University, Diss., 2005--Jena.

Techn. University, Diss., 2003--Berlin.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Dresden.

Diss. no. 15533 sc. SFIT Zurich. / Zusammenfassung in Englisch und Deutsch. Literaturverz.

The Indian summer monsoon (ISM) is one of the largest climate systems on earth and impacts the livelihood of nearly 40% of the world’s population. Despite dedicated efforts, a comprehensive picture of monsoon variability has proved elusive largely due to the absence of long term high resolution records, spatial inhomogeneity of the monsoon precipitation, and the complex forcing mechanisms (solar insolation, internal teleconnections for e.g., El Niño-Southern Oscillation, tropical-midlatitude interactions). My work aims to improve the understanding of monsoon variability through generation of long term high resolution palaeoclimate data from climatically sensitive regions in the ISM and westerlies domain. To achieve this aim I have (i) identified proxies (sedimentological, geochemical, isotopic, and mineralogical) that are sensitive to environmental changes; (ii) used the identified proxies to generate long term palaeoclimate data from two climatically sensitive regions, one in NW Himalayas (transitional westerlies and ISM domain in the Spiti valley and one in the core monsoon zone (Lonar lake) in central India); (iii) undertaken a regional overview to generate “snapshots” of selected time slices; and (iv) interpreted the spatial precipitation anomalies in terms of those caused by modern teleconnections. This approach must be considered only as the first step towards identifying the past teleconnections as the boundary conditions in the past were significantly different from today and would have impacted the precipitation anomalies. As the Spiti valley is located in the in the active tectonic orogen of Himalayas, it was essential to understand the role of regional tectonics to make valid interpretations of catchment erosion and detrital influx into the lake. My approach of using integrated structural/morphometric and geomorphic signatures provided clear evidence for active tectonics in this area and demonstrated the suitability of these lacustrine sediments as palaleoseismic archives. The investigations on the lacustrine outcrops in Spiti valley also provided information on changes in seasonality of precipitation and occurrence of frequent and intense periods (ca. 6.8-6.1 cal ka BP) of detrital influx indicating extreme hydrological events in the past. Regional comparison for this time slice indicates a possible extended “break-monsoon like” mode for the monsoon that favors enhanced precipitation over the Tibetan plateau, Himalayas and their foothills. My studies on surface sediments from Lonar lake helped to identify environmentally sensitive proxies which could also be used to interpret palaeodata obtained from a ca. 10m long core raised from the lake in 2008. The core encompasses the entire Holocene and is the first well dated (by 14C) archive from the core monsoon zone of central India. My identification of authigenic evaporite gaylussite crystals within the core sediments provided evidence of exceptionally drier conditions during 4.7-3.9 and 2.0-0.5 cal ka BP. Additionally, isotopic investigations on these crystals provided information on eutrophication, stratification, and carbon cycling processes in the lake. / Der Indische Sommer Monsun (ISM) ist eines der bedeutendsten Klimaphänomene auf der Erde und hat großen Einfluss auf die Lebensbedingungen und -grundlagen von nahezu 40% der Weltbevölkerung. Trotz großer Bemühungen ist es bisher nicht gelungen ein genaues und umfassendes Verständnis der Monsun-Variabilität zu gewinnen. Hauptgründe dafür sind das Fehlen von langjährigen und hochaufgelösten Klimazeitreihen, räumlichen Inhomogenitäten in den Niederschlagsverteilungen und die Komplexität der treibenden klimatischen Mechanismen (Sonneneinstrahlung, interne Wechselwirkungen des Klimasystems, wie z.B. zwischen Tropen und mittleren Breiten oder die Auswirkungen der El Niño Oszillation). Die Zielsetzung der hier vorgestellten Arbeit ist ein verbessertes Verständnis der Monsun-Variabilität zu entwickeln, auf Basis von hochaufgelösten und weit reichenden Paläoklimazeitreihen aus klimasensitiven Regionen des ISM und der Westwindzone. Um die Zielsetzung umzusetzen habe ich: (i) Proxys identifiziert (sedimentologische, geochemische, isotopische, und mineralogische), die empfindlich auf Umweltveränderungen reagieren; (ii) die identifizierten Proxys zur Erzeugung von langjährigen Paläoklima-Daten für zwei klimasensible Regionen verwendet, eine im NW des Himalaja (Übergangs-Westwindzone und ISM Gebiet von Spity Valley) und eine in der Kernzone des Monsun (Lonar-See) in Zentralindien; (iii) Übersichts-"Momentaufnahmen" der regionalen klimatischen Bedingungen für ausgewählte Zeitpunkte der Vergangenheit erzeugt; und (iv) räumliche Niederschlagsanomalien in Hinblick auf heutige Wechselbeziehungen im Klimasystem interpretiert. Dieser Ansatz stellt allerdings nur einen ersten Schritt zur Identifizierung von paläoklimatischen Wechselbeziehungen im Monsunsystem dar, da sich die Randbedingungen in der Vergangenheit deutlich von den heutigen unterscheiden und diese einen signifikanten Einfluss auf die Niederschlagsanomalien haben. Da das Spity Valley im tektonisch aktiven Himalaja-Orogen lokalisiert ist, ist es von entscheidender Bedeutung die regionalen tektonischen Prozesse zu verstehen, um Erosionsvorgänge des Einzugsgebiets und die Einfuhr von Detritus in den See korrekt interpretieren zu können. Mein Ansatz der Nutzung kombinierter strukturell/morphometrischer und geomorphologischer Charakteristiken lieferte klare Beweise für aktive Tektonik im untersuchten Gebiet und demonstrierte damit die Eignung dieser lakustrinen Sedimente als paläoseismisches Archiv. Die Untersuchung lakustriner Aufschlüsse in Spity Valley lieferte auch Informationen saisonale Änderung der Niederschlagsverteilung sowie das Auftreten von häufigen und intensiven Perioden (ca. 6,8-6,1 cal ka BP) detritischer Einfuhr, welche auf extreme hydrologische Ereignisse in der Vergangenheit schließen lässt. Ein regionaler Vergleich dieser Periode deutet auf einen möglicherweise erweiterten „break-monsoon-like“ Modus für den Monsun hin, welcher hohe Niederschläge über dem Tibetischen Plateau, dem Himalaja und seinen Gebirgsausläufern begünstigt. Meine Studien an den Oberflächensedimenten des Lonar-Sees haben dazu beigetragen umweltsensitive Proxys zu identifizieren, die auch zur Interpretation von Paläodaten von einem ca. 10 m langen Sedimentkern genutzt wurden, der 2008 erbohrt wurde. Der Kern umfasst das gesamte Holozän und stellt das erste gut 14C-datierte Archiv aus der Kernmonsunzone Zentralindiens dar. Die Identifizierung von authigenen Evaporit-Kristallen (Gaylussite) innerhalb der Sedimente liefert einen Beweis für ungewöhnlich trockene Bedingungen in den Perioden zwischen 4,7-3,9 und 2,0-0,5 cal ka BP. Darüber hinaus lieferten Isotopen-Untersuchungen dieser Kristalle Informationen zur Eutrophierung, Stratifikation und zum Kohlenstoff-Kreislauf des Sees.

Techn. University, Diss., 2002--Berlin.

University, Diss., 2004--Tübingen.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований процесса обезвоживания тонкодисперсной суспензии глубоководных органо-минеральных осадков Черного моря в фильтровально-пульсационной машине определены основные ее параметры, а также установлены зависимости этих параметров от показателей процесса фильтрования. Разработаны конструкция фильтровально-пульсационной машины и методика расчета ее параметров применительно к морским органо-минеральным осадкам, а также обоснованы рациональные режимные и конструктивные параметры данной машины. / Die Dissertation begründet die Parameter der pulsierenden Filtermaschine zur Entwässerung feindisperser Suspension, organisch-mineralische Tiefsee-Sedimente aus dem Schwarzen Meer, welche aufgrund der theoretischen und experimentallen Untersuchungen des Filtrationsprozesses beim statischen und pulsierenden Druck, sowie der entwickelten Abhängigkeiten dieser Parameter von Suspensionseigenschaften und Filtrationskennwerten definiert werden können. Es wurde eine neue Konstruktion der pulsierenden Filtermaschine und eine Methodik zur Parameterberechnung in Bezug auf marine Sedimentsuspension entwickelt, sowie die rationellen Betriebs- und Konstruktionsparameter der pulsierenden Filtermaschine definiert. Dabei wurde auch die Effizienz unter Einsatz von pulsierenden im Vergleich zum statischen Druck bei der Sedimententwässerung bewertet.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований процесса обезвоживания тонкодисперсной суспензии глубоководных органо-минеральных осадков Черного моря в фильтровально-пульсационной машине определены основные ее параметры, а также установлены зависимости этих параметров от показателей процесса фильтрования. Разработаны конструкция фильтровально-пульсационной машины и методика расчета ее параметров применительно к морским органо-минеральным осадкам, а также обоснованы рациональные режимные и конструктивные параметры данной машины.:ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ,ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ..................................................................................5 ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................9 РАЗДЕЛ 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ ОСАДКОВ ЧЕРНОГО МОРЯ............................................................................................17 1.1 Характеристика глубоководных органо-минеральных осадков Черного моря как объекта обезвоживания..................................................................17 1.2 Анализ и классификация оборудования для обезвоживания мелкодисперсных суспензий механическим способом........................22 1.3 Анализ фильтровального оборудования для обезвоживания мелкодисперсных суспензий...........................................................26 1.4 Современное состояние исследований процесса фильтрования мелкодисперсных суспензий...........................................................35 1. 5 Пути повышения производительности фильтровальных машин....43 1.6 Выводы, цель и задачи исследований.........................................48 РАЗДЕЛ 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ФИЛЬТРОВАЛЬНО-ПУЛЬСАЦИОННОЙ МАШИНЫ ПРИ ПУЛЬСИРУЮЩЕМ ДАВЛЕНИИ...........50 2.1 Компоновочная схема и основные параметры фильтровально-пульсационной машины.........................................................................................50 2.2 Анализ процесса фильтрования тонкодисперсной суспензии при пульсирующем давлении.......................................................................................58 2.3 Критериальное моделирование процесса обезвоживания тонкодисперсной суспензии......................................................................................70 2.4 Определение параметров экспериментальной установки.............74 Выводы по разделу.........................................................................78 РАЗДЕЛ 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ФИЛЬТРОВАЛЬНО-ПУЛЬСАЦИОННОЙ МАШИНЫ.................................80 3.1 Выбор методов проведения экспериментальных исследований.....80 3.2 Выбор факторов и интервалов варьирования..............................81 3.3 Постановка и проведение экспериментальных исследований.......86 3.3.1 Лабораторные исследования свойств образцов суспензии.........86 3.3.2 Исследование режима работы фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО при пульсирующем давлении........................91 3.3.3 Исследование режима работы фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО при статическом давлении..........................101 3.4 Обработка результатов эксперимента и построение математической модели режима работы машины при пульсации давления................102 3.5 Математическая модель режима работы машины при статическом давлении.....................................................................................110 3.6 Анализ влияния параметров фильтровально-пульсационной машины на процесс фильтрования ГВОМО при пульсирующем давлении........................113 3.7 Влияние динамической составляющей давления на процесс обезвоживания ГВОМО.........................................................................................127 Выводы по разделу.......................................................................130 РАЗДЕЛ 4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................133 4.1 Обоснование параметров фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО..................................................................133 4.2 Методика определения параметров фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО..................................................................142 4.3 Эффективность обезвоживания ГВОМО при пульсирующем давлении и ожидаемый экономический эффект..................................................................150 4.4 Перспективы использования результатов исследований.............154 Выводы по разделу........................................................................162 ВЫВОДЫ.......................................................................................164 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ......................................167 Приложения Приложение А. Расчет параметров лабораторной фильтровальной установки......................................................................................181 Приложение Б. Построение математической модели процесса фильтрования ГВОМО при пульсирующем давлении...............................................186 Приложение В. Результаты экспериментальных исследований процесса фильтрования ГВОМО при статическом давлении.............................190 Приложение Г. Экспериментальные исследования процесса уплотнения ГВОМО..........................................................................................196 Приложение Д. Методика определения рациональных параметров фильтровальной машины для обезвоживания морских органо-минеральных осадков....201 Приложение Е. Методика определения параметров фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания органо-минеральных осадков.................204 Приложение Ж. Методика определения параметров вибрационной фильтровальной машины для обезвоживания ГВОМО со шнековой выгрузкой осадка...207 Приложение И. Акты внедрения.......................................................210 / Die Dissertation begründet die Parameter der pulsierenden Filtermaschine zur Entwässerung feindisperser Suspension, organisch-mineralische Tiefsee-Sedimente aus dem Schwarzen Meer, welche aufgrund der theoretischen und experimentallen Untersuchungen des Filtrationsprozesses beim statischen und pulsierenden Druck, sowie der entwickelten Abhängigkeiten dieser Parameter von Suspensionseigenschaften und Filtrationskennwerten definiert werden können. Es wurde eine neue Konstruktion der pulsierenden Filtermaschine und eine Methodik zur Parameterberechnung in Bezug auf marine Sedimentsuspension entwickelt, sowie die rationellen Betriebs- und Konstruktionsparameter der pulsierenden Filtermaschine definiert. Dabei wurde auch die Effizienz unter Einsatz von pulsierenden im Vergleich zum statischen Druck bei der Sedimententwässerung bewertet.:ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ,ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ..................................................................................5 ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................9 РАЗДЕЛ 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ ОСАДКОВ ЧЕРНОГО МОРЯ............................................................................................17 1.1 Характеристика глубоководных органо-минеральных осадков Черного моря как объекта обезвоживания..................................................................17 1.2 Анализ и классификация оборудования для обезвоживания мелкодисперсных суспензий механическим способом........................22 1.3 Анализ фильтровального оборудования для обезвоживания мелкодисперсных суспензий...........................................................26 1.4 Современное состояние исследований процесса фильтрования мелкодисперсных суспензий...........................................................35 1. 5 Пути повышения производительности фильтровальных машин....43 1.6 Выводы, цель и задачи исследований.........................................48 РАЗДЕЛ 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ФИЛЬТРОВАЛЬНО-ПУЛЬСАЦИОННОЙ МАШИНЫ ПРИ ПУЛЬСИРУЮЩЕМ ДАВЛЕНИИ...........50 2.1 Компоновочная схема и основные параметры фильтровально-пульсационной машины.........................................................................................50 2.2 Анализ процесса фильтрования тонкодисперсной суспензии при пульсирующем давлении.......................................................................................58 2.3 Критериальное моделирование процесса обезвоживания тонкодисперсной суспензии......................................................................................70 2.4 Определение параметров экспериментальной установки.............74 Выводы по разделу.........................................................................78 РАЗДЕЛ 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ФИЛЬТРОВАЛЬНО-ПУЛЬСАЦИОННОЙ МАШИНЫ.................................80 3.1 Выбор методов проведения экспериментальных исследований.....80 3.2 Выбор факторов и интервалов варьирования..............................81 3.3 Постановка и проведение экспериментальных исследований.......86 3.3.1 Лабораторные исследования свойств образцов суспензии.........86 3.3.2 Исследование режима работы фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО при пульсирующем давлении........................91 3.3.3 Исследование режима работы фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО при статическом давлении..........................101 3.4 Обработка результатов эксперимента и построение математической модели режима работы машины при пульсации давления................102 3.5 Математическая модель режима работы машины при статическом давлении.....................................................................................110 3.6 Анализ влияния параметров фильтровально-пульсационной машины на процесс фильтрования ГВОМО при пульсирующем давлении........................113 3.7 Влияние динамической составляющей давления на процесс обезвоживания ГВОМО.........................................................................................127 Выводы по разделу.......................................................................130 РАЗДЕЛ 4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................133 4.1 Обоснование параметров фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО..................................................................133 4.2 Методика определения параметров фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО..................................................................142 4.3 Эффективность обезвоживания ГВОМО при пульсирующем давлении и ожидаемый экономический эффект..................................................................150 4.4 Перспективы использования результатов исследований.............154 Выводы по разделу........................................................................162 ВЫВОДЫ.......................................................................................164 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ......................................167 Приложения Приложение А. Расчет параметров лабораторной фильтровальной установки......................................................................................181 Приложение Б. Построение математической модели процесса фильтрования ГВОМО при пульсирующем давлении...............................................186 Приложение В. Результаты экспериментальных исследований процесса фильтрования ГВОМО при статическом давлении.............................190 Приложение Г. Экспериментальные исследования процесса уплотнения ГВОМО..........................................................................................196 Приложение Д. Методика определения рациональных параметров фильтровальной машины для обезвоживания морских органо-минеральных осадков....201 Приложение Е. Методика определения параметров фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания органо-минеральных осадков.................204 Приложение Ж. Методика определения параметров вибрационной фильтровальной машины для обезвоживания ГВОМО со шнековой выгрузкой осадка...207 Приложение И. Акты внедрения.......................................................210