätze denkbar. In dieser Arbeit wurde in Hefe ein heterologer Screen durchgeführt, um Interaktoren für vier Mitglieder der Arabidopsis-CDF-Familie zu identifizieren. Unter den 11 im Hefesystem bestätigten Kandidaten befindet sich mit AtSPL1 ein AtMTP1-Interaktionskandidat, der möglicherweise eine Rolle bei der Cu-,Zn-Homöostase spielt. Als wahrscheinliche AtMTP3-Interaktionskandidaten wurde die c”-Untereinheit der vakuolären H+-ATPase AtVHA identifiziert sowie mit AtNPSN13 ein Protein, das vermutlich eine Rolle bei Fusionen von Vesikeln mit Zielmembranen spielt. Ein anderer Ansatz zur Identifikation neuer Metallhomöostasegene ist die vergleichende Elementanalyse von natürlichen oder mutagenisierten Pflanzenpopulationen. Voraussetzung für diesen Ansatz ist die schnelle und genaue Analyse des Elementgehalts von Pflanzen. Eine etablierte Methode zur simultanen Bestimmung von bis zu 65 Elementen in einer Probe ist die Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP OES). Der limitierende Faktor für einen hohen Probendurchsatz ist die Notwendigkeit, Proben für die Analyse zu verflüssigen. Eine alternative Methode der Probenzuführung zum Analysegerät ist die elektrothermale Verdampfung (ETV) der Probe. Zur weitgehend automatisierten Analyse von Pflanzenmaterial mit minimiertem Arbeitsaufwand wurde eine Methode entwickelt, die auf der Kopplung der ETV mit der ICP OES basiert.
N2  - All organisms require for their survival essential metals. For each required metal exists an optimal concentration between metal deficiency and -toxicity. It has become evident that all organisms developed a complex network of proteins and low molecular compounds to maintain the equilibrium between all metals. Only few molecular components of this metal-homeostasis network are characterized in detail: A number of protein families whose members transport metals over the barrier of lipid-membranes have been identified during the last couple of years. One of those metal-transport families is the Cation Diffusion Facilitator (CDF) family. All characterized members export metals from the cytoplasm – either into cellular compartments or outside the cell. From the 12 Arabidopsis thaliana (A.thaliana) members – Metal Tolerance Protein (MTP)-1 to 1-2 – only MTP1 and MTP3 have been characterized yet. In this work, characterization of MTP2 is described. As was found for the homologous proteins AtMTP1 and AtMTP3, heterologous expression of AtMTP2 in Zn-sensitive yeast mutants leads to enhanced Zn-tolerance. Less pronounced, enhanced tolerance was also found for Co when AtMTP2 was expressed in Co sensitive yeast mutants. Expression of chimeric AtMTP2/GFP fusion proteins in yeast, A.thaliana protoplasts and in stably transformed A.thalinana plant lines indicated localization of MTP2 in membranes of the endoplasmic reticulum, when GFP was fused to the C-terminal end of MTP2. Fusion of GFP to the N-terminal end of MTP2 lead to vacuolar localization that is most likely explained as mistargeting due to masking of an ER retrieval motive (XXRR) found at the N-terminus of MTP2. This suggests that AtMTP2 mediates the transport of Zn and Co into the endomembrane system of the cell. Tissue specific localization was performed with plant lines expressing the β-Glucuronidase (GUS) reporter protein and with plant lines expressing chimeric fusions of GFP with AtMTP2 under control of the native pMTP2 promoter. Those experiments confirmed Affymetrix Genechip® data suggesting activity of the pMTP2 promoter only under Zn-deficiency. GUS activity was only found under Zn-deficiency in two zone of root tips – the meristematic zone, characterized by isodiamtric cells, and in the beginning differentiation zone, characterized by appearing root hairs. Confocal microscopy with plant lines expressing chimeric MTP2 /GFP fusions demonstrated that expression of AtMTP2 is restricted to epidermal cells. A phenotype for the homozygous mtp2-S3 knockout mutant could not be identified yet. Based on the data obtained as yet , two mode of action of AtMTP2 in planta seam likely: AtMTP2 could be essential for delivery of Zn to the ER under Zn-deficiency. This is supported by the fact, that AtMTP2 is active in young, dividing (and therefore Zn-requiring) zones of the root. The epidermal-restricted expression of AtMTP2 points towards a distribution of Zn in these root zones of Zn within desmotubules. Alternatively, AtMTP2 could have a Zn-detoxifying function under Zn-shock. It is known that in yeast under Zn-deficiency not only the expression of an Zn-uptake transporter is up-regulated, but also the expression of a vacuolar Zn-transporter. It mediates Zn-detoxification of surplus Zn that enters cells upon Zn-resupply before shut down of the Zn uptake system. AtMTP2 could exert this function when soil Zn-availability raises suddenly, for example due to rain after a drought. Different means/methods are perceivable to identify further components of the metal homeostasis network. In this work, a heterologuos screen was performed in yeast to identify interacting proteins for four members of the Arabidopsis CDF-family. Among 11 candidates identified and confirmed in the Split Ubiquitin System (SUS, a Yeast-2-Hybrid variant) is with AtSPL1 an AtMTP1 interaction candidate, which plays putatively a role in Zn,Cu homoestasis. The c” subunit of the vacuolar H+-ATPase AtVHA was found as likely AtMTP3-interaction candidate, as well as AtNPSN13, an protein that plays putatively a role in fusion of vesicles with target-membranes. Another method to identify new metal homeostasis genes is the comparative elemental analysis of natural and mutagenized plant populations. Prerequisite for this approach is the fast and accurate analysis of the elemental composition of plants. An established method for elemental analysis is Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP OES). The limiting factor for high thoughput is the requirement for laborious wet digest of plant samples before analysis. An alternative mean of sample delivery to the ICP OES is electrothermal vaporization (ETV). For faster, less laborious analysis of plant material, a method based on the established coupling of ETV with ICP OES was developed, which is optimized for plant material and automated as far as possible.
KW  - CDF
KW  - MTP
KW  - MTP1
KW  - MTP2
KW  - MTP3
KW  - Interaktoren
KW  - Split Ubiquitin
KW  - ETV
KW  - ICP OES
KW  - CDF
KW  - MTP
KW  - MTP1
KW  - MTP2
KW  - MTP3
KW  - Interactors
KW  - Split Ubiquitin
KW  - ETV
KW  - ICP OES
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13234
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TY  - THES
A1  - Ruch, Joël
T1  - Volcano deformation analysis in the Lazufre area (central Andes) using geodetic and geological observations
T1  - Vulkan Deformationsanalyse im Bereich Lazufre (Zentral-Anden) mit geodätischen und geologischen Beobachtungen
N2  - Large-scale volcanic deformation recently detected by radar interferometry (InSAR) provides new information and thus new scientific challenges for understanding volcano-tectonic activity and magmatic systems. The destabilization of such a system at depth noticeably affects the surrounding environment through magma injection, ground displacement and volcanic eruptions. To determine the spatiotemporal evolution of the Lazufre volcanic area located in the central Andes, we combined short-term ground displacement acquired by InSAR with long-term geological observations. Ground displacement was first detected using InSAR in 1997. By 2008, this displacement affected 1800 km2 of the surface, an area comparable in size to the deformation observed at caldera systems. The original displacement was followed in 2000 by a second, small-scale, neighbouring deformation located on the Lastarria volcano. We performed a detailed analysis of the volcanic structures at Lazufre and found relationships with the volcano deformations observed with InSAR. We infer that these observations are both likely to be the surface expression of a long-lived magmatic system evolving at depth. It is not yet clear whether Lazufre may trigger larger unrest or volcanic eruptions; however, the second deformation detected at Lastarria and the clear increase of the large-scale deformation rate make this an area of particular interest for closer continuous monitoring.
N2  - Vulkanische Deformationen in großem Maßstab, die mittels InSAR gemessen wurden, liefern neue Informationen und dadurch einen neuen Blickwinkel auf vulkan-tektonische Aktivitäten und das Verständnis von langlebigen, magmatischen Systemen. Die Destabilisierung eines solchen Systems in der Tiefe beeinflusst dauerhaft die Oberfläche durch Versatz des Bodens, magmatische Einflüsse und vulkanische Unruhen. Mit der Kombination aus kleinräumigem Bodenversatz gemessen mittels InSAR, numerischer Modellierung und langfristigen geologischen Beobachtungen, analysieren wir die Gegend um den Vulkan Lazufre in den Zentralanden, um die raumzeitliche Entwicklung der Region zu bestimmen. Bodenversatz wurde hierbei im Jahr 1997 mittels Radar-Interferrometrie (InSAR) gemessen, was eine Fläche von 1800 km² ausmacht, vergleichbar mit der Größe der Deformation des Kraters. Im Jahr 2000 wurde zusätzlich eine kleinräumige Deformation am Nachbarvulkan Lastarria entdeckt. Wir sehen räumliche als auch zeitliche Verbindungen zwischen der Deformation des Vulkans und vulkanischen Strukturen innerhalb der betroffenen Gegend. Wir folgern daraus, dass diese Beobachtungen der Ausdruck eines langlebigen, magmatischen Systems in der Tiefe an der Oberfläche sind. Es ist noch nicht klar, ob Lazufre größere vulkanische Unruhen, wie zum Beispiel Eruptionen auslösen könnte, aber die Deformation am Vulkan Lastarria und ein Anstieg der großräumigen Deformationsrate, machen diese Region interessant für eine zukünftige, kontinuierliche Überwachung.
KW  - Vulkan Verformung
KW  - InSAR
KW  - zentralen Anden
KW  - Spannungsfeld
KW  - volcano deformation
KW  - InSAR
KW  - central Andes
KW  - stress field
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-47361
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zeppenfeld, Stefan
T1  - Vom Gast zum Gastwirt?
BT  - Türkische Arbeitswelten in West-Berlin
T2  - Geschichte der Gegenwart
N2  - Die Arbeitsmigration zählt zu den prägenden gesellschaftlichen Wandlungsprozessen der deutschen Nachkriegsgeschichte. 14 Millionen »Gastarbeiter« kamen zwischen 1955 und 1973 in die Bundesrepublik, etwa 3 Millionen von ihnen kehrten nicht in ihre Heimatländer zurück. Vor allem Türkeistämmige blieben nach dem Anwerbestopp häufiger in Deutschland als die Arbeitskräfte aus anderen Ländern. Wie keine andere Stadt steht Berlin bis heute für die Einwanderung aus der Türkei.
Stefan Zeppenfeld untersucht den Wandel der türkischen Arbeitswelten von ihren Anfängen in den 1960er Jahren bis zur Wiedervereinigung. Ausgehend von der »Gastarbeit« im industriellen Großbetrieb spürt er in seiner Studie am Beispiel West-Berlins dem Übergang in andere Branchen nach. Er zeigt, wie der öffentliche Dienst auch für Migrantinnen und Migranten attraktive Aufstiegsmöglichkeiten eröffnete, zeichnet den schwierigen Weg in die gewerbliche Selbstständigkeit nach und legt illegale Beschäftigungsformen als alternative Verdienstmöglichkeit offen.
Damit bettet der Autor die Geschichte der türkischen Arbeitsmigration in die deutsche Zeitgeschichte ein.
Y1  - 2021
SN  - 978-3-8353-5022-9
IS  - 26
PB  - Wallstein-Verlag
CY  - Göttingen
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TY  - THES
A1  - Schulte-Osseili, Christine
T1  - Vom Monomer zum Glykopolymer
T1  - From monomer to glycopolymer
BT  - Anwendung als Biofunktionalitäten auf Oberflächen und als Transportmoleküle
BT  - application as biofunctionalized surfaces and transport molecules
N2  - Glykopolymere sind synthetische und natürlich vorkommende Polymere, die eine Glykaneinheit in der Seitenkette des Polymers tragen. Glykane sind durch die Glykan-Protein-Wechselwirkung verantwortlich für viele biologische Prozesse. Die Beteiligung der Glykanen in diesen biologischen Prozessen ermöglicht das Imitieren und Analysieren der Wechselwirkungen durch geeignete Modellverbindungen, z.B. der Glykopolymere. Dieses System der Glykan-Protein-Wechselwirkung soll durch die Glykopolymere untersucht und studiert werden, um die spezifische und selektive Bindung der Proteine an die Glykopolymere nachzuweisen. Die Proteine, die in der Lage sind, Kohlenhydratstrukturen selektiv zu binden, werden Lektine genannt. 
In dieser Dissertationsarbeit wurden verschiedene Glykopolymere synthetisiert. Dabei sollte auf einen effizienten und kostengünstigen Syntheseweg geachtet werden. 
Verschiedene Glykopolymere wurden durch funktionalisierte Monomere mit verschiedenen Zuckern, wie z.B. Mannose, Laktose, Galaktose oder N-Acetyl-Glukosamin als funktionelle Gruppe, hergestellt. Aus diesen funktionalisierten Glykomonomeren wurden über ATRP und RAFT-Polymerisation Glykopolymere synthetisiert. 
Die erhaltenen Glykopolymere wurden in Diblockcopolymeren als hydrophiler Block angewendet und die Selbstassemblierung in wässriger Lösung untersucht. Die Polymere formten in wässriger Lösung Mizellen, bei denen der Zuckerblock an der Oberfläche der Mizellen sitzt. Die Mizellen wurden mit einem hydrophoben Fluoreszenzfarbstoff beladen, wodurch die CMC der Mizellenbildung bestimmt werden konnte. 
Außerdem wurden die Glykopolymere als Oberflächenbeschichtung über „Grafting from“ mit SI-ATRP oder über „Grafting to“ auf verschiedene Oberflächen gebunden. Durch die glykopolymerbschichteten Oberflächen konnte die Glykan Protein Wechselwirkung über spektroskopische Messmethoden, wie SPR- und Mikroring Resonatoren untersucht werden. Hierbei wurde die spezifische und selektive Bindung der Lektine an die Glykopolymere nachgewiesen und die Bindungsstärke untersucht.   
Die synthetisierten Glykopolymere könnten durch Austausch der Glykaneinheit für andere Lektine adressierbar werden und damit ein weites Feld an anderen Proteinen erschließen. Die bioverträglichen Glykopolymere wären alternativen für den Einsatz in biologischen Prozessen als Transporter von Medikamenten oder Farbstoffe in den Körper. Außerdem könnten die funktionalisierten Oberflächen in der Diagnostik zum Erkennen von Lektinen eingesetzt werden. Die Glykane, die keine selektive und spezifische Bindung zu Proteinen eingehen, könnten als antiadsorptive Oberflächenbeschichtung z.B. in der Zellbiologie eingesetzt werden.
N2  - Glycopolymers are synthetic and naturally occurring polymers that carry a gylcan unit in the side chain of the polymer. Glycans are responsible for many biological processes due to the glycn-protein interaction. The involvement of glcans in these biological processes enables the imitation and analysis of interactions by suitable model coumponds, e.g. glycopolymers. This system of glycan-protein interaction will be investigated and studied by glycopolymers in order to demonstrate the specific and selective binding of proteins to glycopolymers. The proteins that are able to selectively bind carbohydrate structures are called lectins. 
In this dissertation different glycopolymers were synthesized. Care should be taken to ensure an effficient and cost-effective synthesis route. 
Different glycopolymers were produced by functionalized monomers with different sugars, such as mannose, lactose, galactose or N-acetyl-glucosamine as functional group. From these functionalized glycomonomers, glycopolymers were synthesized via ATRP and RAFT polymerization. 
The glycopolymers obtained were used as hydrophilic blocks in diblock copolymers and self-assembly in aqueous solution was investigated. In aqueoussolution, the polymers formed micelles in which the sugar block sits on the surface of the micelles. The micelles were loaded with a hydrophobic fluorescent dxe, which made it possible to determine the CMC of micelle formation.
In additiom, the glycopolymers were bound to various surfaces as surface coatings via “grafting from” with SI-ATRP or via “grafting to”. Through the glycopolymer-coated surfaces, the glycan-protein interaction could be investigated by spectroscpic measurement methods such as SPR and microring resonators. The specific and selective binding of lectins to the glycopolymers was detected and the binding strength was investigated.
The synthesised glycopolymers could become adressable for other lectins by exchanging the glycan unit and thus open up a broad field of other proteins. The biocompatible glycopolymers would be an alternative for use in  iological processes as transporters of drugs or dyes into the body. In addtion, the functionalised surfaces could be used in diagnostics for regognition of lectins. The glycan, which do nit bind selectively and specifically to proetins, could be used as anit-adsoptive surface coatings, e.g. in cell biology.
KW  - Glykopolymere
KW  - Polymerisation
KW  - Oberflächenbeschichtung
KW  - Lektine
KW  - Glykan-Protein-Wechselwirkung
KW  - glycopolymers
KW  - polymerization
KW  - surface modification
KW  - lectins
KW  - glycan-protein interaction
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-432169
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TY  - THES
A1  - Siegmund, Nicole
T1  - Wind driven soil particle uptake Quantifying drivers of wind erosion across the particle size spectrum
T1  - Partikelaufwirbelung durch Wind - Über die Quantifizierung von Winderosion über das ganze Partikel-Größenspektrum
N2  - Among the multitude of geomorphological processes, aeolian shaping processes are of special character, Pedogenic dust is one of the most important sources of atmospheric aerosols and therefore regarded as a key player for atmospheric processes. Soil dust emissions, being complex in composition and properties, influence atmospheric processes and air quality and has impacts on other ecosystems. In this because even though their immediate impact can be considered low (exceptions exist), their constant and large-scale force makes them a powerful player in the earth system. dissertation, we unravel a novel scientific understanding of this complex system based on a holistic dataset acquired during a series of field experiments on arable land in La Pampa, Argentina. The field experiments as well as the generated data provide information about topography, various soil parameters, the atmospheric dynamics in the very lower atmosphere (4m height) as well as measurements regarding aeolian particle movement across a wide range of particle size classes between 0.2μm up to the coarse sand. 
The investigations focus on three topics: (a) the effects of low-scale landscape structures on aeolian transport processes of the coarse particle fraction, (b) the horizontal and vertical fluxes of the very fine particles and (c) the impact of wind gusts on particle emissions. 
Among other considerations presented in this thesis, it could in particular be shown, that even though the small-scale topology does have a clear impact on erosion and deposition patterns, also physical soil parameters need to be taken into account for a robust statistical modelling of the latter. Furthermore, specifically the vertical fluxes of particulate matter have different characteristics for the particle size classes. Finally, a novel statistical measure was introduced to quantify the impact of wind gusts on the particle uptake and its application on the provided data set. The aforementioned measure shows significantly increased particle concentrations during points in time defined as gust event. 
With its holistic approach, this thesis further contributes to the fundamental understanding of how atmosphere and pedosphere are intertwined and affect each other.
N2  - Unter der Vielzahl geomorphologischer Prozesse nehmen äolische Formgebungsprozesse eine besondere Stellung ein, denn obwohl ihre unmittelbaren Auswirkungen als gering einzuschätzen sind (Ausnahmen existieren), sind sie aufgrund ihrer konstanten und großen Kraft ein mächtiger Akteur im Erdsystem. Pedogener Staub ist eine der wichtigsten Quellen atmosphärischer Aerosole und kann daher als Schlüsselfaktor für atmosphärische Prozesse angesehen werden. 
Bodenstaubemissionen, die in Zusammensetzung und Eigenschaften komplex sind, beeinflussen atmosphärische Prozesse und Luftqualität und haben Auswirkungen auf andere Ökosysteme. Um zum wissenschaftlichen Verständnis dieses komplexen Systems beizutragen, dokumentiert diese Arbeit eine Reihe von Veröffentlichungen, die alle auf einem ganzheitlichen Datensatz basieren, die während einer Reihe von Feldexperimenten auf Ackerland in La Pampa, Argentinien, gewonnen wurden. Die Feldexperimente sowie die generierten Daten liefern Informationen über Topographie, verschiedene Bodenparameter, die atmosphärische Dynamik in der unteren Atmosphäre (4 m Höhe) sowie Messungen zur äolischen Partikelbewegung über einen weiten Bereich von Partikelgrößenklassen zwischen 0,2μm und groben Sand. 
Die Untersuchungen konzentrieren sich auf drei Themen: Die Auswirkungen kleinräumiger Landschaftsstrukturen auf äolische Transportprozesse der groben Partikelfraktion, die horizontalen und vertikalen Strömungen der sehr feinen Partikel und der Einfluss von Windböen auf die Partikelemissionen. 
Neben anderen in dieser Arbeit vorgestellten Überlegungen konnte insbesondere gezeigt werden, dass, obwohl die kleinräumige Topologie einen deutlichen Einfluss auf Erosions- und Ablagerungsmuster hat, auch physikalische Bodenparameter für eine robuste statistische Modellierung berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus weisen speziell die vertikalen Feinstaubflüsse unterschiedliche Eigenschaften für die Partikelgrößenklassen auf. Schließlich wurde ein neuartiges statistisches Maß eingeführt, um den Einfluss von Windböen auf die Partikelkonzentration der Luft zu quantifizieren, und seine Anwendung auf den bereitgestellten Datensatz zeigt signifikant erhöhte Partikelkonzentrationen zu Zeitpunkten, die als Böen definiert wurden. Mit ihrem ganzheitlichen Ansatz trägt diese Arbeit weiter zum grundlegenden Verständnis bei, wie Atmosphäre und Pedosphäre miteinander verflochten sind und sich gegenseitig beeinflussen.
KW  - Winderosion
KW  - winderosion
KW  - PM10, PM2, PM1
KW  - Horizontal flux
KW  - horizontaler Fluss
KW  - Vertical flux
KW  - vertikaler Fluss
KW  - Argentina
KW  - Argentinien
KW  - wind gusts
KW  - Windböen
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-574897
ER  -