Problem. More than ever, some of the biggest challenges to society involve governance of natural resources. From large-scale resource systems such as the rain forest and oceans to small-scale systems such as lakes or alpine pastures, cooperative efforts are required to ensure sustainable and yet productive use of natural resources. In Switzerland, the management of alpine pastures has for centuries been predominantly organized by local governance institutions, avoiding an overuse of the scarce resources. During the past decade, the use and maintenance of common property pastures (CPP) is declining, leading to land abandonment and forest regrowth. However, CPP provide significant services to the mountain regions, such as additional grazing grounds, assets for the tourism industry, protection from soil erosion, water run-off and landslides, and high biodiversity. These services are currently threatened by reduced use and maintenance of the CPP. Research Aims. The research presented herein aims for a better understanding of social-ecological interactions driving the use of CPP to provide policy recommendations for the sustainable governance of CPP. Methods. To generate a holistic understanding of the variables driving CPP use, this research used multiple methods to investigate CPP use in Grindelwald, Switzerland as a social-ecological system (SES). The research was structured in 4 modules. First, qualitative methods were applied to analyze institutional change in the governance of CPP. Second, regression models were built from survey data to better understand farmers’ land-use decision. Third, an analysis of the ecological system was conducted bases on land-cover statistics. Forth, a systems dynamics model of the local SES was built and combined with formative scenario analysis to investigate potential future developments of CPP use. Results. The outcomes of the different modules suggest that: First, local governance systems originally designed to prevent overuse of CPP are able to adapt to problems of declining use and maintenance of CPP by altering a set of rules. Second, farmers’ use of CPP depend on personal attributes, including farm size, norms, and dependence on the resource. Furthermore, the analysis suggests that high local demand and prices for alpine cheese are a central factor in the sustainable use of CPP. Third, the land-cover analysis showed that afforestation occurs in Grindelwald at a relatively moderate pace and defines the area most prone to afforestation and bush encroachment. Fourth, the simulation model allows for the display of complex social-ecological interactions, showing that afforestation tendencies are likely to continue, although at different pace depending on the scenario setting. Conclusion. This research provides a better understanding of CPP use through the analysis of the subsystem characterizing the SES. It showed how the general framework for analyzing social-ecological systems can be operationalized using a broad set of methods. It thereby contributed and advanced central themes within the study of the commons such as institutional analysis, users’ behavior in cooperative dilemmas, and modeling of SES. The integration of the findings from different modules into a simulation provided insights about the effects of different policies on the sustainability of the SES, and thereby demonstrated why particular policy blueprints will rather accelerate than counteract the problem of CPP abandonment.

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Biological carbonate hard tissues, such as the shell of the bivalve Mytilus edulis, are composites of biopolymers and minerals. M. edulis has two distinct layers, the outer layer consists of fibrous calcite and the inner layer is composed of nacreous aragonite. Close to the interface between nacreous aragonite and fibrous calcite, a 1-2 micrometer wide zone exists that consists of granular aragonite. Aragonite granules and tablets as well as calcite fibrous are embedded into matrix biopolymers. In order to understand the composite nature of these hard tissues, biomimetic experiments using hydrogels were carried out. Hydrogels are able to model biogenic matrix environments due to their ability to confine space and to determine diffusion rates, local concentrations and supersaturation of the solutes. Hydrogels have local crystallization microenvironment that is distinguished from that in solution by confinement of solutes in the hydrogel pores. However, hydorgels only mimic biological extracellular matrices to some extent as the hydrogel fiber organization lacks any order, unlike it is in the case of the cholesteric liquid phase, e. g. chitin. The hydrogel strength is adjustable by changing its solid content. It further increases local hydrogel fiber co-aligments that to some extent will mimic organic matrices in biological hard tissues. Different kinds of hydrogels were used to study calcite crystallization (silica, agarose, gelatin). As each hydrogel has different characteristics, hydrogels can act differently in promoting or inhibiting crystallization. Hydrogels have an ability to mechanically impede the growth of a crystal depending on the strength of the hydrogel. Gelatin hydrogel is a poly-peptide material derived from natural collagen through hydrolytic degradation. The hyrolitic degradation breaks the triple-helix structure of collagen into single-strand molecules. Gelatin contains both acidic and basic amino acids with isoelectric point values near ∼5 and with predominance of acidic moieties. Agarose hydrogel is a linear polysaccharide extracted from marine red algae. It consists of beta-1,3 linked D-galactose and alpha-1,4 linked 3,6-anhydro-alpha-L-galactose residues. Gelatin and agarose hydrogels are composed of a fibrous structure that have varying mesh void dimensions depending on the hydrogel solid content. Hydrogel with 2.5 wt % gelatin solid content exerts less pressure against the growing calcite crystal aggregate than a hydrogel with 10 wt % gelatin solid content. Silica hydrogel does not exert strong pressure against the growing calcite crystal aggregate due to its nature as it is composed of minute (less than 20 nm) sized spherical particles that do not appear to form a network. The hydrogel strength together with the growth rate of the crystal defines the amount of incorporated hydrogel into the growing calcite crystal aggregate such that a strong hydrogel will incorporate more gel into the calcite crystal than a weak hydrogel. Calcite grown in Mg-free silica hydrogels has a rhombohedral shape and is elongated on the c-axis. It grows as dumbbell-shaped aggregates in the presence of Mg. Silica hydrogel either Mg-free or Mg-bearing does not give a major influence on the co-orientation of the obtained crystal aggregate. Calcite grown in Mg-free agarose has two morphologies: rhombohedron-shaped calcite crystals and calcite radial aggregates. Calcite grown in Mg-bearing agarose has sheaf-like and peanut like morphologies. The presence of Mg in agarose influences the co-orientation of calcite crystals within calcite Mg-bearing agarose composites. The calcite/Mg-free agarose composite has several large crystal subunits while the calcite/Mg-bearing agarose composite shows a spherulitic microstructure. In the case of gelatin hydrogel, the precipitate consists of calcite aggregates that have a variety of features i.e. the formation of mosaic crystals and mesocrystal-like subunits in one aggregate, the formation of aggregates with a fan-like distribution of the c-axis orientation and the formation of spherulitic aggregates. The formation of aggregates with different characteristic in the subunits can be explained as a result of a combination between local differences in gelatin matrix arrangement and physicochemical conditions such as the change in Mg/Ca ratio, pH, saturation, etc. The development of a fan-like distribution of the c-axes orientation in the calcite aggregate subunits can be explained as a result of Mg intrasectorial zoning. A different degree of Mg incorporation in different growth steps will accumulate misfit strain in the lattice. This misfit strain could be released through the formation of dislocations at regular intervals, such that small-angle boundaries develop. This growth further leads to the extreme split growth and the formation of fan-like and spherulitic crystal aggregates. The etching experiments of calcite/hydrogel composites reveal the structure of the incorporated hydrogel within the calcite crystals and aggregates. In the case of Mg-bearing silica hydrogel more silica hydrogel is incorporated into the calcite crystal than in the case of Mg-free silica hydrogel. Thick hydrogel membranes are observed when Mg-free gelatin and agarose hydrogels are used. These membranes do not occur when Mg is present. The formation of these membranes in Mg-free gelatin and agarose hydrogels is a result of an accumulation of the hydrogel fibers that are driven back by growing crystals or aggregates. The stiffness of the gelatin and agarose hydrogel fibers increase as Mg is added into the hydrogel. The hydrogel becomes stiffer and exerts more pressure against the growing aggregates. No hydrogel membranes are observed in aggregates grown in Mg-bearing gelatin and in agarose hydrogels. On the basis of biopolymer and mineral composites, gypsum (CaSO4)/cellulose fiber composites were prepared. The purpose of the addition of cellulose fiber to gypsum was to create a composite with a high ecological value and interesting mechanical properties such as high Young’s modulus, high bending strength and high compression strength. The cellulose fiber affects the mechanical property of the composites depending on the fiber characteristics, e.g. the nature of the cellulose (natural or synthetic), water retention value, degree of swelling, etc. Lyocell fiber, a synthetic fiber, is found to be able to increase the Young’s modulus of the final composite.

Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelte Alfred Wegener seine allgemein bekannte Rekonstruktion der Kontinente, indem er die Fragmente kontinentaler Kruste durch Schließung der großen Ozeane entlang ihrer heutigen Küstenlinien zusammenfügte, so dass alle Kontinente zu einer Landmasse vereint waren. Den resultierenden Superkontinent nannte er "Pangäa" (Wegener, 1920). In dieser Rekonstruktion liegen sich Nord- und Südamerika gegenüber und Nordwestafrika grenzt an die Südostküste Nordamerikas. Lange Zeit nahm man an, dass die Paläogeographie dieses Superkontinents sich im Laufe seiner Existenz nicht bedeutend verändert hat, sondern dass die Kontinente sich im Jura im Wesentlichen aus der gleichen Konfiguration heraus voneinander gelöst haben, zu der sie sich ursprünglich im Paläozoikum zusammengefunden hatten. In der Tat gibt es vielfältige geologische, paläontologische und geophysikalische Hinweise dafür, dass Wegeners Pangäa-Konfiguration von der späten Trias bis in den frühen Jura Bestand hatte. In den späten Fünfzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts entwickelte sich mit der Paläomagnetik eine Methode, die es ermöglicht, die Bewegungen der Kontinente über das Alter des ältesten bekannten Ozeanbodens hinaus zu rekonstruieren. Aufgrund des Dipolcharakters des Erdmagnetfeldes gilt das jedoch nur für die Rekonstruktion von paläogeographischen Breitenlagen, die Lage bezüglich der Längengrade kann mit Hilfe des Erdmagnetfeldes nicht eindeutig bestimmt werden. Eine nicht unerhebliche Anzahl paläomagnetischer Studien hat gezeigt, dass Wegeners Pangäarekonstruktion, auch Pangäa A genannt, mit globalen paläomagnetischen Daten in prä-triassischer Zeit nicht kompatibel ist. Zwingt man die Nord- und Südkontinente Pangäas, Laurasia und Gondwana für diese Zeit in die Pangäa A Konfiguration, so ergibt die auf paläomagnetischen Daten basierende paläogeographische Rekonstruktion ein signifikantes Überlappen kontinentaler Krustenanteile (siehe z. B. Van der Voo (1993); Muttoni et al. (1996, 2003) und darin zitierte Werke). Ein solches Überlappen lässt sich jedoch mit grundlegenden geologischen Prinzipien nicht vereinen. Im Lauf der Jahrzehnte wurden vielfältige alternative prä-triassische paläogeographische Pangäarekonstruktionen erstellt, die im Einklang mit den paläomagnetischen Daten sind. Der Hauptunterschied im Vergleich dieser Rekonstruktionen zur klassischen Pangäa A Konfiguration liegt in der Lage der Südkontinente relativ zu den Nordkontinenten. Um den kontinentalen Überlapp zu vermeiden, werden die Südkontinente unter Beibehaltung ihrer Breitenlage um ca. 30 Längengrade relativ zu den Nordkontinenten weiter im Osten platziert, so dass Nordwestafrika gegenüber Europa zu liegen kommt (Pangäa B, Irving (1977)). Da - wie erwähnt - der Dipolcharakter des Erdmagnetfeldes keine Aussagen über die Position der Kontinente bezüglich der Längengrade zulässt, ist dies mit den paläomagnetischen Daten vereinbar. Die alternativen Konfigurationen müssen jedoch alle vor dem Auseinanderbrechen Pangäas im Jura wieder in die für diesen Zeitraum allgemein akzeptierte Wegener-Konfiguration zurückgeführt werden. Dies geschieht - wiederum im Einklang mit den paläomagnetischen Daten - unter Beibehaltung der Breitenlage der Kontinente entlang einer postulierten kontinentalen dextralen Scherzone. Der Versatz von 2000 bis 3000 km fand laut Muttoni et al. (2003) in einem Zeitraum von ca. 20 Ma im frühen Perm statt. Dadurch ergibt sich eine entsprechend hohe Versatzrate von 10 bis 15 cm/a. Diese Arbeit befasst sich im Rahmen mehrerer paläomagnetischer Studien mit der Suche nach dieser großen Scherzone, deren Existenz seit Jahrzehnten umstritten ist. Der große Versatz wurde vermutlich von mehreren Störungssegmenten aufgenommen, die eine mehrere hundert Kilometer breite diffuse und segmentierte Scherzone bildeten. Paläogeographische Rekonstruktionen legen nahe, dass die Scherzone unter Anderem den Bereich des heutigen Mittelmeerraumes umfasst hat (Arthaud and Matte, 1977). Die Tizi-N'-Test-Verwerfung und ihre westliche Fortsetzung, die Süd-Atlas-Störung, sowie Verwerfungen entlang der nördlichen Pyrenäen und innerhalb des Armorikanischen Massivs (Bretagne) bilden demnach die Hauptblattverschiebungssysteme, die die Scherzone begrenzen. Krustenblöcke, die in entsprechend großen Störungssystemen liegen, können um vertikale Achsen rotieren (Nelson and Jones (1987) und darin zitierte Werke). Diese Rotationen können mit Hilfe der Paläomagnetik quantifiziert werden. Kapitel 1 leitet in die vorstehend beschriebene Problematik ausführlich ein und beleuchtet insbesondere die einzelnen Abschnitte dieser Arbeit. Somit wird deutlich, wie die Ergebnisse der Studien, aus denen sich die vorliegende Arbeit zusammensetzt, aufeinander aufbauen und einen konsistenten Lösungsansatz für die eingangs beschriebene Diskrepanz zwischen den Polwanderkurven Laurasias und Gondwanas entwickeln. Kapitel 2 beschreibt eine paläomagnetische Studie, die im Toulon-Cuers Becken, Südfrankreich durchgeführt wurde. Das Toulon-Cuers Becken entstand während einer Phase der Extension im südlichen variszischen Gürtel Europas, und ist sukzessive mit Sedimenten verfüllt worden. Außer mächtigen permo-triassischen Sedimentpaketen finden sich hier auch Laven und Pyroklastika als Produkte eines extensionsgetriggerten Vulkanismus, die ebenfalls Gegenstand der hier durchgeführten Studie sind. Die Ergebnisse der Untersuchungen können sehr gut mit bereits vorhandenen Literaturdaten in Einklang gebracht werden und zeigen, dass es zur fraglichen Zeit durchaus Bewegungen zwischen klar definierten Krustenblöcken gab, die Zeugen einer generellen Mobilität der Kruste in diesem Bereich sind. Es handelt sich hierbei um Blockrotationen um vertikale Achsen, so wie sie im Spannungsfeld einer kontinentalen Transformstörung zu erwarten sind. Dabei werden Rotationen im und gegen den Uhrzeigersinn dokumentiert, woraus eine komplexe Geometrie und Anordnung der Krustenblöcke abgeleitet werden kann. Hieraus wird ein tektonisches Modell entwickelt, welches mit gängigen Modellen (siehe McKenzie and Jackson (1983) in Nelson and Jones (1987)) in Einklang gebracht wird. Die triassischen paläomagnetischen Daten aus dem Gebiet belegen im Gegensatz dazu keine Rotationen und legen daher den Schluss nahe, dass die Krustenmobilität in dem Bereich zu Beginn des Mesozoikums zum Erliegen gekommen war. Somit belegt diese Studie deutlich, dass es im von Muttoni et al. (2003) postulierten zeitlichen Rahmen Hinweise für eine generelle Mobilität innerhalb Pangäas gibt. Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse wurde die folgende Studie an magmatischen Ganggesteinen ("Dykes") in Sardinien (Italien) durchgeführt, um die laterale räumliche Dimension der Scherzone besser abschätzen zu können. Kapitel 3 stellt die Ergebnisse dieser Studie vor. Die Dykes treten schwarmförmig auf und sind in einem Zeitraum zwischen 298 ± 5Ma und 270 ± 10Ma in den Korsika-Sardinien-Batholith intrudiert (Atzori and Traversa, 1986; Vaccaro et al., 1991; Atzori et al., 2000). Zusätzlich zu den Rotationen, die auch hier mittels paläomagnetischer Daten nachgewiesen werden konnten, gibt die Orientierung der einzelnen Dykeschwärme Aufschluss über das tektonische Spannungsfeld, das während der Platznahme der Dykes vorherrschte. Diese kombinierten Ergebnisse bestätigen und ergänzen die Ergebnisse der vorhergehenden Studie in Südfrankreich. Ergänzend zu den Untersuchungen an den Ganggesteinen Sardiniens werden Daten von permischen Sedimenten und Vulkaniten präsentiert, die in verschiedenen Regionen Sardiniens beprobt wurden (Kapitel 4). Die paläomagnetischen Daten belegen, dass Sardinien in mindestens zwei Krustensegmente zerlegt war, welche relativ zueinander und auch relativ zur europäischen Polwanderkurve rotiert sind. Auch hier wiederholt sich das Muster von Rotationen im und gegen den Uhrzeigersinn. In dieser Studie werden die Ergebnisse aus den vorangehenden Kapiteln sowie aus der weiterführenden Literatur zusammengefasst, so dass ein zeitlich und räumlich verfeinertes Bild der Krustenblöcke im westlichen Mittelmeerraum zur Zeit des frühen Perm entsteht. Durch die verbesserte Definition der Geometrie der einzelnen Blöcke kann das in Kapitel 2 beschriebene tektonische Modell bestätigt werden. Kapitel 5 befasst sich abschließend mit dem zeitlichen Rahmen der Aktivität entlang der fraglichen Scherzone. Ausgehend von der Annahme, dass sich die Kontinente im Jura bereits in einer Pangäa A Konfiguration befunden haben, sollten die paläomagnetischen Daten von jurassischen Gesteinen keine Hinweise auf Scherbewegungen geben. Hierzu wird eine Studie an jurassischen Sedimenten Sardiniens vorgestellt. Die paläomagnetischen Daten der untersuchten Krustensegmente belegen, dass es in post-jurassischer Zeit in Sardinien keine Blockrotationen der einzelnen Segmente relativ zueinander gab und Sardinien somit ab jener Zeit als tektonisch einheitlicher Block behandelt werden muss. Des Weiteren zeigen die paläomagnetischen Pole, die aus den paläomagnetischen Richtungen für eine Referenzlokalität berechnet wurden, keine signifikante Abweichung von der Polwanderkurve des europäischen Kontinents nach Besse and Courtillot (2002). Diese Kohärenz der paläomagnetischen Daten bestätigt die weithin akzeptierte Beobachtung, dass sich Pangäa zur Zeit des Jura bereits in der Wegener Konfiguration (Pangäa A) befunden hat und untermauert die Aussagekraft paläomagnetischer Studien in diesem Zusammenhang. Zugleich kann anhand dieser Daten ausgeschlossen werden, dass die alpidische Orogenese die Ursache für bedeutende Krustenblockrotationen in dieser Region gebildet hat. Die Ergebnisse der oben genannten Studien werden in dieser Arbeit zusammengeführt. Im Verbund mit Daten aus der Literatur untermauern sie, dass es zwischen dem frühen Perm und der frühen Trias entlang eines ausgedehnten Gürtels, der mindestens vom französischen Zentralmassiv über Südfrankreich bis nach Korsika- Sardinien reichte, bedeutende Krustenbewegungen in Form von Blockrotationen innerhalb Pangäas gab. Die vorliegende Synthese schafft somit ein konsistentes Bild der generellen Krustenmobilität zwischen den nördlichen Teilen Pangäas (Laurasia) und den Südkontinenten (Gondwana). Der durch die präsentierten Studien abgesteckte zeitliche Rahmen korreliert mit den Abschätzungen von Muttoni et al. (2003) zur Transformation zwischen verschiedenen Pangäakonfigurationen. Diese Arbeit bestätigt außerdem, dass das mittlere Perm eine Zeit großräumiger Reorganisation der kontinentalen Platten war, die von anhaltender magmatischer Aktivität begleitet war (Deroin and Bonin, 2003; Isozaki, 2009). Anhand der hier vorgestellten neuen Daten in Kombination mit bereits bekannten paläomagnetischen Daten aus der Region ergibt sich ein klares Muster von Rotationen im und gegen den Uhrzeigersinn von einzelnen störungsbegrenzten Krustenblöcken. Diese Arbeit belegt, dass die Paläomagnetik ein hervorragendes Instrument zur Quantifizierung jener Krustenblockrotationen ist, die oftmals die einzigen verbleibenden Indizien für ehemals großräumige Scherzonen bieten, nachdem die Störungen selbst aufgrund vielfältiger Prozesse nicht mehr aufgeschlossen sind (Umhoefer, 2000). Die tektonischen Modelle von McKenzie and Jackson (1983) in der Interpretation nach Nelson and Jones (1987) werden als Erklärungsgrundlage für die beobachteten Rotationen herangezogen und erweitert.

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

Seit dem Jahr 2000 ist die Anzahl an installierten Photovoltaik-Anlagen in Deutschland – dank günstiger politischer Rahmenbedingungen – rasant von 76 MWp auf 24.820 MWp in 2011 gestiegen. Trotz bundesweit einheitlicher finanzieller Förderbedingungen durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz existieren jedoch räumliche Unterschiede in der Anzahl an installierten Photovoltaik-Anlagen pro Einwohner, sowohl auf Ebene der Bundesländer, als auch zwischen einzelnen Gemeinden einer Region. In der vorliegenden Arbeit wird die räumliche Diffusion von Photovoltaik-Anlagen in Baden-Württemberg untersucht. Ziel ist zum einen die Ursachen für die räumlichen Unterschiede in der Photovoltaik-Diffusion aufzudecken. Zum anderen ist das Ziel zu überprüfen, ob ein Nachbarschaftseffekt der Photovoltaik-Diffusion existiert. Dies wird mit Hilfe quantitativer und qualitativer Methoden untersucht. Mit Hilfe der räumlichen Autokorrelationsanalyse wird gezeigt, dass sich die Anzahl an Photovoltaik-Anlagen pro Einwohner in den Gemeinden Baden-Württembergs signifikant unterscheidet. Es existieren Cluster von Gemeinden mit besonders hoher Photovoltaik-Nutzung (Hot Spots) und Cluster von Gemeinden mit besonders niedriger Photovoltaik-Nutzung (Cold Spots). Hot Spot-Gemeinden befinden sich zu 95% im ländlichen Raum und Cold Spot-Gemeinden zu 85% im Verdichtungsraum. Die Ergebnisse der räumlichen Regressionsanalyse und der Fallstudie in der Region Heilbronn-Franken zeigen, dass die Unterschiede in der Dichte der Photovoltaik-Anlagen pro Einwohner erstens auf Unterschiede in der Siedlungsstruktur zurückzuführen sind (Anteil an Ein- und Zweifamilienhäusern, Anteil an Neubauten, Anzahl an Viehbetrieben pro Einwohner), zweitens auf Unterschiede im Sozialgefüge (Anteil an Familien) sowie drittens auf den Nachbarschaftseffekt der Diffusion. Aus den Experteninterviews geht hervor, dass zudem weitere lokale Voraussetzungen gegeben sein müssen, damit es zu einer schnellen Photovoltaik-Diffusion kommt. Eine wichtige Rolle spielen die Landwirte, die häufig als Innovatoren auftraten, sowie sog. Change Agents, die den Diffusionsprozess anstoßen und bewusst fördern. Zu letzteren zählen auf lokaler Ebene aktive Bürgermeister, Solarvereine, Photovoltaik-Unternehmer oder Elektroinstallateure, auf regionaler Ebene Maschinenringe und Energieagenturen. Die Modellierung und Analyse der Photovoltaik-Diffusion in den einzelnen Gemeinden von 2000 bis 2030 zeigt für das Jahr 2009, dass die Gemeinden einer Raumkategorie unterschiedliche Diffusionsprofile aufweisen. Je ländlicher eine Gemeinde ist, desto weiter ist tendenziell der Diffusionsprozess fortgeschritten: In Gemeinden des ländlichen Raums befindet sich die Photovoltaik-Diffusion meist bereits im Early Majority-Stadium, in Gemeinden des Verdichtungsraums ist die Photovoltaik-Diffusion dagegen überwiegend erst am Ende des Early Adopter-Stadiums angelangt. Der Innovationseffekt, der angibt, wie stark die Anzahl an Photovoltaik-Anlagen unabhängig von den bereits installierten Anlagen zunimmt, ist im suburbanen Raum und im ländlichen Raum am höchsten. Der Imitationseffekt, der angibt, wie stark die Zunahme neu installierter Photovoltaik-Anlagen von bestehenden Anlagen in einer Gemeinde abhängt, steigt dagegen von der Stadt zum Land an. Durch den Vergleich der Hot Spot-Gemeinden mit den übrigen Gemeinden des ländlichen Raums wird deutlich, dass die Imitation in den Hot Spot-Gemeinden höher liegt. Dies lässt darauf schließen, dass ein Nachbarschaftseffekt der Photovoltaik-Diffusion zwischen den Gemeinden existiert, da die Lage innerhalb eines Hot Spots zu einer erhöhten Wahrnehmung von Photovoltaik-Anlagen und einem häufigeren Austausch mit Photovoltaik-Besitzern führt und damit die Photovoltaik-Diffusion fördert. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der knapper werdenden fossilen Ressourcen gilt in Deutschland das Ziel, die Nutzung erneuerbarer Energien und damit auch der Photovoltaik weiter voranzutreiben. Diese Arbeit zeigt, dass lokale Einflussfaktoren entscheidend für das Entstehen räumlicher Unterschiede in der Photovoltaik-Nutzung sind. Die Kenntnisse dieser Unterschiede, deren Ursachen sowie die Bedeutung des Nachbarschaftseffekts können eine Grundlage für gezielte Förderung oder Marketingmaßnahmen zur weiteren Diffusion von Photovoltaik-Anlagen bieten. / Since 2000, the number of photovoltaic systems installed in Germany has significantly increased from 76 MWp to 24,820 MWp in 2011. This can be attributed to a favourable policy framework. Despite a nationaly uniform financial incentive scheme supported by the Renewable Energies Act (EEG), spatial differences in the number of photovoltaic systems installed per capita can be observed between the federal states as well as among individual municipalities. This study analyses the spatial diffusion of photovoltaic installations in the German federal state of Baden-Württemberg. The first aim of the study is to identify the reasons for spatial differences in diffusion. The second aim is to examine whether there is a neighbourhood effect in the spatial diffusion of photovoltaic installations. The study is based on quantitative and qualitative methods. The analysis of spatial autocorrelation shows that the number of photovoltaic installations per capita differs significantly among the municipalities in Baden-Württemberg. The analysis reveals the presence of clusters of municipalities with above average photovoltaic development (Hot Spots) and below average photovoltaic development (Cold Spots). The results show that 95 % of the Hot Spot municipalities are located in rural areas while 85 % of the Cold Spot municipalities are found in urban agglomerations. Both the results of the spatial regression analysis and the case study of the region Heilbronn-Franken, indicate that differences in the density of photovoltaic installations per capita arise for three main reasons: firstly, because of differences in the settlement structure (percentage of detached and semi-detached houses, percentage of new houses, percentage of livestock farms), secondly, because of differences in the social structure (percentage of families), and thirdly, because of the neighbourhood effect of diffusion. Expert interviews identified that additional local conditions play an important role in promoting the diffusion of photovoltaic installations. Particularly farmers play a crucial role in the diffusion as they often act as innovators. The photovoltaic diffusion process is often triggered and promoted by change agents. On a local level, change agents are active mayors, solar initiatives, photovoltaic entrepreneurs or electricians. On a regional level, these are machinery rings or energy agencies. The results of the model for the analysis (from 2000 to 2030) of the diffusion of photovoltaic installations in the municipalities show that in 2009 municipalities of different spatial categories display different diffusion profiles. The more rural a municipality is, the more advanced the diffusion process: municipalities in rural areas have mostly reached the point of inflection of the diffusion curve and adopters now belong to the Early Majority. Municipalities in urban areas still belong to the Early Adopters. The coefficient of innovation indicating the extent at which the number of photovoltaic installations increases independently from other installations, is highest in suburban and rural areas. The coefficient of imitation indicating the strength of dependence in the development of new photovoltaic installations from existing ones, increases from urban to rural areas. The comparison of Hot Spot municipalities with the remaining municipalities of the rural areas shows that the coefficient of imitation is higher in Hot Spot municipalities. Thus, one can conclude that there is a neighbourhood effect in the diffusion of photovoltaic installations among municipalities. The position within a Hot Spot advances the perception of photovoltaic installations and increases interaction and communication among photovoltaic owners promoting the diffusion of the technology. In the context of climate change and the limited availability of fossil fuels, the use of renewable energies e.g. photovoltaic installations should be further encouraged in Germany. This study shows that local conditions significantly impact the development of spatial differences in the use of photovoltaic technology. Understanding the reasons for these spatial differences and the neighbourhood effect can help to define well-directed incentives and to develop marketing strategies to further promote the diffusion of photovoltaic installations.

Pedosedimentäre Archive liefern einen wichtigen Beitrag zur Rekonstruktion der Landschaftsgeschichte. Die anthropogene Besiedlung und Nutzung der Landoberfläche seit dem Beginn des Holozäns verursacht Boden-, Vegetations- und Reliefveränderungen, welche sich durch die Verbreitung von Böden mit ihren Erosionsstadien und Kolluvien zeigen. Das Ausmaß und die Art der Bodenerosion und die damit verbundene Bildung der Kolluvien werden neben den natürlichen Faktoren wesentlich durch die Landnutzung bestimmt. Böden und Kolluvien enthalten wichtige Informationen über die ursprüngliche Landschaft, ehemalige Landnutzungsphasen und Umweltveränderungen. Die spezifischen Merkmale in Kombination mit den archäologischen Befunden ermöglichen Rückschlüsse auf vergangene Natur- und Kulturräume. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein besseres Verständnis über die Siedlungs- und Landschaftsentwicklung der untersuchten Gebiete in Franken zu erlangen. Hierfür ist es angebracht, mehrere räumlich verteilte Standorte zu untersuchen. Um den menschlichen Einfluss auf die prähistorische Landschaft besser verstehen zu können, kam ein interdisziplinärer Ansatz mit archäologischen und physisch-geographischen Methoden zur Anwendung. Die Umgebungen der einzelnen Untersuchungsstandorte wurden nach geomorphologischen Kriterien charakterisiert und ausgewählten Befunde nach bodenkundlichen Fragestellungen aufgenommen. Die Bestimmung der bodenphysikalischen und -chemischen Eigenschaften von Böden und Sedimenten erfolgte anhand repräsentativer Probenmengen. Bei ausgewählten Profilen kamen zusätzlich die Analysen zur Bestimmung der Gesamt- und Tonmineralogie sowie die Methode der 14C-Datierung für Bodensedimente, Tierknochen und Holzkohlen hinzu. Die physisch-geographischen Ergebnisse konnten anschließend mit den archäologischen Informationen ergänzt. Die drei ausgewählten Untersuchungsgebiete befinden sich im Fränkischen Schichtstufenland. Der Bullenheimer Berg wurde aufgrund seiner bedeutenden Besiedlungsgeschichte ausgewählt. Die ausgewählten Profile liegen in verschiedenen Nutzungsarealen auf dem Plateau. Die Standorte Marktbergel und Ergersheim liegen im Gebiet des Fränkischen Gipskarstes. Diese Untersuchungen sind ein Teil des DFG-geförderten Projektes „Prähistorische Mensch-Umwelt-Beziehungen im Gipskarst der Windsheimer Bucht, Nordbayern. Dolinen als Archive für Siedlungs- und Landschaftsentwicklung.“ Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass der anthropogene Einfluss zu einer deutlichen Veränderung in der Landschaft führte. Für die Untersuchungsräume zeichnet sich eine lange Nutzungsgeschichte seit dem Beginn des Holozäns ab. Durch die Auswertung der Geländebefunde und der labortechnisch erzeugten Kennwerte konnten die untersuchten Profile in mehrere Phasen gegliedert werden. Es zeigten sich Stabilitätsphasen in denen Bodenbildung stattfinden konnte, aber auch geomorphodynamisch aktive Phasen der Erosion und Akkumulation von Bodensedimenten. / Pedosedimentary archives make an important contribution to the reconstruction of landscape history. Since the beginning of the Holocene settlements and land use activities led to significant modifications of relief and soils. The extent and type of soil erosion and the associated formation of colluvials are essentially determined not only by natural factors but also by land use. Thus soils and colluvial contain important information about the original landscape, former land use phases and environmental changes. The specific features in combination with the archaeological findings allow for conclusions about past natural and cultural areas. The present work applied an interdisciplinary approach with archaeological and physical-geographical methods to analyse the settlement and landscape development of the investigated areas in Franconia. Therefor three study areas were selected in the Keuper landscape of Franconia: (1) the Bullenheimer Berg was chosen because of its important settlement history, with profiles located in different areas on its plateau. The locations (2) Marktbergel-West II and (3) Ergersheim are located in the area of the Franconian gypsum karst. The results show that the anthropogenic influence led to a significant change in the landscape. For the study areas a long history of human use can be proven since the beginning of the Holocene.

Several hundred meter thick alluvial fans are dominating the landscape of semiarid plains of north-eastern Iranian mountain-talus. These fans developed since Miocene times and are still prograding today. They are storing and transporting major amount of weathered debris from the mountain ranges and sediments are directed to the depressions of the endorheic basins. In this course, the debris gets increasingly weathered and abraded to sand silt and clay fractions, which finally constitute the fine loamy layers of the typical central playa lakes and playas. The study focused on the detailed investigation of a characteristic section of this prominent sediment cascades. The sediments were planned be comprehensively documented by using a fully analytical geomorphological mapping approach, also suitable for the classification of the sediment’s geomorphological system contexts. Therefore, a geodatabase structure was developed, which is capable of managing and analyzing geomorphological data. The corresponding data was acquired using remote sensing imagery, digital elevation models and field mapping campaigns. Additionally, mapped sediments were selected and analyzed to reveal representative stratigraphic and sedimentologic characteristics. The fieldwork was conducted in Damghan Basin on sections in geomorphologically subdivided alluvial apron sediments. The corresponding, more regularly layered and partly laminated sediments from the central playa, were also investigated and comparably described. Attending to the preparation of profile sections and the percussion core probing, samples from both origins were taken. Detailed lithostratigraphical and geochemical analyses were carried out in the laboratory, in order to develop sound comparable sediment and sediment alteration indices. In addition, OSL sampling was done on distinct alluvial fan surfaces, and the samples were measured and dated in the laboratory in order to develop a functional chronostratigraphy. The results of the geomorphological and stratigraphical investigations reveal five classes of surface ages on the alluvial apron. Parallel to that observation, the ramming core samples exhibit four main phases of sediment development in the playa, each with internal differentiation. This brings up opportunities for a valid correlation of continuously deposited playa sediments, with widespread alluvial surfaces. By considering the OSL ages of selected terrestrial and lacustrine layers, the stratigraphy and relative chronological order of the studied sediments, are aligned to Pleistocene and mid to late Holocene periods. This is also confirmed by proxy ages from the chronological framework of the landscape development, within the basin. Geophysical and geochemical data reveals roughly cyclic sedimentation and sediment alteration that can also be observed in genetically differing geoarchives from alluvial fan surfaces to the playa sediments. These parallel developments are confirmed by the sequence-stratigraphic order of the archives which is derived from geomorphological mapping. We postulate a time span covered by the playa sediments from today to late Pleistocene times. Drying and Lake level retreat at the end of Pleistocene is documented in parallel geoarchives of terrestrial and lacustrine origin. Thus, geomorphologic landform-succession and alluvial fan morphogenesis, as well as geochemical and geophysical fingerprinting data of playa sediments characterize this development. Therefore, it is present in the two youngest generations of alluvial fans, which deposited at the toe of the alluvial apron and which incorporate reworked still water deposits of a former lake level terrace. The geochemical parameters, like pH-value and Ca/S-ratio, in both, sediments of a former lake level and those from the recent playa extent exhibit a similar development. In addition, Ti/Al-ratio shows the potential for quantifying lake level retreat, as it seems to be tightly depending on lake level and increasing transportation distances along the sediment cascade. Major Findings - Analytical geomorphological mapping is a key tool for understanding the sedimentation history of the Iranian Quaternary and for describing Quaternary stratigraphic units of North Iran. - The younger playa deposits in Damghan Basin cover a time span from today to late Pleistocene. They are 10 meters thick and reveal very low organic matter contents throughout the core. - Drying and Lake level retreat is documented in parallel geoarchives (1) in geomorphologic landform-succession and alluvial fan morphogenesis and (2) in geochemical and geophysical fingerprinting data of playa sediments - Sequences of torrential sedimentation are detectable signals and can be correlated in both: playa sediments and landform morphology / Die nordostiranische Gebirgsabdachung wird maßgeblich von mehrere hundert Meter mächtigen Schwemmfächern gebildet. Die Aufschüttung der Schwemmfächer setze im Miozän ein und bis heute progradieren die Fächer ins Beckeninnere. Dabei transportieren und speichern sie den Großteil des Verwitterungsschutts der Gebirgszone und die Sedimente werden von hier weiter in die zentralen Depressionen der endorheischen Beckenlandschaften geleitet. Auf ihrem Weg wird der Schutt weiter zerkleinert und verwittert, und bildet schließlich in feinen Sand-, Schluff- und Tongemengelagen die Lehmschichten der typischen zentralen Playaseen und Playas. Mit der vorliegenden Studie wurde ein charakteristischer Abschnitt dieser bedeutenden Sedimentkaskade detailliert untersucht. Durch einen vollanalytischen geomorphologischen Kartieransatz sollten die Sedimente umfangreich erfasst und in ihren geomorphologischen Systemzusammenhang gebracht werden. Zu diesem Zweck wurde eine Geodatenbankstruktur entwickelt, die die Verwaltung und Analyse geomorphologischer Daten ermöglicht. Die entsprechenden Dateneinträge wurden aus spektralen Fernerkundungsdaten, digitalen Geländemodellen und den Feldkartierungen mehrerer Expeditionen extrahiert. Für die kartierten Sedimente wurden an repräsentativen Standorten zusätzlich die stratigraphischen und sedimentologischen Charakteristika ermittelt und mit den Kartenelementen verknüpft. Für die Feldarbeiten wurden die Sedimente einer typischen Schwemmfächerschürze des Damghan Beckens geomorphologisch untergegliedert und ergraben. Entsprechend wurden die, das Ende der Sedimentkaskade bildenden, regelmäßiger geschichteten und zum Teil laminierten Sedimente der Playa sondiert und vergleichbar beschrieben. Die Landformen wurden als Kartenelemente im Vektorformat gespeichert und nach standardisierten geomorphologischen Konzepten in Systemelemente aus Form, Material und Prozess klassifiziert. Spezifiziert wurden die Landformen und Landformelemente dann in den Klassen Moprhometrie und Morphographie (Form), Morphostruktur (Material), Morphodynamik und Morphogenese (Prozess), sowie Geomorphologie (System Synthese). Begleitend zu den Kartierungen und der Bearbeitung der Profilschnitte und Rammkernsondagen, wurden die Schichten beider Sedimentationsräume detailliert beprobt. Weitere Untersuchungen zu Lithostratigraphie, Geochronologie und Geochemie der Sedimente wurden im Labor ausgeführt und sollten aussagekräftige Indizes zu Sedimenteigenschaften und Art und Alter der Sedimentvariation erbringen. Neben pH- und Leitfähigkeitsmessungen, sowie der Ionenchromatographie leicht löslicher Salze, wurde für alle Proben die Granulometrie mittels Laserdiffraktometrie ermittelt. Die mineralogische Zusammensetzung wurde röntgendiffraktometrisch bestimmt. Haupt- und Nebenelemente wurden im Wesentlichen mit einer Kombination aus Röntgenfluoreszenzmessungen (XRF) und optischer Emissionsspektrometrie von Königswasseraufschlüssen mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) analysiert. Altersbestimmungen konnten lediglich an ausgewählten Proben der terrestrischen Sedimente durchgeführt werden; dabei wurden im Labor Dosimetrie und Optisch Stimulierte Lumineszenz gemessen (OSL) und daraus die Alter modelliert. Die Ergebnisse der geomorphologischen und stratigraphischen Untersuchungen zeigen fünf Hauptphasen vergangener Schwemmfächeroberflächenaktivität. Parallel dazu konnten in den Rammkernen der zentralen Playa vier in sich gegliederte Hauptsedimentationsphasen nachgewiesen werden. Die kontinuierlichen Akkumulationsphasen der Playasedimente bieten aussagekräftige Korrelationen mit den Aktivitätsphasen auf den ausgedehnten Flächen der Schwemmfächerschürze. Über die OSL-Alter der ausgewählten terrestrischen und lakustrinen Sedimentschichten können Stratigraphie und relative Chronologie der untersuchten Sedimente Pleistozänen und mittel- bis spätholozänen Perioden zugeordnet und in die allgemeine Chronostratigraphy des Beckens eingefügt werden. Die geophysikalischen und geochemischen Messungen lassen auf zyklische Sedimentationsphasen schließen, die sich über Geoarchive verschiedenen Ursprungs von der Schwemmfächerschürze bis in die zentrale Playa koppeln lassen. Diese stratigraphische Entwicklung wurde über die historisch-genetische Systemrekonstruktion im Zuge der geomorphologischen Kartierung in ihren sequenzstratigraphischen Zusammenhang gebracht und bestätigt so die parallele Entwicklung der verschiedenen Geoarchive. Die untersuchten Playasedimente belegen somit eine Zeitspanne vom Spätpleistozän bis zur aktuell anhaltenden Phase. Die Entwicklung der verschiedenen Sedimentkörper zeigt auch den Wechsel zu trockeneren Bedingungen und die Austrocknung eines früher ausgedehnten (Playa-)Sees in spätpleistozäner Zeit an. Sowohl die geomorphologische Landformensukzession und Schwemmfächermorphogenese, wie auch das Elementsignal und die veränderten geophysikalischen und geochemischen Eigenschaften der Playasedimente charakterisieren diese Entwicklung. So ist diese präsent in den beiden jüngsten Schwemmfächergenerationen, die am Fuß der Schwemmfächerschürze liegen und erodierte Sedimente einer ehemaligen Seeterrasse beinhalten. Auch geochemische Parameter, hier die pH-Werte und das Ca/S-Verhältnis, der Schichten in Position der ehemaligen Seeterrasse, und der Schichtung innerhalb der rezenten Playaausdehnung weisen auf die zunehmende Salinität des ehemaligen Sees im Zuge der Austrocknung hin. Ergänzend hat das Ti/Al-Verhältnis Potential den Seespiegelrückzug zu quantifizieren, indem es als Indikator für zunehmende Transportdistanzen entlang der Sedimentkaskade genutzt wird. Der beobachtete Seespiegelrückgang und die Phasen der Schwemmfächeraktivität können weiterhin mit Humiditätsphasen korreliert werden, die aus verschiedenen See- und Sumpfsedimenten des Nordiran bekannt sind. So beginnt in Damghan mit der Jüngeren Dyas eine intensive Trockenphase mit veränderten klimatischen Bedingungen. Nach einer folgenden Humiditätsphase mit neuerlichem Seehochstand können zwei weitere Trockenphasen im Frühholozän ausgemacht werden. Die letzte Trockenphase setzt somit nach einer mittelholozänen Phase relativer Stabilität ein. Wesentliche Erkenntnisse - Die analytisch geomorphologische Kartierung bildet ein essentielles Werkzeug zur Untersuchung der Sedimentation im iranischen Quartär und zur Beschreibung der quartären stratigraphischen Einheiten des Nordiran - Die jüngeren Playasedimente des Damghan Beckens repräsentieren einen Zeitabschnitt der von heute bis in das Spätpleistozän reicht. Sie weisen eine Mächtigkeit von 10 Meter auf und enthalten durchweg sehr geringe Anteile an organischer Substanz. - Austrocknung und Seespiegelrückgang sind in Damghan parallel in zwei Geoarchivtypen dokumentiert. Sie zeigen sich (1) in der geomorphologischen Landformenfolge und Schwemmfächerentwicklung und (2) im Wandel der geochemischen und geophysikalischen Charakteristika der Playasedimente. - Sequenzen mit torrentieller Sedimentation konnten ebenfalls in beiden Sedimentationsräumen erkannt und korreliert werden. / Availability of water and desiccation of important water reservoirs is a vital challenge in semi-arid to arid climates with growing economy and population. Low quantities of precipitation and high evaporation rates leave the water supply vulnerable to human activity and climatic variations. Endorheic basins of Northern Iran were hydrologically landlocked within geological timescales and thus bear evidence of past variations of water resources in generations of water related landforms, like abandoned lake level shorelines, alluvial fans and stream terraces. Understanding the development of these landforms reveals crucial information about past water reservoirs and landscape history. This study offers a comprehensive approach on understanding the geomorphological development of the landscape throughout Late Pleistocene and Holocene times. It integrates remote sensing and geographic information system analysis, with geomorphological and stratigraphical mapping fieldwork and detailed sedimentological investigations. The work shows the importance of analytical geomorphological mapping for delineating stratigraphic units of the Iranian Quaternary. Thus, several phases of drying and lake level retreat were identified in parallel geoarchives and could be dated to a time span from today to Late Pleistocene. The findings link the fate of the citizens of the ancient city of "Tepe Hissar" to their access to water and to the power of geomorphological processes, which started changing their environment.

Andauernde Starkniederschläge führten 1987 in zahlreichen Alpentälem zu schweren Hochwasser- und Murkatastrophen. Auch das von der Ruetz entwässerte Tiroler Stubaital südwestlich Innsbruck zählte zu den betroffenen Tälern. Im Abstand von nur sechs Wochen verursachten hier zwei Hochwasserereignisse ähnlichen Ausmaßes schwere Verwüstungen und Landschaftsschäden. Die Auswirkungen beider Hochwässer bildeten die Ansatzpunkte der als Teilprojekt Stubai von Mitte 1988 bis Ende 1991 im Stubaital und einem seiner Seitentäler laufenden Forschungsarbeit. Das Hauptinteresse galt dabei, nach Abschluß einer ausführlichen Schadenskartierung und Photodokumentation, den Ursachen, Zusammenhängen und Auswirkungen einzelner morphodynamisch wirksamer Prozesse. Verschiedene Felduntersuchungen in einem Seitental des Stubaitales gaben hinsichtlich des Zusammenspiels von Abfluß, Niederschlag, Hangabtrag und Vegetation Aufschluß darüber, wann, wie und in welchem Zeitraum einzelne morphodynamisch wirksame Prozesse im Bachbett bzw. im Kontaktbereich Hang/Bach ablaufen. Um Aussagen darüber machen zu können, inwieweit das Hochwassersedimentationsverhalten der Ruetz innerhalb der letzten Jahrhunderte klimatisch beeinflußt wurde, und ob die touristische Erschließung des hinteren Stubaitales das Hochwasserabflußgeschehen der Ruetz in Bezug auf Häufigkeit und Intensität in den letzten Jahren erkennbar beeinflußte, wurden im Auebereich der Ruetz mehrere Schlitzsonden- und Kernbohrungen abgeteuft. Die Auswertung der Bohrkeme und verschiedene Laboranalysen des gewonnenen Probenmaterials gaben einerseits Auskunft über Zusammensetzung, Mächtigkeit und Herkunft einzelner Hochwasserablagerungen, andererseits konnten anhand dieser Aussagen das frühere Akkumulationsverhalten und verschiedene Laufverlagerungen der Ruetz für diesen Auebereich rekonstruiert werden. Ebenso konnte der direkte Einfluß des Menschen auf das Hochwassersed imentationsgeschehen und somit die anthropogene Beeinflussung der Hochflut-/Auedynamik bereits für historische Zeit festgestellt und belegt werden.

Das Ziel dieser Arbeit war neue Eingangsdaten für die Landoberflächenbeschreibung des regionalen Klimamodells REMO zu finden und ins Modell zu integrieren, um die Vorhersagequalität des Modells zu verbessern. Die neuen Daten wurden so in das Modell eingebaut, dass die bisherigen Daten weiterhin als Option verfügbar sind. Dadurch kann überprüft werden, ob und in welchem Umfang sich die von jedem Klimamodell benötigten Rahmendaten auf Modellergebnisse auswirken. Im Zuge der Arbeit wurden viele unterschiedliche Daten und Methoden zur Generierung neuer Parameter miteinander verglichen, denn neben dem Ersetzen der konstanten Eingangswerte für verschiedene Oberflächenparameter und den damit verbundenen Änderungen wurden als zusätzliche Verbesserung auch Veränderungen an der Parametrisierung des Bodens speziell in Hinblick auf die Bodentemperaturen in REMO vorgenommen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die durch die verschiedenen Änderungen ausgelösten Auswirkungen für das CORDEX-Gebiet EUR-44 mit einer Auflösung von ca. 50km und für das in dem darin eingebetteten neu definierten Deutschlandgebiet GER-11 mit einer Auflösung von ca. 12km getestet sowie alle Änderungen anhand von verschiedenen Beobachtungsdatensätzen validiert. Die vorgenommenen Arbeiten gliederten sich in drei Hauptteile. Der erste Teil bestand in dem vom eigentlichen Klimamodell unabhängigen Vergleich der verschiedenen Eingangsdaten auf unterschiedlichen Auflösungen und deren Performanz in allen Teilen der Erde, wobei ein besonderer Fokus auf der Qualität in den späteren Modellgebieten lag. Unter Berücksichtigung der Faktoren, wie einer globalen Verfügbarkeit der Daten, einer verbesserten räumlichen Auflösung und einer kostenlosen Nutzung der Daten sowie verschiedener Validationsergebnissen von anderen Studien, wurden in dieser Arbeit vier neue Topographiedatensätze (SRTM, ALOS, TANDEM und ASTER) und drei neue Bodendatensätze (FAOn, Soilgrid und HWSD) für die Verwendung im Präprozess von REMO aufbereitet und miteinander sowie mit den bisher in REMO verwendeten Daten verglichen. Auf Grundlage dieser Vergleichsstudien schieden bei den Topographiedaten die verwendeten Datensatz-Versionen von SRTM, ALOS und TANDEM für die in dieser Arbeit durchgeführten REMO-Läufe aus. Bei den neuen Bodendatensätzen wurde ausgenutzt, dass diese verschiedenen Bodeneigenschaften für unterschiedliche Tiefen als Karten zur Verfügung stellen. In REMO wurden bisher alle benötigten Bodenparameter abhängig von fünf verschiedenen Bodentexturklassen und einer zusätzlichen Torfklasse ausgewiesen und als konstant über die gesamte Modellbodensäule (bis ca. 10m) angenommen. Im zweiten Teil wurden auf Basis der im ersten Teil ausgewählten neuen Datensätze und den neu verfügbaren Bodenvariablen verschiedene Sensitivitätsstudien über das Beispieljahr 2000 durchgeführt. Dabei wurden verschiedene neue Parametrisierungen für die bisher aus der Textur abgeleiteten Bodenvariablen und die Parametrisierung von weiteren hydrologischen und thermalen Bodeneigenschaften verglichen. Ferner wurde aufgrund der neuen nicht über die Tiefe konstanten Bodeneigenschaften eine neue numerische Methode zur Berechnung der Bodentemperaturen der fünf Schichten in REMO getestet, welche wiederum andere Anpassungen erforderte. Der Test und die Auswahl der verschiedenen Datensatz- und Parametrisierungsversionen auf die Modellperformanz wurde in drei Experimentpläne unterteilt. Im ersten Plan wurden die Auswirkungen der ausgewählten Topographie- und Bodendatensätze überprüft. Der zweite Plan behandelte die Unterschiede der verschiedenen Parametrisierungsarten der Bodenvariablen hinsichtlich der verwendeten Variablen zur Berechnung der Bodeneigenschaften, der über die Tiefe variablen oder konstanten Eigenschaften und der verwendeten Berechnungsmethode der Bodentemperaturänderungen. Durch die Erkenntnisse aus diesen beiden Experimentplänen, die für beide Untersuchungsgebiete durchgeführt wurden, ergaben sich im dritten Plan weitere Parametrisierungsänderungen. Alle Änderungen dieses dritten Experimentplans wurden sukzessiv getestet, sodass der paarweise Vergleich von zwei aufeinanderfolgenden Modellläufen die Auswirkungen der Neuerung im jeweils zweiten Lauf widerspiegelt. Der letzte Teil der Arbeit bestand aus der Analyse von fünf längeren Modellläufen (2000-2018), die zur Überprüfung der Ergebnisse aus den Sensitivitätsstudien sowie zur Einschätzung der Performanz in weiteren teilweise extremen atmosphärischen Bedingungen durchgeführt wurden. Hierfür wurden die bisherige Modellversion von REMO (id01) für die beiden Untersuchungsgebiete EUR-44 und GER-11 als Referenzläufe, zwei aufgrund der Vergleichsergebnisse von Experimentplan 3 selektierte Modellversionen (id06 und id15a für GER-11) sowie die finale Version (id18a für GER-11), die alle vorgenommenen Änderungen dieser Arbeit enthält, ausgewählt. Es stellte sich heraus, dass sowohl die neuen Topographiedaten als auch die neuen Bodendaten große Differenzen zu den bisherigen Daten in REMO haben. Zudem änderten sich die von diesen konstanten Eingangsdaten abgeleiteten Hilfsvariablen je nach verwendeter Parametrisierung sehr deutlich. Dies war besonders gut anhand der Bodenparameter zu erkennen. Sowohl die räumliche Verteilung als auch der Wertebereich der verschiedenen Modellversionen unterschieden sich stark. Eine Einschätzung der Qualität der resultierenden Parameter wurde jedoch dadurch erschwert, dass auch die verschiedenen zur Validierung herangezogenen Bodendatensätze für diese Parameter deutlich voneinander abweichen. Die finale Modellversion id18a ähnelte trotz der umfassenden Änderungen in den meisten Variablen den Ergebnissen der bisherigen REMO-Version. Je nach zeitlicher und räumlicher Aggregation sowie unterschiedlichen Regionen und Jahreszeiten wurden leichte Verbesserungen, aber auch leichte Verschlechterungen im Vergleich zu den klimatologischen Validationsdaten festgestellt. Größere Veränderungen im Vergleich zur bisherigen Modellversion konnten in den tieferen Bodenschichten aufgezeigt werden, welche allerdings aufgrund von fehlenden Validationsdaten nicht beurteilt werden konnten. Für alle 2m-Temperaturen konnte eine tendenzielle leichte Erwärmung im Vergleich zum bisherigen Modelllauf beobachtet werden, was sich einerseits negativ auf die ohnehin durchschnittlich zu hohe Minimumtemperatur, aber andererseits positiv auf die bisher zu niedrige Maximumtemperatur des Modells in den betrachteten Gebieten auswirkte. Im Niederschlagssignal und in den 10m-Windvariablen konnten keine signifikanten Änderungen nachgewiesen werden, obwohl die neue Topographie an manchen Stellen im Modellgebiet deutlich von der bisherigen abweicht. Des Weiteren variierte das Ranking der verschiedenen Modellversionen jeweils nach dem angewendeten Qualitätsindex. Um diese Ergebnisse besser einordnen zu können, muss berücksichtigt werden, dass die neuen Daten für Modellgebiete mit 50 bzw. 12km räumlicher Auflösung und der damit verbundenen hydrostatischen Modellversion getestet wurden. Zudem sind vor allem in Fall der Topographie die bisher enthaltenen GTOPO-Daten (1km Auflösung) für die Aggregation auf diese gröbere Modellauflösung geeignet. Die bisherigen Bodendaten stoßen jedoch mit 50km Auflösung bereits an ihre Grenzen. Zusätzlich ist zu beachten, dass nicht nur die Mittelwerte dieser Daten, sondern auch deren Subgrid-Variabilität als Variablen im Modell für verschiedene Parametrisierungen verwendet werden. Daher ist es essentiell, dass die Eingangsdaten eine deutlich höhere Auflösung bereitstellen als die zur Modellierung definierte Auflösung. Für lokale Klimasimulationen mit Auflösungen im niedrigen Kilometerbereich spielen auch die Vertikalbewegungen (nicht-hydrostatische Modellversion) eine wichtige Rolle, die stark von der Topographie sowie deren horizontaler und vertikaler Änderungsrate beeinflusst werden, was die in dieser Arbeit eingebauten wesentlich höher aufgelösten Daten für die zukünftige Weiterentwicklung von REMO wertvoll machen kann. / The main aim of this work was to find new input data sets for the land surface description of the regional climate model REMO and to integrate them into the model in order to improve the predictive quality of the model. The new data sets have been incorporated into the model in such a way that the previous data are still available as an option for the model run. This allows to check whether and to what extent the boundary data required by each climate model have an impact on the model results. In this study comparisons of many different data sets and methods for generating new parameters are included. In addition to replacing the constant input values for different surface parameters and the associated changes, changes were also made for the parameterization of the soil, especially with regard to the soil temperatures in REMO. The effects of different changes which were made in this study were analysed for the CORDEX region EUR-44 with a resolution of 50km and for a newly defined German area GER-11 with a resolution of 12km. All changes were validated with different observational data sets. The work process was divided into three main parts. The first part was independent of the actual climate model and included the comparison of different input data sets at different resolutions and their performance in all parts of the world. Taking into account factors such as global availability of the data, improved spatial resolution and free use of the data, as well as various validation results from other studies, four new topography data sets (SRTM, ALOS, TANDEM and ASTER) and three new soil data sets (FAOn, Soilgrid and HWSD) were processed for the usage by REMO and compared with each other and with the data sets previously used in REMO. Based on these comparative studies of the topographical data sets the SRTM, ALOS and TANDEM data set versions were excluded from the further usage in REMO in this study. For the new soil data sets the fact that they provide different soil properties for different depths as maps has been taken advantage of. In the previous REMO versions, all required soil parameters so far have been determined depending on five different soil texture classes with an additional peat class and assumed to be constant over the entire model soil column (up to approximately 10m). In the second part, several sensitivity studies were tested for the year 2000 based on the new data sets selected in the first part of the analysis and on the new available soil variables. Different new parameterizations for soil variables previously derived from the soil texture now based on the sand, clay and organic content of the soil as well as new parameterizations of further hydrological and thermal properties of soil were compared. In addition, due to the new non-constant soil properties, a new numerical method for calculating the soil temperatures of the five layers in the model was tested, which in turn necessitated further adjustments. The testing and selection of the different data sets and parameterization versions for the model according to performance was divided into three experimental plans. In the first plan, the effects of the selected topography and soil data sets were examined. The second plan dealt with the differences between the different types of parameterization of the soil variables in terms of the variables used to calculate the properties, the properties variable or constant over depth, and the method used to calculate the changes in soil temperature. The findings of these two experimental plans, which were carried out for both study areas, led to further parameterization changes in the third plan. All changes in this third experimental plan were tested successively, so the pairwise comparison of two consecutive model runs reflects the impact of the innovation in the second run. The final part of the analysis consists of five longer model runs (2000-2018), which were carried out to review the results of the sensitivity studies and to assess the performance under other, sometimes extreme, atmospheric conditions. For this purpose, the previous model version of REMO (id01) for the two study areas (EUR-44 and GER-11) served as reference runs. Two new model versions (GER-11 of id06 and id15a) were selected on the basis of the comparison results of the third experimental plan and the final version (GER-11 of id18a) which contains all changes made in this work was also chosen for a detailed analysis. Taken together the results show that both the new topography data and the new soil data differ crucially from the previous data sets in REMO. In addition, the auxiliary variables derived from these constant input data change significantly depending on the parameterization used, especially for the soil parameters. Both the spatial distribution and the range of values of the different model versions differ greatly. However, a quality assessment of the parameterization is difficult because different soil data sets used for the validation of the parameters also differ significantly. The final model version (id18a) is similar to the results of the previous REMO version in most variables, despite the extensive changes of the input data and parametrizations. Depending on temporal and spatial aggregation as well as different regions and seasons, slight improvements have been observed, but also slight deterioration compared to the climatological validation data. In the deeper soil layers larger changes could be identified compared to the previous model version, which could not be assessed due to a lack of validation data. Overall, there was also a slight warming of all 2m temperatures compared to the previous model run, which on the one hand has a negative effect on the already too high minimum temperature, but on the other hand has a positive effect on the previously too low maximum temperature of the model in the study areas. No significant changes could be detected in the precipitation signal and in the 10m wind variables, although the new topography differs significantly from the previous topography at some points in the test area. Furthermore, the ranking of the different model versions varied according to the quality index applied. To evaluate the results it has to be considered that the new data were tested for model regions with 50 and 12km spatial resolution and the associated hydrostatic model version. The so far already included data are suitable for aggregation to this coarser model resolution, especially in the case of topography (GTOPO with 1km resolution). However, the previous soil data already reach their limits with 50km resolution. In addition, it should be noted that not only the mean values of these data, but also their subgrid variability are used as variables in the model for different parameterizations. Therefore, it is essential that the input data provide a significantly higher resolution than the resolution defined for modeling. Vertical fluxes (non-hydrostatic model version) play an important role in local climate simulations with resolutions in the low kilometre range, which are strongly influenced by the topography and its horizontal and vertical change rate, which may make the much higher resolution data incorporated in this work valuable for the future development of REMO.