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ZUSAMMENFASSUNG Die vorliegende Dissertation befasst sich mit den komplexen physikalischen und biologischen Prozessen in Flachlandflüssen, die mit der saisonalen Entwicklung submerser aquatischer Vegetation im Zusammenhang stehen. Vorrangige Ziele der durchgeführten Arbeiten waren sowohl Untersuchungen zum Einfluss elastischer submerser Vegetation auf die Struktur der turbulenten Strömung, als auch die damit verbundenen Effekte auf Transport- und Mischungsprozesse sowie mögliche Auswirkungen auf Morphodynamik und Ökologie. Erkenntnisse zur Struktur der turbulenten Strömung, die sich über Beständen submerser elastischer Vegetation entwickelt, konnten aus originären Feldexperimenten gewonnen werden. Die Resultate wurden mit der hydrodynamischen Modellierung der Entwicklung einer Mischungsschicht verglichen. Theoretische Analysen der Mischungsschicht über submerser Vegetation führten zu einer Erweitung des Modells. Dabei zeigt sich, in welcher Weise die Interaktion zwischen Strömung und Pflanzen die Entwicklung der Scherschicht und der Turbulenz beeinflusst. Die abgeleiteten theoretischen Lösungen stehen in engem Zusammenhang mit der theoretischen Beschreibung der biomechanischen Eigenschaften elastischer Vegetation. Die Dissertation beschäftigt sich vorwiegend mit Effekten der Wechselwirkung von Strömung und Bewuchs in Bezug auf eindimensionale Ansätze der Modellierung von Transport und Vermischung in Flüssen. In der Arbeit werden quantitative Ansätze zur Modellierung der longitudinalen Dispersion für einen bestimmten Typ von Vegetation vorgeschlagen, die die komplexe Struktur der Strömung bei Bewuchs berücksichtigen. Darüber hinaus wird gezeigt, wie die entwickelte Theorie zur Wechselwirkung von Strömung und Vegetation mit einem phänologischen Modell für das Wachstum der Pflanzenbiomasse gekoppelt werden kann, womit ein nahezu geschlossener Lösungsansatz für die behandelte Fragestellung vorliegt. Schlagwörter: Makrophyten, Flussströmung ,Turbulenz, longitudinale Dispersion. / SUMMARY The thesis is focused on complex physical and biological processes occurring in natural lowland streams due to the seasonal development of submerged aquatic vegetation. The primary goal of the studies was an exploration of the effects that submerged flexible vegetation sets upon turbulent flow structure, their consequences for transport and mixing processes, and implications for morphodynamics and ecology. A deeper insight into the structure of turbulent flow evolving over a patch of flexible submerged vegetation was gained completing an original field experimental study which results were examined in a context of a hydrodynamic model of the mixing layer. The model was expanded by theoretical analysis of evolution of the mixing layer over the vegetation patch yielding knowledge on how do interactions of flow and vegetation produce the velocity shear and turbulence across the flow. The obtained theoretical solutions are linked to the theoretical description of biomechanical properties for flexible buoyant vegetation. The thesis is concentrated on examining the consequences of flow – plants interactions in respect to the one-dimensional approach to the modeling of transport and mixing in rivers. In this study the longitudinal dispersion model was re-examined to account for the complex structure of flow in vegetation mosaic and possible quantitative approaches are proposed to infer the model parameters for a known type of vegetation. It was also shown how the developed theory of flow-plants interactions can be coupled with a phenological model of biomass growth providing a nearly complete approach to the problem. Keywords: macrophytes, river flow, turbulence, longitudinal dispersion.

Die Grenzen von Ressourcenabbau reichen tausende Meter über und unter die Erde. Dabei verfestigt und vertieft die Beschleunigung des Extraktivismus ungleiche Entwicklung und Ungerechtigkeiten auf der Welt. In Zentralasien bleiben Konflikte um Sozionatur in der kritischen Forschung zu Ressourcenextraktivismus und Widerstand jedoch weitgehend unterbeleuchtet. Diese Doktorarbeit leistet einen Beitrag zu der Ausweitung des Goldbergbaus in Kirgisistan und trägt zu einem räumlich umgearbeiteten, historisierenden und politisch sensiblen Verständnis des sich global ausweitenden Ressourcenextraktivismus bei. Die Arbeit präsentiert eine situierte Darstellung der multiskalaren Prozesse und Praktiken innerhalb und zwischen drei Standorten, die Kirgisistans Goldrausch ab/schaffen: die Hauptstadt Bischkek, das politische- und Verwaltungszentrum für mineralische Rohstoffe; Orlovka, ein Fall von angeblicher Kooperation; und Maidan, ein Fall von sich lange hinziehenden Auseinandersetzungen. Durch einen interdisziplinären Forschungsprozess entwickelt die Doktorarbeit einen relationalen soziomaterialen Ansatz zur Erforschung von multiskalaren extraktiven Verschränkungen der materiellen Dimensionen von Gold, seinen unterschiedlichen Bewertungen und seiner Governance. Sie mobilisiert die interdisziplinäre soziomateriale Analytik, durch ein multimethoden- Forschungsdesign, welche die miteinander verflochtenen strukturellen und historisch-geographischen Bedingungen offenbart. Dabei werden Konvergenzen im wachsenden geerdeten politischen Aktivismus gegen die globalen Strukturen des Extraktivismus, der die pluriversalen Wege zum Wohlbefinden aufkündigt zu Tage gefördert. Diese Doktorarbeit zeigt konsequent den Wert von disziplinärem und methodischem Pluralismus bei der empirischen Erforschung zum Zusammenspiel gegenseitig konstituierender Strukturen als auch von verorteter mehr-als-menschlicher Autonomie, die dem Schaffen und Abschaffen von Ressourcen und Ressourcengrenzen zugrunde liegen. / Resource frontiers extend to thousands of meters below and above the soil in pursuit of progress. Accelerating extractivism in fact entrenches uneven development and injustices across the globe. Yet, our age is not only hyper-extractive, it is also resistant: multifarious communities stand up against incessant extractivism. Socionatural struggles in Central Asia however remain unexplored in critical research on resource extractivism and resistance. Focusing on expanding gold mining in Kyrgyzstan, the given thesis contributes to spatially reworked, historicising and politically sensitive understandings of globally advancing resource extractivism. The thesis presents a grounded account of the multi-scalar processes and practices within and between three sites un/making Kyrgyzstan’s gold rush: the capital Bishkek, the centre of mineral governance; Orlovka, an alleged case of cooperation; and Maidan, a protracted case of contestation. Within an interdisciplinary research process, the thesis advances a relational sociomaterial approach for engaging the multi-scalar extractive entanglements of gold’s material dimensions, its different valuations, and its governance. Mobilising the interdisciplinary sociomaterial analytic through a multi-method research design reveals the intertwined structural and historico-geographical conditions that enact gold mining in Kyrgyzstan in an extractive state order while motivating ordinary citizens’ resistance to this order based on its emergent sociomaterialities. Unpacking embodied complexities in Orlovka and Maidan unearths convergences in surging grounded political activism against the global structures of extractivism that forecloses pluriversal paths to well-being. This thesis demonstrates the value of disciplinary and methodological pluralism in rendering visible the interplay of mutually constitutive structures and situated more-than-human agency that undergirds the making and unmaking of resources and resource frontiers.

Der Bodenschutz in städtischen Ballungsräumen wie Berlin hat die Ziele, den Flächenverbrauch zu minimieren und noch vorhandene Bodenfunktionen zu sichern. Vor diesem Hintergrund ist eine Neufassung eines überregional und allgemein anwendbaren großmaßstäbigen Bewertungssystems erforderlich, das die Wiederherstellung von Bodenfunktionen und die Aspekte des vorsorgenden Bodenschutzes in Planungs- und Zulassungsverfahren in Großstädten verstärkt berücksichtigen muss. Um dieses Bewertungssystem für Stadtböden zu entwickeln, werden hier die Bewertungsmethoden von Verfahren in Berlin, Hamburg und München auf ausgewählten Testflächen in der Stadt Berlin angewendet, durch Erstellung der Bodenfunktionskarten bei großmaßstäbigen Bewertung verglichen und unter fachlichen Gesichtspunkten in einer strukturierten Weise im Rahmen des Vergleichs überprüft. Die fachlichen Merkmale von untersuchten Bewertungsmethoden auf der Basis der gewonnenen Erkenntnisse und Bewertungsergebnisse werden hergeleitet und das Bewertungsverfahren für Stadtböden mit seinem Inhalt entwickelt. Für die Anpassung dieses vorgeschlagenen Verfahrens an Berliner Böden zu einem räumlichen Planungsfall wird hier eine Methode zur aggregierten Gesamtbewertung dieser Böden hinsichtlich ihrer bewerteten Boden(teil)funktionen erarbeitet. Abschließend lässt sich sagen, dass das vorgeschlagene großmaßstäbige Bewertungsverfahren, das für die Anwendung im großen Maßstabsbereich (>_ 1: 10.000) konzipiert, hinsichtlich der Ergebnisse, die für den Einsatz im Bodenschutz und in der Planungspraxis für Großstädte abgeleitet werden, dem Planungsträger Empfehlungen als „Entscheidungsgrundlage“, insbesondere für planerische Fragestellungen - ob ein Standort mit seinen Böden mehr oder weniger schützenswert ist, liefern kann. / The soil conservation in urban agglomerations such as Berlin aims to minimize the consumption of land and to preserve existing services and functions. It is against this background that a revision of nationwide and commonly applicable large scale evaluation systems is required, which will take greater account of the restoration of soil functions and aspects of preventing soil conservation within planning and approval procedures. In order to develop an evaluation system for soil functioning in urban areas, the valuation methods of different procedures in Berlin, Hamburg and Munich have been practically applied, through the preparation of soil maps for large scale evaluation compared and reviewed with regard to technical aspects in a structured manner in the context of the comparison. The technical characteristics of the assessed evaluation methods are derived based on the knowledge gained from this study and the evaluation system for urban soils is developed in a content oriented manner. A method of overall aggregate assessment of soils relating to their (sub) functions was developed for the adaptation of the proposed procedure to soils of Berlin to a spatial planning purpose. In conclusion, the proposed assessment procedures, which are designed for use on the scale of 1:10,000 or larger, based on the results, which are derived for the application in soil conservation and planning in big cities, serve the purpose of supporting cities and their development bodies as “planning recommendations”, especially for planning issues such as, making a decision, if the soils found at one specific location are of higher conservational value than the soils found at another location.

Die Arktis erwärmt sich mehr als 3x so schnell wie der globale Durchschnitt, was zu Permafrostdegradation führt. Permafrostdegradation führt zu einer Absenkung des Bodens mit erheblichen Veränderungen der Landoberfläche (VdL), die tiefgreifende ökologische Folgen haben und Infrastruktur-Stabilität bedrohen. Fernerkundungsdaten ermöglichen die Erkundung von VdL und Störungen in weiten Regionen. Erste Anzeichen von Permafrostdegradation zu detektieren, bleibt jedoch eine Herausforderung auf Grund ihrer kleinen räumlichen Skalen und hohen zeitlichen Variabilität. Die zunehmende Verfügbarkeit hochauflösender Bilddaten erfordert zudem nachhaltige Ansätze für deren effiziente Verarbeitung. Auch ist es wichtig, die Anfälligkeit von Infrastruktur im Kontext dieser VdL und die potenziellen ökologischen Folgen im Falle eines Infrastruktur-Versagens zu verstehen. Meine Dissertation widmete sich diesen Herausforderungen am Beispiel Alaskas (U.S.A.). Die drei Studien hatten folgende Ziele: (i) Erkennung und Quantifizierung von VdL, im Kontext von Permafrostdegradation, unter Nutzung hochauflösender Fernerkundungsdaten und Bewertung ihrer Bedrohung für Infrastruktur und (ii) Identifizierung von Infrastrukturelementen mit entscheidender Bedeutung für die Bevölkerung Alaskas, um deren Anfälligkeit für Permafrostdegradation einschätzen zu können. Das Ergebnis sind (i) zwei skalierbare, weitgehend automatisierte, leicht zugängliche methodische Rahmen, die erfolgreich VdL und Erosionsprozesse an Seeufern erkennen und quantifizieren. Außerdem erstellte ich (ii) ein umfassendes Inventar kritischer Infrastruktur und vom Menschen beeinflusster Gebiete, das über industrielle und wirtschaftliche Bedeutung hinausgeht. Dieses Inventar beruht auf der Integration verschiedener Quellen, wodurch eine eingehende Analyse der Anfälligkeit der Infrastruktur für Permafrostdegradation und ökologischen Folgen möglich wird, die im Falle eines Versagens der Infrastruktur entstehen können. / The Arctic is warming more than 3x faster than the global average, leading to permafrost degradation. When permafrost thaws, it results in ground subsidence and causes substantial land surface changes, which have profound ecological consequences and pose a threat to infrastructure stability. Remote sensing data allows us to explore land surface changes and disturbances across regions, yet early detection of permafrost degradation remains challenging due to its small-scale occurrence and high temporal variability. Further, the increasing availability of high-resolution imagery requires a sustainable framework to efficiently process these data. Also, it is essential to understand the vulnerability of infrastructure in context of these land surface changes and the potential ecological consequences that may arise in the event of infrastructure failure. In my thesis, I addressed these challenges focusing on the U.S. state of Alaska. I conducted three studies with the objectives to (i) detecting and quantifying the trajectories of land surface changes attributed to permafrost degradation using very high-resolution remote sensing data and assessing their threat to infrastructure, and (ii) identifying infrastructure elements critical to the Alaskan population to allow an estimation of their vulnerability to permafrost degradation. As a result of my research, I developed (i) two scalable, widely automated and easily accessible frameworks that successfully detect and quantify land surface displacements and shoreline erosion processes attributed to permafrost degradation. Additionally, (ii) I have compiled a comprehensive inventory of critical infrastructure and human-impacted areas, extending beyond economic and industrial importance. I created this inventory by integrating different data sources, allowing for an in-depth analysis of infrastructure vulnerability to permafrost degradation and the ecological consequences that may arise in the event of infrastructure failure.

Das Grüne Band ist ein Biotopverbund entlang der ehemaligen innerdeutschen Grenze auf einer Gesamtlänge von 1393km. Das vorbildliche Naturschutzprojekt Grünes Band regte nicht nur die Entwicklung des Europäischen Grünen Bandes entlang des ehemaligen Eisernen Vorhangs in Europa an, sondern führte auch zu großem Interesse in Korea, die Naturschutzpolitik auf die entmilitarisierte Zone (DMZ) Koreas zu übertragen, nach einer eventuellen Vereinigung Nord- und Südkoreas. Allerdings litt Grünes Band oft unter einer Gefährdung des Naturschutzstatus und an Konflikten zwischen Akteuren, die eng mit sozialpolitischen Faktoren, z.B. dem politischen Umfeld nach der Wiedervereinigung, und mit den bestehenden ökologischen Faktoren verbunden waren. Diese Dissertation widmet sich unter Zuhilfenahme des Governance-Ansatzes den oben genannten Herausforderungen und der Untersuchung der Entwicklung des Schutzrahmens für das Grüne Band. Das Governance-Konzept ist dabei durch die Verwendung interdisziplinärer Studien grundlegend, um das sozio-ökologische System zu verstehen. Für die Forschungsarbeit wurde der Governance-Analyserahmen unter Berücksichtigung der Skalen (Biotopverbund) und des externen politischen Umfeldes (betreffender sozio-politischer Kontext) gebildet. Die von halb-strukturierten Interviews und anderen verschiedenen Quellen erhobenen Daten wurden für die Analyse verwendet. Basierend auf einem kritischen Verständnis für die Governance der Biodiversität im Grünen Band, identifiziert die Dissertation sowohl die Haupteigenschaften als auch die Erfolgsfaktoren und Herausforderungen der Governance und empfiehlt erstrebenswerte Goverance-Änderungen für den erfolgreichen Schutz des Grünen Bandes. Die Analyse-Ergebnisse stellen auch wertvolle Lektionen für den Naturschutz der DMZ Koreas dar. Als empirische Studie der Governance der Biodiversität trägt die Arbeit zum Diskurs über Skalen- und Kontext-spezifische Berücksichtigung bei der Governance der Biodiversität bei. / The German Green Belt (GB) is a 1,398km long, valuable ecological network along the former border between East and West Germany, created in late 1989 as an outcome of the Cold War. The exemplary project for the conservation of the German GB not only inspired the development of the European GB along the whole former Iron Curtain in Europe, but has also received great interest from Korea for the policy-learning applicable to the conservation of the Korean Demilitarized Zone (DMZ) after the eventual unification of North and South Korea. However, the German GB has often suffered threats to its conservation, and has witnessed conflicts among involved actors, which were closely related to social and political factors such as the post-reunification policy environment, in addition to ecological factors. The present study intends to address the above challenges as well as to understand the evolution of the conservation framework of the German Green Belt using the governance approach, since the concept of governance is instrumental in understanding a complex socio-ecological system through interdisciplinary study. The governance analysis framework for the research was formulated in specific consideration of scale (ecological network) and external policy environment (relevant socio-political context). The data collected from semi-structured interviews as well as other various sources were used for analysis. Based on a critical understanding of the German GB governance, the present study identifies the main features of its evolution and its success factors and challenges and recommends the desirable changes in the governance for the successful conservation of the German GB. The analysis results also provide useful implications for the Korean DMZ conservation. As an empirical study of biodiversity governance, the present study also contributes to the discourse on biodiversity governance, particularly on its scale- and context-specific considerations.