Die Verhältnisse der stabilen Isotope des Sauerstoffs (16O, 17O, 18O) und des Kohlenstoffs (12C, 13C) im biogenen Apatit des Zahn- und Knochenmaterials von Säugetieren lassen Rückschlüsse auf die Isotopie der entsprechenden Sauerstoff- und Kohlenstoffquellen zu. Die Isotopenverhältnisse dieser Quellen (z.B. Trinkwasser, Luftsauerstoff, Nahrung) sind an bestimmte Umwelt- und Klimabedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, CO2-Konzentration, Bioproduktivität, Art der Vegetation, Grad der Vegetationsdichte etc. geknüpft. Bestimmt man die Sauerstoff- und Kohlensoffisotopenverhältnisse in diagenetisch unalteriertem fossilem Säugetiermaterial können Aussagen über solche Klima- und Umweltparameter weit in die Erdgeschichte zurück getroffen werden. Darüber hinaus ist es möglich Informationen über Lebensweise und Verhalten der untersuchten Taxa, wie z.B. Wanderverhalten, Geburtensaisonalität, Trinkverhalten, Nahrungspräferenzen, Ressourcenteilung und Habitatnutzung zu erlangen. Seit dem Beginn der Forschungen auf diesem Gebiet in der 70er und 80er Jahren des 20. Jahrhunderts ist eine große Zahl von Studien erschienen, welche sich der Untersuchung der Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopie (18O/16O, 13C/12C) des Zahn- und Knochenmaterials rezenter und fossiler (vorwiegend großer) Säugetiere zu diesen Zwecken widmen. Noch keine zwei Jahrzehnte ist es her, dass erkannt wurde, das troposphärischer Sauerstoff eine anomale 3-O-Isotopenzusammensetzung (17O/16O, 18O/16O) besitzt, die signifikant von fast allen anderen terrestrischen Materialien abweicht. Diese wird in Folge von nicht massenabhängiger Fraktionierung durch photochemische Prozesse in der Stratosphäre hervorgerufen und durch Gasaustausch in die Troposphäre übertragen. Die Magnitude dieser Sauerstoffisotopenanomalie ist eine Funktion der atmosphärischen CO2-Konzentration, sowie der globalen Bioproduktivität. Kann die 3-O-Isotopie des Luftsauerstoffs zu vergangenen Zeitpunkten in der Erdgeschichte rekonstruiert werden, lässt dies somit auch Rückschlüsse auf die entsprechende CO2-Konzentration bzw. die globale Bioproduktivität zu. Geologische Archive die dies ermöglichen sind jedoch kaum vorhanden. Da für Säugetiere der eingeatmete Luftsauerstoff neben Trinkwasser und freiem Wasser in der Nahrung zu den wichtigsten Sauerstoffquellen zählt, ist biogener Apatit rezenter und fossiler Säugetiere eines der wenigen möglichen Materialien die das Potential haben, ein solches Archiv darzustellen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Variation der 3-O-Isotopenzusammensetzung im Bioapatit rezenter Säugetiere, sowie deren Bedeutung als neuen Proxy zur paläo-CO2-Rekonstruktion und als Indikator für diagenetisch alteriertes Skelettmaterial. Desweiteren werden zwischenartliche, innerartliche und intraindividuelle Variationen der Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopie im Bioapatit rezenter Nagetiere untersucht um eine bessere Interpretationsgrundlage für entsprechende Analysedaten fossiler Vertreter dieser größten Ordnung der Säugetiere herzustellen. Kapitel 2 beschäftigt sich mit der Frage, ob die anomale Isotopensignatur troposphärischen Sauerstoffs als Indikator für diagenetische Alteration des Zahn- und Knochenmaterial von fossilen Säugern genutzt werden kann. Hierzu wurde die 3-O-Isotopie von Zahnschmelz, Dentin und in geringem Umfang auch Knochenmaterial von einzelnen Individuen känozoischer Nagetiere separat analysiert. Während alle Zahnschmelzproben eine deutliche Sauerstoffisotopenanomalie aufweisen, welche in einer Größenordnung liegt die für diagenetisch unalterierten Bioapatit kleiner Säugetiere zu erwarten wäre, zeigen alle Dentinproben eine deutlich niedrigere bis gar keine Anomalie, was auf Isotopenaustausch mit diagenetischen Fluiden hindeutet. In Kapitel 3 werden die Variationen der anomalen Isotopensignatur troposphärischen Sauerstoffs im Skelettmaterial von rezenten Säugetieren evaluiert. Dies geschieht anhand zweier voneinander unabhängiger Ansätze: 1. durch 3-O-Isotopenanalyse von rezentem Bioapatit und 2. durch ein detailliertes Massenbilanzmodell. Da der Anteil des veratmeten Luftsauerstoffs im Verhältnis zu den weiteren Sauerstoffquellen in erster Linie von der spezifischen metabolischen Rate abhängt, die weitgehend mit dem Körpergewicht skalierbar ist, wurden Arten aus einem möglichst großen Körpergewichtsbereich von wenigen g bis zu einigen tausend kg untersucht. Es zeigte sich, dass das anomale Isotopensignal mit sinkender Körpermasse zunimmt. Auf Basis der daraus gewonnenen Erkenntnisse wurde versucht die Magnitude der anomalen Sauerstoffisotopensignatur in der Troposphäre zu verschiedenen Zeitpunkten im Känozoikum durch 3-O-Isotopenanalyse von eozänem, oligozänem und miozänem Zahnschmelzmaterial von Nagetieren zu bestimmen um daraus Erkenntnisse über die entsprechenden CO2-Konzentrationen zu erhalten. Das theoretische Massenbilanzmodell stimmt gut mit den analytisch gewonnenen Daten überein, beide zeigen eine Vergrößerung der 3-O-Isotopenanomalie im Bioapatit mit sinkender Körpermasse. Die rekonstruierten CO2-Konzentrationen stimmen generell mit vorhandenen Daten diverser Proxies überein, jedoch erlaubt der assoziierte Fehler es nicht, CO2-Schwankungen im Bereich von wenigen 100 ppm aufzulösen. An der Grenze von Paläozän zu Eozän fand eine der einschneidendsten Umwelt- und Klimaveränderungen des Känozoikums statt, welche ihren Höhepunkt im sogenannten “Palaeocene Eocene Thermal Maximum” (PETM) hatte. Dieses war verbunden mit einer globalen negativen Kohlenstoffisotopenexkursion (CIE), deren Quelle bis heute kontrovers diskutiert wird. Kapitel 4 beschäftigt sich mit den Temperaturschwankungen und Veränderungen der CO2-Konzentration im Übergangsbereich dieser beiden Zeitalter. Dies geschieht anhand einer diesen Zeitabschnitt umspannenden Probenserie von Zahnschmelz der Säugetiergattung Ectocion aus dem Clarks Fork Basin (Wyoming, USA). Die rekonstruierten Temperaturschwankungen stimmen gut mit bereits vorhandenen Studien des 18O/16O Verhältnisses an biogenem Apatit aus diesem Zeitintervall überein. Die aus der 3-O-Isotopenzusammensetzung rekonstruierten CO2-Konzentration deuten darauf hin, dass auch während des Temperaturmaximums an der Paläozän-Eozän Grenze ein Wert von 1550 ppm nicht überschritten wurde, was auf die Dissoziierung von marinem Methanhydrat als Hauptquelle der CIE hinweist. Kapitel 5 untersucht die zwischenartlichen, innerartlichen und intraindividuellen Variationen der Karbonatsauerstoff-, Phosphatsauerstoff- und Kohlenstoffisotopie sieben verschiedener Nagetierarten anhand von Proben aus Eulengewöllen eines einzelnen Fundortes. Die Ergebnisse werden mit ähnlichen Studien an Großsäugern verglichen, und es werden Schlüsse zum Umgang mit Probenmaterial kleiner Säugetiere bei der Verwendung zur Paläoklimarekonstruktion mittels stabiler Isotope gezogen. Die Variabilität der Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopie der untersuchten Zähne und Knochen ist nicht höher als die vieler Großsäuger, was die Relevanz der im Fossilbericht viel häufigeren Nagetiere für derartige Studien unterstützt. Jedoch sollte strikt darauf geachtet werden, dass auf Rezentmaterial basierende Bioapatit-Temperatur-Kalibrationen exakt auf dem gleichen Skelettelement beruhen welches auch als Fossilmaterial untersucht wird, da durch die unterschiedliche Mineralisierungsintervalle verschiedener Zähne und Knochen deutliche Unterschiede in den entsprechenden Isotopenzusammensetzungen, insbesondere in der des Sauerstoffs beobachtet werden konnten.

The Monte Carlo code Serpent has been used to model the material flows andisotope compositions for a lead cooled fast reactor. The demonstration sized trainingreactor ELECTRA was chosen for the investigation, and different fuel cycle scenarioswere studied. The scenarios differed in operation length (3 months, 1 year or 5years) and recycling technique (single and double PUREX or GANEX). The simulations gave detailed information on the changes of the isotope composition,activity and decay heat. The analysis of the generated waste also showed that thechoice of recycling method had great impact on the final storage time of the wastefrom the reprocessing. Performing double GANEX recycling, as compared to singlePUREX, reduced the storage time by a factor of about 3500. The results can be used for future work related to even more detailed studies ofmaterial flows and for designing an appropriate safeguards system.

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In Mitteleuropa werden zukünftig häufigere Trocken- und Hitzeperioden mit wirtschaftlichen Einbußen in der Waldwirtschaft erwartet. Die Douglasie (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) wird als Alternative für die wirtschaftlich bedeutsame, jedoch trockenheitsempfindliche Fichte diskutiert (Picea abies (L.) H.Karst.). Zwei Unterarten, die Küsten- (FDC) und die Inlandsdouglasie (FDI), sind im ausgedehnten natürlichen Verbreitungsgebiet in Nordamerika beheimatet, welches ein großes Potenzial für die Auswahl produktiver und trockenresistenter Herkünfte bietet. Unser Ziel war, die Trockenreaktion verschiedener Douglasienherkünfte unter Verknüpfung morphologischer und physiologischer Parameter und die der Trockenheitsresistenz bzw. -empfindlichkeit zugrundeliegenden Mechanismen zu erforschen. Ein Herkunftsversuch in Südwestdeutschland ermöglichte die Untersuchung 50-jähriger Douglasien verschiedener Herkünfte entlang eines Höhengradienten. Unter kontrollierten Bedingungen simulierten wir die Effekte einer Hitzewelle auf Jungbäume zweier Provenienzen. Wir analysierten die Kohlenstoff- und Sauerstoff-Stabilisotopenzusammensetzung, den Gaswechsel der Blätter, Veränderungen im Stoffwechsel und das Baumwachstum. Unsere Ergebnisse zeigen bei FDC aus humiden Regionen hohe Wachstumseinbußen unter Trockenheit und moderat bis stark verringerte stomatäre Leitfähigkeit, unterstützt durch Photoprotektion. FDC aus Regionen mit starker Sommertrockenheit reagierten kaum mit Stomataschluss und Wachstumseinbußen auf Trockenheit, jedoch mit starker Osmoregulation und Monoterpen-Emissionen, welche zur Trockenresistenz beitragen könnten. FDI aus einer ariden Region zeigten hohe An, geringes Wachstum und stark antioxidative und photoprotektive Mechanismen. Die Herkünfte unterscheiden sich stark in ihrer Trockenreaktion und ihren Schutzmechanismen. Der Anbau trockenresistenter Herkünfte wird an Standorten von Vorteil sein, für die eine Häufung von ariden Sommerperioden vorhergesagt wird. / In Central Europe, more frequent periods of dry and hot weather are expected in the future with economic losses in the forestry sector. Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) is discussed as a timber species alternative to the economically important but drought-sensitive spruce (Picea abies (L.) H. Karst.). Two subspecies, the coastal (FDC) and the interior Douglas-fir (FDI), are native to an extensive natural range in North America, offering a great potential for the selection of productive and drought tolerant provenances. Our goal was to investigate the drought response of different Douglas-fir provenances on the morphological and physiological level, as well as the mechanisms underlying drought resistance or susceptibility. A provenance trial in southwestern Germany established in 1958 allowed the study of 50-year-old Douglas-fir trees of diverse provenances along a height gradient. Under controlled conditions, we simulated the effects of a heat wave on young trees of two provenances. We analyzed carbon and oxygen stable isotopic composition, leaf gas exchange, changes in metabolism and tree growth. FDC from humid regions responded to drought with strong growth decline and a medium to strong stomatal closure, supported by enhanced instantaneous photoprotection. FDC from regions with very dry summer conditions showed a small growth decline and anisohydric regulation of stomatal conductance under drought, supported by high levels of osmotic adjustment. High monoterpene emissions might contribute to the drought resistance. FDI from an arid region showed high assimilation rates, low growth potential and a high antioxidant, photoprotective, drought and heat protective potential. The provenances differ greatly in their dry reaction and their protective mechanisms. The cultivation of drought resistant crops will be beneficial at sites predicted to accumulate arid summer periods.