In den vergangenen Jahrzehnten hat der Einfluss des Menschen auf Ökosysteme stark zugenommen. Tendenzen der Landnutzungsänderung, darunter die Ausdehnung von Städten und die Intensivierung der Landwirtschaft als Folge des Bevölkerungsanstiegs und damit des Nahrungsmittel- und Energiebedarfs, führen zu Umweltproblemen wie dem Verlust von Lebensraum und biologischer Vielfalt. Die zunehmende Verfügbarkeit von Daten mit feiner räumlicher Auflösung kann die Analyse von Merkmalen und Prozessen in Landschaften mit Hilfe von räumlichen Metriken unterstützen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, feinskalige Daten und räumliche Metriken zu integrieren, um Indikatoren zur Messung und Bewertung von Landnutzung, Ökosystemdienstleistungen und deren räumlichen Mustern zu entwickeln und folgende Fragen zu beantworten: Wie können Landnutzungsänderungen und Ökosystemleistungen einer Landschaft beschrieben und analysiert werden? Und, wie kann die Landschaftsperspektive zu unserem Verständnis von Landsystemen beitragen? In zwei verschiedenen Weltregionen werden Landschaften mit Hilfe von Hexagonen als räumliche Einheiten untersucht. Diese dienen zur Analyse von räumlichen Mustern und Beziehungen zwischen verschiedenen Indikatoren (z. B. Ökosystemdienstleistungen) und die Konzeptualisierung von Prozessen auf Landschaftsebene. Obwohl sich einige Phänomene auf feinen räumlichen Skalen manifestieren, ist es für die Operationalisierung und Überwachung dieser Prozesse notwendig, ‚herauszuzoomen‘. Der Landschaftsansatz im Zusammenhang mit Ökosystemleistungen bietet wichtige Perspektiven im Hinblick auf Umweltauswirkungen, die durch Landnutzungsänderungen verursacht werden. Dabei können Indikatoren, die die ökologische, ökonomische und soziale Dimension verknüpfen, dazu beitragen, regionalspezifisches Wissen über Landschaftsdynamiken zu erlangen und dieses Wissen an Entscheidungsträger weiterzugeben, um gezielte Maßnahmen für ein nachhaltiges Landmanagement zu entwickeln. / Over the last decades, anthropogenic pressures on ecosystems have been increasing. Trends of land use change including urban expansion and agricultural intensification driven by population increase, and hence food and energy demand, cause environmental challenges including habitat and biodiversity loss. Analyzing major trends of land use change requires additional metrics to capture local processes on a landscape spatial scale. Increasing fine-scale data availability can support analyses of characteristics and processes of landscapes with the help of spatial metrics, e.g. distance or density measures. The aims of this thesis are to incorporate fine-scale data and spatial metrics to develop indicators to measure and assess land-use, ecosystem services (ESS) and their spatial patterns to answer the following questions: How can land use change and ecosystem services of landscapes be described and analyzed? And how can the landscape perspective contribute to our understanding of land systems? The thesis includes three case studies in two different world regions: 1) characteristics of land use within a peri-urban gradient in Dar es Salaam, Tanzania, 2) characteristics of agricultural landscapes in Brandenburg, Germany, and 3) ecosystem service relationships at different spatial units and scales. In both regions, landscapes are investigated with hexagons as spatial units for the analysis of spatial patterns and relationships among different indicators (i.e., ESS) and conceptualize processes on a landscape level. The landscape approach in context with ecosystem services offers important perspectives regarding environmental impacts caused by land use change. Thereby, metrics integrating the ecological, economic, and social dimensions can support obtaining region-specific knowledge on landscape dynamics and transferring this knowledge to decision-makers to design targeted measures towards sustainable land management.

Der hydrologische Kreislauf versorgt die Menschheit mit Wasserressourcen, die für ihr Wohlergehen unabdingbar sind. Ziel dieser Arbeit ist es, das Verständnis über klimabedingte Veränderungen des hydrologischen Kreislaufs zu verbessern, wie diese die Verfügbarkeit von Wasserressourcen in der Zukunft beeinflussen und welche Möglichkeiten bestehen, den Druck auf die verfügbaren Wasserressourcen durch Verringerung des anthropogenen Wasserverbrauchs zu reduzieren. Diese Dissertation zeigt, dass der Klimawandel eine große Bedrohung für die Wasserversorgung der zukünftigen Bevölkerung darstellt. Durch Begrenzung des Anstiegs der globalen Mitteltemperatur auf 2 K oder sogar 1,5 K über das vorindustrielle Niveau können gravierende negative Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit jedoch weitgehend vermieden werden. Dennoch wären einige Regionen wie der Mittelmeerraum "eher wahrscheinlich" von schwerwiegenden hydrologischen Veränderungen betroffen, und in großen Teilen der Welt könnten negative Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit aufgrund der großen Unsicherheiten in den Projektionen nicht ausgeschlossen werden. Bei der Untersuchung der Nachfrageseite liegt der Schwerpunkt auf der Wassernutzung in der Tierproduktion. Diese Dissertation schätzt den gegenwärtigen Wasserverbrauch für die Produktion von Tierfutter auf 4666 km3/yr (44 % des gesamten landwirtschaftlichen Wasserverbrauchs). Große Verbesserungen der Wasserproduktivität können bei Schweinen und Geflügel durch Verbesserungen sowohl in der Futtermittelproduktion als auch in der Tierhaltung erzielt werden. Bei Wiederkäuern liegt das größte Potenzial in der Verbesserung der Tierhaltung. Allerdings geht eine effizientere Futterverwertung bei Wiederkäuern, die durch erhöhte Beigabe von Kraftfutter erzielt wird, mit einem erhöhten Wasserbedarf für die Produktion des Futters einher. Dadurch ist die Verbesserung der Wasserproduktivität bei Wiederkäuern begrenzt. / The hydrological cycle provides humanity with water resources that are essential for its well-being. The aim of this thesis is to advance the understanding of climate-related changes in the hydrological cycle, how they will affect the availability of water resources in the future, and what opportunities exist to reduce anthropogenic water use to lower the pressure on water resources. This thesis demonstrates that climate change is a large threat to freshwater supply for future populations. Limiting the increase in global mean temperature to 2 K or even 1.5 K above pre-industrial levels can mitigate most of the severe negative impacts on water resources. However, some regions such as the Mediterranean would still ‘more likely than not’ be affected by severe hydrological change, and in large parts of the world, negative impacts on water availability could not be ruled out due to the large uncertainties in the projections. On the demand side, the focus is on water use in the livestock sector. This thesis estimates that about 4666 km3/yr (44 % of total agricultural water use) are currently used for feed production for the livestock sector. Large improvements in livestock water productivity can be achieved for pigs and poultry by improvements in feed production and livestock rearing alike. For ruminants, the largest potential lies in improving livestock management. However, improving the feed use efficiency of ruminants through increased supplementation with forage crops comes at the cost of increased water requirements to produce the feed. This limits the potential for improving livestock water productivity in ruminant production.

Einhergehend mit schnellem Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum erlebt die Welt innerhalb der letzten Jahrzehnte eine schnelle Akkumulation langlebiger Ressourcen in Gebäuden und Infrastruktur, auch gesellschaftlicher Materialbestand genannt. Im 21. Jahrhundert wird die Fortsetzung dieser Entwicklung zur großen Herausforderung für den sozioökonomischen Stoffwechsel der Erde und zum Erreichen biophysikalischer Grenzen führen. Siedlungen sind von besonderem Interesse, da Menschen dort Nachfrage nach Leistungen wie Nahrung oder Mobilität generieren und mit ihnen interagieren. Zukünftig wird neben einer globalen Entwicklungsperspektive auf Materialbestände und Bevölkerung auch ein räumlich explizites, hochauflösendes Verständnis lokaler Muster und Prozesse von Relevanz für eine datenbasierte Antwort auf Herausforderungen des globalen Wandels sein. Diese Arbeit präsentiert einen Workflow zur Kartierung und Quantifizierung von Materialbeständen und Bevölkerungsverteilung und -dynamik mittels hochaufgelöster mehrdimensionaler Siedlungskartierung mit Multisensor-Erdbeobachtungsdaten auf nationaler Ebene. Der erste Abschnitt demonstriert das Potenzial der Verwendung von Sentinel-1 und -2 Zeitreihendaten mit Methoden des maschinellen Lernens für die Kartierung von Siedlungsstrukturen, d.h. Subpixel-Landbedeckung, Gebäudehöhe und Gebäudetyp. Der zweite Abschnitt quantifiziert Schlüsselparameter des sozioökonomischen Metabolismus, d. h. Bevölkerung und Materialbestand, anhand zuvor generierter Datensätze zur Siedlungsstruktur. Der dritte Abschnitt nutzt das Landsat-Datenarchiv und Zeitreihenanalyse, um räumliche Muster und Dynamiken von Bevölkerung und Materialbeständen in Deutschland seit 1985 zu quantifizieren. Frei verfügbare und global konsistente Erdbeobachtungsdaten und Techniken des maschinellen Lernens haben großes Potenzial, das räumlich explizite hochaufgelöste Verständnis sozioökologischer Variablen basierend auf mehrdimensionaler Siedlungskartierung zu verbessern. / During the recent decades of the Anthropocene, the world has experienced rapid growth of population and economic activity. This went along with a considerable accumulation of long-lived resources, for example in buildings and infrastructure, i.e., societal material stock. In the 21st century, a continuation of this development will be a major challenge to the Earth’s socio-economic metabolism, as some limitations of the Earth’s biophysical basis might be reached. Settlements are of particular interest, because they are the places where people generate demand for, and interact with services. Both an overarching perspective on the global long-term development of material stock and population as well as a spatially explicit, high-resolution understanding of local patterns and processes will be of particular relevance for a more data-informed response to challenges of global change. This dissertation presents a workflow to map and quantify material stocks and population distribution and dynamics by means of multi-dimensional settlement mapping with decameter resolution multi-source Earth Observation data on a national scale. The first part demonstrates the potential of using Sentinel-1 and -2 time series imagery with machine learning regression and classification for settlement structure mapping, including sub-pixel land cover, building height and building type mapping. The second part quantifies key parameters of the socio-economic metabolism, i.e., population and material stock, using previously generated datasets on settlement structure. The third part uses the Landsat data archive and Change-Aftereffect-Trend analysis to quantify spatial-temporal patterns and dynamics of population and material stock development in Germany since 1985. Findings demonstrate that freely available and globally consistent Earth Observation data and machine learning techniques have great potential to improve the spatially explicit high-resolution understanding of socio-metabolic variables based on multi-dimensional settlement mapping in a seamless workflow.

Bei den Schätzungen der künftigen Auswirkungen bleiben die globalen Ungleichheiten der sozioökonomischen Bedingungen meist unberücksichtigt, die für die tatsächliche Fähigkeit der Systeme, viele der Anpassungsmaßnahmen umzusetzen, entscheidend sein werden. Um das zu erwartende Ausmaß der Anpassung auf der Grundlage wirtschaftlicher, finanzieller, menschlicher, technologischer und anderer Kapazitäten besser bestimmen zu können, sollten Projektionen der Klimaauswirkungen und der daraus resultierenden Verluste und Schäden die Koevolution zwischen Klimagefahren und sozioökonomischer Entwicklung berücksichtigen. In dieser Arbeit werden verschiedene Bereiche der Klimawissenschaft miteinander verknüpft, um ein Instrumentarium zur besseren Darstellung der Anpassung in quantitativen Modellierungsinstrumenten anzubieten. Der Ansatz bettet die sozioökonomischen Barrieren in den Szenariorahmen der Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) ein, um quantitative Pfade der Anpassungsfähigkeit zu erstellen. Die Integration der Anpassungsfähigkeit in den Szenarioraum ermöglicht eine differenziertere Operationalisierung der Anpassung in der quantitativen Modellierung. Im ersten Teil der Arbeit werden zwei Erweiterungen des Szenariorahmens vorgestellt, die sich auf Indikatoren für die Regierungsführung und die Gleichstellung der Geschlechter als zwei der wichtigsten Hindernisse für die Anpassung konzentrieren. Im zweiten Teil werden zwei Anwendungen der Anpassungsfähigkeit für die Sektoren Gesundheit und Landwirtschaft vorgestellt, die den Zusammenhang zwischen sozioökonomischen Bedingungen und der unterschiedlichen Anfälligkeit für mögliche Klimastressoren aufzeigen. Das hier vorgestellte Toolkit eignet sich in erster Linie für den Einsatz in quantitativen Bewertungen von Auswirkungen und alternativen politischen Optionen, um anpassungsrelevante Informationen einzubeziehen, damit der Klimawandel unter verschiedenen sozioökonomischen Szenarien robuster dargestellt werden kann. / Adaptation to climate change can substantially reduce the negative impacts of climate change, but quantitative estimates of future impacts tend to disregard global inequalities in socio-economic conditions, which will be decisive for the systems’ actual ability to deploy many of the adaptation measures. To better ascertain the degree of adaptation that can be expected based on economic, financial, human, technological and other capacities, projections of climate impacts and the ensuing loss and damage should account for the co-evolution between climate hazards and socio-economic development. To this end, this thesis connects several areas of climate change science to offer a toolkit for improving the representation of adaptation in quantitative modeling tools. The approach shown here embeds the socio-economic barriers to into the scenario framework of Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) to establish quantitative pathways of adaptive capacity. Integrating adaptive capacity in the scenario space opens opportunities for a more nuanced operationalization of adaptation in quantitative modeling. In the first half of the thesis, two extensions of the scenario framework are presented, focusing on indicators of governance and gender equality as two of the key barriers to adaptation that have not yet been part of the set of indicators in the SSPs. The second half of the thesis showcases two sectoral applications of adaptive capacity for the health and agriculture sectors, demonstrating the relationship between socioeconomic conditions and differential vulnerability to possible climate stressors. The toolkit presented in this thesis is primarily suited for use in quantitative assessments of impacts and alternative policy options to incorporate adaptation-relevant information, with the ultimate goal of a more robust representation of climate change under different socio-economic development scenarios.

Seit der industriellen Revolution haben Menschen durch Verbrennung von fossilen Energieträgern die Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre erhöht. Die daraus folgende Erderwärmung hat weitreichende Folgen für das Klima, unter anderem häufigere und intensivere Wetterextreme. Wegen ihrer gravierenden Auswirkungen auf die Gesellschaft, ist es von allgemeinem Interesse zu verstehen, wie der menschengemachte Klimawandel diese Wetterextreme beeinflusst. In dieser kumulativen Dissertation analysiere ich erst zwei komplexe Wettereignisse, die die Nahrungsmittelproduktion in Europa beeinträchtigen: Frosttage nach dem Beginn der Apfelblüte und Feuchte Frühsommerperioden nach warmen Wintern. In einer dritten Studie untersuche ich wie dynamische Klimaveränderungen in den mittleren Breiten der Nordhalbkugel zu beständigerem Sommerwetter beitragen. Schließlich beschäftige ich mich mit tropischen Stürmen im Nordatlantik und damit, wie sie von der globalen Erwärmung beeinflusst werden. Eine zentrale methodische Herausforderung in diesem Forschungsfeld ist, dass Wetterextreme per Definition selten sind und dass es aufgrund der starken internen Klimavariabilität schwierig ist, die Veränderungen zu quantifizieren, die auf den menschgemachten Klimawandel zurück zu führen sind. In dieser Arbeit verfolge ich zweigegenläufige Ansätze um mit dieser Herausforderung um zu gehen: 1) Ich verwende große Klimasimulationsensembles um den Effekt der internen Klimavariabilität aus zu glätten und dadurch die erzwungenen Veränderungen beim Apfelfrost und in der Persistenz zu ergründen. 2) Mit Methoden, die auf Beobachtungsdaten beruhen, quantifiziere ich den Einfluss der internen Klimavariabilität auf tropische Zyklone um dann einschätzen zu können, in welchem Maß der beobachtete Anstieg der tropischen Zyklonaktivität im Atlantik der internen Klimavariabilität oder erzwungenen Veränderungen zugeschrieben werden kann. / Since the industrial revolution, humans have increased the greenhouse gas concentration of the atmosphere by burning fossil fuels. The resulting global warming has far reaching impacts on the climate system including increasingly frequent and intense weather extremes. Due to the severe impacts these weather extremes cause to societies, there is a strong interest in understanding how anthropogenic climate change affects weather extremes. In this cumulative thesis I first study two compound weather extremes that affect food production in Europe: frost days after apple blossom and wet early summers after warm winters. In a third study I quantify how dynamic changes in the climate system contribute to more persistent summer weather extremes in the northern hemispheric mid-latitudes. Finally, I analyze tropical cyclones in the Atlantic basin and changes in tropical cyclone activity as a result of global warming. One central methodological challenge in the research field is that weather extremes are rare by definition and that due to the strong internal climate variability it is difficult to quantify changes that are forced by anthropogenic climate change. In this thesis I explore two divergent approaches to this challenge: 1) Using large ensemble climate simulations I smooth out the effect of internal variability thereby exposing the forced change in apple frost and weather persistence. 2) Using observation based approaches, I quantify the contributions of internal climate variability on tropical cyclones in order to subsequently estimate to which extent the observed increase in tropical cyclone activity in the Atlantic can be attributed to internal climate variability or forced changes.

Erdbeben gehören zu den zerstörerischsten Naturgefahren auf diesem Planeten. Obwohl Erdbeben seit Jahrtausenden dokumentiert sing, bleiben viele Fragen zu Erdbeben unbeantwortet. Eine Frage ist die Vorhersagbarkeit von Brüchen: Inwieweit ist es möglich, die endgültige Größe eines Bebens zu bestimmen, bevor der zugrundeliegende Bruchprozess endet? Diese Frage ist zentral für Frühwarnsysteme. Die bisherigen Forschungsergebnisse zur Vorhersagbarkeit von Brüchen sind widersprüchlich. Die Menge an verfügbaren Daten für Erdbebenforschung wächst exponentiell und hat den Tera- bis Petabyte-Bereich erreicht. Während viele klassische Methoden, basierend auf manuellen Datenauswertungen, hier ihre Grenzen erreichen, ermöglichen diese Datenmengen den Einsatz hochparametrischer Modelle und datengetriebener Analysen. Insbesondere ermöglichen sie den Einsatz von maschinellem Lernen und deep learning. Diese Doktorarbeit befasst sich mit der Entwicklung von Methoden des maschinellen Lernens zur Untersuchung zur Erbebenanalyse. Wir untersuchen zuerst die Kalibrierung einer hochpräzisen Magnitudenskala in einem post hoc Scenario. Nachfolgend befassen wir uns mit Echtzeitanalyse von Erdbeben mittels deep learning. Wir präsentieren TEAM, eine Methode zur Frühwarnung. Auf TEAM aufbauend entwickeln wir TEAM-LM zur Echtzeitschätzung von Lokation und Magnitude eines Erdbebens. Im letzten Schritt untersuchen wir die Vorhersagbarkeit von Brüchen mittels TEAM-LM anhand eines Datensatzes von teleseismischen P-Wellen-Ankünften. Dieser Analyse stellen wir eine Untersuchung von Quellfunktionen großer Erdbeben gegenüber. Unsere Untersuchung zeigt, dass die Brüche großer Beben erst vorhersagbar sind, nachdem die Hälfte des Bebens vergangen ist. Selbst dann können weitere Subbrüche nicht vorhergesagt werden. Nichtsdestotrotz zeigen die hier entwickelten Methoden, dass deep learning die Echtzeitanalyse von Erdbeben wesentlich verbessert. / Earthquakes are among the largest and most destructive natural hazards known to humankind. While records of earthquakes date back millennia, many questions about their nature remain open. One question is termed rupture predictability: to what extent is it possible to foresee the final size of an earthquake while it is still ongoing? This question is integral to earthquake early warning systems. Still, research on this question so far has reached contradictory conclusions. The amount of data available for earthquake research has grown exponentially during the last decades reaching now tera- to petabyte scale. This wealth of data, while making manual inspection infeasible, allows for data-driven analysis and complex models with high numbers of parameters, including machine and deep learning techniques. In seismology, deep learning already led to considerable improvements upon previous methods for many analysis tasks, but the application is still in its infancy. In this thesis, we develop machine learning methods for the study of rupture predictability and earthquake early warning. We first study the calibration of a high-confidence magnitude scale in a post hoc scenario. Subsequently, we focus on real-time estimation models based on deep learning and build the TEAM model for early warning. Based on TEAM, we develop TEAM-LM, a model for real-time location and magnitude estimation. In the last step, we use TEAM-LM to study rupture predictability. We complement this analysis with results obtained from a deep learning model based on moment rate functions. Our analysis shows that earthquake ruptures are not predictable early on, but only after their peak moment release, after approximately half of their duration. Even then, potential further asperities can not be foreseen. While this thesis finds no rupture predictability, the methods developed within this work demonstrate how deep learning methods make a high-quality real-time assessment of earthquakes practically feasible.

Grasländer sind wichtige Elemente der zentraleuropäischen Landschaft und stellen essenzielle Ökosystemdienstleistungen bereit. Dürren, welche durch den globalen Klimawandel zunehmen, haben negative Auswirkungen auf die Vitalität und Produktivität von Grasland. Satellitenmissionen wie Sentinel-2 und Landsat liefern große, bisher ungenutzte Möglichkeiten für das Grasland Monitoring. Ansätze auf Basis quantitativer Parameter, z.B. Prozentanteile von photosynthetisch aktiver Vegetation (PV), nicht photosynthetisch aktiver Vegetation (NPV) und Boden sind bisher für die Anwendung in zentraleuropäischen Grasländern nicht erforscht. Das Ziel der Arbeit war es, das Verständnis von Dürreeinflüssen auf zentraleuropäische Grasländer durch die Entwicklung eines fernerkundungsbasierten Monitoring Frameworks zu verbessern. Der erste Teil dieses Frameworks umfasste die Ableitung konsistenter Zeitreihen von PV-, NPV-, und Bodenanteilen. Der zweite Teil umfasste die Quantifizierung von Dürreeffekten anhand dieser Zeitreihen. Die Ergebnisse zeigten einen großflächigen, massiven und langanhaltenden Rückgang von Graslandvitalität in extremen Dürrejahren (z.B. 2003, 2018-2020). Robuste statistische Zusammenhänge bestätigten die starke Kopplung von Graslandvitalität und Dürre, insbesondere bei gleichzeitigen Hitzewellen. Zudem beeinflussten Bodeneigenschaften sowie klimatische und hydrologische Bedingungen die Dürresensitivität. Die Ergebnisse unterstreichen den Wert von generalisierten Entmischungsansätzen basierend auf Sentinel-2/Landsat Zeitreihen für großflächiges, quantitatives Monitoring von Grasland. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass durch den Klimawandel verstärkte Dürreereignisse in Zukunft erheblichen Einfluss auf die Vitalität von Grasländern in Zentraleuropa haben werden. Die hier gewonnenen Informationen liefern wichtige Beiträge zur Verbesserung von Dürremonitoring und können die Maßnahmenentwicklung zur Verringerung von Dürreschäden im Grasland unterstützen. / Grasslands are vital landscape elements in Central Europe providing essential ecosystem services. Drought events, which are increasing with global climate change, negatively affect grassland vitality and productivity. Satellite remote sensing missions such as Sentinel-2/Landsat offer untapped potential for monitoring grassland vitality. However, workflows for grassland monitoring based on fractional cover of photosynthetic vegetation (PV), non-photosynthetic vegetation (NPV), and soil, remain largely unexplored. The goal of this thesis was to advance the understanding of drought impacts on Central European grasslands by developing a framework for monitoring grassland vitality. The framework included the retrieval of consistent PV, NPV, and soil fractional cover time series from Landsat/Sentinel-2, which was achieved by implementing and generalizing an unmixing workflow. Second, drought impacts were quantified and evaluated based on fractional cover time series. Results showed large-scale, severe, and long-lasting negative impacts on grassland vitality in extreme drought years (e.g., in 2003, and 2018-2020). Robust statistical links confirmed the overall consistent coupling of grassland vitality to drought, specifically to compounding droughts and heatwaves. Spatiotemporal patterns of grassland drought sensitivity revealed that underlying factors such as soil features, and climatic and hydrological conditions modulate drought impacts on local to regional scales. Findings of this thesis emphasize the value of generalized unmixing workflows based on Sentinel-2/Landsat time series for quantitative grassland monitoring across large areas. Furthermore, results suggest that droughts amplified by climate change will pose substantial challenges for grassland vitality across Central European grasslands in the future. The findings provide a steppingstone towards improved drought monitoring and can thus inform adaptation efforts to alleviate drought impacts on grasslands.

In einer Zeit, in der menschliche Aktivitäten mit geologischen Kräften konkurrieren und sich das Klima ständig verändert, ist das Verständnis hydrologischer Prozesse essenziell. Die Quantifizierung hydrologischer Prozesse ist jedoch aufgrund der räumlichen Heterogenität der Umweltfaktoren, die die zugrunde liegenden Prozesse beeinflussen, eine Herausforderung. Daher wurden in dieser Arbeit eine Reihe gemeinsamer, miteinander verbundener Ansätze oder Technologien entwickelt und in einem Einzugsgebiet mit gemischter Landnutzung, dem Demnitz Millcreek (DMC, 66 km2), getestet. Durch die Anwendung von Datenanalyse, Modelling, Machine-learning und Unmanned-vehicle technologies haben wir nicht nur die hydrologischen Prozesse in diesem repräsentativen Einzugsgebiet entschlüsselt, sondern auch - aus einer breiteren Perspektive - den optimalen Methode zur gemeinsamen Nutzung vorhandener Technologien ermittelt, um Unsicherheiten bei Modellierung dieser Prozesse auf der Ebene des Einzugsgebiets zu verringern. / Understanding hydrological processes is essential in an era when human activities rival geologic-scale forces and the climate consistently changes. However, hydrological quantifications are challenging due to the spatial heterogeneity in environmental drivers of the underlying processes. Therefore in this thesis, a series of common linked approaches or technologies were developed and tested in a mixed-landuse catchment, the Demnitzer Millcreek (DMC, 66 km2). By applying data analysis, distributed modelling, machine-learning, and unmanned-vehicle technologies, we not only unraveled the hydrological processes in this representative catchment, but also from a wider perspective - identified the optimal way to jointly use the existing technologies to reduce the uncertainty in monitoring and modelling these processes at the catchment-scale.

O Quadrilátero Ferrífero (MG) é uma importante unidade geotectônica do Cráton do São Francisco que alberga jazidas de ferro e ouro hospedadas na seqüência greenstone belt Rio das Velhas e cuja evolução geodinâmica esteve regida por vários eventos tectonometamórficos. Depósitos de ouro gerados por fluidos epitermais e remobilizações orogênicas proterozóicas se associam intimamente com camadas bandas de ferro e raramente disseminados em metapelitos no topo do greenstone. Nas mineralizações é comum uma paragênese que cristalizou mediante diversos processos e em distintos estágios com predomínio de sulfetos de ferro. Em geral os minérios possuem forte controle estrutural por dobras, falhas e cisalhamentos transcorrentes, desenvolvidos durante vários eventos deformacionais de diversa índole e estreita relação com processos de alteração hidrotermal como sericitização, carbonatação, cloritização, entre outros de menor incidência. O depósito de ouro Córrego do Sítio hospeda-se na seqüência silisiclástica de origem turbidítica metamorfisada em fácies xisto verde denominada Associação de Litofácies Ressedimentada que faz parte do Grupo Nova Lima, se apresenta disseminado em metapelitos e em veios de quartzo com carbonato. A mineralização que acompanha o ouro cristalizou em vários estágios principais nos que predominaram (i) pirita + pirrotita, (ii) arsenopirita + pirrotita + pirita com texturas finas e orientadas, (iii) arsenopirita com pirrotita e sulfosais em veios de quartzo, (iv) pirita grossa pervasiva em todas as rochas hospedeiras. O estudo da composição isotópica Pb, Sr e Nd, permitiu identificar que as fontes dos fluidos mineralizantes foram as rochas hospedeiras, que na evolução policíclica da mineralização participaram eventos metamórficos e hidrotermais a 2.2, 2.0 Ga. e sobreimpostos a ~600 Ma. os quais induziram os processos de circulação hidrotermal na área de estudo. Mediante comparativa com outros depósitos da região, sugere-se que os metais formadores do minério depositaram-se em Córrego do Sítio à idade de 2.2 Ga. originados a partir da BIF tipo São Bento e remobilizados por fluidos através de falhas inversas. Análises geocronológicas U-Pb (SHRIMP) e K-Ar embora não decisivos em quanto à determinação da idade da mineralização, revelaram a idade de ~2.7 Ga. como o limite temporal para a deposição das rochas hospedeiras. No contexto geológico aplicado se estabelece a potencialidade para a prospecção aurífera que apresentam as rochas metapelíticas do topo do Greenstone Belt Rio das Velas associadas a camadas bandadas de ferro com ouro, e que os alvos mais relevantes seriam zonas com falhas inversas e cisalhamentos transcorrentes. / The Quadrilátero Ferrífero is an important geotectonic unit of the São Francisco Craton that host iron and gold deposits within the vulcanosedimentary rocks of the greenstone belt Rio das Velhas. The geodynamic evolution of this greenstone includes several tectonometamorphic events. Gold deposits were formed by epithermal fluids, remobilized during the Proterozoic orogenic processes, are associated whit the banded iron formations and are sporadically disseminate in metapelitic rocks within the top of the greenstone sequence. In the ores is common the crystallization of iron sulfide minerals during diverse stages. Gold deposits have an important structural control by folds, reverse faults and strike-slip shearing zones, and are commons several hydrothermal alteration processes like sericitization, chloritization and carbonate usually related to the deformation. The Córrego do Sítio gold deposit is hosted in turbiditic siliciclastic rocks that are metamorphosed in the greenschist facies. The gold is associated with the iron sulfide arsenopyrite and pyrite, which are disseminated in metapelitic rocks and quartz-carbonate veins. The mineralization includes vary stages of crystallization, (1) pyrite and pyrrotite (2) arsenopyrite, pyrrotite and fine pyrite, (3) arsenopyrite whit pyrrotite and sulphosalts in quartz vein, and (4) pervasive pyrite. An integrated Pb, Sr e Nd, isotopic study of the Córrego do Sítio deposit allowed to identify that sources of the mineralizing fluids was the host rocks, that in the policiclic evolution the gold mineralizaton had participation events of metamorphism and hidrothermalism to age 2.2, 2.0 and 0.6 Ga. respectively the wich induced the hydrothermal circulation processes in the study area. The isotopic character of this deposit and its comparison with similar ones, suggest that the gold and its metals associated it is deposited in Córrego do Sítio to age 2.2 Ga. and that metals were derived from the banded iron formations, and remobilized by hidrothermal fluids across reverse faults. Although U-Pb (SHRIMP) and K-Ar geochronologic data were not conclusive to constrain the age of the mineralization, they provide to age ~2.7 Ga. that a good limit for the sedimentation of the host rock. It is suggest that there is a potential for gold prospection within the metapellitic rocks associated with banded iron formation of the Greenstone Rio das Velhas, and that the more relevant targets include areas with inverse and strike-slip fault.

Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Konzept der Quartierseffekte und überprüft im Rahmen eines deutsch-französischen Vergleichs sowohl dessen Nützlichkeit für die Stadtforschung, als auch sein Potential für die Ausrichtung integrierter Quartierspolitik. Unter Quartierseffekten werden unabhängige Effekte des Wohngebiets verstanden, die sich auf die Lebensqualität und die Perspektiven seiner Bewohner auswirken. Wenngleich Quartierseffekte auf der Ebene der Individuen oft nur schwer zu messen sind, wird hier davon ausgegangen, dass sie durchaus Aufschluss über soziale Entwicklungen und Dynamiken des Gebiets selbst geben können. Auf der Grundlage von vier qualitativen Fallstudien in Quartieren in Berlin, Erlangen, Ile-de-France und Lille, werden der lokale Kontext der Entstehung von Quartierseffekten erörtert, deren Bedeutung für die Lebensqualität der Bewohner vor Ort diskutiert, sowie zentrale Wirkungszusammenhänge analysiert. Die Ergebnisse der Arbeit unterstreichen, dass das Konzept der Quartierseffekte ein umfassendes Instrumentarium zur Analyse lokaler Wirkungszusammenhänge sozialer Ungleichheit liefert und dazu geeignet ist, politische Interventionen auf Effekte des Quartiers und deren Wirkungszusammenhänge vor Ort abzustimmen / This paper deals with the concept of area effects and screens within the frame of a German-French comparison both its utility as far as urban research is concerned, as well as its potential for the development of area-based policies. Area effects are independent effects of neighborhood which influence the life quality and the perspectives of their inhabitants. Even though area effects on individuals are often quite difficult to measure, the paper assumes that they offer valuable clues about social development and dynamics of the area itself. The local context of the development of area effects is then illustrated on the base of four qualitative case studies in areas in Berlin, Erlangen, Ile-de-France and Lille. Their importance for the life quality of the inhabitants, and their central interdependency is also addressed. The outcome of the survey makes the pertinence of both positive and negative area effects in every researched area clear, as well as it illustrates the central connections for their development and impacts within the areas. The findings of the current paper emphasize that the concept of area effects provides with a comprehensive conceptual instrument meant to analyze the local interdependency of social disparity and that it is appropriate to attune locally political intervention to the area effects and their interdependency.