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Zur Moritheorie auf Kählerdreifaltigkeiten mit höchstens terminalen Singularitäten
(2005)
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Wolfgang Kronenthaler
- In den späten Neunzigern beginnen F. Campana und Th. Peternell mit der Entwicklung eines Analogons zur Moritheorie projektiver Varietäten für glatte kompakte Kählerdreifaltigkeiten. Dabei zeigen sie unter anderem die Existenz spezieller Kontraktionsabbildungen mit Hilfe von nicht-spaltenden Familien rationaler Kurven, die als Pendant zu den extremalen Kontraktionen der Moritheorie gedacht sind. Beabsichtigt man mit Hilfe dieser Kontraktionsabbildungen ein "minimales Modell-Programm" für kompakte Kählerdreifaltigkeiten zu implementieren, so benötigt man die Existenz solcher Abbildungen auch für Kählerdreifaltigkeiten mit höchstens terminalen Singularitäten. Die Realisierung dieser Verallgemeinerung, aufbauend auf den Techniken aus den Arbeiten der genannten Autoren (wobei die Kontraktion auf eine Kurve nur für Gorenstein-Kählerdreifaltigkeiten nachgewiesen wird), ist genau der Inhalt dieser Arbeit. Den Gegenstand der Untersuchungen dieser Arbeit bilden also Q-faktorielle (nicht-projektive) kompakte Kählerdreifaltigkeiten X mit höchstens terminalen Singularitäten. Unterstellt wird jeweils die Existenz einer nicht-spaltenden Familie (C_t) rationaler Kurven mit dim T >= 1 und (-K_X.C_t ) > 0. Ist die Familie (C_t) überdeckend, hat man F. Campanas geometrischen Quotienten zur Verfügung. Mit dessen Hilfe weist man nach: Satz 1: Sei X eine Q-faktorielle kompakte Kählerdreifaltigkeit mit höchstens terminalen Singularitäten und (C_t) eine überdeckende nicht-spaltende Familie rationaler Kurven. Dann ist X projektiv, es sei denn, es handelt sich um ein P_1-Bündel über einer nicht-projektiven glatten kompakten Kählerfläche mit den Kurven C_t als Fasern. Ist die Familie (C_t) nicht überdeckend und füllt stattdessen nur einen irreduziblen reduzierten Divisor S aus, unterscheidet man danach, ob ein Punkt x_0 in S existiert, durch den alle Kurven einer 1-dimensionalen (Teil-)Familie verlaufen oder nicht. Existiert solch ein Punkt x_0, gilt es, die Fläche S durch Anwendung des Grauertschen Kontraktionssatzes auf einen Punkt in einer Q-faktoriellen Cohen-Macaulayvarietät Y mit höchstens terminalen Singularitäten zu kontrahieren. Man erhält als Ergebnis: Satz 2: Sei X eine Q-faktorielle nicht-projektive kompakte Kählerdreifaltigkeit mit höchstens terminalen Singularitäten und (C_t) eine nicht-spaltende Familie rationaler Kurven mit der Eigenschaft (-K_X.C_t) > 0. Die Familie (C_t) sei entweder 1-dimensional und es gebe einen Punkt x_0 in X, durch den alle Kurven der Familie (C_t) verlaufen, oder 2-dimensional, aber überdecke die Dreifaltigkeit X nicht. Bezeichnet S diejenige (irreduzible reduzierte) Fläche in X, die von den Kurven der Familie (C_t) ausgefüllt wird, so existieren eine kompakte Q-faktorielle Cohen-Macaulayvarietät Y mit höchstens terminalen Singularitäten und eine holomorphe Abbildung f: X -> Y, sodass gilt: 1.) f(S) = pt; 2.) Die eingeschränkte Abbildung f: X-S -> Y-{pt} ist biholomorph. Existiert kein Punkt x_0 wie oben beschrieben, unterscheidet man weiter, ob "(S.C_t) < 0" oder "(S.C_t) >= 0" gilt. Im erstgenannten Fall setzt man sich die Kontraktion auf eine Kurve (wieder in einer Q-faktoriellen Cohen-Macaulayvarietät Y mit höchstens terminalen Singularitäten) zur Aufgabe. Im zweitgenannten Fall findet man entweder eine divisorielle Kontraktion auf einen Punkt oder eine Kurve mit Hilfe einer alternativen nicht-spaltenden Familie rationaler Kurven (C'_t) oder X besitzt die Struktur eines Konikbündels über einer normalen Fläche W. Aus technischen Gründen beschränke ich mich auf den Gorensteinfall: Satz 3: Sei X eine Q-faktorielle nicht-projektive kompakte Gorenstein-Kählerdreifaltigkeit mit höchstens terminalen Singularitäten und (C_t) eine 1-dimensionale nicht-spaltende Familie rationaler Kurven mit der Eigenschaft (-K_X.C_t) > 0. Die Familie (C_t) sei maximal, d.h. T sei eine (irreduzible) Komponente im Douadyraum von X, und es gebe keinen Punkt x in X, durch den alle Kurven der Familie (C_t) verlaufen. Es bezeichne S diejenige (irreduzible reduzierte) Fläche in X, die von den Kurven der Familie (C_t) ausgefüllt wird. I) Ist (S.C_t) < 0, so gilt: 1. S ist isomorph zu einer P_1-Faserung über einer eventuell singulären Kurve B mit den Kurven C_t als Fasern (mengentheoretisch) und (S.C_t) = -1; 2. Es existieren eine kompakte Q-faktorielle Gorensteinvarietät Y mit höchstens terminalen Singularitäten und eine holomorphe Abbildung f: X -> Y, sodass gilt: a) f(S) = B; b) Die eingeschränkte Abbildung f: X-S -> Y-B ist biholomorph. II) Ist (S.C_t) >= 0, so existiert entweder eine divisorielle Kontraktion auf eine kompakte Q-faktorielle Cohen-Macaulayvarietät \tilde{X} mit höchstens terminalen Singularitäten oder X besitzt die Struktur eines Konikbündels über einer normalen Fläche W.
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Zellteilungsregulation meristematischer Wurzelzellen (Tabak BY-2) durch Phytohormone und Zucker
(2005)
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Katja Hartig
- Die Phytohormone Cytokinin und Auxin sind essentiell für die Zellteilungsaktivität in meristematischen Geweben. Trotz ihrer zentralen Bedeutung im pflanzlichen Zellzyklus, ist über deren Bedeutung und Wirksamkeit auf molekularer Ebene bisher nur wenig bekannt. Einige Untersuchungen deuten darauf hin, dass mit Hilfe hormoneller Signale die Zellteilungsaktivität der Meristeme an die physiologischen Gegebenheiten der gesamten Pflanze angepasst wird, und auf diese Weise der Verbrauch an Zucker, die sogenannte Sinkstärke des Meristems definiert wird. Besonders bedeutsam ist deshalb der "cross-talk" der hormonellen Signale mit den metabolischen Signalen. Da diese Signalverknüpfung bisher kaum Ziel wissenschaftlicher Untersuchungen war, sollte diese Arbeit zur Aufklärung betragen. Die Untersuchungen wurden mit einer Tabak Zellkultur (BY-2) durchgeführt, die als Modell eines Wurzelmeristems dienen sollte. Ein Vorteil dieser Zellkultur ist die Möglichkeit, den Zellzyklus der Zellen durch auswaschbare Hemmstoffe synchronisieren zu können. Diese Synchronisierung eröffnet die Möglichkeit, die Effekte von Cytokininen, Auxinen und Zucker auf den Ablauf des Zellzyklus mittels Durchflusscytometrie untersuchen zu können, in dem Qualität und Quantität dieser Faktoren variiert wurde. Parallel dazu wurde die Expression von Zellzyklus-Kontrollgenen mittels semiquantitativer RT-PCR analysiert und entsprechend responsive Gene identifiziert. Ergänzt wurden die Untersuchen der Regulation des Zellzyklus durch längerfristige Beobachtungen der Entwicklung der Zellzahl, des Frischgewichtes und des Volumens der Zellen. Zur Charakterisierung der Signalentstehung, wurden die extrazellulären und intrazellulären Konzentrationen der die Zellteilung steuernden Faktoren gemessen.
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Wissenstransfer aus Universitäten als Impulsfaktor regionaler Entwicklung - ein institutionenökonomischer Ansatz am Beispiel der Universität Bayreuth
(2005)
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Martina Hagen
- Wissen spielt in unserer heutigen Gesellschaft eine immer größere Rolle. Für Regionen ist Wissen eine notwendige Voraussetzung, um in einem globalen Wettbewerb bestehen zu können, die Entwicklung von Lösungen für einen anstehenden Strukturwandel zu beschleunigen und aus bereits gemachten Erfahrungen und Fehlern Anderer zu lernen. Wissen ist in der heutigen Gesellschaft eine Quelle für die Schaffung von Wettbewerbspotenzialen für Unternehmen, aber auch für Regionen. Als Forschungsinstitutionen stellen Universitäten einen Kristallisationspunkt neuen Wissens dar und können damit für eine Region wichtige Lieferanten des benötigten Wissens sein. Während in zahlreichen Untersuchungen das Augenmerk auf dem technologischen Transfer von der Universität zur produzierenden Wirtschaft lag, geht diese Arbeit von der These aus, dass der Wissenstransfer der Universität weitaus mehr umfasst als technologische Inhalte und neben den Unternehmen sämtliche in der Region vorhandenen Institutionen als Beteiligte einschließt. Anhand der Universität Bayreuth und ihrer Hochschulregion Nordostbayern werden sechs Fragenkreise des universitären Wissenstransfers untersucht: 1. Zielgruppen und Umfang des universitären Wissenstransfers 2. Bedeutung der Hochschulregion für universitären Wissenstransfer 3. Anreize des universitären Wissenstransfers 4. Probleme und Barrieren des universitären Wissenstransfers in die Region 5. Institutionenökonomische Handlungsmuster der Akteure 6. Erfolgskriterien und regionale Impulse durch universitären Wissenstransfer
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Weiterbildung und regionale Kooperations- und Netzwerkaktivitäten zwischen kleinen und mittelständischen Unternehmen und Bildungseinrichtungen - das Beispiel der Lernenden Region Bodensee
(2005)
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Frauke Lorenzen
- Der Ansatz der Lernenden Region, der sich als weiteres Netzwerkkonzept für eine endogen induzierte Regionalpolitik versteht und auf Gestaltungskraft regionaler Akteure zur Überwindung von regionalen Problemen setzt, verbindet die Grundsätze von intraregionalem Lernen und Kooperieren. Aufgegriffen wurde dieses Konzept im Programm des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Namen "Lernende Regionen – Förderung von Netzwerken", in dem deutschlandweit rund 70 modellhafte, regionale Netzwerke gefördert werden. Dazu zählt auch die Lernende Region Bodensee (LRB), die in der vorliegenden Arbeit als Untersuchungsraum dient. Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1.Ein pauschales Urteil über den Stellenwert, den die befragten KMU der betrieblichen Weiterbildung beimessen, lässt sich nur schwer fällen. Ein differenzierterer Blick zeigt jedoch, dass vor allem die kleinen Unternehmen (bis 20 Beschäftigte) Weiterbildung in ihrer Bedeutung als weniger wichtig einstufen. 2. Die bereits in der Literaturanalyse herausgefilterten, potenziellen Defizite von KMU im Weiterbildungsbereich werden durch die Befragungsergebnisse weiter untermauert. Weiterbildung wird noch nicht durchgängig als Investition in das Humankapital begriffen. Es fehlen zum einen strategische, zum anderen finanzielle Voraussetzungen. Der Fokus liegt daneben vorwiegend auf produktionsbezogenen Weiterbildungsmaßnahmen und weniger auf der Schulung von Schlüsselqualifikationen, wie z.B. Kommunikationsfähigkeiten. 3. Für die kleinen und mittelständischen Unternehmen in der LRB spielt Weiterbildung mit multimedialen Lernmitteln eine untergeordnete Rolle. Auch Weiterbildungsangebote werden selten über das Internet abgefragt (nur 16% der KMU nutzen das Medium "oft"). Daher ist vermutlich das Interesse an einer regionalen "Multimedia-Strategie" gering. 4. Jeweils ein knappes Drittel der Unternehmen unterhält mit mindestens einem anderen regionalen Betrieb oder einer (Weiter)-Bildungsinstitution eine kooperative Beziehung. Dabei handelt es sich vorwiegend um zeitlich limitierte, projektorientierte Kooperation. Die Teilnahme an Netzwerkaktivitäten ist dagegen wenig ausgeprägt. Ausschlaggebend für die Nichtteilnahme an kooperativen Aktivitäten ist weniger die Furcht vor Wettbewerbsnachteilen durch Know-how Abfluss, sondern eher ein Zeitproblem. Gerade kleine Unternehmen, die eine hohe Personalauslastung haben, geben an, im "Alltagsgeschäft" nicht die Zeit zum Networking zu finden. 5. Die Entstehung und Zusammenarbeit in Kooperationsverbünden oder Netzwerken wird von zwei zentralen Faktoren begünstigt. Projektorientierte ein- oder zweidimensionale Kooperationen profitieren erstens von der Existenz vorhandener Netzwerkstrukturen. Der Erhalt von Netzwerkstrukturen wird zweitens durch formale Steuerungs- und Organisationsstrukturen gefördert. 6. Kooperierende bzw. netzwerkende KMU in der LRB zeichnen sich durch andere Denkmuster und Organisationsstrukturen von nicht-kooperativen aus. Sie schätzen Weiterbildung in ihrer Bedeutung nicht nur wesentlich höher ein, sondern arbeiten dementsprechend auch professioneller und offerieren ihren Mitarbeitern qualitativ höherwertige Lerninfrastrukturangebote. 7. Für den Raumbezug der LRB spielen aus Sicht der Unternehmen und Weiterbildungseinrichtungen die administrativ festgelegten Grenzen eine untergeordnete Rolle. Die realen Verflechtungen im (Weiter)-Bildungssektor sind von größerer Bedeutung. Einbezogen werden auch angrenzende Räume, wie z.B. der Landkreis Ravensburg und das österreichische Vorarlberg. 8. Die Lernende Region Bodensee ist bei der Zielgruppe KMU nur unzureichend bekannt. Lediglich ein Fünftel der befragten Unternehmen gibt an, die LRB zu kennen. 9. Weiterbildung ist regional. Drei Viertel aller KMU in der LRB befriedigen ihre Weiterbildungsbedürfnisse nach Möglichkeit fast ausschließlich in der Region. Weitere Wege werden nur in Kauf genommen werden, wenn besondere, in der Region nicht verfügbare Qualifikationsangebote benötigt werden. Besonders letztere Erkenntnis, dass Weiterbildung vor allem regional orientiert ist, eröffnet der Lernenden Region Bodensee gute Chancen, die vorhandenen Potenziale aufzugreifen und zusammenzuführen. Angelehnt an die von der LRB formulierten zwei Ziele erstens ein Netzwerk aufzubauen, das bildungsbereichs- und trägerübergreifende, innovative Projekte entwickelt, und zweitens KMU bei der Professionalisierung der Weiterbildungsstrukturen zu unterstützen, werden in der vorliegenden Arbeit abschließend Handlungsempfehlungen aufgestellt. Diese beinhalten einen phasenspezifischen Auf- und Ausbau einer Netzwerkstruktur, sehen eine räumliche Erweiterung des Netzwerkes über die bestehenden formalen Grenzen vor und betonen eine begleitende Informations- und Kommunikationspolitik für das Netzwerk selbst und das Anliegen, KMU für die Bedeutung von Weiterbildung und lebenslanges Lernen zu sensibilisieren.
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Water use of forests along elevation gradients in the Berchtesgaden National Park
(2005)
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Olimpia Kolcun
- Forests are major sources of water vapor to the atmosphere and have an important influence on both regional and global climate. Understanding of the water exchange between the vegetation and the atmosphere, and recognition of factors to predict the water fluxes is necessary to estimate the changes in water use according to possible climate change. In this study the processes affecting the transpiration of Norway spruce (Picea abies) in the Berchtesgaden National Park along an elevation gradient were investigated. Sapflow and meteorological measurements were carried out during the summer of 2002. For each stand, structural differences (tree height, circumference, diameter (DBH), tree density, basal area) were also analyzed. For the experiment, three Norway spruce stands – with similar inclination, exposition, LAI and soil conditions, but situated at different elevations a.s.l in the Berchtesgaden National Park were selected. The transpiration rates of spruce were compared with those of other species: Fagus sylvatica, Larix decidua and Pinus mugo. In each stand, six to fifteen trees were selected for sapflow measurements. Xylem sap flux was observed with constant-heating-method according to Granier. Sapflow rates of individual trees were scaled up to the stand level according to the cross-sectional sapwood area of the DBH class (for spruce and beech) or total cross-sectional sapwood area (for larch). Within the sparse Larix decidua stand, both the sapflow in trees and water loss from understory vegetation were measured. Strong correlations between transpiration rates and maximum VPD and daily integrated PPFD were found for the experimental species. For the Norway spruce stands, needle nutrient concentrations were also determined. During the 2002 growing season (May- September), the seasonal patterns of tree canopy transpiration were similar for the different experimental stands. The highest water use was observed in June and July for spruce and dwarf-pine, and in July and August for beech. The seasonal changes in canopy transpiration and conductance, and the variation between spruce stands, may be in part explained by differences in meteorological conditions. Canopy conductance was calculated from canopy transpiration (Ec) and vapor pressure deficit (VPD). Absolute rates of seasonal canopy transpiration within experimental Picea abies sites differed greatly from 78 to 165 mm. The highest transpiration rates occurred in the lowest situated stand and they decreased with increasing elevation. The seasonal water loss from the Fagus sylvatica site (78 mm) was similar to the water loss at the highest situated spruce site. The seasonal transpiration of Pinus mugo site reached 44 mm. Transpiration of Larix decidua was only measured successfully during June and during a few days in July. A strong decrease of canopy conductance (gt) with increasing VPD was observed for all stands. The highest maximum canopy conductance for spruce, 20 mm s-1, was calculated for the 630 m site, while for the 1040 m and the 1360 m sites the maximum gtmax reached 15 mm s-1. In comparison the maximum canopy conductance for the beech site was higher than for the spruce site at the same elevation a.s.l. (630 m) and reached 30 mm s-1. The lowest maximum gt, 10 m s-1, was estimated for dwarf-pine shrub. For the examination of controls on spruce forest water use that were found along the elevation gradient, the GAS-FLUX model was used. Model simulations support two alternative hypotheses, namely that stomatal patchiness as well as carboxylation capacity (Vcmax) may have had an influence on stand water use. The modelled transpiration with changes in Vcmax was similar to estimated transpiration rates obtained by changing the “portion of leaves that are active” (stomatal patchiness). The developed model can be used for estimation of water use for other similar mountainous locations or for examination of ecosystem sensitivities to environmental changes (nitrogen supply, air temperature). The current work should stimulate further research on the detailed study of e.g. stomatal patchiness and its influence on transpiration rates, or to test the results at other sites.
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Visualization, Kinetics, and Thermodynamics of DNA-Protein Interactions
(2005)
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Frank Schubert
- In this work the two spectroscopic techniques surface plasmon resonance (SPR) and fluorescence correlation spectroscopy (FCS) as well as the imaging technique cryo-transmission electron microscopy (cryo-TEM) were used to gain kinetic, thermodynamic and structural information about DNA–protein interactions. Furthermore, the micrographs obtained by cryo-TEM were compared to AFM images taken in a previous work. The main goal of this work was to investigate the influence of surfaces on DNA–protein interactions, therefore the methods mentioned above were chosen. Both SPR and AFM deal with molecules attached to a surface, whereas FCS and cryo-TEM monitor the molecules in free solution. As a suitable model system the well characterized interaction between the human replication protein A (RPA) and DNA was chosen. The application of SPR and FCS to analysing the binding of RPA to ssDNA yields information about the kinetics and thermodynamics. No modification of the protein is required and biotinylated and fluorescently labelled DNA strands are available from commercial sources. Salt concentration, pH and temperature can be varied over a wide range. To best of our knowledge, FCS has not been used previously to obtain equilibrium constants at different temperatures. In this work it was demonstrated how temperature dependent SPR and FCS measurements can be performed and evaluated to determine thermodynamic data of DNA–protein interactions. Astonishingly, the equilibrium constant KD for the binding of RPA to ssDNA obtained by FCS is larger than the value obtained by SPR by a factor of 20–25, depending on the temperature. Therefore the values found for the Gibbs free energy were different, whereas the values for the reaction enthalpy were nearly the same for the two methods used. There are clear evidences that the difference in KD and therefore in Gibbs free energy measured by the two methods is due to different reaction entropies. In SPR the reaction is restricted to two dimensions due to immobilization of the DNA molecules to the sensor surface, thus the rate constants obtained might not be the true association and dissociation rates. As a main result, the data obtained by SPR differ from the data gained from the free solution experiments. The reason for this is a loss of one degree of freedom, which in turn results in different entropic terms for the surface and the free solution techniques. In contrast, FCS is able to follow complex formation without spatial restrictions. In consequence, the reaction in three dimensions is entropically less favourable than the reaction at the solid-liquid interface. This might be due to differences in the cratic entropy between the two geometries, however, the role of hydration can not be assessed by our experiments. The picture of the DNA–RPA interaction was completed by further FCS measurements using various dsDNA fragments containing damage sites. The binding of RPA to undamaged dsDNA fragments showed a low affinity to dsDNA (approx. 15%), as expected from previous AFM experiments. Since RPA is known to have a high affinity to singlestranded DNA, this finding may be explained by the binding of RPA to unpaired nucleotides at the end of the dsDNA. Comparing the two imaging techniques AFM and cryo-TEM one does not find a strong influence of the surface on the DNA–RPA interaction. The kinks formed by UV-damaged DNA observed in AFM experiments could not be verified by the cryo-TEM experiments. There might be two reasons for this: First, the kinks in the AFM experiments are induced by the mica surface and therefore do not occur in cryo-TEM experiments. Second, the resolution of the TEM is not as good as in AFM, therefore, the kinks can not be seen in the TEM. The question if the DNA is wrapping around the RPA as stated in earlier works can not be answered using cryo-TEM. The resolution of this method is not as good as in AFM. In order to get micrographs with a better resolution one has to perform simple TEM experiments including staining of the molecules. The drawback of this procedure is that the molecules are influenced by the staining chemicals and therefore not in their natural state. In a very last part of this work the mini-chromosome maintenance com-plex was investigated using FCS and cryo-TEM. It was shown that the protein exhibits a medium affinity to ssDNA and dsDNA. The structure of the DNA substrate does not play an important role, the interaction was the same for simple and bubble dsDNA and dsDNA containing a ssDNA tail.
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Vibrational spectroscopy of photosensitizer dyes for organic solar cells
(2005)
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Carmen Pérez León
- Ruthenium(II) complexes containing polypyridyl ligands are intensely investigated as potential photosensitizers in organic solar cells. Of particular interest is their use in dye-sensitized solar cells based on nanocrystalline films of TiO2. Functional groups of the dye allow for efficient anchoring on the semiconductor surface and promote the electronic communication between the donor orbital of the dye and the conduction band of the semiconductor. In the present work a new dye, [Ru(dcbpyH2)2(bpy-TPA2)](PF6)2, and the well known (Bu4N)2[Ru(dcbpyH)2(NCS)2] complex were spectroscopically characterized. The electronic transitions of both dyes showed solvatochromic shifts due to specific interactions of the ligands with the solvent molecules. The surface-enhanced Raman (SER) spectra of the dyes dissolved in water, ethanol, and acetonitrile were measured in silver and gold colloidal solutions. The results demonstrate that the dyes were adsorbed on the metallic nanoparticles in different ways for different solvents. It was also found that in the gold colloid, the aqueous solutions of both dyes did not produce any SERS signal, whereas in ethanolic solution the SERS effect was very weak. Deprotonation, H-bonding, and donor-acceptor interactions seem to determine these different behaviors. Our results indicate the important role of the charge transfer mechanism in SERS. The adsorption of the dye on two different TiO2 substrates, anatase paste films and anatase nanopowder, was also studied to clarify the role of the carboxylate groups in the anchoring process of the dyes on the semiconductor surface. The recorded spectra indicate a strong dependence of the anchoring configuration on the morphology of the semiconductor.
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Verhalten von Arsen und Chrom in einem mit Holzschutzmitteln belasteten Boden
(2005)
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Maria Luisa Hopp
- In dieser Arbeit wird eine umfassende Charakterisierung von Mechanismen, die die Bindung und den Transport von Arsen und Chrom in einem durch den Eintrag von arsen- und chromhaltigen Holzschutzmitteln stark belasteten Boden kontrollieren, präsentiert. Der Einsatz vielfältiger Methoden erlaubte darüber hinaus eine Evaluierung von Versuchsansätzen zur Abschätzung der Mobilität von Arsen und Chrom. Die Untersuchungen fanden auf dem Lagerplatz eines ehemaligen Holzimprägnierwerkes statt. Der Lagerplatz weist zwei Besonderheiten auf: (1) Eine stark hydrophobe Bodenoberfläche bewirkt eine nur punktuelle Infiltration. (2) Mitte der achtziger Jahre wurde einmalig Fe(II)-Sulfat auf der Bodenoberfläche ausgebracht, um Cr(VI) durch Reduktion zu immobilisieren. Der Boden, ein Podsol aus Flugsanden, wurde bis in eine Tiefe von 200 cm beprobt. Festphasenkonzentrationen von As und Cr wurden in Mischproben bestimmt. Die für eine Bindung relevanten Festphasen wurden in selektiven Extraktionen mit Oxalat- und Dithionitlösungen untersucht. Die Mobilisierung von Arsen und Chrom aus der Festphase wurde in verschiedenen standardisierten Elutionsversuchen (z.B. Bodensättigungsextrakt, BoSE), in einem Säulenversuch und durch die kontinuierliche Beprobung von Bodensickerwasser über einen Zeitraum von zehn Monaten charakterisiert. Zu den Freilandarbeiten gehörten weiterhin die Untersuchung der Hydrophobizität des Bodens und die Durchführung eines Farbtracer-Experiments zur Visualisierung dominierender Fließmuster. Die Entnahme von Grundwasser erfolgte über den Zeitraum von zehn Wochen. Simulationen mit einem numerischen 2D-Transportmodell evaluierten die Konsequenzen der hydrophoben Bodenoberfläche für den Stofftransport. Gesamtgehalte von As und Cr nahmen mit der Tiefe ab und lagen zwischen 103 – 384 mg/kg As und 168 – 1086 mg/kg Cr innerhalb der obersten 65 cm. Die Eisengehalte nahmen von 3,5 g/kg in der obersten Schicht bis auf 0,5 g/kg unterhalb 65 cm ab. Diese für einen Podsol untypische Fe-Verteilung wurde auf die durch die Applikation von Fe(II)-Sulfat erfolgte Anreicherung von Fe im Oberboden zurückgeführt. Die selektiven Extraktionen wiesen auf die Dominanz von geringkristallinen Fe(III)-Festphasen hin. Die Bodenbehandlung mit Fe(II)-Sulfat hatte somit zwei Effekte, die Immobilisierung von Chromat und die Entstehung zusätzlicher Adsorbenten. Aluminium wies die höchsten Gehalte mit 7,3 g/kg in dem Bs-Horizont des Podsols auf und lag hier höchstwahrscheinlich in schwach kristallinen Aluminosilikaten vor, die sich durch ein hohes Anionensorptionsvermögen auszeichnen. Der Boden verfügt daher vor allem in den obersten 65 cm über Bindungskapazität. Cr wurde entweder als Cr(VI) bis in das Grundwasser verlagert oder zu Cr(III) innerhalb der obersten Bodenschichten reduziert. Es bildeten sich nachfolgend Cr(III)-Festphasen bzw. bei der Verfügbarkeit von Fe(II) Cr/Fe-Mischphasen. Die Ausfällung einer reaktiven Cr(III)-haltigen Festphase bedeutete eine Erhöhung des Bindungsvermögens des Bodens. As lag als As(V) adsorbiert an Fe- und Cr-Hydroxiden vor. In den selektiven Extraktionen wurde eine enge Assoziation zwischen As und Al im Bs-Horizont deutlich. Sowohl in den Elutionsversuchen als auch in den Säulenexperimenten zeigte sich eine hohe Auslaugbarkeit von As und Cr über das gesamte beprobte Profil. Die Konzentrationen im BoSE lagen zwischen 68-412 µg/L As und 295-915 µg/L Cr. Die im Säulenversuch beobachteten Maximalkonzentrationen bewegten sich in dem im BoSE ermittelten Bereich. Der Stoffaustrag aus den Bodensäulen konnte für As mit einem linearen Modell und für Cr mit einer asymptotisch verlaufenden Funktion beschrieben werden. Die Beprobung des Sickerwassers bestätigte die hohe Mobilität der beiden Elemente auch im Freiland; die mittleren Konzentrationen betrugen 167 µg/L As und 62 µg/L Cr. Die Sickerwasserkonzentrationen variierten räumlich um zwei bis drei Größenordnungen. Sowohl der BoSE als auch der Säulenversuch waren geeignet, die in-situ auftretenden Maximalkonzentrationen abzuschätzen. Das Farbtracer-Experiment offenbarte einen stark präferenziellen Wasserfluss in diesem Boden, der durch die ausgeprägte Hydrophobizität der Bodenoberfläche verursacht wird. Die räumliche Variabilität der Sickerwasserkonzentrationen kann laut Simulationsstudie dem präferenziellen Transportregime zugeschrieben werden. Der präferenzielle Fluss bewirkt in der jetzigen Phase, in der kein Stoffeintrag mehr stattfindet, dass belastete Bodenzonen effektiv umflossen und vor einer Auswaschung geschützt werden. Hinsichtlich einer Verlagerung bis in das Grundwasser stellt Cr nach wie vor ein Problem an diesem Standort dar. Die Chromkonzentrationen im Grundwasser lagen zwischen 53 und 326 µg/L, während As in nur geringen Konzentrationen (< 10 µg/L) gemessen wurde. Auch nach der Stilllegung von Holzimprägnierwerken kann das Risiko einer Grundwasserkontamination durch Stoffeinträge aus der ungesättigten Bodenzone für viele Jahre fortbestehen.
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Turbulent Exchange of Ozone and Nitrogen Oxides between an Amazonian Rain Forest and the Atmosphere
(2005)
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Udo Rummel
- Amazonia, the world’s largest tropical rain forest area is facing rapid development, mainly caused by slash and burn activities. The change in land use, primarily to agricultural and pasture areas, has sustainable influence on the atmospheric input and the deposition of constituents like ozone and nitrogen oxides, which are of high relevance for tropospheric chemistry. To asses the effect of land use change on tropospheric chemistry, a good knowledge of the exchange of those trace gases between the primary rain forest ecosystem and the atmosphere is necessary. So far, experimental information from tower based canopy-scale and leaf-scale measurements focusing on exchange processes is very limited. Within the framework of the LBA-EUSTACH project 1999 two experiments were carried out in Rondonia, southwest Amazonia, to estimate the exchange of ozone and nitrogen oxides between a tropical rain forest ecosystem and the atmosphere during the wet and the dry season, respectively. Ozone deposition was determined by eddy covariance measurements above the canopy. The data obtained during the end of the regional wet season confirm the results of the only previous study reporting on directly measured ozone fluxes above the Amazonian rain forest. Mean daytime maxima of -11.0 nmol m^(-2) s^(-1) and 2.3 cm s^(-1) for ozone flux and deposition velocity, respectively, show the rain forest to be an effective sink for ozone during the wet season. At the end of the dry season, under conditions of high atmospheric humidity deficit, the ozone uptake by the forest canopy was significantly reduced. A consequence of this strongly reduced uptake was a substantial in-canopy O3 storage during day, which was removed in the first half of the night, by considerable non-stomatal deposition and chemical destruction. Ozone deposition was simultaneously determined at an old pasture site which was deforested 22 years before the LBA-EUSTACH experiment. The measurements at this site showed an ozone deposition velocity ~35% and ~25% lower than the rain forest values for the end of the wet and dry season, respectively. Since cattle pastures represent the largest part of converted forest land in Rondonia, this difference may represent the effect of deforestation on the regional ozone surface sink. Based on land cover information provided by LANDSAT images, the current regional ozone deposition average for central Rondonia was estimated to be ~85% of the original sink provided by the native rain forest cover. nitrogen monoxide soil emissions were determined by an eddy covariance system which was positioned within the trunk space. Nighttime measurements resulted in mean values from 3.5 ng N m^(-2) s^(-1) to 4.8 ng N m^(-2) s^(-1), in good agreement with emission fluxes obtained by concomitant dynamic soil chamber measurements. A further aim of the experiment was to characterize the turbulence structure throughout the canopy during two intensive measuring periods. Detailed analysis of high frequency time series of several scalar quantities above and within the canopy revealed, during daytime, the frequent appearance of ramp pattern, the “finger print” of coherent turbulent structures. This enabled (i) to estimate a mean residence time of air within the part of the canopy which is directly coupled to the atmosphere above by these short, extreme, exchange events, and (ii) to determine ozone fluxes by a surface renewal model based on coherent air motion. To assess the relevance of in-canopy processes as turbulent transport, uptake by vegetation, soil deposition, and chemical reactions to the ecosystem exchange of ozone and nitrogen oxides, their characteristic time scales where analyzed. For the first time nitrogen dioxide profiles were measured within a tropical rain forest. By combining these results with all available wet season data on leaf level exchange in a stationary budget approach, a reduction of soil-emitted nitrogen oxides by vegetation up to 25% was obtained. This value is considerably smaller than that obtained by previous model studies. Direct comparison to the nitrogen oxide budget of the old cattle pasture indicated the primary rain forest ecosystem to be a higher nitrogen oxide source, and suggests therefore, that deforestation is reducing the biogenic nitrogen oxide emission in southwest Amazonia on a long term basis, if no fertilizer is used.
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Theoretical and Computational Basis for Economical Ressource Allocation in Application Layer Networks -Annual Report Year 1
(2005)
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Torsten Eymann
Michael Reinicke
Werner Streitberger
Björn Schnizler
Daniel Veit
Felix Freitag
Isaac Chao
Pablo Chacin
Dirk Neumann
- This paper identifies and defines suitable market mechanisms for Application Layer Networks (ALNs). On basis of the structured Market Engineering process, the work comprises the identification of requirements which adequate market mechanisms for ALNs have to fulfill. Subsequently, two mechanisms for each, the centralized and the decentralized case are described in this document.5
