Klima und Wetter üben einen tief greifenden Einfluss auf die menschliche Gesundheit aus. Die prognostizierten Folgen des Klimawandels haben Forschung auf diesem Gebiet in den Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses gerückt. Bis zum jetzigen Zeitpunkt konnten verschiedene Studien einen Zusammenhang zwischen atmosphärischen Zuständen und Mortalität aufzeigen. Jedoch bezieht sich der Großteil dieser Forschung auf die Industrieländer der Mittelbreiten und Erkenntnisse aus solchen Arbeiten erlauben nur wenige Schlussfolgerungen über die Beziehung zwischen Atmosphäre und Gesundheit in tropischen Entwicklungsländern. Das vorrangige Ziel dieser Arbeit war es, das Verständnis über atmosphärische Einflüsse auf Sterblichkeit in Bangladesch, einem tropischen Land mit niedrigen sozioökonomischen Standards und starken Urbanisierungsprozessen, zu erweitern. Zentralen Bestandteil der Arbeit bilden umfangreiche Analysen zu atmosphärischen Einflüssen auf Mortalität mittels verschiedener Generalisierter Linearer und Additiver Modelle. Im Allgemeinen zeigt die Studie einen starken Zusammenhang zwischen atmosphärischen Zuständen und Mortalität auf. Mittel- bis langfristige saisonale Effekte ebenso wie unmittelbarere kurz- bis mittelfristige thermische Effekte wurden verdeutlicht. Trotz des tropischen Klimas wurde eine ausgeprägte Übersterblichkeit im Winter und bei niedrigen Temperaturen beobachtet. Dennoch wurde in einigen Fällen ein sekundäres Sommermaximum und ein Anstieg der Mortalität bei erhöhten Temperaturen gefunden. Insbesondere Gesamt- und kardiovaskuläre Mortaliät in Städten zeigte einen starken und lang andauernden Anstieg in Folge von Hitze. Ebenso waren Bevölkerungsgruppen über 65 Jahren stark von hitzebedingter Mortalität betroffen. Intensiven Urbanisierungstendenzen, die Alterung der Gesellschaft, die Zunahme kardiovaskulärer Erkrankungen sowie der Anstieg der Temperatur in Folge des Klimawandels legen nahe, dass schädlichen Hitzeeffekte in Zukunft zunehmen werden. / Climate and weather have profound effects on human health. With the projected consequences of climate change, research on the health-atmosphere relationship has increasingly been brought into the focus of scientific attention. To date, several studies have established a relationship between atmospheric short- or long -term conditions and human mortality. Nevertheless, the majority of scientific evidence refers to industrialised countries located in the mid-latitudes. The insights gained from these studies permit few conclusions to be drawn about the atmosphere-health relationship in tropical developing countries. The primary objective of this thesis was to advance our understanding of atmospheric effects on mortality in Bangladesh, a tropical country with low socio-economic status and strong urbanisation processes. An extensive analysis of atmospheric short- and long-term effects on mortality was conducted using various generalised linear and additive models. Generally, this thesis revealed a strong association between atmospheric conditions and mortality. Mid- to long-term seasonal effects were demonstrated as well as more immediate short- to mid-term thermal effects. Despite the tropical climate associated with constantly high temperatures, a strong dominance of winter and cold-related excess mortality was observed. Nevertheless, a secondary summer maximum and an increase in mortality with elevated temperatures were observed for several strata. In particular, all-cause and cardiovascular mortality in urban areas was found to be subject to intense and long-lasting heat effects. Likewise, the elderly population above 65 years was subject to heat-related mortality. Given the strong urbanisation trends, the ageing of populations, the increase in cardiovascular diseases, and the projected consequences of climate change adverse heat effects are likely to become more prevalent in Bangladesh and other developing countries.

Das Jungmoränenland südlich Berlins stellt ein Mosaik aus ausgedehnten Schmelzwasserabflussbahnen und inselartig daraus aufragenden Platten dar. Teile des Großreliefs wurden bereits saalezeitlich angelegt. Der weichselzeitliche Eisvorstoß beeinflusste relativ schwach den Untergrund und hinterließ einen meist geringmächtigen, lückenhaften Till. Das jüngste Inlandeis wirkte vor allem über die Schmelzwässer. Es bildeten sich zahlreiche Glaziale Rinnen und mächtige Vorschütt- und Sandersande. Die lückenhaft ausgebildete Brandenburger Eisrandlage markiert nicht das weiteste Vordringen des weichselzeitlichen Inlandeises. Der Maximalvorstoß stieß 2 bis 12 km weiter nach Süden vor. Östlich von Luckenwalde erreichte er den Südrand des Baruther Urstromtales. Dem Maximalvorstoß wird im Baruther Urstromtal die älteste von vier Abflussphasen zugeordnet. Dem Ältesten Baruther Urstrom folgte der Ältere Urstrom, der die Brandenburger Eisrandlage entwässerte. Der Jüngere und der Jüngste Baruther Urstrom führten die Schmelzwässer ab, die beim Zurückschmelzen des Eises von der Brandenburger Eisrandlage anfielen. Zwischen denen einzelnen Abflussphasen erfolgte kein Trockenfallen des Urstromtales. Deutliche Terrassenkanten fehlen innerhalb der Urstromtalungen. Die Entwicklung der Abflussbahnen nördlich des Baruther Urstromtales verlief, vom Unterspreewald ausgehend, in drei Hauptphasen mit den aufeinanderfolgenden Abflusszielen Beelitz (?), Potsdam und Berlin. Es existiert keine Rückzugsstaffel nördlich der Brandenburger Eisrandlage. Die Spree hat im Unterspreewald vier Gerinnebettgenerationen ausgebildet. Braided river-Strukturen, Großmäander, Kleinmäander und das rezente Anastomosieren folgten seit dem Weichselspätglazial aufeinander. Die Spree floss vom Unterspreewald immer nach Osten und nie nach Nordwesten ab. Die Ursache dieses Umweges wird im späten Durchbruch der Spree durch den Lausitzer Grenzwall gesehen, so dass die Aufwehung von Dünen den kürzeren Weg in das Berliner Urstromtal blockierte. / The young moraine area to the south of Berlin is a patchwork of elongated meltwater streamways with raised island-like quarternary plateaus. Parts of the relief were already formed during the Saalian ice age. The ice advance in the Weichselian ice age only affected the subsoil relatively weakly and left behind a mostly modest and incomplete till. The most recent glacier had its greatest effect with its meltwaters. Many subglacial channels and massive proglacial sands were formed. The incompletely formed Brandenburg ice stage doesn't mark the furthest extent of the Weichselian glacier. The maximum reach advanced a further 2 to 12 km to the south. To the east of Luckenwalde, the glacier reached as far as the southern edge of the Baruth ice marginal valley. The maximum ice advance has been connected with the oldest of four drainage phases in the Baruth ice marginal valley. The oldest Baruth Urstrom followed the older urstrom which drained the Brandenburg ice stage. The younger and youngest Baruth Urstrom drained off the meltwater resulting from the thawing back of the ice at the Brandenburg ice stage. Between the individual drainage phases, the ice marginal valley didn't dry out. There are no clearly defined terraced steps within all meltwater streamways. The development of the meltwater streamways to the north of the Baruth ice marginal valley proceeded, starting from the Unterspreewald area, in three main phases with consecutive drainage destinations, Beelitz (?), Potsdam and Berlin. No more recent ice stages exist to the north of the Brandenburg ice stage. The Spree River has formed four generations of river bed types in the Unterspreewald area. Braided river structures, large and small palaeomeanders and the surviving anastomosing riverbed have followed consecutively since the late Weichselian ice age. The Spree River always flowed from the Unterspreewald area to the east and never to the north-west. The reason for this diversion is deemed to be the late breaching of Lausitzer Grenzwall by the Spree River. The shorter route north-westward to the Berlin ice marginal valley was blocked by the formation of dunes.

In den letzten Jahren finden die prägendsten Stadtentwicklungsprozesse in Mexiko-Stadt ausschließlich in der Peripherie statt. Heutzutage leben hier 90% der Gesamtbevölkerung (Sobrino 2004). Seit dem Ende des letzten Jahrtausends ist in der Metropole eine polyzentrische Entwicklung zu beobachten, was sich in einer Bevölkerungsabnahme im Stadtzentrum ausdrückt, ohne dass das Bevölkerungswachstum insgesamt innehält. Damit bestätigt sich hier das hochaktuelle Modell einer Stadt-Region, welches sich durch eine ungleichmäßige Ausdehnung und diffuse Urbanisation (Delgado 2008) charakterisieren lässt. Diese schließt auch weiter außerhalb gelegene Regionen mit ein, die gleichzeitig ländlichen und städtisch Merkmalen aufweisen. Es ist eine noch nicht gelöste Aufgabe, den Bedarf nach städtischen Wohnungen zu decken. Dazu wurde der Immobilienmarkt den privaten Finanzmärkten überlassen, und gleichzeitig beendete der Staat die öffentlichen Wohnungsbaumaßnahmen und erleichterte den Zugang zu privaten Krediten, was den Weg zur Immobilienspekulation öffnete. Die Möglichkeit Sozialwohnungen als Wohneigentum zu erwerben ist, wie alle sozialen Garantien der Vergangenheit, im Strudel neoliberaler Politik verschwunden, die ganz Mexiko ergriffen hat. Ixtapaluca liegt in der östlichen Peripherie Mexiko-Stadts und ist eine der am meisten von der Immobilienspekulation betroffenem Regionen, die Ende der neunziger Jahre begonnenen hat. Seither wurden hier mehrere Megawohnungsbauprojekte umgesetzt, die somit in der weitentferntesten Peripherie von Mexiko-Stadt liegen. Bei der hier stattfindende “Massenproduktion” von Wohnraum für die untere Mittelklasse ergeben sich wesentliche Vorteile für die dahinterstehenden privaten Bauunternehmen: die Lage der Baugrundstücke in suburbanen ländlichen Gebieten verringert den Bodenpreis; da es keine staatliche Regelungen gibt, kann minderwertiges Baumaterial verwendet werden, weshalb diese Bauprojekte sichere Gewinne garantieren - wenn auch nicht für die Käufer der Wohnungen. Für die angesprochene Bevölkerungsschicht stellen die “Unidades Habitacionales” die einzige Möglichkeit dar, eigenes Wohneigentum für die Familie zu erwerben. Die dahinterstehende Verkaufsstrategie profitiert von einer Illusion: dem Mythos des Eigenheims mit tiefgründiger Bedeutung in der mexikanischen Kultur. Die Konsequenzen dieses Urbanisierungsmodels sind vielschichtig. Sie reichen von der Ebene der Metropole über die lokale Ebene bis hin zum Privaten. Über Interviews mit Betroffenen nähert sich diese Arbeit den Personen an, die bereits Wohneigentum in den “Unidades Habitacionales“ in Ixtapaluca und Umgebung erworben haben. Darüber soll eine Reflexion des Lebens in den Familien nach dem Immobilienkauf stattfinden. Mittels detaillierter Aufschlüsselung der täglichen Routinen war es möglich, Schemata für das Zeitbudget der Betroffenen herauszuarbeiten und diejenigen Aktivitäten zu erkennen, die das Familienleben in der neuen Wohnumgebung prägen. Resultierend aus der Wohnlage wird das nun notwendige Pendeln zum Arbeitsplatz zur zeitfressendsten Aktivität. So wird der Traum vom Wohneigentum zum Albtraum, da der tägliche Weg zum Arbeitsplatz angesichts der extrem schlechten Verkehrs-Infrastruktur immer komplizierter wird. Dafür müssen täglich bis zu drei bis fünf Stunden aufgewendet werden, die für andere wichtige “Aktivitäten” wie das Familienleben, Essenspausen oder Ruhephasen fehlen. / It has been Mexico City’s periphery, currently home to more than 90% of the city’s total population (Sobrino, 2004), which has played the leading role in the urban processes of the past years. Since the end of the last millenium the city has become polycentric and sustained a loss of inhabitants in central areas. However, it has continued to grow and the present model would suggest the formation of a City-Region (Región Centro de México), whose excentric expansion and diffuse urbanization (Delgado, 2008) integrates outlying territories of an ambiguous nature, displaying rural as well as urban characteristics. While providing urban housing continues to be an unsolved problem and with a real estate market that has been surrendered to private capital, the State has cancelled its housing policy and facilitated access to loans, which has paved the way for real estate speculation. Like all the social guarantees of the past, access to housing has been reduced to a neoliberal model, which now prevails throughout the state of Mexico. Ixtapaluca, situated on Mexico City’s eastern periphery, is one of the municipalities in the metropolitan area most affected by such real estate speculation, which started in the late 1990s. Since then, several large-scale housing projects have been constructed in areas most removed from the center: in the municipalities on the conurbation’s outer periphery. Such a model of mass production for the working classes presents several advantages for private construction companies: the fact that the housing complexes are situated in periurban agricultural areas means prices for land are low; at the same time, the total lack of state regulation make it possible to use building materials of inferior quality. Most importantly, such projects are a guaranteed investment, but not for the people who buy the houses. For them, these housing projects are the only option to have a place of their own, of acquiring a family home and family fortune. The marketing strategies used to sell them disguise an illusion: the myth of the privately owned house a theme of great cultural relevance in Mexico, the perfect trap. There are various consequences of this model are played out on several levels: from the metropolitan to the local to the individual. Basing this study on personal interviews made it possible to get as close as possible to the inhabitants and to map the impact on their family life of purchasing a home in one of the Housing Projects of the region (Ixtapaluca, Chalco). By means of a detailed list of daily routine activities, it was possible to schematize and visualize the families’ time-budget as well as to identify those activities for which people use most of their time after moving into the new house. As these new settlements are situated on the periphery, commuting to and from work becomes one of the most time-consuming activities. Because of this, the dream of the family home turns into a nightmare: getting to the workplace becomes more complicated (inadequate public transport) and takes up between three and five hours every day, which means that there is less time for other fundamental activities like resting, meals and family life.

Trockengebiete, die etwa 40% der globalen Landoberfläche abdecken, Lebensgrundlage für 2 Millionen Menschen bilden, einzigarte Biodiversität enthalten und wichtige Ökosystemdienstleistungen bereitstellen, sind beträchtlichem Druck durch Landnutzungs- und Klimawandel ausgesetzt. Die räumlichen Muster dieser Landnutzungsänderungen sowie deren Ursachen sind jedoch nur in Ansätzen verstanden. Fernerkundung kann Veränderungen großräumig beobachten, aber Methoden fehlen, um diese Veränderungen, die graduell und abrupt (z.B. Feuer) auftreten können, abzuleiten. Die Ziele dieser Dissertation waren die Entwicklung fernerkundlicher Methoden, um verschiedene Landnutzungsänderungen in mediterranen Ökosystemen zu quantifizieren und um den Einfluss verschiedener Landnutzungsprozesse auf das Feuerregime besser zu verstehen. Die griechische Insel Kreta wurde als Untersuchungsgebiet gewählt. Zuerst wurden basierend auf Trendanalysen von Landsatzeitreihen verschiedene Vegetationsmaße verglichen. Demnach führen einfache Vegetationsmaße zu ähnlich guten Ergebnissen und ermöglichen eine effiziente Beobachtung großer Gebiete. Anschließend wurden Veränderungstrajektorien abgeleitet, um graduelle und abrupte Prozesse zu unterscheiden und um zu analysieren, wie Landnutzungssysteme und Feuerregime sich auf Kreta ausgewirkt haben. Mittels einer statistischen Modellierung wurde der relative Einfluss von Landnutzungsprozessen auf das Feuerregime quantifiziert. Die Ergebnisse zeigten ein komplexes Muster von graduellen Vegetationsveränderungen und Feuern und deuten darauf hin, dass Feuer hauptsächlich vom Beweidungssystem abhängt. Feuer traten häufig am Fuße der Berge auf, wohingegen in den Berggebieten Vegetationszunahme vorherrscht. Die statistische Modellierung bestätigte, dass Extensivierung und Klima die Hauptursachen des kretischen Feuerregimes sind. So ist zu vermuten, dass sich das ehemals durch Brennmaterial limitierte Feuerregime zu einem trockenheitsgetriebenen entwickeln wird. / Drylands cover about 41% of the earth’s surface, sustain the livelihoods of 2 billion people, harbor unique biodiversity and provide important ecosystem services, but land use and climate change exert considerable pressure on these ecosystems. However, pattern and drivers of land use change are weakly understood. Remote sensing can monitor these changes for large areas but methods to detect both gradual and abrupt events like fires are missing. The main objectives of this thesis were to develop remote sensing based methods to better quantify the impact of land use change on fire-prone Mediterranean ecosystems, and to apply these methods to better understand the influence of different land use processes on fire regimes. The island of Crete (Greece) served as study region where diverging land use transformation are extensive, fires are frequent and environmental gradients are large. First, the trade-off between different vegetation estimates when using Landsat-based trend analyses was quantified. The results suggested that simple vegetation estimates perform equally well and thus, allow for effective mapping of large areas. Second, a trajectory change detection approach was applied to separate gradual changes from abrupt events and to answer the question how land use systems and fire regimes have affected Crete’s rangelands. Statistical modeling was then used to quantify the relative importance of land use processes in driving the fire regime. The results show that vegetation changes resulted in complex pattern of gradual changes and fires likewise. The fire regime appeared to be mainly driven by changing grazing systems. Fires were frequent in foothills whereas mountains showed increasing vegetation as a result of land abandonment. The statistical modeling confirmed that land extensification and climate are the primary drivers of fire regimes on Crete. The results suggest that the former fuel-limited fire regime will likely shift towards a drought-driven fire regime.

In dieser Arbeit werden Berechnungen zur klimatischen Sensitivität der Eiskappe von Devon Island (Nunavut, Kanada) durchgeführt, die auf einem mit Wärmesummen arbeitenden Massenbilanzmodell basieren. Wichtigste Datenbasis für die Modellrechnungen sind dabei höhenabhängige Massenbilanzreihen der Devon-Eiskappe sowie tägliche Klimadaten der WMO-Station Resolute Bay. Durch die Bestimmung geeigneter Modellparameter (Temperaturgradienten, Wärmesummenkoeffizienten) ist es möglich, das mittlere Massenbilanzprofil gut zu simulieren. Das auf diese Weise kalibrierte Modell kann dann – als einfache Alternative zu Energiebilanzmodellen – zur Berechnung der Sensitivität der Massenbilanz auf Veränderungen von Temperatur und Niederschlag genutzt werden. Anwendungen des Modells verdeutlichen, dass die Massenbilanz der Devon-Eiskappe stark abhängig von der Entwicklung der Sommertemperaturen und die klimatische Sensitivität im Vergleich mit anderen Eismassen aus feuchteren Klimaten sehr klein ist. Die Einbeziehung der saisonalen Abhängigkeit der Massenbilanz kann schließlich helfen, eine mit Schwierigkeiten verbundene Rekonstruktion der jährlichen Massenbilanz zu verbessern. / In this study, a degree-day approach is used to carry out model simulations to determine the climatic sensitivity of the mass balance of the Devon Island ice cap (Nunavut, Canada). The most important data the model is fed by are a 38 yr long series of specific mass balance data and daily air temperature data from the WMO station Resolute Bay. By determining suitable model parameters (temperature lapse rates, degree-day coefficients) it is possible to simulate the mean mass balance profile convincingly. As a simple alternative to energy balance models, the calibrated degree-day model can then be used to determine the sensitivity of the mass balance to changes in temperature and precipitation. Results show that the mass balance of the Devon Ice Cap is strongly dependent on the summer temperatures and that the overall climatic sensitivity is small compared to those of other ice masses in more humid regions. The reconstruction of the mass balance series is attended with difficulties, but can be improved by including the mass balance''s seasonal sensitivity.

In der vorliegenden Dissertation wird die Bedeutung nahräumlich praktizierter Freizeitwege für Bewohner in zehn Untersuchungsgebieten im Berliner Umland untersucht. Im Zentrum der Analyse steht dabei die Identifizierung der diese Bedeutung verursachenden Erklärungsfaktoren, wobei als theoretische Zugänge zum einen der Rational Choice-Ansatz, zum anderen der Lebensstilansatz verwendet werden. Die durch die empirische Analyse quantitativer und qualitativer Daten erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Umlandbewohner ihre Freizeitwege zu einem erheblichen Anteil nahräumlich praktizieren. Den Hintergrund dafür bildet das im suburbanen Untersuchungsraum geringe Ausstattungsniveau mit Arbeitsstätten und Freizeiteinrichtungen, das die Bewohner vor die Herausforderung einer komplexen Alltags- und Mobilitätsorganisation stellt. Um den damit verbundenen Mobilitätsaufwand zu minimieren, versuchen die Bewohner, ihre Freizeitziele auf die im nahräumlichen Umland vorhandenen Einrichtungen zu konzentrieren, womit die Befragten ein den Annahmen des Rational Choice-Ansatzes entsprechendes nutzenmaximales Verhalten zeigen. Die nahräumliche Freizeitorientierung wird außerdem durch einen weiteren Einflussfaktor begünstigt: Die Entscheidung der Bewohner für ein im suburbanen Raum realisiertes Lebenskonzept impliziert gleichzeitig ihren Verzicht auf ein abwechslungsreiches, erlebnisorientiertes und damit mobilitätsintensives Freizeitverhalten. Insofern unterscheiden sich die Umlandbewohner wesentlich von den Bewohnern in Berlin, wie ein Vergleich mit den Ergebnissen einer ähnlichen Mobilitätsstudie für Berlin zeigt. Aus diesen Ergebnissen leitet sich die praxisrelevante Schlussfolgerung ab, den suburbanen Raum nicht länger zu vernachlässigen, sondern entsprechend den Bedürfnissen seiner Bewohner und im Interesse einer verkehrssparsamen Freizeitmobilität mit Freizeiteinrichtungen aufzuwerten. / In this dissertation the importance of leisure mobility patterns near the place of living will be examined for ten investigation areas in the hinterland of Berlin. The analysis focuses on the identification of explanations that cause this importance. The applied theoretical foundation is mainly drawn from the Rational choice theory and the lifestyle theory. The results that have been achieved by empiric analysis of quantitative and qualitative data show that people living in the hinterland mainly concentrate their leisure activities on the neighbourhood environment. The low endowment with places of work and leisure facilities in the suburban investigation areas is identified as main reason for this specific spatial orientation. Consequently, the inhabitants have to face the challenge of a complex organization of their everyday life and daily mobility. In order to minimize the necessary effort of daily mobility they try to concentrate their leisure activities on infrastructure near their place of living. In terms of time-consuming mobility management the respondents showed a most economical behaviour. This result is in accordance to the assumptions of the Rational choice theory. Furthermore, leisure activities near the place of living are influenced by another factor: People’s decision on a concept of life in the suburban area simultaneously implies their abandonment on diversified and fun-oriented leisure activities that would lead to a time-consuming leisure mobility. According to a similar study on daily mobility for Berlin, the leisure behaviour and mobility pattern of the inhabitants of the suburbs differ considerably in comparison to that of the inhabitants of the urban core. The results lead to a conclusion that might be important for practice: In the context of regional planning, the suburban area should not be neglected any longer but rather revaluated with leisure infrastructure according to its inhabitant’s needs and to a traffic saving leisure mobility.

An einer rieselfeldbürtigen Altlast werden Ausbreitungs- und Abbaumechanismen von Ammonium basierend auf hydrogeochemischen Parametern und stabilen Isotopen identifiziert und modelliert. Da das Rieselfeld seit fast 20 Jahren geschlossen ist, können auch die Dekontaminationsprozesse untersucht werden. Die Ammoniumausbreitung wird durch Kationenaustausch gesteuert, der durch Eintrag und Akkumulation von abwasserbürtigem organischem Material (OM) zusätzlich erhöht ist. Die stabilen Isotope von Ammonium und Nitrat zeigen vollständigen Abbau des reaktiv verfügbaren Ammoniums durch Nitrifikation in der aeroben Zone direkt an der Schadstoffquelle an. Das entstehende Nitrat wird abstromig durch heterotrophe Denitrifikation abgebaut. Wie die reaktive Stofftransportmodellierung zeigt, sind die am oberen Rand der Fahne im Abstrom des Rieselfeldes auftretenden erhöhten delta15N-Signaturen von Ammonium entweder auf dortige Nitrifikation oder Anammox nahe der Schadstoffquelle zurückzuführen. Das akkumulierte OM liefert durch seine Austauschwirksamkeit zusätzliches Ammonium während der Dekontaminationsphase. Andererseits ermöglicht eingelöstes DOC die Entfernung des sekundären Nitrats durch heterotrophe Denitrifikation. Sollte OM aufgebraucht werden, besteht die Gefahr der Ausbreitung von Nitrat. Sollte innerhalb der Ammoniumfahne Sulfidminerale akkumuliert worden sein, bestünde dann die Gefahr erhöhter Sulfatfrachten durch autotrophe Denitrifikation. Es kann gezeigt werden, dass mit einem reaktiven Multikomponenten-Transportmodell das Langzeitverhalten von Ammonium im Feldmaßstab besser simuliert werden kann als mit einem auf Sorptionsisothermen (Henry, Freundlich) beruhenden Transportmodell. Prognosesimulationen liefern einen deutlich längeren Dekontaminationszeitraum bei Verwendung des reaktiven Modells. Die Anwendbarkeit der Sorptionsisothermen im Feldmaßstab ist deshalb, vor allem bei der Ermittlung von Dekontaminationszeiträumen, grundsätzlich in Frage zu stellen. / Using the example of a contaminant site caused by sewage farm operation ammonium fate and attenuation are identified and modelled based upon hydrogeochemical parameters and stable isotopes. A feature of the site is the chance to investigate the decontamination processes in a contaminant source, which was closed 20 years ago. The ammonium plume migration is controlled by cation exchange, which is increased due to infiltration and accumulation of sewage based organic matter (OM). Complete nitrification of available, i.e. desorbed, ammonium in the aerobic zone directly below the sewage farm is detectable based upon stable isotopes of ammonium and nitrate. The secondary nitrate is degraded downstream the contamination source by heterotrophic denitrification. It is shown by reactive contaminant transport modelling, that increased delta15N signatures at the upper fringe of the plume downstream of the source are caused by nitrification on site or by Anammox close to the contaminant source. The exchange affecting accumulated OM cause a release of additional ammonium. On the other hand DOC dissolved from OM facilitates degradation of secondary nitrate due to heterotrophic denitrification. In the case of depleted OM the risk of nitrate migration is arising. In the case of accumulated sulphide minerals which are precipitated due to redox processes during the sewage water infiltration, there may be a risk of increased sulphate loads due to autotrophic denitrification. It can be shown that a reactive multicomponent transport model is better suited to simulate the long term migration of ammonium in field scale than a transport model based on sorption isotherms (Henry, Freundlich). With regard to the aquifer decontamination the application of the reactive transport model yields a longer future decontamination period than the simple retardation model. Hence the applicability of sorption isotherms in field scale is doubtful, especially for investigations of aquifer decontamination.

In der vorliegenden Arbeit werden die Möglichkeiten einer Nutzung thermal-infraroter Wellenlängen zur fernerkundlichen Erfassung/Quantifizierung von Bodenparametern vorgestellt. Die Studie basiert auf Bodenproben des Untersuchungsgebietes Mullewa, welches sich in einer semiariden Agrarregion im West-Australischen Weizengürtel befindet. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Bewertung des langwelligen Infrarots (LWIR), innerhalb des atmosphärischen Fensters zwischen 8 und 14 Mikrometer, bezüglich seines spektralen Potentials für die quantitative Ableitung des Ton- und Sandgehaltes sowie des Gehaltes an organischem Kohlenstoff (SOC). Zur Abschätzung der Effizienz wurden die Ergebnisse des LWIR einer Quantifizierung aus dem herkömmlich gebrauchten solar-reflektiven Wellenlängenbereichs zwischen 0,4 und 2,5 Mikrometer (VNIR-SWIR) gegenübergestellt. Mit verschiedenen Methoden der Laborspektroskopie wurden Bodenproben aus dem Untersuchungsgebiet im thermalen (Emissions-FTIR-Spektroskopie und direktional-hemisphärische Reflexions- (DHR) Spektroskopie)und im solar-reflektiven (Diffuse Reflexions-Spektroskopie) Wellenlängenbereich eingemessen und anschließend auf ihren Informationsgehalt hin untersucht. Die quantitative Modellierung der pedologischen Parameter aus den gemessenen spektralen Signaturen wurde mithilfe einer multivariaten Regressionsanalyse (Partial Least Squares Regression – PLSR) realisiert. Diese Grundlagenstudie konnte zeigen, dass die spektralen Voraussetzungen im LWIR für ein mögliches Monitoring der Bodenparameter mit thermalen Fernerkundungsdaten gegeben sind. Die Arbeit demonstriert darüber hinaus, dass für die Erfassung/Quantifizierung der Textur-Parameter (Sand- und Tongehalt) der relevante spektrale Informationsgehalt im LWIR deutlich höher ist als im VNIR-SWIR. / This study embraces the feasibility of using the thermal infrared wavelength region for future remote sensing applications to detect/quantify soil parameters. The research is based on soil samples from the semiarid agricultural area of Mullewa, located within the wheat belt of Western Australia. The main focus of this study is to assess the potential of the longwave infrared (LWIR), within the atmospheric window between 8 and 14 micrometer, to predict the content of sand, clay and organic carbon (SOC) in soils. The results are compared with predictions made with the traditionally used solar-reflective wavelength region (visible, VIS: 0.4 - 0.7 micrometer; near infrared, NIR: 0.7 - 1.1 micrometer; shortwave infrared, SWIR: 1.1 - 2.5 micrometer). Using laboratory spectroscopy, the Mullewa soil samples were measured, both in the thermal infrared (emission FTIR spectroscopy and directional hemispherical reflection (DHR) spectroscopy) and in the solar-reflective (diffuse reflection spectroscopy) wavelength region. This data was analyzed to determine the relevant content of information for the soil parameters. Multivariate regression analyses (partial least squares regression - PLSR) were used to quantitatively model the soil parameters from the spectral signatures. This basic research demonstrated that the spectral requirements in the LWIR are met for monitoring these soil parameters with thermal remote sensing instruments. Furthermore the study found that the relevant spectral information for the detection/quantification of the sand- and the clay content (textural parameters) is explicitly higher in the LWIR than in the VNIR-SWIR.

gekürzte Zweitveröffentlichung / Moorböden sind wirksame Speicher für Kohlenstoff (C) und damit bedeutend für das globale Klima. Naturnahe Moorböden mit hohen Wasserständen können beträchtliche Mengen an C akkumulieren. Durch Entwässerung verlieren sie ihre Netto-Senkenfunktion und setzen verstärkt C frei. Neben äußeren Umweltbedingungen spielt die Qualität der organischen Bodensubstanz (OBS) die entscheidende Rolle bei der C-Freisetzung aus Moorböden. Gegenwärtig fehlen allerdings detaillierte Daten, die Aussagen zur Qualität der OBS und zur potentiellen C-Freisetzung erlauben. Die vorliegende Arbeit untersucht die Qualität der OBS und das C-Freisetzungspotential ausgewählter Moorböden in Abhängigkeit von Bildungsbedingungen und Entwässerungsintensitäten mit unterschiedlichen methodischen Ansätzen. Mittels Infrarotspektroskopie konnten deutliche Unterschiede in den Absorptionsspektren zwischen Nieder- und Hochmoortorfen und zwischen unterschiedlich stark entwässerten Torfen gefunden werden. Um das C-Freisetzungspotential zu untersuchen, wurde die labile Fraktion der OBS bestimmt. Dafür wurde eine Methode zur Heißwasserextraktion organischer Böden entwickelt, die erfolgreich an Torfen unterschiedlicher Moorstandorte angewendet werden konnte. In einem weiteren Schritt wurde das Verhältnis von Gesamt-C zu OBS von Moorbodenhorizonten bestimmt. Die dabei gefundenen Abhängigkeiten von der jeweiligen Torfart und der Entwässerungsintensität belegen die Notwendigkeit für angepasste Umrechnungsfaktoren, um Fehler bei C-Bilanzierungen zu vermeiden. Außerdem wurde ein Entscheidungssystem zur Moortypenklassifikation sowie zur Berechnung der C-Speichermengen und C-Freisetzungspotentiale für Moorflächen unbekannten Typs entwickelt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit können zu einem besseren Verständnis von stofflichen Transformationen in Moorökosystemen beitragen. / Peatland soils store huge amounts of organic Carbon (C) and play a substantial role in the global climate system. Undisturbed peatlands with high water-tables accumulate significant C amounts. Through drainage, they change from C-sinks to C-sources. Beside various environmental factors, the quality of soil organic matter (SOM) strongly affects C-release out of peatland soils. Detailed data on SOM quality and potential C-release is currently missing. The present study investigates the quality of SOM and the C-release potential of selected peatland soils depending on building conditions and drainage intensities using various methodical approaches. With infrared spectroscopy, differences in absorption bands between fen and bog peats, as well as between peats under different influence of drainage could be found. The C release potential was investigated by determination of the labile fraction of SOM. For this purpose, a method for the hot-water-extraction of organic soils was developed and could successfully be applied for peats out of different sites. Additionally, organic C in relation to SOM was studied which showed clear relationships with peat types and level of drainage and demonstrates the need for an individual adaption of conversion factors when assessing C stocks. Furthermore, a decision support system for the determination of hydrogenetic mire types and the calculation of C-storages and C-release potentials of unknown peatland areas was developed. The results of the present study may contribute to a better understanding of organic matter transformation in peatlands.

Ziel dieser Dissertation ist, Wissensdefizite im Bereich der Bioirrigation von Süßwassersedimenten abzubauen. Als Untersuchungsorganismus wurde Chironomus plumosus ausgewählt weil diese weit verbreitete Larve ihre U-förmigen Röhren mit Überstandswasser durchspült und so Nahrung aus dem Wasser filtriert. Um Bioirrigation in Wohnröhren mit einem Durchmesser von ca. 1,7 mm zu untersuchen, wurden geeignete Messmethoden entwickelt, mit denen für das 4. Larvenstadium die Parameter Fließgeschwindigkeit (14,9 mm/s), Pumpzeit (33 min/h) und Pumprate (61 ml/h) gemessen wurden. Bei einer Populationsdichte von 745 Larven/m2 kann somit ein Wasservolumen äquivalent zum Volumen des Müggelsee in Berlin, innerhalb von 5 Tagen durch das Sediment gepumpt werden. Die Positronen-Emissions-Tomographie wurde für die Sedimentanalytik adaptiert und der Transport im Porenwasser analysiert. Mit den Untersuchungen wure gezeigt, dass auch in schlammigen Seesedimenten ein advektiver Transport durch Bioirrigation verursacht wird, der nicht zu vernachlässigen ist. Steigende Temperaturen resultieren aufgrund steigender Fließgeschwindigkeit in einen signifikanten Anstieg der Pumprate sowie der Eintragsrate von Überstandswasser ins Sediment. Ein abfallender Sauerstoffgehalt verlängert die Pumpzeit und führt zu einer sinkenden Fließgeschwindigkeit. Außerdem wird aus den Untersuchungen eine jahreszeitliche Variabilität der Bioirrigation sichtbar, welche unabhängig von konstanten Laborbedingungen auftritt. Mit dem Wasserstrom werden Porenwasserspezies wie SRP in den Wasserkörper abtransportiert, wohingegen SO42- und O2 aus dem Überstandswasser in das Sediment eingetragen werden. Ferner kommt es zur Oxidation von Fe2+ infolgedessen Phosphat im Sediment festgelegt wird, wie mittels P-Fraktionierung gezeigt werden konnte. Mikrobiologische Untersuchungen zeigten, dass Bioirrigation die mikrobielle Abundanz steigert, die Bakteriengemeinschaft verändert und das Potential zur enzymatischen Hydrolyse erhöht. / The aim of this thesis is to fill gaps of knowledge regarding bioirrigation in freshwater sediments. Chironomus plumosus was chosen for the investigations since the filter-feeding larva dwelling in U-shaped burrows is quite common and flushes its burrow with water from the overlying water body. To investigate bioirrigation activity in burrows of approximately 1.7 mm in diameter appropriate measurement techniques were developed. With the methods several parameters were measured for 4th stage of larvae: flow velocity (14.9 mm s-1), pumping time (33 min h-1), and pumping rate (61 ml h-1). Consequently, a water volume equivalent to the volume of Lake Müggelsee in Berlin is pumped through the sediment every 5 days by a population density of 745 larvae m-2. The nuclear medicine imaging technique Positron Emissions Tomography was adapted and used to analyze the transport in the sediment pore water. By means of the experiments, it could be shown that even in muddy lake sediments advection is a relevant transport process and should not be neglected. Rising temperatures result in increased pumping rates and increased influx rates of surface water into the sediment due to increased flow velocities in the burrows. Dropping oxygen concentrations prolong the pumping duration while the flow velocity decreases. Furthermore, experiments show a seasonal variability of bioirrigation which is independent of constant laboratory conditions. Pore water species such as SRP are transported with the water flow into the overlying water body, whereas SO42- and O2 are transported from the overlying water into the sediment. Due to the oxidation of Fe2+, phosphorus is fixed into the sediment, a result confirmed by P-fractionation. Microbiological investigations of the burrow walls demonstrated that the bioirrigation activity enhances the microbial abundance, changes the community structure, and increases the potential of enzymatic hydrolysis.