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Zur Problematik generationengerechten Verhaltens aus Sicht der Neuen Politischen Ökonomik am Beispiel der gesetzlichen Krankenversicherung (2008)

Florian Dominick

In den letzten Jahren hat sich in Deutschland die gesellschaftspolitische Diskussion über die Finanzierbarkeit der Sozialversicherungssysteme zunehmend verschärft. Der Autor stellte sich in Hinblick auf die Finanzierungsprobleme für die gesetzliche Krankenversicherung (GKV) daher die Forschungsfrage, ob in einer marktwirtschaftlichen Ordnung Generationengerechtigkeit umgesetzt wird bzw. wer von ihrer Umsetzung einen Nutzen hat. Zunächst wird auf Grundlage der Theorie der Neuen Politischen Ökonomik betrachtet, ob und in welchem Maße das aktuelle System der gesetzlichen Krankenversicherung generationenungerecht ist. Dann blickt der Verfasser auf finanziell gerechtere Alternativen und untersucht dabei das "Bayreuther Versichertenmodell". Wenn das Alternativkonzept nachweisbar generationengerechter ist als der Status quo, folgt unmittelbar die Anschlussfrage, warum kein Systemwechsel von der aktuellen GKV hin zu einem generationengerechteren Modell erfolgt.

Water solubility in diopside (2008)

Polina Gavrilenko

(1) Water solubility in pure diopside was measured. Water-saturated diopside crystals were synthesized using piston-cylinder and multi-anvil presses at 20-30 and 100 kbar and 800-1100oC from an oxide and hydroxide starting mixture containing 10 % excess silica. The water concentration in diopside was determined from polarized infrared measurements on doubly polished single crystals. Water contents were calculated by integrating the absorption bands and using published extinction coefficients for water in diopside. All measured infrared spectra of pure diopside fall into two groups. The differences in the spectra point towards substitution mechanisms involving different vacancies, which in turn could be the result of different oxide activities in the starting material. Therefore, a separate series of experiments was carried out with starting materials with an excess or deficiency of MgO or SiO2. These experiments yielded diopside with different absorption spectra. Starting materials with low silica activity yielded Type I bands, which are therefore likely to be related to Si vacancies. Type II bands form at high silica activity and may therefore be related to Mg or Ca vacancies. Water solubility in pure diopside varies from 121 up to 568 ppm H2O. Water solubility at 30 kbar increases from 700 to 1000oC and drops again above 1000oC. At 900oC, water solubility increases to a maximum at 25 kbar and then decreases rapidly to higher pressures. Due to the low solubility of aluminum in clinopyroxene at high pressure, the data on pure diopside are probably a good guide for the water solubility in clinopyroxenes under the conditions of the deeper upper mantle. Since water solubility in diopside under those conditions is order of magnitude below the water solubility in olivine, clinopyroxene is not expected to be a major storage site for water in the deeper upper mantle, even if its modal abundance is significant. (2) Water-saturated Al-containing diopside was synthesized in an end-loaded piston-cylinder apparatus at 1.5-2.5 GPa and 900-1100oC. The compositions of the starting materials for Al-bearing diopside are along the join diopside (CaMgSi2O6) – Ca-Tschermak’s component (CaAl2SiO6) with different ratios of these two end members. The water solubility strongly increases with the presence of Al up to 2500 ppm H2O. The water solubility in aluminous diopside increasing with decreasing temperature. Estimated partition coefficients of water between clinopyroxene and orthopyroxene are close to unity, with Dcpx/opx possibly increasing with temperature. Together with previously published data on water in orthopyroxene, the results of this study clearly show that in the uppermost mantle, most of the water is dissolved in the pyroxenes. The relative importance of clinopyroxene and orthopyroxene is primarily a function of their modal abundance. This observation is consistent with the model of Mierdel et al (2007), which suggests that the Earth’s asthenosphere is due to a minimum in water solubility in nominally anhydrous minerals. (3) In order to determine the effect of water on the equation of state of diopsides, high-pressure single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell were performed. The compressibility of diopside decreases with increasing water and Al content in the structure. The bulk modulus Ko and its first pressure derivative K’ for the four diopside crystals are 106(1) GPa and 6.1(5) for pure anhydrous diopside (0 ppm H2O); 107(1) GPa and 6.5(4) for pure diopside with 63 ppm of H2O; 108(1) GPa and 6.3(4) for pure diopside with 600 ppm H2O; and 113(1) GPa and 5.7(5) for Al-bearing hydrous (containing 0.374 Al a.p.f.u.) diopside with 2510 ppm H2O. The results on compressibility of diopside contrast with previous work, which showed that compressibility of most other main mantle phases increases with water content. In addition, from the refinement of the crystal structures of both hydrous and dry diopside and comparison with the structure of Ca-Tschermak’s pyroxene it was possible to see the influence of protonation of oxygen atoms. Because of the contrasting effect of water on the equation of state of olivine and of pyroxenes in the upper mantle, detecting water from observations of seismic velocities alone is probably nearly impossible.

Water permeability of plant cells measured by pressure probes: effects of light and turgor, and the role of unstirred layers (2008)

Yangmin Kim

The dissertation focuses (i) on an analysis of effects of unstirred layers (USLs) during measurements of water permeability (hydraulic conductivity) at the level of single cells, during measurements with the cell pressure probe (CPP) and (ii) on the use of the latter technique to investigate changes in water permeability of leaf cells in response to light. Internodes of the giant green alga Chara corallina and parenchyma cells of corn leaves were used in the studies. Besides the water, the CPP has been employed to study solute flows across cell membranes. This allowed evaluating the role of different types of USLs. In response to claims, recently raised by Tyree et al. (2005) that USLs play a significant or even dominating role in measurements of transport coefficients with the cell pressure probe, a rigorous re-examination of effects of USLs with Chara internodes has been performed indicating a minor role of USLs. For the first time, responses of cell water relations to light have been worked in some detail. Light effects have been separated from those of turgor in intact tissue cells by compensating for transpiration. At low light (LL) intensity (100 to 650 micromol m-2 s-1), hydraulic conductivity of a cell (cell Lp) increased with increasing light intensity by a factor of 2 to 6 in 10 min. However, at high light (HL) intensities of 800 and 1800 micromol m-2 s-1, there was a decline of cell Lp with increasing light intensity at constant cell turgor by factors of 14 and 35, respectively. The effects of LL refer to literature data of overall measurements of the leaf conductances (Kleaf). Decreases of Kleaf at HL have not yet been separated for effects of turgor or light intensity, respectively (as done here). The responses to HL were most likely caused by an oxidative gating of water channels (aquaporins; AQPs), as indicated by the fact that (i) application of reactive oxygen species (ROS) resulted in responses similar to those of HL and (ii) HL effects could be reversed in the presence of the antioxidant glutathione. For the first time, the data indicate an interaction between water relations and light intensity/photosynthesis, which is most likely related to changes in the redox status of leaves.

Vulnerability to Drought Risk and Famine: Local Responses and External Interventions among the Afar of Ethiopia, a study on the Aghini Pastoral Community (2008)

Ali Hassen Muhaba

In East African countries drought-related famine has been a number one risk. Ethiopia is among those countries that are repeatedly stricken by recurrent famine. Agricultural and pastoral households have increasingly become vulnerable to famine. The successive Ethiopian governments attributed the recurring famine and hunger to natural events, particularly to droughts. However, though drought triggers famines, it does not necessarily lead to famine disaster in every context. This is the current tone of literature in disaster causation. Each famine has its own specific causes in each context and this requires exploring the causal factors thereof. This study in the Afar region, in north-east Ethiopia, attempts to explain the root causes of vulnerability to famine, and assess the local and external responses. The central argument of the research is that pastoralists’ vulnerability to famine and food crisis has increased overtime because of the complex interplay of multiple factors such as environmental or ecological degradation, socio-economic destabilization, and political processes. It is also stated that despite efforts of internal and external actors, vulnerability of the pastoral groups to famine has increased over time. In that respect the study attempts to explain how these factors have led to an increase of vulnerability and livelihood insecurity among the Afar pastoralists. Three specific arguments are addressed through analyzing both secondary and primary data. These are: The Afar pastoralists’ vulnerability to famine has increased over the past decades because of the combined effects of drought, ecological crisis and external pressures (encroachments, loss of key pastoral resources, violent conflict and political instability). Pastoral households/communities are currently less able to cope with stresses through their traditional coping and adaptive strategies. Consequently, pastoral households/communities have become more dependent on public transfer (food aid) to cope with recurring food crisis. The empirical research used both qualitative and quantitative data in addressing the basic research questions. The outline of the research is structured to suit an approach of presenting discussions at macro and micro levels. An assessment of factors both, at macro (regional/national) and micro (community) levels, is made on the basis of secondary and primary data respectively. Accordingly, factors related to ecological degradation, socio-political processes and recurrent droughts, etc. are examined. The extent of these problems at the macro level is assessed mainly based on secondary data, while the magnitude of these problems at micro (community) level is assessed on the basis of primary data gathered through a household survey, and individual and focus group interviews. Based on the analyses of both primary and secondary data the research attempts to answer the question why the Afar pastoralists’ vulnerability to famine has increased over time and how the local and external actors have responded to recurring famine. The search for explanations of vulnerability to famine focuses on highlighting the interplay of multiple causal factors at different levels within historical socio-political and economic processes overlapping with ecological crisis and recurrent drought. Accordingly the research highlights the major factors that have created vulnerability to famine. These include: External pressures which include state intervention, land alienation, encroachment by cultivators, loss of dry season/drought retreats, curtailment of mobility and unfavourable terms of trade. Stresses which include frequent drought, conflicts, political instability, weakening mutual support systems, lack of trust in formal government institutions due to non-participatory, lack of commitment, patron-client relationship, and corruption. Ecological/environmental crises which are reflected in terms of loss of key pastoral resources (grass, natural fodder vegetation, and water). The conclusion of the research is that famine and the increase of vulnerability are not primarily the consequences of drought, but of external domination and uneven development. This suggests that the genesis of food crisis (famine) must be understood as an interaction of institutional, economic and political variables. Natural events like droughts don’t necessarily lead to famine in all contexts. It is only when livelihood assets are eroded, opportunities are constrained and people are not well-prepared that the consequences of natural events develop into famine or food crisis. This suggests that production or yield failures caused by drought do not become famines unless other conditions are propitious. Therefore, the current approach in social science research with regard to disaster causation is to look at the interrelationship between natural risks and social vulnerability.

Vogelgemeinschaften in südecuadorianischen Bergregenwäldern unterschiedlicher Struktur (2008)

Detlev Paulsch

Im Rahmen der DFG-Forschergruppe 402 (Funktionalität in einem tropischen Bergregenwald Südecuadors: Diversität, dynamische Prozesse und Nutzungspotentiale unter ökosystemaren Gesichtspunkten) wurden die Vogelgemeinschaften verschiedener Strukturtypen des Bergregenwaldes im Gebiet der Estación Científica San Francisco (ECSF) im Süden Ecuadors untersucht. Durch Punkt-Stop-Beobachtungen, Netzfänge und Zufallsbeobachtungen wurden in einem Höhenbereich zwischen 1800m und 3150m N.N. die vorkommenden Vogelarten inventarisiert sowie Artenreichtum und Diversität der Vogelgemeinschaften der von PAULSCH, A. (2002) klassifizierten Waldstrukturtypen untersucht. Anschließend wurden funktionale Zusammenhänge zwischen dem Vorkommen ausgewählter Vogelarten und strukturellen Parametern der Vegetation näher betrachtet sowie Zusammensetzung und Diversität der Vogelgemeinschaften ungestörter und anthropogen beeinflusster Waldstrukturtypen vergleichend untersucht. Insgesamt konnten im Untersuchungsgebiet 227 Vogelarten nachgewiesen werden. Die wichtigsten Nahrungsgilden wurden durch die Insectivoren (100 Arten), Frugivoren (57) und Nectarivoren (35) gebildet, wobei mit 29 Arten eine gegenüber anderen Untersuchungen deutlich höhere Zahl an Kolibris (Trochilidae) anzutreffen war. Durch das azonale Vorkommen eines durch Purdiaea nutans (Cyrillaceae) geprägten Waldtyps wurde in der Höhenstufe zwischen 2150m und 2650m N.N. im Untersuchungsgebiet eine andere Vogelgemeinschaft angetroffen als in vergleichbaren Gebieten. Ein Vergleich der Vogelgemeinschaften der Waldstrukturtypen ergab die höchsten Mittelwerte des Artenreichtums im ‚Anthropogen beeinflussten Schluchtwald tieferer Lagen’ und am ‚Waldrand tieferer Lagen’. Mehr als ein Drittel der durch Punkt-Stop-Beobachtungen und Netzfänge nachgewiesenen Vogelarten kamen in einer Meereshöhe zwischen 1900m und 2000m N.N. vor. In diesem Bereich sind im Untersuchungsgebiet anthropogen beeinflusste Waldtypen sowie verschiedene Sukzessionsstadien anzutreffen, welche auch die beiden oben genannten Strukturtypen charakterisieren. Wie die Aufenthaltspräferenzen der Vogelarten zeigen, ist der hohe Artenreichtum in diesem Höhenbereich vor allem auf typische Waldrandarten und auf die Überlappung der Habitate von Waldarten mit denen der Arten offenerer Bereiche zurückzuführen. Für den anthropogen beeinflussten Schluchtwald und die Waldränder wurden mit 41,5 und 34 auch die höchsten Diversitätswerte (Fisher’s Alpha) berechnet. Die Abschätzung des potentiellen Artenreichtums (Chao1, ACE) ergab, dass in fast allen Waldstrukturtypen über 80% der Vogelarten nachgewiesen werden konnten. Die Ergebnisse der hier vorliegenden Untersuchung bestätigen somit die immense Artenvielfalt im Gebiet der ECSF, wie sie auch schon für andere Gruppen aus Fauna und Flora beschrieben wurde. Hinsichtlich der Habitatpräferenzen bzw. Höhenamplituden konnten für verschiedene Vogelarten Abweichungen gegenüber den Literaturangaben gefunden werden. Dies ist auf den noch immer recht geringen Kenntnisstand über die Avifauna der ecuadorianischen Bergregenwälder zurückzuführen. Für die Vogelarten verschiedener Familien konnten im Laufe der Untersuchung bestimmte Aufenthaltspräferenzen bezüglich Meereshöhe und Habitat gefunden werden, welche sich allerdings nicht mit strukturellen Vegetationsparametern begründen ließen. Es wurden aber auch 12 Vogelarten nachgewiesen, die als Kennarten für einen bestimmten Waldstrukturtyp gelten können. Für fünf dieser Arten konnten zudem funktionale Zusammenhänge zwischen ihrem Vorkommen im Untersuchungsgebiet und strukturellen Parametern der Vegetation im jeweiligen Waldstrukturtyp gefunden werden. Eine vergleichende Untersuchung der Vogelgemeinschaften entlang eines Gradienten menschlicher Einflussnahme (‚Primärer Schluchtwald tieferer Lagen’ - ‚Anthropogen beeinflusster Schluchtwald tieferer Lagen’ - ‚Reste von Schluchtwald tieferer Lagen’) zeigte den höchsten Artenreichtum und die größte Alpha-Diversität im anthropogen beeinflussten Schluchtwald. Die Anzahl typischer Waldarten nahm entlang des Gradienten ab, wogegen diejenige der typischen Waldrandarten bzw. Arten der halboffenen Habitate anstieg. Innerhalb der Nahrungsgilden zeigte sich eine Abnahme der Artenzahl entlang des Gradienten für die Insectivoren des Unterwuchses, die großen Frugivoren und die Omnivoren, während die Zahl der Granivoren zunahm. Die größte Zahl der Nectarivoren war, vermutlich aufgrund der großen Anzahl an Nahrungspflanzen, im anthropogen beeinflussten Schluchtwald anzutreffen. Vor allem der Rückgang typischer Waldarten unter zunehmendem anthropogenem Einfluss belegt die Wichtigkeit von Schutzmaßnahmen für große Flächen ungestörten Regenwaldes. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund der extrem hohen Entwaldungsrate in den Bergregenwäldern Ecuadors und der gleichzeitig enorm hohen Biodiversität in diesen Gebieten, wie sie auch in dieser Untersuchung gezeigt werden konnte.

Untersuchungen zum Verhalten von hochgequollenen lyotropen Phasen mit Calcium-, Magnesium- und Natriumdodecylsulfat (2008)

Amelie Sabine Zapf

Calciumdodecylsulfat (CDS) besitzt einen Krafftpunkt von 50°C und ist deshalb bei Raumtemperatur in Wasser als Tensid völlig inaktiv. Mit Cotensiden wie Hexanol oder Oktanol wird aber die kritische Mizellbildungskonzentration unter die Löslichkeit von CDS gedrückt, so dass quellende lyotrope lamellare Phasen gebildet werden. Das Phasenverhalten der Systeme aus CDS/Wasser mit Hexanol bis Dekanol wurde im hochverdünnten Bereich bei 25°C ermittelt. Alle Mehrphasengebiete konnten nach der Phasenregel richtig eingeordnet werden. So wurde nachgewiesen, dass die als L3m bezeichnete isotrope Phase eine zweiphasige "stabile" Dispersion von lamellaren Fragmenten in der wässrigen L1-Phase ist. Genau untersucht wurden die mit Heptanol bis Dekanol erhältlichen Schillerphasen. Es wurde festgestellt, dass diese Phasen stark durch den Restgehalt von Elektrolyt im Tensid verschoben werden können. Der Weg zur optimalen Ermittlung der Schillerphasen wird aufgezeigt. Das Cotensidkonzentrationsfenster der Existenz von Schillerphasen wird mit steigender Kettenlänge des Cotensids drastisch enger. Beim Dekanolsystem ist dabei die Grenze mit einer Cotensidtoleranz von nur noch etwa 0,2% erreicht. Die Schillerphasen sind stark temperaturabhängig. Sie existieren beim Dekanolsystem nur zwischen 23 und 32-37°C, je nach Tensidgehalt. Nach Hitze-/Kälteschock erfolgt Rückbildung erst nach etwa einem Monat. Während bei Heptanol, Oktanol, Nonanol und Dekanol Farben gefunden werden, aus denen auf gewöhnliche Lamellendicken geschlossen werden kann, weisen die Farberscheinungen beim Dekanolsystem bei Salzzusatz scheinbar auf Lamellen doppelter Dicke hin. Der "ungewöhnliche Effekt" tritt hier erstmals auf. Beim Ersatz des CDS durch Magnesiumdodecylsulfat (MDS) wurde zwar ein analoges Phasenverhalten wie beim CDS-System erhalten. Mit Heptanol als Cotensid werden bei etwa der doppelten als aufgrund der Lamellendicken erwarteten Konzentration Schillerphasen mit leuchtend roten Farben gefunden, die allerdings nur kurze Zeit stabil bleiben. Wegen der schnellen Effekte wurde eine Methode entwickelt, mit der die UV-vis-Peakposition aus photographischen Aufnahmen über die RGB-Werte genau ermittelt werden kann. Durch Salzzusatz wird das Verschwinden der transienten Farben stark verlangsamt. Zwischen verdünnten und kondensierten La-Phasen liegt eine Mischungslücke, die sich mit sinkender Cotensidkettenlänge schließt. Bei Hexanol ist der Grenzfall erreicht: ein enger Einphasenkanal existiert bei 23-33°C. Die Mischungslücke entsteht im Wesentlichen durch die Wechselwirkung aus Undulationsabstoßung und van der Waals-Attraktion. Da L3-Phasen in ionischen Systemen ohne Öl nicht erwartet werden, wurden Neutronenstreumessungen und elektronenmikroskopische Untersuchungen durchgeführt, die die L3-Struktur klar bestätigten. Die Peakpositionen von lamellarer und benachbarter L3-Phase sind aber nur wenig gegeneinander verschoben. Aus den Neutronenstreudaten wurden für die L3-Phasen stets um 15-35% höhere Lamellendicken als für die entsprechenden lamellaren Phasen ermittelt. Es wird eine sichere Methode angegeben, die ungeeichte 16 m-Messung automatisch an die geeichte 4 m-Messung anzupassen. Zudem wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Messungen bei verschiedenen Detektorweiten automatisch zweidimensional aufgetragen und ausgewertet werden können. Mit Dekanol wird bei 25°C keine L3-Phase mehr gefunden. Im Natriumdodecylsulfat (SDS)/Oktanol/Wasser-System kann die Coulombwechselwirkung durch NaCl-Zusatz verringert werden, so dass ebenfalls Schillerphasen entstehen. Die Farben passen wieder nur zu Lamellen doppelter Dicke, die Farben bleiben hier aber wochenlang erhalten, bis sich wieder die gewöhnliche lamellare Phase bildet. Das Quellungsverhalten der lamellaren und der transienten Phasen kann durch UV-vis-Spektroskopie untersucht werden. In Küvetten mit einer Schichtdicke unter 2 mm sind die Phasen so stark wandorientiert, dass Licht nahezu ausschließlich in Rückwärtsrichtung gestreut wird. Sowohl die gewöhnliche lamellare Phase als auch die neue transiente Phase zeigen in allen Fällen Quellungsverhalten proportional zum Volumenbruch des Tensids. Bei den Systemen CDS/Dekanol/NaCl/Wasser, MDS/SDS/Heptanol/Wasser und SDS/NaCl/Oktanol/Wasser sind sogar die Peaks beider Phasen gleichzeitig vorhanden. Der transiente Peak verschwindet, der kurzwellige stationäre Peak bleibt erhalten. Die transienten Farben können nach dem Verschwinden durch geeignete Scherung wiederhergestellt werden. Die elektrische Leitfähigkeit der transienten Phasen liegt deutlich über der der gewöhnlichen lamellaren Phasen. Daraus wird geschlossen, dass die transiente Phase aus einer hochgeordneten monodispersen Vesikeldispersion besteht. Die Ordnungsbildung erfolgt durch hydrodynamische Wechselwirkung unmittelbar nach dem Abschalten der Scherung. Geringe Coulomb- und Undulationskräfte können die Rückbildung der planaren lamellaren Phase verzögern.

Thermal adaptation in butterflies: patterns, significance and mechanisms (2008)

Isabell Karl

Temperature is one of the most important ecological factors affecting biological organization directly and indirectly on nearly all spatial and temporal scales. As in nature organisms are often faced with variation in mean temperatures as well as in temperature extremes, they have to adapt plastically and/or genetically to their respective environmental conditions or will otherwise risk extinction. Using the Copper butterfly Lycaena tityrus as model organism, this study focuses on the patterns, significance and mechanisms of thermal adaptation in ectotherms on three main issues: (1) the mechanistic basis of the temperature-size rule (TSR), (2) altitudinal patterns potentially related to thermal performance and (3) the genetic background of such variation. Following the TSR (being bigger at colder rearing temperatures) in L. tityrus is mainly caused by two different components: a behavioural and a physiological one. During the prolonged development at colder temperatures, larvae showed an increased food intake, a lower assimilation, but a higher efficiency in converting the ingested food into body matter (chapter 5). Sexual differences in body mass, however, were caused by another mechanism. The males’ higher growth rates are evidently combined by a higher daily food consumption, while total food consumption and assimilation was higher in females. And, in contrast to temperature-induced variation in body size, sexes did not differ in the efficiency of converting ingested food into body matter. In addition to such phenotypic patterns, a contribution of directional selection on traits related to fitness is inferred from clinal variation in such traits, and analyzing such variation has consequently become a key element in investigating adaptive evolution. In L. tityrus, altitudinal variation in life-history traits, temperature-stress resistance and flight performance (chapter 6.1), but also in the expression of heat-shock proteins (chapter 6.2), is present. While longer developmental times in high-altitude populations can be explained by a change in voltinism, reduced heat resistance and plasticity in the expression of heat-shock proteins, but increased cold resistance and flight duration across a range of ambient temperatures demonstrate local adaptations to regional climates. Furthermore, by rearing butterflies in both studies at different temperatures, environmentally-induced plasticity is demonstrated to be as important as genetic factors in mediating adaptive responses. Consequently both sources of variation need to be considered when trying to predict responses to short- (such as particularly hot or cold days / nights) or long-term temperature variation (such as global warming). Finally, this thesis also deals with answering the genetic background of such altitudinal variation. Butterflies from L. tityrus populations varying in altitude are clearly separated into an alpine (high-altitude) and a non-alpine (low-altitude) cluster (chapter 7.1). This geographic differentiation is primarily caused by variation at one single locus, the PGI locus, with one homozygote genotype, PGI-2-2, dominating in all alpine populations, while low-altitude populations show much more heterogeneous distributions with many heterozygotes. Interestingly, the genotype dominating in high-altitude populations (PGI 2-2) exhibited the shortest chill-coma recovery times compared to all other genotypes, and also shows intermediate to long development times, thus showing characters typical of high-altitude populations (chapter 7.2). These findings support the notion that the PGI locus is involved in thermal adaptation in L. tityrus and possibly other arthropods.

The Top-Dog Index: A New Measurement for the Demand Consistency of the Size Distribution in Pre-Pack Orders for a Fashion Discounter with Many Small Branches (2008)

Sascha Kurz Jörg Rambau Jörg Schlüchtermann Rainer Wolf

We propose the new Top-Dog-Index, a measure for the branch-dependent historic deviation of the supply data of apparel sizes from the sales data of a fashion discounter. A common approach is to estimate demand for sizes directly from the sales data. This approach may yield information for the demand for sizes if aggregated over all branches and products. However, as we will show in a real-world business case, this direct approach is in general not capable to provide information about each branchs individual demand for sizes: the supply per branch is so small that either the number of sales is statistically too small for a good estimate (early measurement) or there will be too much unsatisfied demand neglected in the sales data (late measurement). Moreover, in our real-world data we could not verify any of the demand distribution assumptions suggested in the literature. Our approach cannot estimate the demand for sizes directly. It can, however, individually measure for each branch the scarcest and the amplest sizes, aggregated over all products. This measurement can iteratively be used to adapt the size distributions in the pre-pack orders for the future. A real-world blind study shows the potential of this distribution free heuristic optimization approach: The gross yield measured in percent of gross value was almost one percentage point higher in the test-group branches than in the control-group branches.

The Rosensweig instability in isotropic magnetic gels (2008)

Stefan Bohlius

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der nichtlinearen theoretischen Analyse der Rosensweig Instabilität in isotropen magnetischen Gelen. Die Rosensweig Instabilität beschreibt den Übergang einer zunächst flachen Oberfläche zwischen einer magnetischen Flüssigkeit zu einer hexagonal geordneten Stacheloberfläche, sobald ein senkrecht zur flachen Oberfläche angelegtes homogenes Magnetfeld einen bestimmten kritischen Wert überschreitet. Startet man den Vernetzungsprozess in einer Mischung aus Polymeren, Vernetzungsreagenzien und einem Ferrofluid, so erhält man ein isotropes Ferrogel, ein elastisches Medium, welches zusätzlich superparamagnetisches Verhalten aufweist. Theoretisch lässt sich zeigen, dass auch die Oberfläche dieser Medien in einem angelegten Magnetfeld instabil wird, wobei die typische Wellenlänge im Vergleich zu gewöhnlichen Ferrofluiden unverändert bleibt, während die kritische Magnetfeldstärke mit wachsendem elastischen Schermodul steigt. Besondere Aufmerksamkeit kommt in der Diskussion dem stationären Charakter der Rosensweig Instabilität zu. Dieser ist, wie sich herausstellt, als ein Grenzprozess zu interpretieren, bei welchem die Dynamik der charakteristischen Mode mit Annäherung an die Schwelle immer stärker verlangsamt wird und schließlich zu einem statischen Oberflächenmuster führt. Der Grund für dieses Grenzverhalten ist in der deformierbaren Oberfläche und im Besonderen in der daraus resultierenden kinematischen Randbedingung zu sehen. Unter Anwendung der Energiemethode nach Gailitis, wird die Oberflächenenergiedichte bezüglich regulärer Streifen, Quadrate und Hexagone minimiert. Es zeigt sich, dass am Einsatz der Instabilität Hexagone das energetisch favorisierte Oberflächenmuster sind. Für hohe Magnetfeldstärken hingegen bilden Quadrate die bevorzugte Anordnung. Die Energiemethode hat jedoch bedeutende Nachteile, die als Motivation für eine schwach nichtlineare Analyse der fundamentalen hydrodynamischen Gleichungen und der Herleitung einer Amplitudengleichung dienen. Ganz besondere Beachtung verdient dabei die Bestimmung des adjungierten Systems für die Rosensweig Instabilität. Dieses ist zur Befriedigung der Fredholmschen Alternative, die wiederum die Amplitudengleichungen liefert, von zentraler Bedeutung. Zur Herleitung der adjungierten Gleichungen und der dazugehörigen Randbedingungen wird die Erkenntnis aus der Diskussion der linearen Instabilität, dass das System als dynamisch zu betrachten und der statische Grenzfall erst am Ende zu vollziehen ist, benutzt. Des weiteren stellt es sich als wichtig heraus, die Gleichungen zunächst für ein kompressibles Medium zu adjungieren und ebenfalls erst am Ende die Näherung für inkompressible Medien zu bestimmen. Das adjungierte System wird ebenfalls für die Marangoni Instabilität bestimmt. Dort induzieren Temperaturfluktuationen an der Oberfläche eines Fluids Fluktuationen der Oberflächenspannung, die wiederum Konvektion hervorrufen. Mit Hilfe der Lösungen des adjungierten Systems lassen sich nun die Lösbarkeitsbedingungen in der zweiten und dritten Störungsordnung erfüllen und man erhält letztlich die Amplitudengleichung. Im Rahmen unser Näherungen entkoppeln die hydrodynamischen Volumengleichungen von denen des Magnetfeldes. Allerdings müssen die Lösungen auch noch den Randbedingungen genügen und im Besonderen ist die normale Randbedingungen in den höheren Ordnungen nicht trivial erfüllt. Vielmehr liefert sie noch eine zusätzliche Bedingung zur Fredholmschen Alternative. In der Arbeit wird zum ersten Mal der quadratische Koeffizient aus den fundamentalen hydrodynamischen Gleichungen abgeleitet. Dieser garantiert zum einen die Existenz von Hexagonen, zum anderen das Auftreten einer transkritischen Bifurkation. Beides sind experimentell bestätigte Eigenschaften der Rosensweig Instabilität. Zum anderen enthält die Amplitudengleichung für Ferrogele eine zweifache Zeitableitung. Die linearisierte Amplitudengleichung nimmt im Fall der Ferrogele die Gestalt eines gedämpften harmonischen Oszillators an. Im Fall der Rosensweig Instabilität in Ferroflüssigkeiten, deren zugehörige Amplitudengleichung ebenfalls bestimmt wird, tritt diese zweifache Zeitableitung nicht auf. Die Rosensweig Instabilität ist im Rahmen unserer Näherungen rein oberflächengetriebenen. Das motiviert die Frage, inwieweit dünne magnetische Filme oder Membranen instabil werden können. Diese Frage wird in dieser Arbeit ebenfalls diskutiert. Beschränkt man sich in einer linearen Stabilitätsanalyse auf den symmetrischen Fall, das heißt der isotrope Ferrogelfilm ist auf beiden Seiten vom gleichen Medium umgeben, so findet man, dass der Film linear nicht instabil werden kann. Eine Instabilität zeigt sich nur im Fall von anisotropen magnetischen Gelen oder im Fall eines magnetischen Kontrastes zwischen den beiden umgebenden Medien.

The Effect of Zr-Doping and Crystallite Size on the Mechanical Properties of TiO2 Rutile and Anatase (2008)

Eva Susanne Holbig

TiO2 is an important technological material, used as white pigment, as wide band gap semiconductor in electrochemical dye solar cells, for photocatalysis and in photochemical energy-conversion processes. The most abundant phases are rutile, anatase and brookite. In addition, there are a number of metastable low density modifications. The compression behavior of anatase and rutile was studied for TiO2 and Ti0.9Zr0.1O2 starting materials with crystallite size in the micro- and also nanometer range. Quenched samples of rutile, anatase and high pressure polymorphs synthesized at up to 10 GPa adopt 10 mol% ZrO2, Zr-doped TiO2 starting materials therefore have the composition Ti0.9Zr0.1O2. Compression experiments were carried out in the diamond anvil cell and samples were characterized by in-situ X-ray diffraction, X-ray absorption and Raman spectroscopic measurements. A sol-gel route was developed for the synthesis of nanoscale anatase Tix:Zr1-xO2 with x=0.90 and 1.0, which was annealed at 1000°C to microscale rutile. In hydrothermal experiments, nanoscale anatase Ti0.9Zr0.1O2 was used as starting material for the synthesis of microscale Zr-doped anatase. Neither the incorporation of Zr nor the decrease of crystallite size to the nanometer range modifies the bulk modulus of rutile. These results are different from those of anatase, where a decreasse of crystallite size and doping with Zr leads to an increase of the bulk modulus. Second order EoS fits (K0’=4) resulted in a bulk modulus of microscale anatase of K0=178 GPa and K0=179 GPa. The nanoscale counterpart shows much higher values of K0=237 GPa and K0=243 GPa. In this study, it was found that microscale anatase Ti0.90Zr0.10O2 has K0=195 GPa, which is comparable to undoped material. Largest values were found for nanoscale anatase Ti0.90Zr0.10O2 with K0=258 GPa. Zr-doping thus reduces the compressibility of nanoanatase, even though ZrO2 polymorphs are more compressible than the corresponding TiO2 forms. For the Zr-doped nanoanatase, XRD analysis showed a significant change in compression behavior at pressures 4 GPa, suggested as a consequence of deviatoric stresses during experimental compression of the nanoscale material. Computations on supercells with different distances of neighboring Zr-atoms suggested cluster formation of Zr in the (Ti,Zr)O2 anatase. The resulting structural distortions can further augment the change in compression behavior. Zr-doped nanoanatase becomes stiffer upon multiple compression cycles. While the bulk modulus of the first compression was 211 GPa, after the sample was decompressed, the second compression showed a bulk modulus of 249 GPa. We suggest that partial pressure induced amorphization plays an important role for the observed stiffening. Anatase and rutile TiO2 transform to the MI phase upon compression. The transition pressure increases with a decreasing crystallite size from 12 GPa for microscale material to 18 GPa for crystallite size of 12 nm. For anatase, smaller particles transform to an amorphous phase at pressures of 20–24 GPa. Zr-doping does not seem to vary the transformation pressure. Ab-initio all-electron density functional electronic structure simulations on the ground state energetics of the TiO2 phases rutile, anatase, brookite, TiO2II and MI-phase were performed using the projector augmented wave and the linear augmented plane wave methods along with local density approximation (LDA) and two types of generalized gradient approximations (GGA), using the formulations by Perdew, Bunge and Enzerhoff, referred to as PBE, and by Wu and Cohen, reffered to as WC. The zero pressure volumes are predicted smaller by <3% in LDA computations and larger by 8 and 0.4% in PBE and WC computations. The stable structure at 0 GPa is baddeleyite for LDA computations and anatase for GGA computations, contradicting experimental results that determine rutile as the most stable phase. Rutile appears to have the highest energy in LDA computations and intermediate energy in GGA computations.

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