Made available in DSpace on 2016-06-02T18:55:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6017.pdf: 2285893 bytes, checksum: b3776af2797782e661198ae54e3d29e7 (MD5) Previous issue date: 2014-04-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / An important strategy to round the problem of high acidity in soil and the toxicity aluminum (Al)consequent, limiting the full sugarcane development, it is based on the use of suitable varieties to these conditions. The application of vinasse is one practical routine in sugarcane cropping. The vinasse effect as fertilizer is well known, principally by reducing the use of potassium fertilizers. However, vinasse may attenuate the toxic effects of Al in soil by formation of complexes with organic acids of low molecular weight, improving further deepening of the root system sugarcane. The aim of this work was to study tolerance of three sugarcane varieties (RB855453, RB966928 e RB867515) to Al toxicity and to assess the influence of vinasse in the expansion of the root system in dystrophic Red Yellow Oxisol with gradient of Al saturation. The experiment was carried out in the greenhouse, on an entirely randomized design, in factorial arrangement, with three replicates. Sugarcane seedling were transplanted to PVC columns (0,8 m), each column consisted of four PVC rings. The PVC rings were filled with soil samples that offered an ascending gradient of Al saturation in depth (m%= 0,7; 7,9; 40,8; 62,6). The collection of the experiment was conducted 120 days after planting and it was determined the leaf chlorophyll index (ICF), stem diameter, plant height, dry weight of shoot and stratified root system dry matter . The largest amount of total root system dry matter in soil without the supply of vinasse was obtained from the RB867515 but with vinasse application this characteristic was presented by RB867515 and RB855453. The RB867515 was considered the most tolerant to Al, however the sugarcane varieties classification order based on tolerance index has varied according to vinasse application. The shoot biometric parameters, excepted by the stem diameter, were not considered indicators to differentiate the sugarcane genotypes from the phytotoxic Al in soil, as well as the ICF could not be adopted as an indicative parameter due by this stress. There were no significant alterations in soil chemical properties, especially in reducing the levels of Al and Al saturation index 90 days after vinasse application. The vinasse effect in increasing the percentage of roots at depth of 40 to 80 cm, has been verified only by RB966928. / Uma das estratégias para contornar o problema da elevada acidez dos solos e a consequente toxidez por alumínio (Al), limitantes ao pleno desenvolvimento da cana-de-açúcar, se baseia no uso de variedades adaptadas a essas condições. A aplicação de vinhaça é uma prática rotineira no cultivo da cana-de-açúcar. Seu efeito como fertilizante é bastante conhecido, principalmente por substituir o uso de fertilizantes potássicos. Entretanto, a vinhaça pode atenuar os efeitos tóxicos do Al do solo por meio da formação de complexos com ácidos orgânicos de baixo peso molecular, proporcionando maior aprofundamento radicular da cultura da cana-de-açúcar. O objetivo do trabalho foi estudar a tolerância de três variedades de cana-de-açúcar (RB855453, RB966928 e RB867515) à toxidez por Al e avaliar a influência da vinhaça na expansão do sistema radicular em LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO Distrófico (LVAd) com gradiente de saturação por Al. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, em delineamento interiamente casualizado, com esquema fatorial e três repetições. Mudas de cana-de-açúcar foram transplantadas para colunas de PVC (0,8 m), construídas pela sobreposição de quatro anéis, preenchidos com amostras de solo que ofereceram um gradiente crescente de saturação por Al em profundidade (m% = 0,7; 7,9; 40,8; 62,6). A coleta do experimento foi realizada aos 120 dias após o plantio, determinando o índice de clorofila foliar (ICF), o diâmetro do colmo, a altura das plantas, a matéria seca da parte aérea e a matéria seca estratificada do sistema radicular. A maior quantidade de matéria seca total do sistema radicular, em solo sem o aporte de vinhaça, foi obtida pela variedade RB867515, já com aplicação de vinhaça essa caracateristica foi apresentada pelas variedades RB867515 e RB855453. A variedade RB867515 foi considerada mais tolerante ao Al, embora a ordem de classificação das variedades de cana-de-açúcar, baseada no índice de tolerância tenha variado conforme a aplicação de vinhaça. Os parâmetros biométricos da parte aérea, com exceção do diâmetro do colmo, não foram considerados bons indicadores para diferenciar os genótipos de cana-de-açúcar em relação ao Al fitotóxico no solo, assim como o índice de clorofila foliar não pôde ser adotado como um parâmetro indicativo decorrente desse estresse. Aos 90 dias após a aplicação de vinhaça não houve alterações significativas nos atributos químicos do solo, sobretudo na redução dos teores de Al e no índice de saturação por Al. O efeito da vinhaça no aumento da porcentagem de raízes, na profundidade de 40 a 80 cm, foi verificado somente para a variedade RB966928.

Esta pesquisa foi realizada com o objetivo de identificar a zona do solo de onde o K foi absorvido e acumulado na soja (safra) e nas plantas em sucessão (segunda safra: milho, braquiária e milho consorciado com a braquiária). Para tanto, utilizou o elemento rubídio (Rb) como marcador do nutriente potássio (K), o qual foi posicionado na superfície do solo, a 30 cm e 60 cm de profundidade. A contribuição relativa de as camadas do solo para a ciclagem de K será assumida como proveniente dos primeiros 30 cm de solo (Rb na superfície), de 30 cm a 60 cm (Rb a 30 cm) e de 60 cm a 90 cm de profundidade (Rb a 60 cm). Ainda, a ciclagem de K foi obtida indiretamente, a partir da recuperação de Rb, com base na hipótese de que a mesma equivale à recuperação de K do solo. O experimento foi realizado na Universidade Federal de Goiás, Regional de Jataí, no ano agrícola 2015/2016. O delineamento experimental foi em blocos casualizados, com parcelas subdivididas e quatro repetições. As parcelas constituem os sistemas de produção (soja, soja/milho, soja/braquiária e soja/milho-braquiária), e as subparcelas correspondem às profundidades onde foi posicionado o Rb (superfície do solo, 30 e 60 cm de profundidade). Na soja, a maior parte do K (60%) acumulado foi absorvida da camada superficial do solo, e nas plantas em sucessão a contribuição foi das camadas subsuperficiais, abaixo de 30 cm de profundidade (braquiária - 74%, milho-braquiária - 71% e milho - 81%). A recuperação do K reciclado da parte aérea da soja foi maior para a forrageira (84%), seguida pelo consórcio milho-braquiária (13%) e milho (2,5%). / This research was carried out to identify the soil depth from where K was absorbed and accumulated in the soybean (first season) and in the plants of succession (second season: corn, brachiaria and corn-brachiaria intercropped). In order to do so, it was used the rubidium element (Rb) as marker of potassium nutrient (K), which was positioned on the soil surface, 30 cm and 60 cm depths. The relative contribution of the soil layers to the K cycling will be assumed as the amount coming from the first 30 cm of soil (Rb at the surface), from 30 cm to 60 cm (Rb at 30 cm) and from 60 cm to 90 cm depth (Rb at 60 cm). Also, the cycling of K was obtained indirectly, from the recovery of Rb based on the hypothesis that it has equal recovery of K from the soil. The experiment was carried out at the Federal University of Goiás, Jataí Regional, in the season of 2015/2016. The experimental design was split-plot with randomized blocks and four replicates. The plots constitute the production systems (soybean, soybean/corn, soybean/brachiaria and soybean/corn-brachiaria intercropped), and the subplots correspond to the depths where the Rb was placed (soil surface, 30 and 60 cm deep). In soybean, most of the K uptake (60%) was taken from the soil surface layer, and in the plants in succession the contribution was from the subsurface layers, below 30 cm depth (brachiaria - 74%, Brachiaria-corn - 71% and corn - 81%). The recovery of recycled K of the soybean above ground was higher in the forage (84%), followed by the corn-brachiaria intercropped (13%) and corn (2.5%).

In nie dagewesener Größenordnung greift der Mensch durch die Verbrennung fossiler Energieträger und der weiträumigen Umgestaltung der Landoberfläche in die globale Umwelt ein. Klimawandel und Übernutzung natürlicher Ressourcen könnten schon in diesem Jahrhundert die Anpassungsfähigkeiten vieler ökologischer und sozialer Systeme übersteigen und somit zu Konflikten und politischer Destabilisierung führen. Vor diesem Hintergrund soll diese Studie zu einem besseren Verständnis der wichtigsten globalen Triebkräfte beitragen, die die Entwicklung der terrestrischen Biosphäre in diesem Jahrhundert prägen werden: Klimawandel und menschliche Landnutzung. Auf der Basis eines Dynamischen Globalen Vegetationsmodells werden im ersten Teil der vorliegenden Arbeit zwei große klimatische Störungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs untersucht, die innerhalb der letzten drei Jahrzehnte beobachtet wurden. Im Fordergrund steht die Frage, wie sich die Veränderungen von Temperatur-, Niederschlags- und Strahlungsbedingungen auf pflanzliche Produktivität und Zersetzungsprozesse im Boden auswirkten. Es zeigt sich, dass vermehrte Kohlenstoffspeicherung in der Landbiosphäre den überwiegenden Teil der atmosphärischen CO2 Anomalien erklärt. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der weltweit steigenden Nachfrage nach Bioenergie, die aufgrund des flächenintensiven Anbaus von Biomasse zur wichtigsten Triebkraft für zukünftige Landnutzungsänderungen werden könnte. Aus der Kombination von Vegetationsmodellierung und räumlichen Datenanalysen werden globale Bioenergiepotentiale unter Berücksichtigung verschiedener Nachhaltigkeitsanforderungen bestimmt und mögliche ökologische Auswirkungen des großräumigen Anbaus von Energiepflanzen abgeschätzt. Im Jahr 2050 könnten demnach 15-25% des weltweiten Energiebedarfs durch Bioenergie abgedeckt werden. Dafür müssten allerdings natürliche Ökosysteme in großem Umfang in Agrarland umgewandelt werden. / Human activities, primarily the combustion of fossil fuels and the global modification of the land surface, are transforming the Earth System at unprecedented scale. Climate change and the overexploitation of natural resources may soon overwhelm the adaptive capacities of many ecosystems and societies, which could lead to substantial losses in human well-being and political destabilization. In this context, it is the goal of this thesis to contribute to a better understanding of the most important global drivers that will determine the future of the land biosphere during this century: climate change and human land use. Based on a Dynamic Global Vegetation Model (DGVM), the first part of this thesis examines two large climatic disturbances of the terrestrial carbon cycle that were observed during the last three decades. These analyses focus on the effects of changes in temperature, precipitation and radiation on plant productivity and soil decomposition. Results indicate that increased carbon storage in the land biosphere explains the most part of the atmospheric CO2 anomaly. The second part of this thesis addresses the worldwide increasing demand for bioenergy that may become the most important driver of future land use change due to the large area requirements of biomass cultivation. A combination of vegetation modeling and spatial data analyses is used to assess global bioenergy potentials that consider various sustainability requirements for food security, biodiversity protection and the reduction of greenhouse gas emissions and to evaluate the environmental impacts of large-scale energy crop cultivation. The results indicate that bioenergy may provide between 15 and 25% of the global energy demand in 2050. Exploiting these potentials, however, requires the conversion of large amounts of natural vegetation into agricultural land affecting a large number of ecosystems already fragmented and degraded by land use change.

Es gibt zwei Hauptpfade, über die der Mensch die terrestrische Biosphäre verändert: 1) direkt durch Landnutzungswandel (LNW) und 2) indirekt durch Klimawandel (KW), welcher seinerseits zu Ökosystemveränderungen führt. Die vorliegende Dissertation unternimmt den Versuch, die vom Menschen über beide diese Pfade verursachten Veränderungen konsistent und quantitativ zu bestimmen. Die Analyse basiert auf einem integrierten Indikator für makro-skalige Veränderungen der biogeochemikalischen Eigenschaften und der Ökosystemstruktur. Große Verschiebungen bei diesen grundlegenden Bausteinen der Biosphäre bedeuten ein Risiko für komplexere Ökosystemeigenschaften, da sie möglicherweise lange bestehende biotische Interaktionen unterbrechen. Die Arbeit stützt sich auf Simulationen mit dem dynamischen globalen Vegetations-, Agrar- und Hydrologiemodell LPJmL, um zu bestimmen, wie biogeochemische Eigenschaften und die Ökosystemstruktur auf historischen LNW und KW reagiert haben. Für die Zukunftsprojektionen wird LPJmL mit einer großen Anzahl an Klima- und Landnutzungsszenarien angetrieben. Laut den Simulationsergebnissen haben sich schwere Ökosystemveränderungen durch LNW und KW von lediglich 0,5% um 1700 auf 25-31% der Landoberfläche heute ausgedehnt. Landnutzung war in der Vergangenheit der wichtigste anthropogene Treiber schwerer Ökosystemveränderungen. Für das 21. Jahrhundert zeigen die Ergebnisse, dass KW voraussichtlich in allen außer den ambitioniertesten Mitigationsszenarien den Platz als Haupttreiber schwerer Ökosystemveränderungen übernehmen wird. Einige Landnutzungsszenarien nehmen an, dass zukünftige Effizienzsteigerungen trotz Bevölkerungswachtum eine Verringerung der landwirtschaftlichen Fläche ermöglichen. Doch auch verminderte LNW-Auswirkungen werden wahrscheinlich nicht ausreichen, um die Zunahme von Klimafolgen zu kompensieren, so dass die vom Menschen verursachte Transformation der Biosphäre in diesem Jahrhundert wahrscheinlich unabhängig vom Szenario wachsen wird. / There are two major pathways of human interference with the terrestrial biosphere: 1) directly through land use change (LUC) and 2) indirectly through anthropogenic climate change (CC) which in turn drives ecosystem change. This dissertation presents an attempt to assess human-induced biosphere change through both these pathways in a consistent and quantitative way. The analysis is based on an integrated indicator of macro-scale changes in biogeochemical characteristics and ecosystem structure. Large shifts in these basic building blocks of the biosphere are taken to indicate a risk to more complex ecosystem properties as they potentially disrupt long-standing biotic interactions. This dissertation relies on simulations with the dynamic global vegetation, agriculture and hydrology model LPJmL to quantify how biogeochemical characteristics and ecosystem structure have responded to historical LUC and CC. For future projections LPJmL is driven by a large number of CC and LUC scenarios, using the same indicator to measure the impact on the biosphere. Simulation results show that major impacts on the biosphere from CC and LUC have expanded from merely 0.5% of the land surface in 1700 to 25-31% of the land surface today. Land use has been the main anthropogenic driver causing major ecosystem change in the past. For the future, results show that CC is expected to take over as the main anthropogenic driver of major ecosystem change during this century in all but the most ambitious climate mitigation scenarios. Despite a growing world population, some land use scenarios project that future efficiency improvements will allow for a reduction of agricultural land and hence a reduction of the impact of LUC on the terrestrial biosphere. Yet, results also show that reduced LUC impacts will likely not be able to compensate for the increase in CC impacts, and human-induced transformation of the biosphere is likely to grow during this century regardless of the considered scenario.

Der Einfluss des Menschen verändert die Erdoberfläche in gravierendem Maße. Die Anwendung von Landnutzungsmodellen ist etabliert, um derartige Prozesse zu analysieren und um Handlungsempfehlungen für Entscheidungsträger zu geben. Landnutzungsmodelle stehen unter dem Einfluss von Unsicherheiten, welche beim Interpretieren der Ergebnisse berücksichtigt werden müssen. Dennoch gibt es wenige Ansätze, die unterschiedliche Unsicherheitsquellen mit ihren Interdependenzen untersuchen und ihre Auswirkungen auf die projizierte Änderung der Landschaft analysieren. Aus diesem Grund ist das erste Ziel dieser Arbeit einen systematischen Ansatz zu entwickeln, der wesentliche Unsicherheitsquellen analysiert und ihre Fortentwicklung zur resultierenden Änderungskarte untersucht. Eine andere Herausforderung in der Landnutzungsmodellierung ist es, die Eignung von Projektionen abzuschätzen wenn keine Referenzdaten vorliegen. Bayes’sche Netze wurden als eine vielseitige Methode identifiziert, um das erste Ziel zu erreichen. Darüber hinaus wurden die Modellierungsschritte „Definition der Modellstruktur“, „Auswahl der Eingangsdaten“ und „Weiterverarbeitung der Daten“ als wesentliche Unsicherheitsquellen identifiziert. Um das zweite Ziel zu adressieren wurde eine Auswahl an Maßzahlen entwickelt. Diese quantifizieren Unsicherheit mit Hilfe einer projizierten Änderungskarte und ohne den Vergleich mit Referenzdaten. Mit diesen Maßzahlen ist es zusätzlich möglich zwischen quantitativer und räumlicher Unsicherheit zu unterscheiden. Vor allem in räumlichen Anwendungen wie der Landnutzungsmodellierung ist diese Möglichkeit wertvoll. Dennoch kann auch ein absolut sicheres Modell gleichzeitig ein falsches und nutzloses Modell sein. Deswegen wird ein Ansatz empfohlen, der die Beziehung zwischen Unsicherheit und Genauigkeit in bekannten Zeitschritten schätzt. Die entwickelten Ansätze geben wichtige Informationen um die Eignung von modellierten Entwicklungspfaden der Landnutzung zu verstehen. / Human influence has led to substantial changes to the Earth’s surface. Land change models are widely applied to analyze land change processes and to give recommendations for decision-making. Land change models are affected by uncertainties which have to be taken into account when interpreting their results. However, approaches which examine different sources of uncertainty with regard to their interdependencies and their influence on projected land change are rarely applied. The first objective of this thesis is therefore to develop a systematic approach which identifies major sources of uncertainty and the propagation to the resulting land change map. Another challenge in land change modeling is the estimation of the reliability of land change predictions when no reference data are available. Bayesian Belief Networks were identified as a useful technique to reach the first objective. Moreover, the modeling steps of “model structure definition”, “data selection” and “data preprocessing” were detected as relevant sources of uncertainty. To address the second research objective, a set of measures based on probabilities were developed. They quantify uncertainty by means of a single predicted land change map without using a reference map. It is additionally possible to differentiate uncertainty into its spatial and quantitative components by means of these measures. This is especially useful in spatial applications such as land change modeling. However, even a certain model can be wrong and therefore useless. Therefore, an approach is suggested which estimates the relationship between disagreement and uncertainty in known time steps to use this relationship in future time steps. The approaches give important information for understanding the reliability of modeled future development paths of land change.

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.

Hitzestress beeinflusst nicht nur das Wohlbefinden, sondern vor allem auch die menschliche Gesundheit. Während Hitzestress im Außenraum bereits detailliert untersucht wurde, gibt es nur wenige Studien, welche sich mit thermischen Belastungen im Innenraum befassen. Dabei hält sich die Bevölkerung der Industriestaaten im Durchschnitt durchschnittlich 90 % des Tages im Innenraum auf. Analysen der klimatischen Bedingungen im Innenraum sind essenziell, um zugrundeliegende Prozesse zu verstehen, die Auswirkungen auf den Menschen zu erfassen und passende Anpassungsstrategien entwickeln zu können. Ziel der Arbeit ist es daher, verschiedene Innenraumklimata zu untersuchen und zu bewerten. Zur Untersuchung ihrer Charakteristika wurden Räume ohne Nutzerverhalten innerhalb eines Gebäudes bemessen und analysiert. Die Ergebnisse wurden dann verwendet, um ein detailliertes Innenraummesssystem zu entwickelt und an verschiedenen Standorten in Berlin aufzubauen. Die erhobenen Daten wurden dann verwendet, um die Variabilität von Hitzestress im Innenraum zeitlich und räumlich anhand des UTCI (Universal Thermal Climate Index) zu untersuchen. Den Abschluss bilden umfangreiche Analysen zu den Einflüssen von Innenraum- und Außenraumtemperaturen auf die Mortalität mittels Generalisierter Additiver Modelle (GAM). Die Ergebnisse zeigen, dass Hitzestress im Innenraum eine ernstzunehmende Gefahr darstellt. Alle Untersuchungsräume weisen hohe thermische Belastungen auf. UTCI Werte im Innenraum schwanken innerhalb eines Gebäudes und weisen im Vergleich zum Außenraum sehr hohe Belastungswerte während der Nacht auf. Die höchsten Werte wurden in modernen Gebäuden mit großen Fensterflächen ermittelt. Bezüglich der unterschiedlichen Einflussfaktoren auf das Innenraumklima konnte das Außenklima als wichtigste Einflussgröße bestätigt werden. Des Weiteren zeigt sich, dass die Innenraumtemperatur im Vergleich zur Außenraumtemperatur ein ebenso guter Prädiktor für Mortalität ist. / Heat stress influences not only the comfort of humans but also human health. Heat stress in outdoor environments has been investigated extensively, whereas only a few studies have focused on indoor environments. People in industrialized countries spend approximately 90 % of their day in confined spaces. Analyses of indoor climatic conditions are essential to understanding the underlying processes, determining the impacts on humans and developing appropriate adaptation measures. The aim of this work is to investigate and assess different indoor climates and provide a valuable contribution to future research questions. To analyze indoor climate characteristics or, rather, the influence of different meteorological parameters, the indoor climate in four rooms in one building without user behavior was measured and examined. The results were used to establish a detailed indoor measurement system at different study sites distributed over Berlin. The gathered data were then used to assess indoor heat stress variability on a temporal and spatial scale using the UTCI (Universal Thermal Climate Index). Finally, an extensive analysis of the influence of indoor climate and outdoor climate on mortality was conducted by applying generalized additive models (GAM). The results indicate that indoor heat stress is a severe threat. All study rooms experienced high thermal loads, regardless of the building type they were located in or their location within the building. Indoor UTCI values varied within buildings and further exhibited very high heat stress levels during night compared to outdoors. The highest values were measured in modern buildings with a high percentage of windows. Among the different driving factors of indoor climate, outdoor climate was confirmed to have the highest impact. Moreover, this thesis shows that indoor air temperature is an equally good predictor of mortality compared to outdoor climate.

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.

The North Atlantic Caledonides are a continent-continent collision type orogeny found in WesternScandinavia, Svalbard, Greenland and the British Isles. They are thought to have formed as a result of a complex history consisting of repeated ocean opening and closure. The tectonostratigraphy of the Scandinavian Caledonides consists of four allochthons that overlay the crystalline, autochthonous basement. The allochthons are thought to have been transported hundreds of kilometers eastward during the Scandian collision.To investigate the complex history of the Scandinavian Caledonides, a scientific drilling initiative called the Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides (COSC) project began in 2014. The first phase of the project was to drill a borehole to approximately 2500m depth, to sample a thick section of the Lower Seve Nappe of the Middle Allochthon, as well as the underlying thrust zone.The current hypothesis is that the Middle Seve Nappe has been juxtaposed with the Lower Seve Nappe while still in the subduction channel. Both Seve nappes were emplaced onto the underlying units somewhat later. To test this hypothesis, Rb-Sr dating and Ar-Ar dating has been conducted on white and dark mica found in samples taken from the shear zones. Rb-Sr dating yielded an age of 413 ± 12 Ma and Ar-Ar dating yielded an average age of 424.1± 2.9 Ma. Since the Rb-Sr and Ar-Ar ages overlap, it is interpreted that the crystallization age of the samples is recorded in both cases. Likely, the rocks cooled rather quickly, resulting in a negligible difference in Rb-Sr and Ar-Ar ages. Comparing these results to previous age dating work completed in the same area illustrate a complex subduction/exhumation history. At c. 455 Ma, the Middle and Lower Seve nappes were subducted beneath an island arc and peak pressure metamorphic conditions were reached. Shortly afterwards,exhumation of the subducted sheet began, as a result of the buoyancy of the subducted crust, as well as tectonic under pressure caused by wedge extraction. At c. 424 Ma, the Middle Seve was juxtaposed over the Lower Seve while still in the subduction channel, and at c. 424 - 421.2 Ma both the Middle and Lower Seve nappes were exhumed and transported eastward, where they were thrust above the underlying Särv Nappe and Lower Allochthon, creating the lower shear zone which is the focus of this study. Data from this study will help to establish a coherent model of mid-Palaeozoic mountain building, and provide insight on how this mountain chain, as well as its Himalaya-Tibet analogue have formed. / Den kaledoniska bergskedjan är en kontinent-kontinent kollison orogenes som återfinns i västra Skandinavien, Svalbard, Grönland och på de brittiska öarna. Bergskedjan har formats som ett resultat av en komplicerad historia av repeterad öppning och stängning av Iapetushavet. Skandinaviska kaledoniderna består av fyra allochthoner som täcker urberggrunden. Allochthonerna tros ha blivit transporterade hundratals kilometer i östlig riktning under den Skandiska kollisionen.För att kunna utreda den komplicerade historia som de skandinaviska Kaledoniderna har så har ett borrningsprojekt tagits fram under år 2014 med namnet “Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides” (COSC). Det första skedet i projektet var att borra ett 2500 meter djupt borrhål för att ta prover från den undre Seveskollan som belägen i den mellersta allochthonen, samt den underliggande överskjutningszonen.Hypotesen är att den mellersta Seveskollan har placerats intill den undre Seveskollan då de befann sig i en subduktionskanal. Både mellersta och undre Seveskollan har placerats uppepå den underliggande bergsenheten något senare. För att testa hypotesen har Rb-Sr och Ar-Ar datering utförts på prover med vitt glimmer som tagits från skjuvzonen. Kompositionskartor av vitt glimmer påvisar inga uppenbara tecken på zonation, vilket innebär att glimmerkornen nyligen bildats eller omkristalliserats under skjuvning. Rb-Sr dateringen gav en ålder på 413 ± 12 miljoner år och Ar-Ar dateringen gav en ålder på424.1 ± 2.9 miljoner år. Detta tolkas som åldern på de omkristalliserade glimmerkornen.Resultatet har jämförts med tidigare åldersdateringar i samma område och påvisar en komplicerad subduktionshistoria. För 460 miljoner år sedan subducerade mellersta och undre Seveskollan under en öbåge. För ungefär 440 miljoner år började upplyftandet av de subducerade skollorna som ett resultat av bärkraften av den subducerande jordskorpan, även av tektoniska rörelser orsakad av en kilutdragning. För 424 miljoner år sedan blev mellersta Seveskollan placerad ovanpå undre Seveskollan när de befann sig i subduktionskanalen. Slutligen, för cirka 415 miljoner år sedan blev både den mellersta och undre Seveskollan upplyfta och transporterade i östlig riktning där de skjuvade över den underliggande Särvskollan och den undre allochthonen.Data från denna studie kommer att bidra till skapandet av en följdriktig modell av den mitt-Paleozoiskabergskedjebildningen  och

In vielen Städten erfordern fortschreitende Urbanisierung und Klimaerwärmung ein besseres Verständnis des urbanen Wasserkreislaufes zur Entwicklung nachhaltiger Wassernutzungskonzepte. Jedoch erschwert die Komplexität urbaner Wasserflüsse die Nutzung hydrologischer Tracer. In dieser Arbeit werden stabile Isotope des Wassers, hydrochemische und -klimatische Daten genutzt, um die Wasserverteilung und -speicherung in Berlin in den Trockenjahren 2018–2020 zu untersuchen. Auf kleinräumiger Skala wurden Unterschiede bei Evapotranspiration, unterirdischen Fließwegen und Wasserspeicherung unter urbanen Grasflächen, Sträuchern und Bäumen deutlich. Im peri-urbanen Fluss Erpe erschwerte die geringe Variabilität von Abfluss- und Isotopendynamiken die Bestimmung von Verweilzeiten und Mischprozessen. Während warmer, trockener Sommer führte ein hoher Klarwasseranteil zu einer Verschlechterung der Wasserqualität. Auf der stadtweiten Skala wurde der Einfluss von Grundwasser, Niederschlag und Abwasser auf verschiedene Flüsse untersucht. Große Variabilität der Isotopendynamiken wurde in Einzugsgebieten mit Flächenversiegelung und Regenwassereinleitung beobachtet. Die Anreicherung schwerer Isotope in Spree und Havel im Sommer und Herbst verdeutlichte den Einfluss von großskaligen Klimadynamiken und Verdunstung im stromaufwärts gelegenen Einzugsgebiet. Ein nachhaltiges Management urbaner Grünflächen sowie die Speicherung von Regenwasser können dazu beitragen, den Einfluss von Klimaänderungen auf Berlins Wasserressourcen auf lokaler Ebene abzumindern. Jedoch werden großskalige Nutzungskonzepte in den Einzugsgebieten der Spree und Havel benötigt, um Wasserverluste zu minimieren und Abflussraten aufrecht zu erhalten. Weiterführende isotopenbasierte Studien haben großes Potential, das Verständnis von Wasseralter, Abflussentstehung, Verdunstung und langfristigen Dürrefolgen, sowie der Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf andere Metropolenregionen, weiter zu verbessern. / In urban areas, progressing urbanisation and climate warming call for a comprehensive understanding of urban water cycling to establish sustainable water management strategies. However, the complexity of urban water fluxes complicates the application of hydrological tracers. This thesis used stable isotopes of water, combined with hydrochemical and climatic data, to characterise water partitioning and storage in Berlin, Germany, during the exceptionally warm and dry 2018–2020 period. At the plot-scale, differences in evapotranspiration, subsurface flow paths and storage under urban grassland, shrub and trees were evident. In the peri-urban river Erpe, low variability in discharge and isotopic dynamics limited the applicability of transit time and end member mixing approaches. During warm and dry summers, high contributions of treated wastewater effluents caused a deterioration of water quality. At the city-scale, contributions of groundwater, storm runoff and effluents to different local streams were studied. Isotope dynamics were most variable in catchments with high levels of imperviousness and connectivity to storm drains. In the Spree and Havel rivers, the isotopic enrichment in summer and autumn reflected the impact of large-scale climate dynamics and evaporative losses in the upstream catchment. To mitigate climate change impacts on Berlin’s water resources in the future, the sustainable management of urban green spaces and better capturing of urban rainfall may limit water consumption at the local scale. However, maintaining discharge in the Spree and Havel rivers during warm and dry periods will require catchment-scale management practices that limit water consumption and losses in upstream areas. Future isotope-based research in urban areas has great potential to improve the understanding of urban water ages, source contributions to urban streamflow, evaporation and long-term drought recovery, as well as upscaling the results to other metropolitan areas.