Ziel der Arbeit ist die Beurteilung der biochemischen Stoffwechselaktivität eines hybriden, extrakorporalen Leberunterstützungssystems während initialer therapeutischer Anwendungen. Das System basiert auf der Nutzung porciner Hepatozyten, die in einem Bioreaktor kultiviert werden. Acht Patienten in akutem Leberversagen, Komagrad III-IV, wurden unter kontinuierlicher Plasmaseparation mit dem System behandelt. Es wird ein Modell zur Bestimmung der Netto-Stoffwechselbilanz des Bioreaktors vorgestellt. Dieses Modell basiert auf der gleichzeitigen Bestimmung von Stoffkonzentrationen im Patientenplasma, gewonnen vom Patienten direkt und nach Durchfließen des Bioreaktors in bestimmten Zeitintervallen. Die Stoffwechselaktivität des Bioreaktors bezüglich der Stoffe Ammonium, Glutamin, Harnstoff, porcines Albumin, Glucose und Laktat wird dargestellt. Fünf der sieben eingesetzten Bioreaktoren nahmen kontinuierlich Ammonium auf, sechs von sieben Bioreaktoren synthetisierten Harnstoff und alle Bioreaktoren synthetisierten porcines Albumin. Die Ergebnisse zeigen, daß die Parameter Harnstoff und Ammonium am besten geeignet sind, Aussagen über die Stoffwechselaktivität der Bioreaktoren während der Therapie zu liefern. Porcines Albumin kann retrospektiv als Kontrolle der Syntheseleistung eingesetzt werden, steht aber nicht während der Therapie zur Verfügung. Die Bilanzierung von Glucose wird am stärksten durch äußere Einflußfaktoren gestört. Laktat stellt sich als ungeeignet für eine Verlaufskontrolle heraus, weil die Bioreaktoren die stark schwankenden Patientenplasmaspiegel nur unwesentlich beeinflussen konnten. / A hybrid liver support system based on porcine liver cells was investigated in patients suffering from acute liver failure, coma stage III-IV. The biochemical activity of the system during the application was studied. Patient plasma was drawn systemically and after circulation through the bioreactor system at four hour intervals. A method is introduced that takes into account the rate of plasma flow and the differences in plasma concentration systemically and after circulation through the liver support system to determine the net release or uptake of metabolites such as ammonia, urea and glucose, glutamine, porcine albumine, lactate. Urea release was seen in 6 out of 7 bioreactors at all time points during treatment. Continuous ammonia uptake was seen in 5 out of 7 bioreactors used for treatment. Porcine albumine was seen in all patients. An active role of the system in glucose metabolism was observed. Lactate levels did not yield any information on bioreactor metabolic activity. All patients were bridged successfully to liver transplantation.

Ce mémoire de maîtrise a été effectué à l'Université de Sherbrooke pour VélUS, le groupe de R&D sur le vélo. Il présente en détails le cheminement suivi pour la réalisation d'une pédale dynamométrique interchangeable et compacte pour vélo, de la problématique jusqu'à sa mise en service. La pédale dynamométrique est compatible avec la plupart des pédaliers de vélo et avec les chaussures de pédales de piste Shimano PD-6400 et de route Look CX-7. Elle mesure in situ les forces de locomotion développées par le cycliste sur elle-même et aussi sa propre position angulaire par rapport au pédalier. Le mémoire illustre d'abord le concept mécanique permettant d'effectuer les mesures: un corps d'épreuve instrumenté de jauges extensométriques et d'un encodeur optique. Il s'attarde ensuite à la conception du capteur, qui consiste à dimensionner le corps d'épreuve pour satisfaire toutes les exigences: le positionnement du pied, la résistance mécanique, la sensibilité, la masse et l'encombrement; dans ce chapitre, on développe une méthode de travail pour assurer un bon fonctionnement du capteur et pour maximiser sa sensibilité. Par la suite, le mémoire présente l'instrumentation, l'étalonnage ainsi que des mesures effectuées par la pédale dynamométrique.

Nowadays ferromagnetism is often found in potential diluted magnetic semiconductor systems. However, many authors question the origin of this ferromagnetism, i.e. if the observed ferromagnetism stems from ferromagnetic precipitates rather than from carriermediated magnetic coupling of ionic impurities, as required for a diluted magnetic semiconductor. In this thesis, this question will be answered for transition-metal implanted ZnO single crystals. Magnetic secondary phases, namely metallic Fe, Co and Ni nanocrystals, are formed inside ZnO. They are - although difficult to detect by common approaches of structural analysis - responsible for the observed ferromagnetism. Particularly Co and Ni nanocrystals are crystallographically oriented with respect to the ZnO matrix. Their structure phase transformation and corresponding evolution of magnetic properties upon annealing have been established. Finally, an approach, pre-annealing ZnO crystals at high temperature before implantation, has been demonstrated to sufficiently suppress the formation of metallic secondary phases.

During zebrafish gastrulation, highly coordinated cellular rearrangements lead to the formation of the three germ layers, ectoderm, mesoderm and endoderm. Recent studies have identified silberblick (slb/wnt11) as a key molecule that regulates gastrulation movement through a conserved pathway, which shares significant similarity with a signalling pathway that establishes epithelial planar cell polarity (PCP) in Drosophila (Heisenberg et al., 2000; Veeman et al., 2003), suggesting a role for cell polarity in regulating gastrulation movements. However, the cellular and molecular mechanisms by which slb/wnt11 functions during zebrafish gastrulation are still not fully understood. In the first part of the thesis, the three-dimensional movement and morphology of individual cells in living embryos during the course of gastrulation were recorded and analysed using high resolution confocal microscopy. It was shown that in slb/wnt11 mutant embryos, hypoblast cells within the forming germ ring display slower, less directed migratory movements at the onset of gastrulation, which are accompanied by defects in the orientation of cellular processes along the individual movement directions of these cells. The net movement direction of the cells is not changed, suggesting that slb/wnt11-mediated orientation of cellular processes serves to facilitate and stabilize cell movements during gastrulation. By using an in vitro reaggregation assay on mesendodermal cells, combined with an analysis of the endogenous expression levels and distribution of E-cadherin in zebrafish embryos at the onset of gastrulation, E-cadherin mediated adhesion was found to be a downstream mechanism regulating slb/wnt11 function during gastrulation. Interestingly, the effects of slb/wnt11 on cell adhesion appear to be dependent on Rab5-mediated endocytosis, suggesting endocytic turnover of cell-cell contacts as one possible mechanism through which slb/wnt11 mediates its effects on gastrulation movements. - Die Druckexemplare enthalten jeweils eine CD-ROM als Anlagenteil: QuickTimeMovies (ca. 23 MB)- Übersicht über Inhalte siehe Dissertation S. 92 - 93"

The establishment of transgenesisi in axolotls is crucial for studying development and regeneration, as it would allow for long-term fate tracing as well as gene expression analysis, therefore we were interested in both obtaining animals expresing the transgene with little mosaicism in F0 generation and transgenesis. We demonstrate here that plasmid injection into one cell stage axolotl embryo generates transgenic animals that display germline transmission of a transgene. However, the efficiency of simple plasmid injection is very low, expression of the transgene is mosaic and seems to be promoter dependant. We have tested several methods of transgenesis developed in other systems. First we used Adeno-Associated Viral Terminal Repeats inserted into the injected construct to enhance the expression level of the transgene and reduce mosaicism. However, in the axolotl system we do not observe the enhancement of expression. Moreover, the expression appeared to be transient and disappeared after two months. Further, we tested the effect of the inclusion of ISceI meganuclease in the injections, succesful transgenesis method in the medaka system. It resulted in a higher percentage of F0 animals displaying strong , stable expression throughout the body. This represents the first demonstration in the axolotl of germline transmission of the transgene. Using this technique we have generated a germline transgenic anima expressing GFP ubiquitously in all tissue examined. We have used this anima to study cell fate in the dirsal fin during development. We have discovered a contribution of somite cells to dorsal fin mesenchyme in the axolotl, which was previously assumed to derive solely from neural crest. We have also studied the role of blood during tail regeneration by transplanting the ventral blood-forming region from GFP+ embryos into unlabeled host. During tail regeneration, we do not observe GFP+ cells contributing to muscle or nerve, suggesting that during tail regeneration blood stem cells do not undergo significant plasticity. We are interested in characterization of pluripotency of blastema cells. Previously, it has been shown that neural progenitor cells form the spinal cord can transdifferentiate to muscle and other tissue types in the regenerating tail. To test if blastema cells have the potency of differentiating into a neural tissue , we transplanted GFP+ 4day blastema into an injured spinal cord. Our result shows that blastema cells don't seem to contribute to the regenerating spinal cord.

Mit der zunehmend künstlichen Gestaltung des menschlichen Lebensumfeldes verstärkt sich das Bedürfnis nach Aufenthalt in der Natur. Freizeit und Erholung sind dabei zunehmend von einem Drang nach Selbsterfahrung und Selbstverwirklichung geprägt. Freigabe und Genuß rücken zunehmend an die Stelle fester Formen und Regeln. In diesem Zeichen steht auch die Entwicklung immer neuer Trend- und Outdoorsportarten. Die Vielfalt der Sportarten und die stärkere Frequentierung führen zu einer stärkeren Belastung naturnaher Gebiete. Im Gegenzug schwinden weiterhin natürliche Lebensräume und mit ihren Tier- und Pflanzenarten. Noch naturnah verbliebene Lebensräume erhalten daher eine besondere Bedeutung für den Schutz von Natur und Landschaft. Gleichzeitig konzentrieren sich auf diese Freiräume Freizeit- und Erholungsaktivitäten. Sämtliche Natursportarten, einschließlich des Klettersports müssen sich daher in das Spannungsfeld von verstärkter Nutzungsintensität und begrenztem Platzangebot einordnen. Seit der Gründung des gleichnamigen Nationalparkes 1990 steht auch die Sächsische Schweiz verstärkt im Spannungsfeld von Naturschutz und Erholungsnutzung. Das landschaftlich eindrucksvolle Gebiet ist Rückzugsraum von Flora und Fauna, darunter einiger bedrohter Tier- und Pflanzenarten. Gleichzeitig gehört es zu den ältesten und bekanntesten Mittelgebirgsklettergebieten der Welt. Sowohl Bergsport als auch Naturschutz stellen Raumansprüche an die Sächsische Schweiz - Raumansprüche, die sich in ihrer Wirkungsweise wechselseitig beeinflussen. Insbesondere die bergsportliche Inanspruchnahme des Naturraumes führt zu einem raumbezogenen Nutzungskonflikt. Zur Betrachtung und Bearbeitung dieses Konfliktes ist die Geographie mit ihrer integrativen Betrachtungsweise der Landschaft als Wirkungsgefüge aus physischen, biotischen und anthropogenen Sachverhalten bevorzugt geeignet. Ziel des Nationalparkes ist es, die in Europa einmaligen naturräumlichen Eigenarten und die artenreiche Tier- und Pflanzenwelt zu bewahren sowie den ungestörten Ablauf der Naturvorgänge zu gewährleisten. Dazu ist eine Beruhigung der Lebensräume notwendig. Der Bergsport als touristische Erholungsnutzung hingegen strebt eine möglichst beschränkungsfreie Ausübung des Sports oder aber zumindest den Erhalt des Kletterns in seinem bisherigen Umfang an. Freies, uneingeschränktes Klettern in der Natur ist jedoch nur so lange möglich, wie es die Belastungsgrenzen des betreffenden Ökosystems nicht überschreitet. Da es sich bei Klettergebieten in der Regel um relativ naturnahe Räume und Rückzugsgebiete von Flora und Fauna handelt, werden hier oft schon frühzeitig Maßnahmen zum Schutz derselben eingeleitet. Dazu gehören räumliche und zeitliche Zutrittsbeschränkungen. Eine Alternative zu Sperrungen stellt die Aufstellung von Klettergebietskonzeptionen dar, die sowohl die Belange des Bergsports als auch des Naturschutzes berücksichtigen. In der Sächsischen Schweiz werden zwischen Nationalparkverwaltung und Sächsischem Bergsteigerbund seit 1996 Verhandlungen über eine Bergsportkonzeption geführt, welche die Grundlage für die zukünftige bergsportliche Nutzung des Nationalparkes darstellt. Daneben enthalten die Sächsischen Kletterregeln differenzierte Gebote für eine möglichst naturschonende Ausübung des Bergsports. Die Akzeptanz der behördlichen Einschränkungen im Rahmen der Bergsportkonzeption sowie die Einhaltung der traditionellen Sächsischen Kletterregeln sind Voraussetzung für eine Erhaltung des Klettersports in der Sächsischen Schweiz. Dazu sind Information und Weiterbildung der aktiven Kletterer notwendig. Umweltbildung als Instrument des vorsorgenden Naturschutzes kann dabei im Sinne einer verstehenden Lösungsstrategie zu freiwilligen Verhaltensänderungen und Verständnis von Zusammenhängen beitragen. Während der Arbeit erhobene Daten belegen, daß in die Kletterausbildung bereits naturschutzrelevante Themen einfließen. Allerdings existiert bisher kein umfassendes Lehrmaterial zum Thema Bergsport und Naturschutz in der Sächsischen Schweiz. Daraus resultiert möglicherweise der vielfach geäußerte Wunsch nach zusammenfassenden Informationsmaterialien. Diesem Anliegen könnte ein Umweltbildungsprogramm Bergsport und Naturschutz in der Sächsischen Schweiz gerecht werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein solches Umweltbildungsprogramm erarbeitet. Es setzt die naturräumlichen Gegebenheiten der Sächsischen Schweiz zur Art der bergsportlichen Inanspruchnahme in Beziehung, zeigt Grundlagen von Geboten der Sächsischen Kletterregeln auf und erläutert behördliche Regelungen. Einsatzfähig könnte dieses Bildungsprogramm zukünftig in der Kletterausbildung sein.

Mit der zunehmend künstlichen Gestaltung des menschlichen Lebensumfeldes verstärkt sich das Bedürfnis nach Aufenthalt in der Natur. Freizeit und Erholung sind dabei zunehmend von einem Drang nach Selbsterfahrung und Selbstverwirklichung geprägt. Freigabe und Genuß rücken zunehmend an die Stelle fester Formen und Regeln. In diesem Zeichen steht auch die Entwicklung immer neuer Trend- und Outdoorsportarten. Die Vielfalt der Sportarten und die stärkere Frequentierung führen zu einer stärkeren Belastung naturnaher Gebiete. Im Gegenzug schwinden weiterhin natürliche Lebensräume und mit ihren Tier- und Pflanzenarten. Noch naturnah verbliebene Lebensräume erhalten daher eine besondere Bedeutung für den Schutz von Natur und Landschaft. Gleichzeitig konzentrieren sich auf diese Freiräume Freizeit- und Erholungsaktivitäten. Sämtliche Natursportarten, einschließlich des Klettersports müssen sich daher in das Spannungsfeld von verstärkter Nutzungsintensität und begrenztem Platzangebot einordnen. Seit der Gründung des gleichnamigen Nationalparkes 1990 steht auch die Sächsische Schweiz verstärkt im Spannungsfeld von Naturschutz und Erholungsnutzung. Das landschaftlich eindrucksvolle Gebiet ist Rückzugsraum von Flora und Fauna, darunter einiger bedrohter Tier- und Pflanzenarten. Gleichzeitig gehört es zu den ältesten und bekanntesten Mittelgebirgsklettergebieten der Welt. Sowohl Bergsport als auch Naturschutz stellen Raumansprüche an die Sächsische Schweiz - Raumansprüche, die sich in ihrer Wirkungsweise wechselseitig beeinflussen. Insbesondere die bergsportliche Inanspruchnahme des Naturraumes führt zu einem raumbezogenen Nutzungskonflikt. Zur Betrachtung und Bearbeitung dieses Konfliktes ist die Geographie mit ihrer integrativen Betrachtungsweise der Landschaft als Wirkungsgefüge aus physischen, biotischen und anthropogenen Sachverhalten bevorzugt geeignet. Ziel des Nationalparkes ist es, die in Europa einmaligen naturräumlichen Eigenarten und die artenreiche Tier- und Pflanzenwelt zu bewahren sowie den ungestörten Ablauf der Naturvorgänge zu gewährleisten. Dazu ist eine Beruhigung der Lebensräume notwendig. Der Bergsport als touristische Erholungsnutzung hingegen strebt eine möglichst beschränkungsfreie Ausübung des Sports oder aber zumindest den Erhalt des Kletterns in seinem bisherigen Umfang an. Freies, uneingeschränktes Klettern in der Natur ist jedoch nur so lange möglich, wie es die Belastungsgrenzen des betreffenden Ökosystems nicht überschreitet. Da es sich bei Klettergebieten in der Regel um relativ naturnahe Räume und Rückzugsgebiete von Flora und Fauna handelt, werden hier oft schon frühzeitig Maßnahmen zum Schutz derselben eingeleitet. Dazu gehören räumliche und zeitliche Zutrittsbeschränkungen. Eine Alternative zu Sperrungen stellt die Aufstellung von Klettergebietskonzeptionen dar, die sowohl die Belange des Bergsports als auch des Naturschutzes berücksichtigen. In der Sächsischen Schweiz werden zwischen Nationalparkverwaltung und Sächsischem Bergsteigerbund seit 1996 Verhandlungen über eine Bergsportkonzeption geführt, welche die Grundlage für die zukünftige bergsportliche Nutzung des Nationalparkes darstellt. Daneben enthalten die Sächsischen Kletterregeln differenzierte Gebote für eine möglichst naturschonende Ausübung des Bergsports. Die Akzeptanz der behördlichen Einschränkungen im Rahmen der Bergsportkonzeption sowie die Einhaltung der traditionellen Sächsischen Kletterregeln sind Voraussetzung für eine Erhaltung des Klettersports in der Sächsischen Schweiz. Dazu sind Information und Weiterbildung der aktiven Kletterer notwendig. Umweltbildung als Instrument des vorsorgenden Naturschutzes kann dabei im Sinne einer verstehenden Lösungsstrategie zu freiwilligen Verhaltensänderungen und Verständnis von Zusammenhängen beitragen. Während der Arbeit erhobene Daten belegen, daß in die Kletterausbildung bereits naturschutzrelevante Themen einfließen. Allerdings existiert bisher kein umfassendes Lehrmaterial zum Thema Bergsport und Naturschutz in der Sächsischen Schweiz. Daraus resultiert möglicherweise der vielfach geäußerte Wunsch nach zusammenfassenden Informationsmaterialien. Diesem Anliegen könnte ein Umweltbildungsprogramm Bergsport und Naturschutz in der Sächsischen Schweiz gerecht werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein solches Umweltbildungsprogramm erarbeitet. Es setzt die naturräumlichen Gegebenheiten der Sächsischen Schweiz zur Art der bergsportlichen Inanspruchnahme in Beziehung, zeigt Grundlagen von Geboten der Sächsischen Kletterregeln auf und erläutert behördliche Regelungen. Einsatzfähig könnte dieses Bildungsprogramm zukünftig in der Kletterausbildung sein.

Over the last decades, fast urban sprawl and accelerated land use change have drastically increased the pressure on water resources of the capital Brasília and its surrounding area. The water supply of the metropolitan region of Brasília depends largely on surface water collected in reservoirs. There are increasing concerns regarding water shortages due to sediment aggradations, and of water quality due to geochemical modification of sediments from human activities. The complexity of various socio-environmental problems, such as non-point source pollution, soil erosion or silting of water reservoirs within urban catchments evoked the need for more effective and sustainable strategies to use land and water resources. Accurate identification and management of sediment source areas, however, is hampered by the lack of reliable information on the primary sources of sediment and on sediment geochemistry. The fingerprinting approach and a multivariate mixing model have been proven to be a valuable sediment source tracing technique across the globe and for various environmental settings. A multi-component methodology, including geochemical and geophysical analyses of representative sediment source and alluvial sediment samples, statistical analyses and a multivariate mixing model, was utilized to obtain the impact of different anthropogenic activities on sediment and water quality and to identify the major sources of sediments within the Lago Paranoá catchment. However, sediment source appointment and geochemical signatures of sediments in urbanized tropical regions, such as the Lago Paranoá catchment in the DF, are hampered by severe challenges; (i) the presence of various types of land use and heavy urbanized areas, (ii) large differences between sub-catchments and (iii) model structural failures in representing the sediment source contribution within urban tropical river basins. The present cumulative thesis addresses the challenges in geochemical analyses of different types of source and alluvial sediments, and in sediment source appointment for the Lago Paranoá catchment and it´s five sub-catchments. The aim of the study was to assess the distribution of chemical elements and geochemical/physical properties of potential sediment sources in the Lago Paranoá catchment. Principal component analysis and hierarchical cluster analysis were used to investigate the influence of different land use types on the geochemistry of sediments. Geochemical fingerprints of anthropogenic activities were developed based on the results of the cluster analysis grouping. The anthropogenic input of land use specific geochemical elements was examined and quantified by the calculation of enrichment factors using the local geological background as reference. The existing findings suggest a strong relationship between land use and quantifiable features of sediment geochemistry, and identified the combined effects of specific anthropogenic activities and metal enrichment in source and alluvial sediments. Through comparison of the geochemical signature of potential sediment sources and alluvial sediments of the Lago Paranoá and sub-catchments, the relative contribution of land use specific sediment sources to the sediment deposition of the main water reservoir were estimated. This assessment indicated that urban land use had the greatest responsibility for recent silting in the Lago Paranoá. In fact, one of the most challenging issues within the scope of IWRM is to quantify the contribution of sediment sources within fast urbanizing, mixed used, tropical catchments. Therefore, statistically verified composite fingerprints and a modified multivariate mixing model have been used to identify the main land use specific sources of sediment deposited in the silting zones of the Lago Paranoá, Central Brazil. Because of the great variability of urban land use types within the Lago Paranoá sub-catchments, the fingerprinting approach was additionally undertaking for the Riacho Fundo sub-catchment. This sediment source tracing technique provides valuable information on the response of the main sediment sources in a fast growing agglomeration with respect to specific land uses and human activities and allowed to examine the uncertainty in model prediction. The main contributions from individual source types (i.e. surface materials from residential areas, constructions sites, road deposited sediment, cultivated areas, pasture, farm tracks, woodland and natural gullies) varied between the whole catchment and the Riacho Fundo sub-catchment, reflecting the different proportions of land uses. The sediments deposited in the silting zones of the Lago Paranoá originate largely from urban sources (85±4%). Areas with (semi-) natural vegetation and natural gullies contribute 10±2% of the sediment yield. Agricultural sites have only a minor sediment contribution of about 5±4 % within the whole catchment. However, there is no mechanism considered to reflect seasonality in the tropics, e.g. phenological change of the vegetation between wet and dry season, or and temporal changes in land use, e.g. construction sites, which influence model estimates. Nevertheless, the study reveals that even 58 % of the land remains in (semi-) natural state, the main sediment source are urban areas. Beside the analyses of sediments, it was found that metal concentrations in surface water of the main tributaries to the Lago Paranoá are generally low, but show seasonal variability. Terrestrial inputs of metals occur during the rainy season and depend largely on the influence of urban land use. The present thesis shows the great influence of anthropogenic activities on sediment generation, and at least to some degree, on sediment associated pollution loads. It depicts region specific challenges, but also provides essential information to guide management responses towards more effective sediment source-reduction strategies. / Im Gebiet des Bundesdistrikts Brasilien ist ein erheblicher Druck auf die Wasserressourcen zu beobachten, der vorwiegend durch starkes Bevölkerungswachstum, ungeplante Suburbanisierung und Landnutzungsänderungen innerhalb der letzten Jahrzehnte ausgeübt wird. Die Wasserversorgung der jungen Hauptstadt Brasília und seiner suburbanen Räume wird im Wesentlichen durch in Stauseen gesammeltes Oberflächenwasser gewährleistet. Durch die voranschreitende Ausdehnung von urbanen und landwirtschaftlichen Flächen spielen insbesondere Sedimenteinträge in die Stauanlagen sowie sedimentgebundene Stoffbelastungen durch anthropogene Aktivitäten für die verfügbare Wasserquantität und Wasserqualität eine bedeutende Rolle. Damit verbundene negative Umweltauswirkungen sowie die daraus resultierenden sozioökonomische Konsequenzen erfordern daher dringend wirksame und nachhaltige Strategien im Land-und Wasserressourcenmanagement. Eine deutliche Minimierung der Sedimenteinträge und Stoffbelastungen in das Gewässernetz ist jedoch nur mit Kenntnis der Primärquellen von Sedimenten und der Sedimentgeochemie zu erreichen. Der "Fingerprinting"-Ansatz und der Einsatz eines "Multivariate Mixing-Modell", sind geeignete Werkzeuge um den Einfluss anthropogener Eingriffe in das landschaftsökologische Prozessgefüge der Sedimentgenerierung zu klären. Die vorliegende kumulative Dissertation zeigt dies anhand der Anwendung einer Multikomponenten-Methodik. Diese beinhaltet sowohl geochemische und geophysikalische Analysen repräsentativer Sedimentproben der Sedimentquellen und der finalen Senken (Auenbereiche und Bereiche der Zuflüsse zum Lago Paranoá) als auch umfassende statistische Analysen sowie die Anwendung eines modifizierten "Multivariate Mixing-Modells". Der Einsatzder "Fingerprinting" Methodik in urbanen Einzugsgebieten der wechselfeuchten Tropen, wie das des Lago Paranoá in Zentralbrasilien, ist jedoch mit erheblichen Herausforderungen verbunden. Das betrifft insbesondere die Heterogenität der Landnutzungstypen innerhalb einer Landnutzungsklasse (urban, landwirtschaftlich, semi-natürlich) und die Unterschiede der Landnutzungsanteile zwischen den einzelnen Teileinzugsgebieten als auch modelstruktureller Unzulänglichkeiten bei der Sedimentherkunftsberechnung für urbane Einzugsgebiete. Eine Hauptkomponentenanalyse und hierarchische Clusteranalyse wurden verwendet, um den Einfluss der verschiedenen Landnutzungstypen auf der Geochemie der Sedimente zu untersuchen. Geochemische Fingerprints verschiedener anthropogener Aktivitäten wurden auf der Grundlage der Ergebnisse der Clusteranalyse ("grouping") entwickelt. Die Berechnung von Anreicherungsfaktoren ("Enrichmentfactors") auf Basis der gemessenen Elementgehalte, mit dem lokalen geologischen Hintergrundwerten als Referenz, ermöglichte die Quantifizierung des Einflusses der verschiedenen Landnutzungen auf die Metalleinträge in die Sedimente. Die vorhandenen Ergebnisse legen nahe, dass eine direkte Beziehung zwischen Landnutzung und quantifizierbarer Merkmale der Sedimentgeochemie existiert. Ein Vergleich der geochemischen Signatur von potentiellen Sedimentquellen und mit jenen der alluvialen Sedimente unterstützt die Hypothese, dass urbane Gebiete einen beachtlichen Beitrag zur Sedimentgenerierung und letztendlich zur Sedimentablagerung in den Auen- und Zuflussbereichen des Lago Paranoá leisten. Da diese relative Betrachtung von Elementzusammensetzungen der Sedimente keine quantitativen Aussagen zur Bedeutung der einzelnen Sedimentquellen zulässt, wurden statistisch verifizierte "composite fingerprints" und ein an urbane Bedingungen modifiziertes multivariate mixing-Modell (Hybrid) entwickelt und angewendet. Die Modellberechnungen erfolgten für das gesamte Einzugsgebiet des Lago Paranoá und separat für das Riacho Fundo Teileinzugsgebiet, welches Die angepassten Modellschätzungen zeigten, dass die in den Verlandungszonen des Lago Paranoá abgelagerten Sedimente weitgehend aus urbane Räumen (85 ± 4%) generiert wurden. Dahingegen stammen nur 10 ± 2% der Sedimente aus Gebieten mit (semi-) natürlicher Vegetation, obwohl 58 % der gesamten Einzugsgebietsfläche des Lago Paranoá stets (semi-) natürliche Verhältnisse aufweist. Landwirtschaftliche Gebiete haben generell nur einen geringen Anteil von etwa 5 ± 4% am Sedimenteintrag. Die Unterschiede in den Sedimentbeträgen sowohl zwischen den verschiedenen Sedimentquelltypen als auch zwischen den einzelnen Teileinzugsgebieten scheinen maßgeblich von den Flächennutzungsanteilen (urban, landwirtschaftlich, semi-natürlich) in dem jeweiligen Teileinzugsgebiet abhängig zu sein. Trotz umfassender Probennahme, Probenanalytik, Modellanpassung und Unsicherheitsanalyse sind die Ergebnisse nur für den Beprobungszeitraum, für die analysierte Stoffgruppe (organische Stoffeinträge sind im Rahmen dieser Dissertation nicht erfasst) und für die ausgewählten Lokalitäten repräsentativ. Zeitliche Einflussgrößen wie die Saisonalität in den Tropen oder Änderungen der Landnutzung, wie z.B. temporäre Baustellen, konnten mit den hier verwendeten Methoden nicht erfasst werden. Um die hohe räumliche und zeitliche Variabilität der Sedimentdynamik und eine deutliche Minimierung der Sedimenteinträge in das Gewässernetz zu erzielen, sind demnach die Einrichtung und der Betrieb eines langfristigen Monitoring-Netzwerkes für Sedimente im Einzugsgebiet des Lago Paranoá von hoher Priorität. Die vorliegende Dissertation bringt neue Einsichten in verschiedene wichtige Aspekte der geochemischen Beeinflussung von Sedimenten durch anthropogene Aktivitäten und liefert erstmalig quantitative Aussagen zu den Sedimentquellgebieten im Einzugsgebiet des Lago Paranoá. Sie stellt regionsspezifische Herausforderungen heraus, liefert gleichzeitig aber auch wichtige Informationen zu Sedimentbelastungen und -Einträgen und damit einen wichtigen Beitrag als Entscheidungsunterstützung im Rahmen eines Sedimentmanagementplans.

Die Broschüre informiert über die Ergebnisse der Untersuchungen zu den geogenen Ursachen der Entstehung von Sauerwasser, einem der hauptsächlichen Wasserqualitätsprobleme in den Braunkohlenbergbaugebieten Nordsachsens. Das Vorhaben wurde vom LfULG gemeinsam mit Forschungspartnern von 2009 bis 2011 bearbeitet. Die angewendete Untersuchungsmethodik und die gewonnenen Erkenntnisse werden inzwischen schon in der mitteldeutschen Braunkohlenindustrie praktisch umgesetzt. Sie lassen sich auf andere in- und ausländische Kohlenreviere übertragen. Integrativer Ansatz des Vorhabens war die geochemische Charakteristik der tertiären Schichtenfolge durch die Analyse der Stoffeinträge in die Paläomoore (Braunkohlenflöze) und die geochemische Charakteristik der tertiären Zwischenmittelhorizonte und sonstiger Flözbegleitschichten. Das war die Basis für eine Paläo-Environment-Analyse. Aus der Analyse konnten die kausalen Ursachen der geochemischen Zusammensetzung der Braunkohlenbergbaukippen abgeleitet und hinsichtlich des Aciditätspotenzials aus der Pyritverwitterung für die Grundwasserversauerung (Acid Mine Drainage) quantifiziert werden.

The main goal of this thesis is the evaluation of the environmental contamination risk from the tailings materials. In order to achieve this task, hydrogeological, mineralogical, geochemical, hydrochemical, and isotope studies were conducted at the uranium tailings Schneckenstein. Four cores were taken at the tailing sites by drilling to different depths. Two borings were located in each tailing respectively. Samples were collected at an interval of 1 m. From the study, the cover layers has a coefficient of permeability of approximately 10-5 m/s, whereas for the tailings material, it ranges between 10-8 and 10-7 m/s except the last two intervals of the fourth borehole. The dry density is very low, whereas the grain density exceed 2.7 g/cm³ in almost all the materials. The total porosity is very high exceeding 30 % in almost all tailings. In addition, the infiltration rate in the tailings is low with a mean value approximately 8.8 cm/a. Muscovite and quartz dominate the mineralogy of the tailing sediments. For the analysed elements, the non residual fraction is in association with the iron and manganese oxides. Hence, the decrease of the oxygen contents in the environment will increase their solubility. Assuming an equilibrium between most of the radionuclides in the uranium chain before the ore processing and assuming that radium has not left the system e.g. as solute in water, not more than about 70 % of the total uranium content was removed during the ore processing. Also, the presence of organic matter and sulphur in the tailings material are the major factors controlling the solubility of elements in the areas. The hydrochemical model PHREEQC shows high solubility of most of elements. It also shows the change in chemical conditions between the heap materials and the tailing sediments which is characterised by a decrease of the Eh values with depth. This indicates the change of the medium to post aerobic or anaerobic conditions.