This dissertation explores the effects of pressure on the magnetic remanence of iron-nickel and iron-silicon alloys relevant to the solid inner cores of the terrestrial planets and Earth’s moon. The Earth’s inner core likely comprises mostly pure iron in a hexagonal close packed (hcp) structure. Experiments on pure iron powder and foil were carried out up to 21 GPa at room temperature. The most important conclusion from this work is that either hcp-iron is ferromagnetic or that a poorly understood, intermediate hcp phase of iron is ferromagnetic. It was also determined that the results must be corrected for magnetic shape anisotropy, which is related either to the original sample material (foil) or how the bulk sample volume changes shape due to increasing oblateness of the chamber during pressurization. Fe-Ni alloys in the face centered cubic (fcc) phase with compositions around Fe64Ni36, called Invar, exhibit near-null thermal expansion, making them useful for technological applications. Models explaining the Invar effect evoke magnetovolume effect that compensate for thermal expansion. Previous work suggested that the Curie temperature of Fe64Ni36 decreases 35 K per GPa, which predicts that around 5 GPa, Fe64Ni36 will turn paramagnetic. Our experiments on Fe64Ni36 found a marked decrease in magnetization between 5-7 GPa, consistent with former studies, but that it remains ferromagnetic until 16 GPa. The magnetic remanence of low Ni Invar alloys increases faster with pressure than for other body-centered-cubic compositions due to the higher magnetostriction of the low Ni Invar metals. Experimental results on body centered cubic (bcc) Fe-Ni alloys match well with those for pure iron-- again leading to the conclusion that either an intermediate hcp phase, or that the hcp phase itself, is ferromagnetic. The ubiquitous enhancement in magnetization under pressure, or during pressure release, of the Fe-Ni and Fe-Si alloys is associated with strain-induced martensitic effects. Finally, a defocused laser heating technique was developed to measure the Curie temperature in diamond or moissanite anvil cells. Preliminary results on titanomagnetite (Fe2.4Ti0.6O4) are broadly consistent with previous work.

In der vorliegenden Dissertation wurde am Beispiel der Biotoptypenklassifikation für ein flächenscharfes Monitoring an der Unterelbe das Potenzial zur Auswertung neuer höchst auflösender digitaler Fernerkundungsdaten untersucht. Es wurde festgestellt, dass die digitale Datenbasis in Kombination mit einer Auswertung mittels integrierter GIS- und Fernerkundungsmethoden eine weitgehend automatisierte und standardisierte Klassifikation von Biotoptypen ermöglicht. Hierbei wurden unterschiedliche Ansätze, sowohl konventionelle als auch objektorientierte Auswerteverfahren, auf verschiedene Daten in drei Untersuchungsgebieten getestet bzw. erweitert.

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Die Arbeit stellt ein Konzept zur Verwaltung von geowissenschaftlichen 3D Daten mit mobilen Datenbanksystemen vor. Es wird auf die derzeitigen Ansätze zur Modellierung geometrischer 3D-Datenmodelle und den Stand der Forschung bei 3D-Datenbanksystemen eingegangen, sowie ein Überblick existierender Ansätze und Forschungen auf dem Gebiet mobiler Datenbanken vorgestellt. Das Konzept basiert auf der Integration mobiler Datenbanken über ein Versionsmanagement im Server-Datenbanksystem. Das konzipierte Versionsmodell erlaubt eine intuitive Modellierung von Revisionen und alternativen Entwicklungen von 3D-Modellen in den Geowissenschaften. Die Repräsentation komplexer 3D-Geoobjekte im Versionsmanagement wird diskutiert und eine Umsetzung für das Datenmodell der simplizialen Komplexe beschrieben. Für die effiziente Speicherung und Verwaltung von Versionen wird ein Konzept der Versionsspeicherung über Änderungsoperationen aufgestellt. Ein weiterer Bereich der Arbeit beschäftigt sich mit der Datenbank auf den mobilen Endgeräten. Für die Optimierung auf die eingeschränkte Leistungsfähigkeit der mobilen Endgeräte werden Ansätze diskutiert und vereinzelt im Prototypen implementiert. Das Konzept des Versionsmanagements wird, basierend auf der prototypischen Implementierung der mobilen Datenbank und des Versionsmanagements des Server-Datenbanksystems, evaluiert. Die Evaluierung der Nutzbarkeit des Versionsansatzes erfolgt anhand eines Anwendungsszenarios Hangrutschungen. Die Evaluation zeigt die prinzipielle Anwendbarkeit des Ansatzes bei der Modellierung und Verwaltung geowissenschaftlicher Prozesse.

Abh. techn. Wiss. Zürich, 1995 ; Diss. ETH Nr. 11066. / Diss. ETH Nr. 11066. Literaturverz.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine 8,40 m lange Sedimentsequenz untersucht, die 2001 mittels Rammkernsonde im zentralen Beckenbereich des ehemaligen Salzigen Sees, Mansfelder Land, erbohrt wurde. Die Region des Mansfelder Landes bildet ein Bindeglied zwischen den paläolimnologisch bereits gut untersuchten Bereichen Ost- und Mitteleuropa. Ziel der Arbeit ist eine detaillierte und kontinuierliche Rekonstruktion der spätquartären Umweltgeschichte. Dabei lag der Schwerpunkt neben klimatischen Aspekten insbesondere auf Seespiegelschwankungen, Subrosionsprozessen und anthropogenen Einflüssen. Zur Rekonstruktion der Umweltgeschichte wurde ein multidiziplinärer Ansatz gewählt, der chronologische, sedimentologische, paläontologische sowie geo-, biogeo- und isotopengeochemische Methoden beinhaltete. Radiokohlenstoffdatierungen an terrestrischen und aquatischen Fossilresten sowie das Vorhandensein der Laacher See Tephra (LST) in der Sedimentsequenz belegen, dass die limnische Sedimentation im Becken des Salzigen Sees bereits vor mindestens 13800 cal. yr BP, d.h. während des Spätweichsels einsetzte. Somit begann die Seebildung fast 6000 Jahre früher als bisher angenommen. In der Frühphase der Seeentwicklung prägten klimatische Schwankungen die Sedimentation. Dabei kam es in den wärmeren Interstadialen (Bølling, Allerød) zu einer stärkeren Ausbreitung der Ostrakoden- und Molluskenfauna im See sowie zu einem Anstieg der Bioproduktion im See und seinem Einzugsgebiet. Dagegen waren die kälteren Stadiale (Älteste, Ältere, Jüngere Dryas) durch eine nur geringe Bioproduktion gekennzeichnet. Die Ausbreitung borealer Wälder und eine intensive Karbonatfällung im See während des Frühholozäns weisen auf eine generelle Klimaverbesserung hin. Gleichzeitig deutet eine Umstellung der limnischen Fauna auf einen sehr starken Anstieg des Salzgehaltes im See und damit auf verstärkte Auslaugungstätigkeit in der Region. Eine starke Zunahme der Organikgehaltes, der Rückgang des Karbonatgehaltes aufgrund von Rücklösung, sowie das Auftreten von laminierten Sedimenten während des Mittelholozäns zeigt eine weitere Klimaverbesserung, aber auch das Einstellen ein stabilen Schichtung im See an. Die aus palynologischen Untersuchungen bekannte Zunahme der Feuchtigkeit ab dem Mittelholozän bewirkte eine erneut verstärkte Auslaugung in der Region, aber auch eine erhöhte Aktivität der Zuflüsse. Dies führte zu einer mehrfachen Ausweitung der Wasserfläche des Salzigen Sees. Ein Rückgang der Organikgehalte im Sediment und die Isotopengehalte der Schnecken belegen, dass sich die Klimabedingungen zu Beginn des Spätholozäns verschlechterten. Das Auftreten meso- und oligohalophiler Ostrakoden und Veränderungen in der Biogechemie der Sedimente weisen auf insgesamt feuchtere Bedingungen hin. Der Anstieg der Korngrößen und ein verstärkter siliziklastischer Eintrag sowie die Erhöhung der Schwermetallgehalte ab dem frühen Mittelalter ist auf eine sehr starke Zunahme der Besiedlung in der Region und erhöhten anthropogenen Einfluss im Untersuchungsgebiet zurückzuführen.

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Am Beispiel potentieller, diffus bedingter Nitratgehalte im oberen Grundwasserleiter entwickelt und realisiert die vorliegende Arbeit methodische Herangehensweisen zur Ermittlung regionaler, räumlich differenzierter Kennwerte für die Empfindlichkeit des Grundwassers hinsichtlich eines vertikalen Schadstoffeintrags. Es werden Meßdaten analysiert und digitale Standortinformationen in einem Berechnungsmodell verarbeitet.Die Untersuchungen erfolgen in Stadt und Landkreis Osnabrück im Zeitraum zwischen 1983 und 1994. Neuartig ist der mögliche Vergleich zwischen Berechnungsergebnissen und gemessenen Nitratgehalten sowie die hohe räumliche Auflösung des Ansatzes. Der arithmetische Nitratmittelwert der 4595 betrachteten privaten Trinkwasserbrunnen liegt bei 40,5 mg/l und beträgt 97,1% des mittleren Gesamt-N. Die amtlichen Meßwerte sind jeweils geringer. In den sandig-kiesigen Gebieten des nördlichen Untersuchungsgebietes treten vielfach Werte von über 50 mg/l auf. Zusammengefaßt nach Wassereinzugsgebieten, sind die Nitratgehalte ähnlich, jedoch in Fließgewässern aufgrund einer möglichen vorherigen Denitrifikation generell niedriger als im Grundwasser. In einem Bilanzansatz wurden aus amtlichen Daten und Literaturwerten standortspezifische Stickstoffüberschüsse und zusammen mit Sickerwassermengen und Denitrifikationsverlusten potentielle Nitratgehalte im Sicker-und Grundwasser bestimmt. Das konzeptionelle DRASTIC-Verfahren ist hinsichtlich Aufwand und Ergebnissen mit dem Berechnungsverfahren vergleichbar. Die Stickstoffüberschüsse und die Nitratgehalte im Aquifer sind zeitlich gering variabel, stellenweise sehr hoch und mit gemessenen Werte vergleichbar. Die Differenzen variieren vielfach weniger als 25 mg/l. Nach Wassereinzugsgebieten aggregiert weisen alle ermittelten Nitratgehalte hohe Korrelationen auf. DieATKIS-Einzelflächen sind als Datengrundlage geeignet. Der einfache, vertikale Modellansatz ermöglicht zudem die Übertragung auf vergleichbare Standorte und Datensätze.

Die Umweltveränderungen durch den Menschen sind auf unserer Erde allgegenwärtig. Entwaldung und Waldschädigung beeinflussen das System Erde entscheidend, denn Wälder bieten wichtige Ökosystemleistungen und sind Kernelement der Debatte um den Klimawandel, speziell hinsichtlich der globalen Kohlenstoffbilanz. Veränderungen der Waldbedeckung zu quantifizieren ist daher von herausragendem wissenschaftlichen Interesse. Ziel dieser Arbeit ist es, Waldbedeckungsveränderungen in den Westlichen Karpaten grenzübergreifend zu bestimmen, sowie Dynamiken der Biomasse von Nadelwäldern und deren Auswirkungen auf die oberirdische Kohlenstoffspeicherung abzuleiten. Die Karpatenwälder zeichnen sich durch ein hohes Maß an Biodiversität, einen großen Holzvorrat und als wichtiger Kohlenstoffspeicher für Europa aus. Jedoch sind diese Wälder auch geprägt von einer bewegten Geschichte der Landnutzung, hoher Luftverschmutzung und einer andauernden Waldabnahme. Mittels Methoden der Fernerkundung wurden Veränderungen in der Waldbedeckung für die Jahre 1985 bis 2010 abgeleitet. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere das frühere Forstmanagement sowie die starke Luftverschmutzung zu Zeiten des Kommunismus gemeinsam die erhebliche Schädigung von Nadelwäldern bedingen. Fichtendominierte Bestände offenbaren dabei eine geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber biotischen sowie abiotischen Belastungen, z.B. Schädlingen und Extremwettersituationen. Seit 2005 verwandelten sich die Nadelwälder infolge eines weit verbreiteten Biomasseverlustes von einer Netto-Kohlenstoffsenke in eine Netto-Kohlenstoffquelle. Die Analysen betonen den Einfluss bestimmter Standortfaktoren wie Waldtyp, vorherrschende Baumart, topographische Gegebenheiten, Brennpunkte der Umweltverschmutzung, Mikroklima und deren Interaktion auf die Waldabnahme. Die Arbeit legt eine komplexe sozio-ökologische Geschichte dar und erbringt Schätzungen über die Veränderung des oberirdischen Kohlenstoffvorrates der Wälder der Westlichen Karpaten. / Human-induced environmental change is evident across the globe. Deforestation and forest degradation are among the most critical impacts of humanity on the Earth system, as forests provide crucial ecosystem services, and are a key element in the global climate change discussion, specifically considering the global carbon balance. Therefore, monitoring and quantifying forest changes are of prime scientific interest. The main goals of this thesis were to monitor forest change across country borders in the Western Carpathians, and to assess coniferous forest biomass dynamics and their impact on aboveground forest carbon storage. Generally, Carpathian forests provide outstanding biodiversity levels, high growing stocks, and an important European carbon sink. However, the Western Carpathian forests are exceptional, with a turbulent land-use history, high airborne pollution loads, and ongoing forest decline. Forest change between 1985 and 2010 was quantified using remote sensing techniques. Results show that the synergistic effect of unsustainable forest management in the past and high pollution levels during communist times significantly damaged coniferous forests. Spruce-dominated stands exhibit lower resistance against biotic and abiotic impacts, and are more susceptible to pests and extreme weather events. Widespread biomass loss since 2005 has converted coniferous forests from a net carbon sink into a net carbon source. Cross-border analysis emphasized the role of site characteristics such as forest type, predominant species, topographic conditions, pollution hotspots, microclimate, and their interactions for forest decline. Summarizing, this thesis tells a complex socio-ecological story and provides estimates of aboveground carbon stock changes in Western Carpathian forests.