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Over the last three decades researchers of Cognitive Metaphor Theory have shown conclusively that metaphor is motivated rather than arbitrary and often used to systematically map out conceptual territory. This cognitive semantic proposal holds the potential for alternative L2 teaching strategies. As an abstract domain, business discourse is naturally rich in metaphors and is additionally filled with consciously used metaphorical language to strategically manipulate clients and business partners. Business English courses especially stand to profit from metaphor-oriented language teaching, as (future) managers aim to quickly improve their language performance to be prepared for international business communication. In using metaphors, speakers as well as hearers conceptualize and thus experience one thing in terms of another. Having been made aware of the conceptual linkage, students are immediately equipped with a whole set of vocabulary they may already have learned for a concrete domain and are then able to elaborate in the more abstract area of business discourse. Enhanced metaphor awareness may thus prove to be a valuable vehicle for vocabulary acquisition as well as for vocabulary retention. This thesis is subdivided into ten chapters. With each successive chapter, the focus will increasingly sharpen on the main hypothesis that metaphor awareness raising and explicit teaching in the business English classroom assists the students to dip into their savings' and transfer already acquired vocabulary to abstract business discourse and thus to become more proficient business communicators. After an introduction to the main objectives, chapter two critically looks at the different strands of Cognitive Linguistic contributions to metaphor theory made within the last three decades and discusses the structure, function and processing of figurative language to single out relevant aspects of the language classroom applications. Chapter three narrows the perspective to the socio-economic discourse as the very target domain in focus and surveys the conceptual metaphors that have been identified for this target domain, namely the source domains most productive for the target and therefore most valuable for the language classroom. In chapter four Cognitive Linguistic findings are put in contact with language didactics; i.e., the Cognitive Linguistic basis is discussed in the context of language teaching and learning theories and a first classification of metaphor teaching in the theoretical framework of language didactics is proposed. Ten cornerstones summarize the theoretical output of the previous chapters and the respective didactic consequences are considered. Theories of cognitive psychology pertaining to noticing, processing, and storing metaphors are systematically revisited and expanded to formulate further didactic implications for metaphor teaching. The consequences drawn from both linguistic as well as didactic theory are translated into a list of ten short guidelines identifying essentials for the explicit integration of metaphors into the language classroom. In chapter five those experimental studies that have already been conducted in the field of Cognitive Linguistic-inspired figurative language teaching are systematically summarized and possible contributions to set up a didactic framework for metaphor teaching are investigated. Chapters six to nine then present a piece of original research. Starting out from five research questions tackling receptive and productive vocabulary acquisition and retention as well as the influence of and on the learner- level of language proficiency, a three-fold study was designed and conducted in a regular business English classroom and results are discussed in detail. The last chapter deals again with specific implications for teaching. Earlier statements about and claims for the language classroom are revisited and refined on the basis of the theoretical linguistic, didactic and empirical findings, and an agenda for further empirical investigations is sketched out.
The PhD thesis offers a long-term investigation of German TV debates with regard to the extent to which the topics dealt with in the debates correspond to the political problems perceived by the voters and whether the actor-specific topics discussed in the TV debates have an influence on the voters' perception of the problems and the perceived responsiveness of the political actors. To this purpose, contents and effects of the Chancellor debates 2002-2013 and the TV debates between 1997 and 2016 are examined at the state level. The empirical investigation is based on an implementation and evaluation of content analyses, the evaluation of opinion polls and the investigation of experimental data on the occasion of the chancellor duels in 2002, 2009 and 2013. The analyses show that TV debates are not only show events, but that the focus of TV debates is on political content (rather than entertaining elements), that the (camp-specific) responsiveness of the format has increased over time, and that successful persuasion - as one of two theme management strategies - by challengers in particular can lead viewers to better assess the effectiveness of the political system.
"Da wollten ich und mein Bruder jetzt so ein Lied machen und das heißt "Vergangenheitsträume" so. (...) Und da wollten wir so über alles, was wir beide so erlebt haben, schreiben." (Karsten, 17 Jahre). Dieses Zitat entstammt einem Interview, das, neben weiteren, im Rahmen dieser Forschungsarbeit ausgewertet und interpretiert wurde. Es fasst in komprimierter Form zusammen, worum es in dieser Arbeit gehen soll: Bildung und Biografie. Ein junger Menschen, Karsten, berichtet in einem Interview, dass er angefangen hat zu rappen. Die Texte handeln von Erlebnissen und Erfahrungen seines Lebens. Er blickt gemeinsam mit seinem jüngeren Bruder zurück und hält Gedanken und Gefühle hierzu fest. "Bildung" soll verstanden werden, als eine kritische Auseinandersetzung mit sich und der Welt. Hierbei steht das eigene Leben im Fokus. "Biografie" soll verstanden werden als ein soziales Konstrukt. Ereignisse und Handlungen werden in eine Ordnung, in einen Zusammenhang gebracht. Der Prozess, sich mit seinem Leben auseinanderzusetzen dient dem Selbstverstehen und dem Fremdverstehen. Es ist mit "aktivem Tun" verbunden. Es passiert nicht einfach mit einem Menschen, vielmehr stellt es einen aktiven Prozess dar. Das Ordnen, Zusammenführen, in-Beziehung-setzen und Verstehen von Erlebnissen, Erfahrungen und Träumen des eigenen Lebens steht im Vordergrund von Bildungs- und Biografisierungsprozessen. Daher wurde der Titel für diese Forschungsarbeit ausgewählt. Im Fokus dieser Studie stehen Veränderungsprozesse der Konstruktionen von "Selbstbildern" und "Weltbildern" vier junger Menschen sowie von ihren Handlungsmustern. Die Begriffe "Selbstbild" und "Weltbild" enthalten die Vorstellung, dass Menschen die Bilder, die sie von sich selbst und von der Welt in sich tragen, im Laufe des Lebens entwickeln. Kinder entfalten eine Vorstellung davon, wie sie aussehen, welche Eigenschaften sie besitzen und was sie gut oder weniger gut können. Vielfältige Faktoren tragen zur Entstehung und Entwicklung dieser konstruierten Selbst- und Weltbilder bei (vgl. beispielhaft zu Traumaerlebnissen Dillig 1983).
Es wird in dieser Arbeit versucht nachzuzeichnen, ob bzw. wie sich diese Selbst- und Weltbilder der jungen Menschen und ihre Handlungsmuster im Verlauf verändern. Dies ist dadurch möglich, weil es sich bei der vorliegenden Untersuchung um eine Langzeituntersuchung handelt. Mit den vier jungen Menschen (Anni, Ben, Julia und Karsten) wurden zu verschiedenen Zeitpunkten Interviews geführt, in denen sie über ihr Leben berichteten. In § 1 SGB VIII wird an die Kinder- und Jugendhilfe der Auftrag formuliert, die Entwicklung von Kindern zu fördern. Jugendhilfe hat den Auftrag, Einfluss auf den Prozess der Bildung zu nehmen und die Entwicklung der jungen Menschen zu fördern, sie soll Bildungsprozesse anstoßen. Kinder machen vielfältige Erfahrungen in ihrem Leben. Sie lernen ihre "Lebenswelt" kennen und entwickeln in Auseinandersetzung mit der Welt, "eigene-sinnige" Vorstellungen von sich und von ihrer Lebenswelt (vgl. dazu Tenorth / Tippelt 2007; Marotzki 2004). Die Kinder- und Jugendhilfe muss sich mit den Selbst- und Weltkonstruktionen der jungen Menschen beschäftigen, wenn sie sich als eine an der Lebenswelt orientierte Jugendhilfe verstehen will. Sie muss sich mit den Lebensgeschichten ihrer Adressaten befassen, mit ihnen gemeinsam Biografiearbeit leisten. Dazu benötigt sie unbedingt einen verstehenden Zugang zu den jungen Menschen und ihren Interpretationen vergangener Erfahrungen (Vergangenheitsträume), um mit ihnen (neue) Lebensentwürfe, Zukunftsträume entwickeln zu können.
Des Weiteren geht es in der Arbeit um Überlebensmuster junger Menschen. Vielleicht ruft die Wahl des Begriffs Verwunderung oder Unverständnis hervor. Die Vorstellung, dass es um Muster geht, die das "Überleben" sichern sollen, mutet dramatisch an. Doch zeigen die Ergebnisse der Fallrekonstruktionen, dass dieser Vergleich durchaus angemessen erscheint (vgl. dazu auch Schrapper 2002). Für die Kinder- und Jugendhilfe stellt sich zudem die Frage nach der Wirksamkeit ihrer Bemühungen. Ist die Jugendhilfe ihrem Auftrag nachgekommen? Kann dies in den Interviews mit den jungen Menschen gezeigt werden? Wenn davon ausgegangen werden kann, dass (öffentliche) Erziehung (nachhaltig) Einfluss auf das (Er)Leben und Erzählen von Jugendlichen hat und damit auch auf die Selbst- und Weltbilder und ihre Überlebensmuster, so bieten Interviews, die zu verschiedenen Zeitpunkten geführt wurden, die Chance, dieser Frage nachzugehen. Die Forschungsfragen, die dieser Arbeit zu Grunde liegen, sind jedoch Fragen die nicht auf das Thema "Geschlossene Unterbringung" begrenzt sind. Sie können in allen anderen pädagogischen Zusammenhängen gestellt und bearbeitet werden, da der theoretische Kerngedanke der Fragestellungen nicht von einer bestimmten Intervention oder vom Setting einer Hilfe abhängt. Es werden in dieser Arbeit Anforderungen an die Kinder- und Jugendhilfe formuliert, die verdeutlichen, welche Aufgaben die Kinder- und Jugendhilfe leisten muss, damit sie Kindern und Jugendlichen Bildungserfahrungen ermöglichen kann.
Die formulierten Anforderungen werden im Verlauf nochmals aufgegriffen und sollen anhand der Forschungsergebnisse diskutiert werden. Im Mittelpunkt stehen die Fallrekonstruktionen vier junger Menschen. Hier werden in einem ersten Schritt jeweils Lebens- und Hilfegeschichten der jungen Menschen tabellarisch dargelegt. Es folgt eine Darstellung des Verlaufs der Selbstbilder, der Weltbilder und der Handlungsmuster der Jugendlichen, die jeweils mit einem Fazit enden. In der Zusammenfassung werden jeweils die Bezüge und Zusammenhänge zwischen den konstruierten Selbstbildern, Weltbildern und Handlungs- bzw, Überlebensmustern vorgestellt.
"Wer kann ich werden - Wer soll ich sein?" Selbstbildungsprozesse junger Menschen in der Jugendhilfe
(2011)
"Wer kann ich werden - Wer soll ich sein?" - Mit diesen beiden grundlegende Lebensfragen resümieren die beiden Jugendlichen, deren individuellen Verarbeitungsprozesse Gegenstand der Untersuchung sind, ihren (Selbst-)Bildungsprozess. Sie verweisen dabei auf ein wesentliches Ergebnis dieser Studie: Selbstbildungsprozesse formieren sich als einen aktiven Balanceakt der jungen Menschen zwischen individuellen Selbstkonstruktionen und Fragen der Sozialintegration. Der Blick wird dabei auf die prozesshafte Entwicklung der subjektiven Bildungsbemühungen gerichtet. Es handelt sich um ein ambivalentes Spannungsgefüge, welches sich darin ausdrückt, dass einerseits "von Außen (durch den Erzieher) geleitet" und andererseits "von Innen (durch den Jugendlichen) gesteuert" wird. Letztendlich haben jedoch viele Jahrhunderte von (praktischen) Erziehungsversuchen und vielfaches (theoretisches) Nachdenken über Erziehung und Bildung gezeigt, dass der Erfolg zum großen Teil von den jungen Menschen selbst abhängt. Damit rückt in der wissenschaftlichen Auseinandersetzung die Selbsttätigkeit des Menschen in den Fokus. Die Beschäftigung mit Prozessen der Selbstbildung stellt eine äußert komplexe Herausforderung dar. Sie läuft schnell Gefahr, dies unter normativen Aspekten zu diskutieren. In diesen Forschungszusammenhang soll der Blick explizit nicht auf die normativen Anteile des Themas gelenkt werden, sondern es ist vielmehr ein Ziel der Arbeit, empirische Befunde dazu zu erarbeiten und Kontextwissen zu generieren.rnDie Untersuchung thematisiert sowohl die Verbindungen zwischen Selbstdeutungskonstruktionen junger Menschen und Fremddeutungen relevanter Erwachsener, sowie die sich daraus entwickelten Muster der Lebensbewältigung der Jugendlichen. Im Mittelpunkt der Auseinandersetzung stehen die jungen Menschen und ihre Bildungsanstrengungen. Anhand ihrer Selbstkonstruktionen, in denen sie ihre relevanten Themen zum Ausdruck bringen und den Fremddeutungen der am Fall beteiligten Erwachsenen, wird der Frage nachgegangen, ob und wie die unterschiedlichen Deutungsfolien anschlussfähig sind und welchen Einfluss sie auf die jugendlichen Selbstbildungsprozesse nehmen. Durch die Rekonstruktion der Deutungs- und Konstruktionsmuster der unterschiedlichen Fallbeteiligten sollen sowohl praxis- wie auch forschungsrelevante Erkenntnisse über Selbstbildungsprozesse junger Menschen gewonnen werden, die im Verlauf ihrer Lebensgeschichten Adressaten der Jugendhilfe geworden sind. Ein solch komplexes Forschungsvorhaben gewinnt im Bezug auf die Diskurse zur adressatenbezogenen Jugendhilfe an Bedeutung, da es möglich wird, einen Einblick in Verarbeitungsmuster und Bewältigungsstrategien der Heranwachsenden zu gewinnen. Die vorliegende Arbeit nimmt die subjektiven Sinnzuschreibungen in den Blick, um darüber einen erkenntnisgeleiteten Zugang zu den Deutungs- und Konstruktionsmustern in ihren jeweiligen Sinnzusammenhängen zu erschließen. Gesamtgesellschaftliche Modernisierungs- und Wandlungsprozesse beeinflussen individuelle Lebensverläufe und damit auch subjektive Deutungen unterschiedlichster Lebensereignisse. Biographische Werdungsprozesse weichen von vermeintlichen "Normalbiographien" ab. Aufgabe pädagogischer Fachkräfte ist es, die selbstreflexiven Verarbeitungsprozesse junger Menschen zu begleiten und zu unterstützen. Von daher scheint es erforderlich, dass Fachkräfte ihre Kompetenzen zur Entschlüsselung individueller Bildungsbemühungen und zur Wahrnehmung biographischer Deutungskonzepte weiter entwickeln und schulen, um einen verstehenden Zugang zu den Wirklichkeitskonstruktionen junger Menschen zu gewinnen. Welche subjektive Bedeutung die Heranwachsenden den Einflüssen der Jugendhilfe zusprechen ist entscheidend für die Frage, inwieweit sie diese Erfahrungen als Unterstützung für ihre individuellen Bildungsprozesse begreifen. "Selbstbildungsprozesse junger Menschen in der Jugendhilfe" setzen sich mit der Frage auseinander, über welche Bewältigungsstrategien und Interaktionsmuster die Heranwachsenden verfügen. "Mit diesem Zugang wird der Blick auf die "Eigensinnigkeit" subjektiver Äußerungen in ihren biografisch verorteten und gesellschaftsrelevanten Bezügen gelegt." (Normann 2003, 10). Es geht also um die Rekonstruktion sozialer Wirklichkeitsbezüge aus der Sicht der jungen Menschen. Die Jugendlichen werden als aktiv Handelnde und als ExpertInnen ihrer Lebenswelt verstanden, die in der Interaktion mit Anderen die Balance zwischen sozialer Anpassungsleistung und Entwicklung ihres individuellen Lebenskonzeptes finden müssen. Subjektive Deutungs- und Konstruktionsprozesse sollen in diesem Kontext herausgearbeitet und dargestellt werden.
Der Arbeitsmarkt in Deutschland erlebt einen technologisch bedingten Strukturwandel. Durch Digitalisierung werden Tätigkeiten substituierbar, Berufsbilder und dafür benötigte Qualifikationsprofile wandeln sich. Für die Arbeitskräfte resultiert daraus ein Anpassungsdruck, sich zum Erhalt ihres Humankapitals bzw. ihrer Beschäftigungsfähigkeit weiterzubilden. Fraglich ist, inwieweit die Individuen diesen Druck wahrnehmen und mit entsprechenden Weiterbildungen reagieren. Um einen Erklärungsbeitrag zum Weiterbildungsverhalten der Arbeitskräfte in Bezug auf den technologischen Wandel zu leisten, widmet sich das Promotionsvorhaben der Forschungsfrage: „Inwieweit reagieren Arbeitskräfte bezüglich ihres Weiterbildungsverhaltens auf einen sich digitalisierungsbedingt wandelnden Arbeitsmarkt?“
Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist die Absicherung der Qualität eines pharmazeutischen Produktionsprozesses durch die Überprüfung des Volumens mikroskopischer Polymerstäbchen mit einem hochgenauen 3D Messverfahren. Die Polymerstäbchen werden für pharmazeutische Anwendungen hergestellt. Aus Gründen der Qualitätssicherung muss das Istgewicht überprüft werden. Derzeit werden die Polymerstäbchen stichprobenartig mit einer hochpräzisen Waage gewogen. Für die nächste Generation von Polymeren wird angenommen, dass die Produktabmessungen weiter reduziert werden sollen und die Produktionstoleranzen auf 2,5% gesenkt werden. Die daraus resultierenden Genauigkeitsanforderungen übersteigen jedoch die Möglichkeiten der Wiegetechnik. Bei homogenen Materialien ist die Masse proportional zum Volumen. Aus diesem Grund kommt dessen Bestimmung als Alternative in Frage. Dies verschafft Zugang zu optischen Messverfahren und deren Flexibilität und Genauigkeitpotenzial. Für den Entwurf eines auf die Fragestellung angepassten Messkonzeptes sind weiterhin von Bedeutung, dass das Objekt kontaktlos, mit einer Taktzeit von maximal fünf Sekunden vermessen und das Volumen approximiert wird. Die Querschnitte der Polymerstäbchen sind etwa kreisförmig. Aufgrund der Herstellung der Fragmente kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Anlageflächen orthogonal zur Symmetrieachse des Objektes sind. Daher muss analysiert werden, wie sich kleine Abweichungen von kreisförmigen Querschnitten sowie die nicht idealen Anlageflächen auswirken. Die maximale Standardabweichung für das Volumen, die nicht überschritten werden sollte, beträgt 2,5%. Dies entspricht einer maximalen Abweichung der Querschnittsfläche um 1106 µm² (Fehlerfortpfanzung). Als Bewertungskriterium wird der Korrelationskoeffzient zwischen den gemessenen Volumina und den Massen bestimmt. Ein ideales Ergebnis wäre 100%. Die Messung zielt auf einen Koeffzienten von 98% ab. Um dies zu erreichen, ist ein präzises Messverfahren für Volumen erforderlich. Basierend auf dem aktuellen Stand der Technik können die vorhandenen optischen Messverfahren nicht verwendet werden. Das Polymerstäbchen wird von einer Kamera im Durchlicht beobachtet. Daher sind der Durchmesser und die Länge sichtbar. Das Objekt wird mittels einer mechanischen Vorrichtung um die Längsachse gedreht. So können Bilder von allen Seiten aufgenommen werden. Der Durchmesser und die Länge werden mit der Bildverarbeitung berechnet. Das neue Konzept vereint die Vorteile der Verfahren: Es ist unempfindlich gegen Farb-/Helligkeitsänderungen und die Bilder können in beliebiger Anzahl aufgenommen werden. Außerdem sind die Erfassung und Auswertung wesentlich schneller. Es wird ein Entwurf und die Umsetzung einer Lösung zur hochpräzisen Volumenmessung von Polymerstäbchen mit optischer Messtechnik und Bildverarbeitung ausgearbeitet. Diese spezielle Prozesslösung in der Prozesslinie (inline) sollte eine 100%ige Qualitätskontrolle während der Produktion garantieren. Die Zykluszeiten des Systems sollte fünf Sekunden pro Polymerstäbchen nicht überschreiten. Die Rahmenbedienungen für den Prozess sind durch die Materialeigenschaften des Objekts, die geringe Objektgröße (Breite = 199 µm, Länge = 935 µm bis 1683 µm) und die undeffinierte Querschnittsform (durch den Trocknungsprozess) vorgegeben. Darüber hinaus sollten die Kosten für den Prozess nicht zu hoch sein. Der Messaufbau sollte klein sein und ohne Sicherheitsvorkehrungen oder Abschirmungen arbeiten. Das entstandene System nimmt die Objekte in verschiedenen Winkelschritten auf, wertet mit Hilfe der Bildverarbeitung die Aufnahmen aus und approximiert das Volumen. Der Korrelationskoffizient zwischen Volumen und Gewicht beträgt für 77 Polymerstäbchen mit einem Gewicht von 37 µg bis 80 µg 99; 87%. Mit Hilfe eines Referenzsystems kann die Genauigkeit der Messung bestimmt werden. Die Standardabweichung sollte maximal 2,5% betragen. Das entstandene System erzielt eine maximale Volumenabweichung von 1,7%. Die Volumenvermessung erfüllt alle Anforderungen und kann somit als Alternative für die Waage verwendet werden.
English prepositions take only a small proportion of the language but play a substantial role. Although prepositions are of course also frequently used in English textbooks for secondary school, students fail to incidentally acquire them and often show low achievements in using prepositions correctly. The strategy commonly employed by language instructors is teaching the multiple senses of prepositions by rote which fails to help the students to draw links between the different meanings in usage. New findings in Cognitive Linguistics (CL) suggest a different approach to teaching prepositions and thus might have a strong impact on the methodologies of foreign language teaching and learning on the aspects of meaningful learning. Based on the Theory of Domains (Langacker, 1987), the notions of image schemas (Johnson, 1987) as well as the Conceptual Metaphor Theory (Lakoff & Johnson, 1980), the present study developed a CL-inspired approach to teaching prepositions, which was compared to the traditional teaching method by an empirical study conducted in a German school setting. Referring to the participants from the higher track and the medium track, who are at different proficiency levels, the results indicate that the CL-inspired teaching approach improved students" performance significantly more than the traditional approach in all the cases for the higher track and in some cases for the medium track. Thus, these findings open up a new perspective of the CL-inspired meaningful learning approach on language teaching. In addition, the CL-inspired approach demonstrates the unification of the integrated model of text and picture comprehension (the ITPC model) in integrating the new knowledge with related prior knowledge in the cognitive structure. According to the learning procedure of the ITPC model, the image schema as visual image is first perceived through the sensory register, then is processed in the working memory by conceptual metaphor, and finally it is integrated with cognitive schemata in the long term memory. Moreover, deep-seated factors, such as transfer of mother tongue, the difficulty of teaching materials, and the influence of prior knowledge, have strong effects on the acquisition of English prepositions.
Water is used in a way as if it were available infinitely. Droughts, increased rainfall or flooding already lead to water shortages and, thus, deprive entire population groups of the basis of their livelihoods. There is a growing fear that conflicts over water will increase, especially in arid climate zones, because life without water - whether for humans, animals or plants - is not possible.
More than 60 % of the African population depend on land and water resources for their livelihoods through pastoralism, fishing and farming. The water levels of rivers and lakes are decreasing. Hence, the rural population which is dependent on land and water move towards water-rich and humid areas. This internal migration increases the pressure on available water resources. Driven by the desire to strengthen the economic development, African governments align their political agendas with the promotion of macro international and national economic projects.
This doctoral thesis examines the complex interrelationships between water shortages, governance, vulnerability, adaptive capacity and violent and non-violent conflicts at Lake Naivasha in Kenya and Lake Wamala in Uganda. In order to satisfy the overall complexity, this doctoral thesis combines various theoretical and empirical aspects in which a variety of methods are applied to different geographical regions, across disciplines, and cultural and political boundaries.
The investigation reveals that Lake Naivasha is more affected by violent conflicts than Lake Wamala. Reasons for this include population growth, historically grown ethnic conflicts, corruption and the preferential treatment of national and international economic actors. The most common conflict response tools are raiding and the blockage of water access. However, deathly encounters, destruction of property and cattle slaughtering are increasingly used to gain access to water and land.
The insufficient implementation of the political system and the governments’ prioritization to foster economic development results, on the one hand, in the commercialization of water resources and increases, on the other hand, non-violent conflict between national and sub-national political actors. While corruption, economic favours and patronage defuse this conflict, resource access becomes more difficult for the local population. Resulting thereof, a final hypothesis is developed which states that the localization of the political conflict aggravates the water situation for the local population and, thereby, favours violent conflicts over water access and water use in water-rich areas.
Global crop production increased substantially in recent decades due to agricultural intensification and expansion and today agricultural areas occupy about 38% of Earth’s terrestrial surface - the largest use of land on the planet. However, current high-intensity agricultural practices fostered in the context of the Green Revolution led to serious consequences for the global environment. Pesticides, in particular, are highly biologically active substances that can threaten the ecological integrity of aquatic and terrestrial ecosystems. Although the global pesticide use increases steadily, our field-data based knowledge regarding exposure of non-target ecosystems such as surface waters is very restricted. Available studies have by now been limited to spatially restricted geographical areas or had rather specific objectives rendering the extrapolation to larger spatial scales questionable.
Consequently, this thesis evaluated based on four scientific publications the exposure, effects, and regulatory implications of particularly toxic insecticides` concentrations detected in global agricultural surface waters. FOCUS exposure modelling was used to characterise the highly specific insecticide exposure patterns and to analyse the resulting implications for both monitoring and risk assessment (publication I). Based on more than 200,000 scientific database entries, 838 peer-reviewed studies finally included, and more than 2,500 sites in 73 countries, the risks of agricultural insecticides to global surface waters were analysed by means of a comprehensive meta-analysis (publication II). This meta-analysis evaluated whether insecticide field concentrations exceed legally accepted regulatory threshold levels (RTLs) derived from official EU and US pesticide registration documents and, amongst others, how risks depend on insecticide development over time and stringency of environmental regulation. In addition, an in-depth analysis of the current EU pesticide regulations provided insights into the level of protection and field relevance of highly elaborated environmental regulatory risk assessment schemes (publications III and IV).
The results of this thesis show that insecticide surface water exposure is characterized by infrequent and highly transient concentration peaks of high ecotoxicological relevance. We thus argue in publication I that sampling based on regular intervals is inadequate for the detection of insecticide surface water concentrations and that traditional risk assessment concepts based on all insecticide concentrations including non-detects lead to severely biased results and critical underestimations of risks. Based on these considerations, publication II demonstrates that out of 11,300 measured insecticide concentrations (MICs; i.e., those actually detected and quantified), 52.4% (5,915 cases; 68.5%) exceeded the RTL for either water (RTLSW) or sediments. This indicates a substantial risk for the biological integrity of global water resources as additional analyses on pesticide effects in the field clearly evidence that the regional aquatic biodiversity is reduced by approximately 30% at pesticide concentrations equalling the RTLs. In addition, publication II shows that there is a complete lack of scientific monitoring data for ~90% of global cropland and that both the actual insecticide contamination of surface waters and the resulting ecological risks are most likely even greater due to, for example, inadequate sampling methods employed in the studies and the common occurrence of pesticide mixtures. A linear model analysis identified that RTLSW exceedances depend on the catchment size, sampling regime, sampling date, insecticide substance class, and stringency of countries` environmental regulations, as well as on the interactions of these factors. Importantly, the risks are significantly higher for newer-generation insecticides (i.e., pyrethroids) and are high even in countries with stringent environmental regulations. Regarding the latter, an analysis of the EU pesticide regulations revealed critical deficiencies and the lack of protectiveness and field-relevance for current presumed highly elaborated FOCUS exposure assessment (publication IV) and overall risk assessment schemes (publication III). Based on these findings, essential risk assessment amendments are proposed.
In essence, this thesis analyses the agriculture–environment linkages for pesticides at the global scale and it thereby contributes to a new research frontier in global ecotoxicology. The overall findings substantiate that agricultural insecticides are potential key drivers for the global freshwater biodiversity crisis and that the current regulatory risk assessment approaches for highly toxic anthropogenic chemicals fail to protect the global environment. This thesis provides an integrated view on the environmental side effects of global high-intensity agriculture and alerts that beside worldwide improvements to current pesticide regulations and agricultural pesticide application practices, the fundamental reformation of conventional agricultural systems is urgently needed to meet the twin challenges of providing sufficient food for a growing human population without destroying the ecological integrity of global ecosystems essential to human existence.
This dissertation introduces a methodology for formal specification and verification of user interfaces under security aspects. The methodology allows to use formal methods pervasively in the specification and verification of human-computer interaction. This work consists of three parts. In the first part, a formal methodology for the description of human-computer interaction is developed. In the second part, existing definitions of computer security are adapted for human-computer interaction and formalized. A generic formal model of human-computer interaction is developed. In the third part, the methodology is applied to the specification and verification of a secure email client.