Dissertation
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Im schulischen Kontext wird dem Prozess der Erkenntnisgewinnung in eigenverantwortlichen Lernprozessen immer mehr Bedeutung beigemessen. Experimentelles Arbeiten wird in den nationalen Bildungsstandards als Prozess beschrieben, welcher vier Teil-schritte durchläuft: (1) Fragestellung entwickeln, (2) Experimente durchführen, (3) Daten notieren und (4) Schlussfolgerung ziehen [1]. In der fachdidaktischen Forschung gibt es bisher keine Untersuchungen, die explizit den Teilschritt der Datenaufnahme und dessen Bedeutung behandeln.
In dieser Arbeit werden die unterschiedlichen Definitionen der naturwissenschaftlichen Protokollformen voneinander abgegrenzt sowie im Rahmen von drei Teilstudien die Bedeutung des Protokollierens für die Lernwirksamkeit untersucht. Zusätzlich wird eine Auswertungsmethode für die Qualität von Erarbeitungsprotokollen vorgestellt.
For a comprehensive understanding of evolutionary processes and for providing reliable prognoses about the future consequences of environmental change, it is essential to reveal the genetic basis underlying adaptive responses. The importance of this goal increases in light of ongoing climate change, which confronts organisms worldwide with new selection pressures and requires rapid evolutionary change to avoid local extinction. Thereby, freshwater ectotherms like daphnids are particularly threatened. Unraveling the genetic basis of local adaptation is complicated by the interplay of forces affecting patterns of genetic divergence among populations. Due to their key position in freshwater communities, cyclic parthenogenetic mode of reproduction and resting propagules (which form biological archives), daphnids are particularly suited for this purpose.
The aim of this thesis was to assess the impact of local thermal selection on the Daphnia longispina complex and to reveal the underlying genetic loci. Therefore, I compared genetic differentiation among populations containing Daphnia galeata, Daphnia longispina and their interspecific hybrids across time, space, and species boundaries. I revealed strongly contrasting patterns of genetic differentiation between selectively neutral and functional candidate gene markers, between the two species, and among samples from different lakes, suggesting (together with a correlation with habitat temperatures) local thermal selection acting on candidate gene TRY5F and indicating adaptive introgression. To reveal the candidate genes’ impact on fitness, I performed association analyses among data on genotypes and phenotypic traits of D. galeata clones from seven populations. The tests revealed a general temperature effect as well as inter-population differences in phenotypic traits and imply a possible contribution of the candidate genes to life-history traits. Finally, utilizing a combined population transcriptomic and reverse ecology approach, I introduced a methodology with a wide range of applications in evolutionary biology and revealed that local thermal selection was probably a minor force in shaping sequence and gene expression divergence among four D. galeata populations, but contributed to sequence divergence among two populations. I identified many transcripts possibly under selection or contributing strongly to population divergence, a large amount thereof putatively under local thermal selection, and showed that genetic and gene expression variation is not depleted specifically in temperature-related candidate genes.
In conclusion, I detected signs of local adaptation in the D. longispina complex across space, time, and species barriers. Populations and species remained genetically divergent, although increased gene flow possibly contributed, together with genotypes recruited from the resting egg bank, to the maintenance of standing genetic variation. Further work is required to accurately determine the influence of introgression and the effects of candidate genes on individual fitness. While I found no evidence suggesting a response to intense local thermal selection, the high resilience and adaptive potential regarding environmental change I observed suggest positive future prospects for the populations of the D. longispina complex. However, overall, due to the continuing environmental degradation, daphnids and other aquatic invertebrates remain vulnerable and threatened.
Natürliche Schädlingskontrolle und Bestäubung sind wichtige Ökosystemdienstleistungen für die Landwirtschaft. Diese können durch ökologische Landwirtschaft und naturnahe Lebensräume in der näheren oder weiteren Umgebung gefördert werden.
Das Potential naturnaher Lebensräume räuberische Fliegen(Kapitel 2 und 3)und Bienen (Kapitel 7) auf lokaler und Landschaftsebene zu fördern wurde in naturnahen Lebensräumen untersucht. Räuberische Fliegen bevorzugten verholzte Habitate und reagierten positiv auf die andschaftskomplexizität. Die Vielfalt von Bienen und die Häufigkeit von Honig- und Wildbienen in den naturnahen Lebensräumen wurde vor allem positiv von den vorhandenen Blütenressourcen beeinflusst.
Der Einfluss von ökologischer Landwirtschaft, angrenzenden naturnahen Lebensräumen und Landschaftskomplexizität auf natürliche Schädlingskontrolle (Kapitel 4) und Bestäubung (Kapitel 6) wurde in 18 Kürbisfeldern untersucht. Ökologische Landwirtschaft hatte keine starken Effekte auf die natürliche Schädlingskontrolle oder die Bestäubung von Kürbis. Die natürliche Schädlingskontrolle kann vor allem lokal durch das Blütenangebot in den angrenzenden Lebensräumen gefördert werden, weil dieses die Dichten der natürlichen Läusefeinde positiv beeinflusste und tendenziell die Läusedichte in den Kürbisfeldern reduzierte.
Kürbis ist ein beeindruckendes Beispiel für eine Schlüsselrolle von Wildbienen für den Bestäubungserfolg, weil Kürbis in Deutschland vor allem von Hummeln bestäubt wird trotz der höheren Besuchsdichten von Honigbienen. Die Bestäubung kann am besten durch Landschaftskomplexizität gefördert werden. Die Anzahl von Blütenbesuchen von Hummeln und infolgedessen auch die übertragene Pollenmenge wurden negativ von der landwirtschaftlich genutzten Fläche in der umgebenden Landschaft beeinflusst.
Der Einfluss von Läusedichten (Kapitel 8) und Bestäubung (Kapitel 5) auf den Kürbisertrag wurde ermittelt. Der Kürbisertrag wurde nicht beeinflusst von den beobachteten Läusedichten und war nicht bestäubungslimitiert bei der derzeitigen Menge an Bienenbesuchen.
Insbesondere naturnahe Lebensräume, die stetige und vielfältige Blütenressourcen bereitstellen, sind wichtig für Schädlingskontrolleure und Bestäuber. In Agrarlandschaften sollte ein ausreichender Anteil an verschiedenen Typen von naturnahen Lebensräumen erhalten und wiederhergestellt werden. Dadurch können natürliche Schädlingskontrolleure wie räuberische Fliegen, Bestäuber wie Hummeln,und die von ihnen geleistete Schädlingskontrolle und Bestäubung in Agrarlandschaften gefördert werden.
Statistical eco(-toxico)logy
(2017)
Freshwaters are of immense importance for human well-being.
Nevertheless, they are currently facing unprecedented levels of threat from habitat loss and degradation, overexploitation, invasive species and
pollution.
To prevent risks to aquatic ecosystems, chemical substances, like agricultural pesticides, have to pass environmental risk assessment (ERA) before entering the market.
Concurrently, large-scale environmental monitoring is used for surveillance of biological and chemical conditions in freshwaters.
This thesis examines statistical methods currently used in ERA.
Moreover, it presents a national-scale compilation of chemical monitoring data, an analysis of drivers and dynamics of chemical pollution in streams and, provides a large-scale risk assessment by combination with results from ERA.
Additionally, software tools have been developed to integrate different datasets used in ERA.
The thesis starts with a brief introduction to ERA and environmental monitoring and gives an overview of the objectives of the thesis.
Chapter 2 addresses experimental setups and their statistical analyses using simulations.
The results show that current designs exhibit unacceptably low statistical power, that statistical methods chosen to fit the type of data provide higher power and that statistical practices in ERA need to be revised.
In chapter 3 we compiled all available pesticide monitoring data from Germany.
Hereby, we focused on small streams, similar to those considered in ERA and used threshold concentrations derived during ERA for a large-scale assessment of threats to freshwaters from pesticides.
This compilation resulted in the most comprehensive dataset on pesticide exposure currently available for Germany.
Using state-of-the-art statistical techniques, that explicitly take the limits of quantification into account, we demonstrate that 25% of small streams are at threat from pesticides.
In particular neonicotinoid pesticides are responsible for these threats.
These are associated with agricultural intensity and can be detected even at low levels of agricultural use.
Moreover, our results indicated that current monitoring underestimates pesticide risks, because of a sampling decoupled from precipitation events.
Additionally, we provide a first large-scale study of annual pesticide exposure dynamics.
Chapters 4 and 5 describe software solutions to simplify and accelerate the integration of data from ERA, environmental monitoring and ecotoxicology that is indispensable for the development of landscape-level risk assessment.
Overall, this thesis contributes to the emerging discipline of statistical ecotoxicology and shows that pesticides pose a large-scale threat to small streams.
Environmental monitoring can provide a post-authorisation feedback to ERA.
However, to protect freshwater ecosystems ERA and environmental monitoring need to be further refined and we provide software solutions to utilise existing data for this purpose.
Die Anwendung von Chemikalien führt in vielen Fällen zu deren Emission in die Umwelt. Besonders organische Substanzen wie zum Beispiel Pharmazeutika, Biozide und Waschmittelinhaltsstoffe wurden in den letzten Jahren vermehrt als Umweltkontaminanten in Oberflächengewässern nachgewiesen. Die organischen Umweltkontaminanten, auch Spurenstoffe genannt, haben oftmals i) unbekannte ökotoxikologische Wirkungen, ii) unbekannte Verteilungsverhalten, und iii) sind bisher hinsichtlich der Emission kaum reguliert. Wie bei allen Substanzen können Spurenstoffe in der Umweltmatrix und insbesondere auch in der Kläranlage zu sogenannten Transformationsprodukten (TPs) umgewandelt werden. Um den durch Spurenstoffe verursachten Herausforderungen technologisch begegnen zu können, wird ein besseres Verständnis über diese Transformationsprozesse benötigt. Diese Dissertationsarbeit befasst sich deshalb mit der Aufklärung von Transformationsprozessen ausgewählter Spurenstoffe während der biologischen Abwasserreinigung.
Für die Untersuchung des Abbaus von Trimethoprim wurden Inkubationsversuche angewendet und die Auswirkung der steigenden Dotierungskonzentrationen systematisch untersucht. Es wurden insgesamt sechs TPs charakterisiert. Die Dotierungskonzentration hatte sowohl Auswirkungen auf die kinetischen Konstanten, als auch auf die Transformationsreaktionen. Ein solcher Einfluss der experimentellen Bedingungen wurde bisher in der Literatur noch nicht berichtet. Nur bei niedriger Dotierungskonzentration wurde am Ende des Transformationswegs ein stabiles TP gebildet, die 2,4-Diaminopyrimidin-5-carbonsäure (DAPC). Diese Substanz konnte in Laborversuchen den Großteil der abgebauten Menge von Trimethoprim erklären. Durch Untersuchungen an einer Referenzkläranlage konnte festgestellt werden, dass nur die Inkubationsversuche bei niedriger Dotierungskonzentration die realen Prozesse adäquat abbilden konnten. Die Anwendung hoher Dotierungskonzentrationen führte in Laborversuchen zu einer veränderten TP-Bildung.
Drei phenolische Spurenstoffe wurden in Bezug auf ihre Transformation, insbesondere hin zu potenziell toxischen nitrophenolischen TPs, untersucht: das Desinfektionsmittel ortho-Phenylphenol (OPP), das Kunststoffadditiv Bisphenol-A (BPA) und das Hustenmittel Dextrorphan. Nitrit wurde als ein potenzieller Auslöser für die Nitrierung postuliert. Inkubationsversuche in Reinstwasser wurden mit OPP in Anwesenheit von Nitrit durchgeführt und bestätigten, dass nitro-(und nitroso-) phenolische TPs unter leicht sauren Bedingungen gebildet werden. Da in kommunalen Kläranlagen der pH-Wert in Belebtschlamm zumeist zwischen 7,5 und 8,5 liegt und Nitrit als Zwischenprodukt oft nur in niedrigen Konzentration vorhanden ist, wurde die Bildung von signifikanten Konzentrationen nitrophenolischer TPs als unwahrscheinlich eingestuft. Aufgrund der Ergebnisse von Inkubationsversuchen mit inokulierten Belebtschlamm war festzustellen, dass die drei untersuchten Spurenstoffe schnell zu biologischen TPs umgewandelt wurden. Die Studie zeigte wie das Bildungspotenzial von nitrophenolischen TPs gesteigert wird, wenn bestimmte Bedingungen im Belebtschlamm vorliegen: saurer pH und erhöhte Nitritkonzentration. Zudem wurde auch gezeigt, dass die Bildung von nitrophenolischen TPs durch das Ansäuern oder das Einfrieren von Proben initiiert werden kann.
Die Transformation vom Antiphlogistikum Diclofenac wurde in zwei unterschiedlichen Kläranlagen verglichen. Die erste Kläranlage verwendet Aufwuchskörper für ein verstärktes Biofilmwachstum, während die zweite mit einer konventionellen nitrifizierenden Belebtschlammbehandlung ausgestattet ist. Trotz der unterschiedlichen Behandlungstechniken konnten in beiden Fällen ähnliche Transformationsreaktionen festgestellt werden. Der wesentliche Unterschied bestand in den veränderten Kinetiken: Geschwindigkeitskonstanten (kbiol) waren ca. 50 Mal höher in Kontakt mit Aufwuchskörpern als im konventionellen Belebtschlamm. Der Transformationsweg führte zur Bildung einer Vielzahl an gering konzentrierten TPs. Monitoring-Kampagnen an den zwei Kläranlagen wurden zur Bestätigung der Ergebnisse angeschlossen. In der konventionellen Kläranlage wurde keine signifikante Diclofenac Entfernung gemessen. Wohingegen im Aufwuchskörperreaktor eine mittlere Entfernung von 88% gemessen wurde. Damit wäre die vorgeschlagene Umweltqualitätsnorm von 0.05 μg/L möglicherweise auch ohne die Anwendung von weiteren Behandlungsschritten wie z.B. Aktivkohlefiltration oder Ozonung erreichbar.
In der vorliegenden Arbeit wird das thermochemische Wechselwirkungsverhalten verschiedener Magnesiakohlenstoffmaterialen in Abhängigkeit verschiedener Einflussgrößen wissenschaftlich untersucht. Schwerpunkte der experimentellen Arbeiten bilden thermoanalytische Experimente, Gefügeuntersuchungen der Magnesiakohlenstoff-Proben sowie thermodyna-mische Berechnungen und Auswertungen durch CAT (Computer Aided Thermochemistry) mittels des Softwarepakets FactSage.
Erster Themenbereich dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der in dem Rohstoff Magnesia enthaltenen mineralogischen Nebenphasen Merwinit (C3MS2), Monticellit (CMS) und Belit (C2S) auf den carbothermisch induzierten Verschleiß im MgO-C-Material. Für die Messreihen wurden die Nebenphasen eigens synthetisiert und hiermit MgO-C-Nebenphase-Modellwerkstoffe hergestellt. Die Nebenphase Monticellit ist unbeständig gegenüber der carbothermischen Reduktion. Monticellit wird im MgO-C-Gefüge durch Kohlenstoff reduziert und hieraus ergibt sich ein erhöhter Gewichtsverlust des Probenmaterials. Auch Merwinit wird bei T = 1600°C reduziert, der Gewichtsverlust wird dadurch allerdings nicht erhöht. Belit ist im MgO-C-Gefüge stabil gegenüber carbothermischer Reduktion.
Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Untersuchung des Einflusses des klassischen Antioxidans Aluminium auf die thermochemische Stabilität von MgO-C. Bei geringen Sauerstoffpartialdrücken ist die Reaktion des Aluminium-Metalls bzw. des bereits zu Al4C3 carbidisierten Aluminiums mit dem steineigenen Periklas unter Mg(g)-Bildung möglich, was einen erhöhten Gewichtsverlust zur Folge hat. Aber auch nach der Oxidation zu Al2O3 bzw. Spinell liegt Aluminium in signifikanten Mengen als Al(g) und Al2O(g) in der Gasphase vor und greift des Weiteren die Nebenphasen an, was ebenfalls zu einem messbaren Gewichtsverlust führt.
Dritter Arbeitsschwerpunkt war die Untersuchung des Einflusses des Umgebungsdruckes auf die carbothermische Reduktion von MgO. Die Ergebnisse zeigen, dass der Druck sich in zweierlei Hinsicht auf die carbothermische Reduktion von MgO auswirkt. Zum einen bewirkt ein sinkender Umgebungsdruck eine Beschleunigung der carbothermischen Reduktion durch die Verschiebung des thermodynamischen Gleichgewichts auf die Produktseite. Des Weiteren sorgt er für einen schnelleren Abtransport der Produktgase vom Reaktionsort und ver-hindert somit die Einstellung eines lokalen Gleichgewichts im Gefüge. Dritter Effekt ist die mit steigendem Druck verstärkt ablaufende Kohlenstoffoxidation durch Umgebungssauerstoff, da die Sauerstoffmenge in der Umgebung des MgO-C-Materials vom Umgebungsdruck bestimmt wird. Für die Geschwindigkeit des thermochemischen Verschleißes von Magnesiakohlenstoffmaterialien, der immer eine Kombination aus Kohlenstoffoxidation und carbothermischer Reduktion darstellt, bedeutet dies, dass sie in Abhängigkeit vom Umgebungsdruck in unterschiedlichem Ausmaß von diesen beiden Reaktionen beeinflusst wird.
In dieser Dissertation werden Theorien von Vertretern der Dialog-Philosophie diskutiert. Auf diesem Weg soll eine theoretische Grundlage geschaffen werden, mit der unternehmerisches Führungshandeln reflektiert werden kann. Als Ergebnis wird angestrebt, einen Ansatz für die Entwicklung einer dialogischen Führungskultur zu entwerfen.
Im empirischen Teil soll untersucht werden, welche subjektiven Annahmen, bezogen auf eine dialogische Führungskultur, Führungskräfte im Pflegedienst des stationären Gesundheitswesens ihrem Führungshandeln zugrunde legen. Zudem soll der Frage nachgegangen werden, wie die subjektiven Annahmen für eine zukünftige dialogorientierte Führungskultur und Führungskräfteentwicklung berücksichtigt und genutzt werden könnten.
Es soll die Frage erörtert werden, inwieweit die Dialog-Philosophie theoretische Konzepte zur Beschreibung einer Führungskultur beinhaltet. Betrachtet wird hierbei im Besonderen der denkerische Ansatz Martin Bubers.
Aus dieser theoretischen Grundlage soll der Versuch unternommen werden, Grundzüge einer dialogischen Führungskultur zu entwickeln, die geeignet erscheint, ein didaktisches Konzept für die Entwicklung von Führungskräften im Pflegedienst zu begründen.
The European weatherfish (Misgurnus fossilis) is a benthic freshwater fish species belonging to the family Cobitidae, that is subjected to a considerable decline in many regions across its original distribution range. Due to its cryptic behavior and low economic value, the causes of threat to weatherfish remained partly unknown and the species is rarely at the center of conservation efforts. In order to address these concerns, the overall aim of the present thesis was to provide a comprehensive approach for weatherfish conservation, including the development of stocking measures, investigations on the species autecology and the evaluation of potential threats. The first objective was to devise and implement a regional reintroduction and stock enhancement program with hatchery-reared weatherfish in Germany. Within this program (2014-2016), a total number of 168,500 juvenile weatherfish were stocked to seven water systems. Recaptures of 45 individuals at two reintroduction sites supported the conclusion that the developed stocking strategy was appropriate. In order to broaden the knowledge about weatherfish autecology and thereby refining the rearing conditions and the selection of appropriate stocking waters, the second objective was to investigate the thermal requirements of weatherfish larvae. Here, the obtained results revealed that temperatures higher than previously suggested were tolerated by larvae, whereas low temperatures within the range of likely habitat conditions increased mortality rates. As weatherfish can be frequently found in agriculturally impacted waters (e.g. ditch systems), they are assumed to have an increased probability to be exposed to chemical stress. Since the resulting risk has not yet been investigated with a focus on weatherfish, the third objective was to provide a methodical foundation for toxicity testing that additionally complies with the requirements of alternative test methods. For this purpose, the acute fish embryo toxicity test was successfully transferred to weatherfish and first results exhibited that sensitivity of weatherfish towards a tested reference substance (3,4-dichloroaniline) was highest compared to other species. On the basis of these findings, the fourth objective was to apply weatherfish embryos for multiple sediment bioassays in order to investigate teratogenic effects derived from sediment-associated contaminants. In this context, weatherfish revealed particular sensitivity to water extractable substances, indicating that sediment contamination might pose a considerable risk. Moreover, as an endangered benthic fish species with high ecological relevance for European waters that are specifically exposed to hazardous contaminants, the weatherfish might be a prospective species for an ecological risk assessment of sediment toxicity. Overall, the present thesis contributed to the conservation of weatherfish by considering a variety of aspects that interact and reinforce one another in order to achieve improvements for the species situation.
Die Analyse ortsbezogener Strukturdaten und Merkmale ist eine der wesentlichen Voraussetzungen für die Bewertung von Standorten und Räumen. Durch die Erfassung der lokalen Ausprägung ausgewählter Standortfaktoren und unter Zuhilfenahme eines Geographischen Informationssystems werden in der vorliegenden Dissertation die Städte und Gemeinden des hessischen Rheingau-Taunus-Kreises kategorisiert und miteinander verglichen. Hierbei erfolgt eine besondere Fokussierung auf die lokal bestehende technische und soziale Infrastruktur, um vorrangig das vorhandene Gewerbe- und Wohnumfeld sowie die darüber hinaus existierenden räumlichen Disparitäten eingehend veranschaulichen und beurteilen zu können.
Die Forschung im Bereich der modellbasierten Objekterkennung und Objektlokalisierung hat eine vielversprechende Zukunft, insbesondere die Gebäudeerkennung bietet vielfaltige Anwendungsmöglichkeiten. Die Bestimmung der Position und der Orientierung des Beobachters relativ zu einem Gebäude ist ein zentraler Bestandteil der Gebäudeerkennung.
Kern dieser Arbeit ist es, ein System zur modellbasierten Poseschätzung zu entwickeln, das unabhängig von der Anwendungsdomäne agiert. Als Anwendungsdomäne wird die modellbasierte Poseschätzung bei Gebäudeaufnahmen gewählt. Vorbereitend für die Poseschätzung bei Gebäudeaufnahmen wird die modellbasierte Erkennung von Dominosteinen und Pokerkarten realisiert. Eine anwendungsunabhängige Kontrollstrategie interpretiert anwendungsspezifische Modelle, um diese im Bild sowohl zu lokalisieren als auch die Pose mit Hilfe dieser Modelle zu bestimmen. Es wird explizit repräsentiertes Modellwissen verwendet, sodass Modellbestandteilen Bildmerkmale zugeordnet werden können. Diese Korrespondenzen ermöglichen die Kamerapose aus einer monokularen Aufnahme zurückzugewinnen. Das Verfahren ist unabhängig vom Anwendungsfall und kann auch mit Modellen anderer rigider Objekte umgehen, falls diese der definierten Modellrepräsentation entsprechen. Die Bestimmung der Pose eines Modells aus einem einzigen Bild, das Störungen und Verdeckungen aufweisen kann, erfordert einen systematischen Vergleich des Modells mit Bilddaten. Quantitative und qualitative Evaluationen belegen die Genauigkeit der bestimmten Gebäudeposen.
In dieser Arbeit wird zudem ein halbautomatisches Verfahren zur Generierung eines Gebäudemodells vorgestellt. Das verwendete Gebäudemodell, das sowohl semantisches als auch geometrisches Wissen beinhaltet, den Aufgaben der Objekterkennung und Poseschätzung genügt und sich dennoch an den bestehenden Normen orientiert, ist Voraussetzung für das Poseschätzverfahren. Leitgedanke der Repräsentationsform des Modells ist, dass sie für Menschen interpretierbar bleibt. Es wurde ein halbautomatischer Ansatz gewählt, da die automatische Umsetzung dieses Verfahrens schwer die nötige Präzision erzielen kann. Das entwickelte Verfahren erreicht zum einen die nötige Präzision zur Poseschätzung und reduziert zum anderen die Nutzerinteraktionen auf ein Minimum. Eine qualitative Evaluation belegt die erzielte Präzision bei der Generierung des Gebäudemodells.
Gefährdete Weltmacht USA
(2017)
Ziele und Befunde der Arbeit
Das durchgeführte Forschungsvorhaben zeigt durch einen holistischen, gleichzeitig politikwissenschaftlichen wie auch historischen Ansatz Folgendes: Nämlich, warum und wie das liberale, regelbasierte Weltordnungssystem im Untersuchungsraum der US-Präsidentschaften von Clinton bis Obama kontinuierlich durch ein System der realistischen, kurzfristig wirkenden Durchsetzung vitaler Interessen mittels militärischer Instrumentenpräferenz unter fortlaufender militärischer Optimierung ergänzt bzw. ersetzt wird. Dies erklärt auch, warum die „transaktionale Führung Trumps“(1), die nach dem Untersuchungsraum von 1993 bis 2017 mit Außenwirkung die Reduktion idealistischer „Grand Strategy“-Elemente bzw. wohlwollender Ordnungsmacht unter Kostenabwälzung und Vorteilsverringerung europäischer Nato-Verbündeter vornimmt, in Kontinuität zur ausgeübten Führungsmacht der Amtsvorgänger steht. Ergebnisse dieser Dissertation wie die sich ab 1993 immer nachdrücklicher abzeichnende Auflösung der multilateralen Grundordnung legen damit nahe, Trumps bisherige Außen- und Sicherheitspolitik als deutlich spürbares Krisensymptom und nicht als Ursache dieses Abbaus der nach 1945 eingerichteten Weltordnung einzustufen. Diese Auflösung ist mit einer Erosion des letztlich transatlantisch angestoßenen bipolaren „amerikanischen Systems“ gleichzusetzen. Die Implementierung dieses Systems erfolgte als „Lernstunde zweier Weltkriege“ auf Basis der mit der Aufklärung und den amerikanischen Gründungskennziffern eingeleiteten neuzeitlichen Ordnungskonzeptionen: Daher ist diese Auflösung auch ein Indikator für das Scheitern neuzeitlicher Ordnungskennziffern, die sich im „American way of life“ entfalten konnten.
Als ursächlich für die geschilderte Entwicklung wird eine von Clinton bis Obama konstant ansteigende Gesamtbedrohung nachgewiesen, mit der die konsequente Schwächung amerikanischer Vormacht verknüpft ist. Diese fußt u.a. auf der Basis von seit 1979 postulierten Klimawandeleffekten als Bedrohungsverstärker bei erreichter amerikanischer Förderspitze in fossilen Rohstoffen und ansteigendem Ressourcenbedarf im Kontext schrumpfender Rohstoffvorkommen. Weiter sind für den Untersuchungsraum die zunehmende Einwirkung der in den 1980er Jahren begonnenen „US-Konservativen Revolution“ auf die Ausübung der Außen- und Sicherheitspolitik unter Einflusszugewinn von Konzernen und Lobbygruppen auf beispielsweise policy-Implementierung sowie die neuen Rahmenbedingungen zu addieren. Darunter fallen die sich ausformende Digitalisierung, die hohen Ressourcenverbrauch mit sich bringt, und die ansteigende Weltbevölkerung unter spezifischen demographischen Vorzeichen. Darüber hinaus sind beispielsweise die Beibehaltung des bipolar angewachsenen Rüstungssektors als ökonomische Basis militärischer Vormacht und das langsame Abbröckeln der Dollar-Hegemonie seit etwa 1973 zu berücksichtigen. Durch komplexes Zusammenspiel von „Grand Strategy“-Umsetzung gemäß der Prämisse amerikanischen Führungsmachtausbaus unter neokonservativem bzw. christlich-rechtem Einfluss mit asymmetrischen sowie reaktivierten konventionellen Bedrohungsgegenständen, Bedrohungsverstärkern und neuen Rahmenbedingungen wird der lineare Verlauf der Gesamtbedrohung im Zeitraum von 1993 bis 2017 verständlich: Im Kontext der „Grand Strategy“-Ausführungen erklären insbesondere das Bedrohungsabwehr-, Bedrohungsverstärker- und Marktwirtschaftsverständnis der US-Far Right in komplexer Wechselwirkung mit erstarkenden transnationalen Konzernen, Lobbygruppen, Individuen(2), informellen Netzwerken und staatlichen Akteuren in Bezug auf Bedrohungsgegenstände sowie Bedrohungsverstärker(3) im Zusammenhang mit der post-bipolaren, globalen Verankerung amerikanischer Wirtschafts- und Konsummuster das Folgende: Nämlich die Anpassung der amerikanischen Bedrohungsabwehr - unter Aufbau der „imperial presidency“(4) bzw. Einhegung des Systems von „checks and balances“ - samt deren Implikationen auf das bipolare liberale Ordnungssystem. Sodann wird die notwendige Weiterführung in der Nato durch amerikanisch aufgeworfenen Nato-Umbau zur entsprechenden Umsetzung transformierter amerikanischer Bedrohungsabwehr bzw. Legitimierung der systemischen Anpassung begreifbar.
Genauso wird nachvollziehbar, dass die so eingerichtete Bedrohungsabwehr nur kurzfristig abwehrt: Stattdessen verstärkt sie asymmetrische und konventionelle Bedrohung wie auch Bedrohungsverstärker - unter Einleitung von Rüstungsspiralen bzw. Demontierung der Rüstungskontrolle - und damit die Gesamtbedrohung. Dies lässt einen Konfliktausbruch jenseits des bisher Vorstellbaren konstant näher rücken. Gleichzeitig ist der dringende Bedarf an Mobilisierung der transatlantischen Zusammenarbeit im Hinblick auf Förderung der globalen Kooperation staatlicher, aber auch nichtstaatlicher Akteure hinsichtlich der Bedrohungswurzeln samt der sich verschlechternden Voraussetzungen illustriert: Denn mit jedem Anstieg der Gesamtbedrohung ist durch die eingeleitete amerikanische sicherheitspolitische Anpassung und deren Weiterführung in der Nato ein Abbau der regelbasierten Basiskennziffern im Untersuchungsraum verknüpft. Dies reduziert in fortlaufender Konsequenz die Grundlage für oben genannte, konstant zentraler werdende Zusammenarbeit, um eine sukzessive Erosion des bipolaren „amerikanischen Systems“ unter künftigen Dystopien zu verhindern bzw. zumindest zu begrenzen.
Durch die Forschungsergebnisse wird der bisherige Forschungsstand auf den Kopf gestellt, da so beispielsweise gezeigt werden kann, dass mittels der Transformation der Nato keine gleichberechtigte transatlantische Lastenteilung oder eine Weiterentwicklung der Nato gemäß der Nato-Gründungskennziffern erzeugt wird. Dies gilt auch für den europäischen Widerstand gegenüber der tatsächlichen Verankerung der Natotransformationspositionen(5), der auf die Erosion des bipolaren liberalen Ordnungssystems bzw. der US-Vorteilsgewährung sowie so begünstigter Partikularinteressensicherung abhebt. Außerdem wird deutlich, dass eine Kontinuitätslinie in der Bedrohungsabwehr von Clinton bis Obama unter unterschiedlicher Außenwirkung und dem Grundmuster „Battleship America“ vorliegt - und eben nicht eine multilateral ausgerichtete Außen- und Sicherheitspolitik unter Clinton, die als Folge von 9/11 in einen unilateralen Pendelausschlag unter G. W. Bush 43 mündet, der durch die Obama-Administration wieder zurückgenommen wird.
Die Arbeit basiert auf einer umfassenden Fülle an Literatur, die das aufwendige Literaturverzeichnis widerspiegelt: Darunter fallen vielfältige amerikanische und europäische Publikationen, Monographien und entsprechende Sekundärliteratur, wie Biographien, Veröffentlichungen unterschiedlichster Natur wichtiger Vertreter der transatlantischen Forschungselite, Akteure der entsprechenden Politikplanung und -ausführung und wissenschaftliche Artikel aus Fachzeitschriften zu allen Forschungsbereichen bzw. politikwissenschaftlicher Methodik und Theorie. Weiter wurden u.a. Veröffentlichungen bzw. relevante Dokumente von Regierungen, Außenministerien, Verteidigungsministerien, Regierungsorganen, Denkfabriken, universitären Forschungszentren sowie der Nato verwendet.
Struktur der Arbeit
Konkret ist die vorliegende Dissertation in zwei Bände sowie einen Anhangsband unterteilt: Band 1 umfasst Schwerpunkt 1, eine Prozessanalyse unter offensiver neorealistischer Verortung, Band 2 den darauf aufbauenden Schwerpunkt 2, einen Vergleich („structured focussed comparison“) unter defensiver neorealistischer Verortung. Im Anhangsband finden sich ergänzende Ausführungen zu Kapitel 1, Band 1 in Bezug auf den Forschungsstand, Literatur und Quellenlage, theoretische Verortung sowie Wahl des Untersuchungsraumes bzw. ausgewählter europäischer Nato-Partner. Weiter sind ein historisches Kapitel als Voraussetzung zum „process-tracing“ in Kapitel 2, Band 1 und ein Abbildungs- und Abkürzungsverzeichnis wie auch ein Literaturverzeichnis enthalten.
Insgesamt ermitteln die beiden aufeinander aufbauenden Schwerpunkte mittels qualitativer Methoden das Folgende: Nämlich die übergeordnete amerikanische sicherheitspolitische Reaktion auf eine neue Gesamtbedrohung sowie deren Weiterführung und Legitimierungschance in der Nato im Untersuchungsraum von Clinton bis Obama.
Auf Basis des ersten Teils der Hypothese wird in Schwerpunkt 1, Band 1 ein Zusammenhang zwischen der Beibehaltung des bipolaren „US-Grand Strategy“-Ziels amerikanischer Führungs- und Ordnungsmacht sowie bipolarer außenpolitischer „Grand Strategy“-Kennziffern bzw. einer sich komplex entwickelnden neuen Gesamtbedrohung, amerikanischer sicherheitspolitischer Anpassung und der notwendigen Weiterführung in der Nato durch Natotransformation mittels amerikanisch aufgeworfener Natotransformationspositionen hergestellt.
In Schwerpunkt 2, Band 2 wird auf Basis des zweiten Teils der Hypothese der transatlantische Aushandlungsprozess zur Etablierung der amerikanisch vorgeschlagenen Natotransformationspositionen in Augenschein genommen: Vor diesem Hintergrund wird überprüft, ob diese tatsächliche Verankerung bzw. Konkretisierung des Ausbaus amerikanischen Vormacht am Widerstand der ausgewählten europäischen Nato-Bündnispartner Frankreich, Deutschland und Großbritannien scheitert.
Im Gesamtergebnis zeigt sich, dass aufgrund einer sich entwickelnden komplexen, linear ansteigenden Gesamtbedrohung die Chance zum Ausbau amerikanischer Führungsmacht konstant abnimmt. Dies muss mittels amerikanischer sicherheitspolitischer Anpassung kompensiert werden. Die daher erfolgende amerikanische sicherheitspolitische Neuausrichtung auf Basis der eingeleiteten „Revolution im Militärwesen“ modifiziert wiederum die Kennziffern bipolarer kollektiver Sicherheitsgewährleistung. Alles wird mittels tatsächlicher Verankerung der amerikanischen Natotransformationspositionen ermöglicht bzw. legitimiert. Das tatsächliche Erreichen der - die sicherheitspolitische amerikanische Anpassung konsequent weiterführenden - Transformation der Nato ermöglicht eine missionsorientierte, reaktionsbeschleunigende, flexible und globale Sicherheitsprojektion. Außerdem ist die Voraussetzung für „alliances of choice“ innerhalb der Nato geschaffen. Weiter zementiert die Modifikation der „bipolaren Nato“ die mittels sicherheitspolitischer amerikanischer Anpassung eingeleitete Erosion zentraler zivilisatorischer Errungenschaften bzw. Aufgaben bipolarer kollektiver Sicherheitsgewährleistung unter Vorteilsverringerung europäischer Nato-Bündnispartner.
Die tatsächliche Verankerung der Natotransformationspositionen erfolgt mittels der Reaktivierung konventioneller Bedrohung im Kontext der Ukraine-Krise von 2014 und der Erweiterung der Nato-Partnerschaftsringe auf globaler Ebene, ohne diesen den Status eines Nato-Mitgliedsstaates zu gewähren. Damit wird der Bündnisfall nicht globalisiert. Der ausgeübte deutsch-französische Widerstand wird besonders intensiv durch den Einbezug der europäischen Gründungsstaaten befördert, dagegen unterbleibt die Ausbildung einer europäischen Führungstroika durch Frankreich, Deutschland und Großbritannien.
Darüber hinaus zeigt insbesondere die entsprechende Ursachenermittlung, dass trotz konstanter, aufeinander aufbauender amerikanischer sicherheitspolitischer Reaktion unter unterschiedlicher Außenwirkung sowie tatsächlicher Weiterführung in der Nato die Gesamtbedrohung nicht langfristig abgebremst wird: Dies führt zu einem konstanten Anstieg der Gesamtbedrohung unter fortlaufendem Einflussverlust staatlicher Akteure bzw. Machtdiffusion und -konzentration samt einer sukzessiven Chancenerhöhung reaktivierter konventioneller, nuklearer, Cyber- und ökologischer Zerstörungsszenarien. Auf dieser Basis entsteht die Konsequenz einer immer umfassenderen und die Reaktion beschleunigende Präzisionsabwehr unter ansteigender Versicherheitlichung, um die kontinuierliche Einengung amerikanischer Vormacht auszugleichen. Dies erzeugt im Fortlauf einen konstanten Abbau der Strahlungs- und Schlagkraft des liberalen, regelbasierten, bipolaren „amerikanischen Systems“ sowie der Etablierung „idealistischer, liberaler“ „Grand Strategy“-Elemente. Weiter ist damit - auf der Grundlage der aufeinander aufbauenden Natotransformationspositionen sowie Obamas „smart power“(6) im Untersuchungsraum - eine zunehmende Vorteilsverringerung der europäischen Nato-Verbündeten bzw. ein ansteigender Bedarf an US-Kostendämpfung verquickt. Zudem entwickelt sich eine immer geringer werdende Chance zur Entfaltung des postbipolar als „nicht verhandelbar“ postulierten und global ausgebreiteten amerikanischen Lebensentwurfes in individueller, innerstaatlicher Ausprägung: Deren Artikulation erfolgt beispielsweise mittels zunehmendem Rechtspopulismus, Wahl von Außenseiterkandidaten, Zerfall traditioneller Parteiensysteme, isolationistischen Tendenzen unter ethnischer, regionaler Erstarkung, und Ablehnung von Supranationalität oder religiösem Fundamentalismus. Gleichzeitig ist die fortlaufende Erosion der globalen öffentlichen Güter identifizierbar.
Damit ebnet all das oben Genannte den Boden für die Begrenzung amerikanischer wohlwollender Ordnungsmacht bzw. der Handlungsspielräume staatlicher Akteure - und für die Rückkehr zu klassischer Machtpolitik im Kontext entstandener Machtdiffusion bzw. -konzentration. Dies erschwert angesichts der Dringlichkeit einer langfristigen Eindämmung asymmetrischer bzw. konventioneller Sicherheitsbedrohungsgegenstände, -verstärker, -cluster und globalen Rahmenbedingungen folgende Chance: Nämlich die zu transatlantischer Zusammenarbeit in der Nato unter Wiederbelebung der politischen Organisation derselben sowie Erweiterung auf zusätzliche Ebenen und Akteure im Sinne von Vorbeugung bzw. vernetzter Sicherheit zur Erreichung entsprechender globaler Kooperation in Bezug auf Einhegen der Bedrohungswurzeln.
Insgesamt wird durch diese Forschungsarbeit transparent, wie und warum die für den Untersuchungsraum von 1993 bis 2017 antizipierte „Friedensdividende“ und das durch Präsident Clinton postulierte „age of hope“ kaum spürbar wurden.
Fußnoten
(1) Vgl. Braml, Josef (2018), Trumps transaktionaler Transatlantizismus, in: Jäger, Thomas (Hrsg.), Zeitschrift für Außen- und Sicherheitspolitik, Oktober 2018, Volume 11, Ausgabe 4, S. 439-448, Wiesbaden.
(2) Vgl. National Intelligence Council (Hrsg.) (2012), Global Trends 2013: Alternative Worlds (NIC 2012-001), https://publicintelligence.net/global-trends-2030/, letzter Zugriff: 12.04.19. Vgl. dazu auch das „international financial leadership, self-selected at Davos“ bei McCoy, Alfred W. (2017), In the Shadows of the American Century. The Rise and Decline of US Global Power, Chicago.
(3) Vgl. zu Bedrohungsverstärkern beispielsweise Mazo, Jeffrey (2010), Climate Conflict. How global warming threatens security and what to do about it, London, Abingdon.
1990 wurde bereits in Bezug auf den Bedrohungsverstärker Klimawandel für die entstehenden asymmetrischen bzw. konventionellen Bedrohungsgegenstände komplexe Cluster konstatiert: „Over the next half century, the global average temperature may increase by approximately 4 degrees C. (…) All nations will be affected. (…) How much time will there be to confirm the amount of change and then to act? (…) However, many believe that we will have waited too lang to avoid major dislocation, hardship and conflict - on a scale not as yet seen by man“. Vgl. Kelley, Terry P. (1990), Global Climate Change. Implications For The United States Navy (The United States Naval War College, Newport, RI), http://documents.theblackvault.com/documents/weather/climatechange/globalclimatechange-navy.pdf, letzter Zugriff: 30.03.19. Dies lässt Hinweise auf die sich entwickelnde, konstant ansteigende Gesamtbedrohung im Untersuchungsraum von 1993-2017 zu.
(4) Vgl. Schlesinger, Arthur M., Jr. (1973), The Imperial Presidency, Boston.
(5) Die amerikanisch vorgeschlagenen Positionen zur Anpassung der Nato, die Nato Response Force sowie die Global Partnership Initiative, werden als „Natotransformationspositionen“ bezeichnet: Mit deren tatsächlicher Etablierung war eine Transformation der Nato in konsequenter Weiterführung amerikanisch erfolgter sicherheitspolitischer Anpassung verknüpft.
(6) Smart power geht auf Suzanne Nossel, Mitarbeiterin des UN-Botschafters Holbrooke während der Clinton-Administration, zurück: Vgl. Nossel, Suzanne (2004), Smart Power. Reclaiming Liberal Internationalism, http://www.democracyarsenal.org/SmartPowerFA.pdf, letzter Zugriff: 26.08.17. Weiter wird er Joseph Nye im Jahre 2003 als Reaktion auf die unilaterale Konzentration auf das militärische Instrument der G.W. Bush–Ära zugeschrieben. Vgl. Nye, Joseph S. Jr. (2011), The Future of Power, New York bzw. Nye, Joseph S. Jr. (2011), Macht im 21sten Jahrhundert. Politische Strategien für ein neues Zeitalter, München.
Vgl. Rodham Clinton, Hillary (2010), Leading Through Civilan Power. Redefining American Diplomacy and Development, in: Foreign Affairs, November/December 2010, Vol. 89, No.6, S. 13-24.
Die vorliegende Doktorarbeit hatte zum Ziel zu prüfen, ob Emulsionspolymere auf Acrylatbasis als neuartige Photokatalysatoren bzw. Katalysatoren genutzt werden können.
Auf Grund der Beschaffenheit und der Eigenschaften von Emulsionspolymeren ist davon auszugehen, dass die Nutzung selbiger als Katalysatoren eine neue Art einer chemischen Katalyse ermöglicht. So sollen die Vorteile der heterogenen und homogenen Katalyse vereint und die jeweiligen Nachteile minimiert werden. Als besonders erfolgversprechend hat sich während der praktischen Arbeit die Nutzung von Emulsionspolymeren als Photokatalysatoren herausgestellt.
Die Anbindung der photokatalytisch aktiven Moleküle an/in den Polymerstrang soll kovalent erfolgen. Deshalb war ein erstes Teilziel dieser Arbeit prototypische Katalysatormoleküle zu synthetisieren, die über einen Acrylat-Substituenten verfügen, der in einer radikalischen Polymerisationsreaktion reagieren kann. Als Photokatalysatoren wurden Ruthenium- Polypyridin-Komplexe ausgewählt, die sowohl für eine inter- als auch intramolekulare Photokatalyse zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser geeignet sind. Für organokatalytische Zwecke wurde ein L-Prolin-Derivat synthetisiert, welches jedoch nicht auf seine Polymerisierbarkeit getestet wurde.
In einem ersten Schritt wurden die prototypischen 2,2’-Bipyridin-Liganden synthetisiert. Dabei konnte eine verbesserte Synthesemethode für 4-Brom-2,2’-bipyridin ausgearbeitet werden. Die Funktionalisierung erfolgte letztendlich durch eine Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion, die anschließend an eine Eintopfsynthese zur Darstellung von 4-Formyl-2,2’-biypridin erfolgte. Die prototypischen Photokatalysatoren zeigten mäßige Erfolge (TON: 37-136, 6h, 10% H2O, 470 nm) in Bezug auf die photokatalytische Wasserstoffproduktion, sodass an dieser Stelle eine Verbesserung der entsprechenden katalytischen Systeme erfolgen sollte.
Die Polymerisationsreaktion konnte für zwei intermolekulare Photokatalysatoren und zwei intramolekulare Photokatalysatoren durchgeführt werden. Dabei fiel auf, dass die intermolekularen Photokatalysatoren besser polymerisieren als die intramolekularen Photokatalysatoren. Es wird angenommen, dass dies mit der Löslichkeit der Substanzen im Monomer Ethylmethacrylat zusammen hängt.
Die photokatalytisch funktionalisierten Emulsionspolymere zeigten eine ähnliche photokatalytische Aktivität (TON: 9-101, 6h, 10% H2O, 470 nm) wie die jeweiligen Ausgangsstoffe selbst. Es konnte jedoch bewiesen werden, dass Emulsionspolymere als Photokatalysatoren genutzt werden können, wenn auch noch weitere Arbeiten zur Optimierung der Systeme nötig sind.
World’s ecosystems are under great pressure satisfying anthropogenic demands, with freshwaters being of central importance. The Millennium Ecosystem Assessment has identified anthropogenic land use and associated stressors as main drivers in jeopardizing stream ecosystem functions and the
biodiversity supported by freshwaters. Adverse effects on the biodiversity of freshwater organisms, such as macroinvertebrates, may propagate to fundamental ecosystem functions, such as organic matter breakdown (OMB) with potentially severe consequences for ecosystem services. In order to adequately protect and preserve freshwater ecosystems, investigations regarding potential and observed as well as direct and indirect effects of anthropogenic land use and associated stressors (e.g. nutrients, pesticides or heavy metals) on ecosystem functioning and stream biodiversity are needed. While greater species diversity most likely benefits ecosystem functions, the direction and magnitude of changes in ecosystem functioning depends primarily on species functional traits. In this context, the functional diversity of stream organisms has been suggested to be a more suitable predictor of changes in ecosystem functions than taxonomic diversity.
The thesis aims at investigating effects of anthropogenic land use on (i) three ecosystem functions by anthropogenic toxicants to identify effect thresholds (chapter 2), (ii) the organic matter breakdown by three land use categories to identify effects on the functional level (chapter 3) and (iii)on the stream community along an established land-use gradient to identify effects on the community level.
In chapter 2, I reviewed the literature regarding pesticide and heavy metal effects on OMB, primary production and community respiration. From each reviewed study that met inclusion criteria, the toxicant concentration resulting in a reduction of at least 20% in an ecosystem function was standardized based on laboratory toxicity data. Effect thresholds were based on the relationship between ecosystem functions and standardized concentration-effect relationships. The analysis revealed that more than one third of pesticide observations indicated reductions in ecosystem functions at concentrations that are assumed being protective in regulation. However, high variation within and between studies hampered the derivation of a concentration-effect relationship and thus effect thresholds.
In chapter 3, I conducted a field study to determine the microbial and invertebrate-mediated OMB by deploying fine and coarse mesh leaf bags in streams with forested, agricultural, vinicultural
and urban riparian land use. Additionally, physicochemical, geographical and habitat parameters were monitored to explain potential differences in OMB among land use types and sites. Regarding results, only microbial OMB differed between land use types. The microbial OMB showed a negative relationship with pH while the invertebrate-mediated OMB was positively related to tree cover. OMB responded to stressor gradients rather than directly to land use.
In chapter 4, macroinvertebrates were sampled in concert with leaf bag deployment and after species identification (i) the taxonomic diversity in terms of Simpson diversity and total taxonomic
richness (TTR) and (ii) the functional diversity in terms of bio-ecological traits and Rao’s quadratic entropy was determined for each community. Additionally, a land-use gradient was established and the response of the taxonomic and functional diversity of invertebrate communities along this gradient was investigated to examine whether these two metrics of biodiversity are predictive for the rate of OMB. Neither bio-ecological traits nor the functional diversity showed a significant relationship with
OMB. Although, TTR decreased with increasing anthropogenic stress and also the community structure and 26 % of bio-ecological traits were significantly related to the stress gradient, any of these shifts propagated to OMB.
Our results show that the complexity of real-world situations in freshwater ecosystems impedes the effect assessment of chemicals and land use for functional endpoints, and consequently our potential to predict changes. We conclude that current safety factors used in chemical risk assessment may not be sufficient for pesticides to protect functional endpoints. Furthermore, simplifying real-world stressor gradients into few land use categories was unsuitable to predict and quantify losses in OMB. Thus, the monitoring of specific stressors may be more relevant than crude land use categories to detect effects on ecosystem functions. This may, however, limit the large scale assessment of the status of OMB. Finally, despite several functional changes in the communities the functional diversity over several trait modalities remained similar. Neither taxonomic nor functional diversity were suitable predictors of OMB. Thus, when understanding anthropogenic impacts on the linkage between biodiversity and ecosystem functioning is of main interest, focusing on diversity metrics that are clearly linked to the stressor in question (Jackson et al. 2016) or integrating taxonomic and functional metrics (Mondy et al., 2012) might enhance our predictive capacity.
Key mechanisms for the release of metal(loid)s from a construction material in hydraulic engineering
(2017)
Hydraulic engineering and thus construction materials are necessary to enable the navigability of water ways. Since, a variety of natural as well as artificial materials are used, this materials are world wide tested on a potential release of dangerous substances to prevent adverse effects on the environment. To determine the potential release, it is important to identify and to understand key mechanisms which are decisive for the release of hazardous substances. A limited correlation between the conditions used in regulatory tests and those found in environmental systems is given and hence, often the significance of results from standardised tests on construction materials is questioned, since they are not designed to mimic environmental conditions.
In Germany industrial by-products are used as armour stones in hydraulic engineering. Especially the by-product copper slag is used during the last 40 years for the construction of embankments, groynes and coastal protection. On the one hand, this material has a high density and natural resources (landscape) are protected. One the other hand, the material contains high quantities of metal(loid)s. Therefore the copper slag (product name: iron silicate stones) is very suitable as test material. Metal(loid)s examined were As, Sb and Mo as representatives for (hydr)oxide forming elements and Cd, Co, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn were studied as representatives for elements forming cations during the release.
Questions addressed in this Thesis were: (i) can we transfer the results from batch experiments to construction scenarios under the prevalent environmental conditions, (ii) which long-term trends exist for the release of metal(loid)s from copper slags and (iii) how environmental conditions influence the leaching of metal(loid)s from water construction materials?
To answer the first question the surface depending release of the metal(loid)s from the construction materials was examined. Therefore, batch leaching experiments with different particle sizes and a constant liquid/solid ratio were performed. In a second step a comparison between different methods for the determination of the specific surface area of armour stones with a 3D laser scanning method as a reference were performed. In a last step it was possible to show that via a roughness factor the results of the specific surface area from small stones, measured with gas adsorption, can be connected with the results from armour stones, determined with an aluminium foil method. Based on calculations of the specific surface area, it was possible to significantly improve catchment scale calculation about the release of metal(loid)s and to evaluate a potential impact of construction materials in hydraulic engineering on the water chemistry of rivers and streams.
To answer the second question long-term leaching diffuse gradient in thin films supported experiments were performed for half a year. Diffuse gradients in thin films (DGT) is an in situ method to passive sample metal(loid)s in water, sediments and soils. They were used as a sink for metal(loid)s in the eluate to provide solution equilibriums. Thus the exchange of the eluent, which is performed normally in long-term experiments, was superfluous and long-term effects under undisturbed conditions were studied. The long-term leaching experiments with DGT have proven to be capable (i) to differentiate between the depletion of the material surface and the solution equilibriums and (ii) to study sorption processes with or without a further release of the analytes. This means for the practically relevant test material copper slag that: (i) the cations Cd, Co, Cu, Ni and Pb are confirmed to be released from the slag over the whole time period of six months, (ii) a surface depletion of Zn was detected, and (iii) that the (hydr)oxide forming elements As, Mo and Sb were released from the slag over the hole periods of six months but the release was masked by adsorption to Fe-oxide colloids, which were formed during the leaching experiments. It was confirmed, that sulphide minerals are the main source for long-term release of Cd, Cu, Ni, Pb and Mo.
To answer the third question short-term leaching experiments simulating environmental conditions in hydraulic engineering were performed. One factor is the salinity. The influence of this parameter was tested in batch experiments with sea salt solution (30 g/l), river Rhine water, ultra pure water and in addition with different NaCl concentration (5, 10, 20 and 30 g/l). In general, the ionic strength is an important factor for the metal(loid) release but the composition of the water (e.g. the HCO3- content) may superimpose this effect. Therefore, the concentrations of the metal(loid)s in the experiments with ultra-pure water spiked with sea salt or native river water and the ultra-pure water spiked with NaCl were significantly different. In a second experiment the influence of the environmental parameters and the interactions between the environmental parameters pH (4–10), sediment content (0 g–3.75 g), temperature (4 °C–36 °C) and ionic strength (0 g/l–30 g/l NaCl) on the release of metal(loid)s from the test material was examined. The statistical Design of Experiments (DoE) was used to study the influence of these factors as well as their interactions. All studied factors may impact the release of metal(loid)s from the test material to the eluent, whereas the release and the partitioning between sediment and eluate of metal(loid)s was impacted by interactions between the studied factors. The main processes were sorption, complexation, solubility, buffering and ion exchange. In addition, by separating the sediment from the slag after the experiments by magnetic separation, the enrichment of metal(loid)s in the sediment was visible. Thus, the sediment was the most important factor for the release of the metal(loid)s, via pH, temperature and ionic strength, because the sediment acted as a sink.
Agricultural land-use may lead to brief pulse exposures of pesticides in edge-of-field streams, potentially resulting in adverse effects on aquatic macrophytes, invertebrates and ecosystem functions. The higher tier risk assessment is mainly based on pond mesocosms which are not designed to mimic stream-typical conditions. Relatively little is known on exposure and effect assessment using stream mesocosms.
Thus the present thesis evaluates the appliacability of the stream mesocosms to mimic stream-typical pulse exposures, to assess resulting effects on flora and fauna and to evaluate aquatic-terrestrial food web coupling. The first objective was to mimic stream-typical pulse exposure scenarios with different durations (≤ 1 to ≥ 24 hours). These exposure scenarios established using a fluorescence tracer were the methodological basis for the effect assessment of an herbicide and an insecticide. In order to evaluate the applicability of stream mesocosms for regulatory purposes, the second objective was to assess effects on two aquatic macrophytes following a 24-h pulse exposure with the herbicide iofensulfuron-sodium (1, 3, 10 and 30 µg/L; n = 3). Growth inhibition of up to 66 and 45% was observed for the total shoot length of Myriophyllum spicatum and Elodea canadensis, respectively. Recovery of this endpoint could be demonstrated within 42 days for both macrophytes. The third objective was to assess effects on structural and functional endpoints following a 6-h pulse exposure of the pyrethroid ether etofenprox (0.05, 0.5 and 5 µg/L; n = 4). The most sensitive structural (abundance of Cloeon simile) and functional (feeding rates of Asellus aquaticus) endpoint revealed significant effects at 0.05 µg/L etofenprox. This concentration was below field-measured etofenprox concentrations and thus suggests that pulse exposures adversely affect invertebrate populations and ecosystem functions in streams. Such pollutions of streams may also result in decreased emergence of aquatic insects and potentially lead to an insect-mediated transfer of pollutants to adjacent food webs. Test systems capable to assess aquatic-terrestrial effects are not yet integrated in mesocosm approaches but might be of interest for substances with bioaccumulation potential. Here, the fourth part provides an aquatic-terrestrial model ecosystem capable to assess cross-ecosystem effects. Information on the riparian food web such as the contribution of aquatic (up to 71%) and terrestrial (up to 29%) insect prey to the diet of the riparian spider Tetragnatha extensa was assessed via stable isotope ratios (δ13C and δ15N). Thus, the present thesis provides the methodological basis to assess aquatic-terrestrial pollutant transfer and effects on the riparian food web.
Overall the results of this thesis indicate, that stream mesocosms can be used to mimic stream-typical pulse exposures of pesticides, to assess resulting effects on macrophytes and invertebrates within prospective environmental risk assessment (ERA) and to evaluate changes in riparian food webs.
Die Verwendung physiologischer Indikatoren, welche die Reaktion von Organismen auf Veränderungen ihrer Umwelt widerspiegeln, bietet ein großes Potenzial für ökologische Studien. Durch die Analyse des physiologischen Zustandes von Organismen ermöglichen diese Indikatoren eine schnellere Erfassung von Veränderungen in aquatischen Ökosystemen als es durch die Betrachtung ökologischer Indikatoren, wie z. B. der Struktur der Benthosgemeinschaft oder des Reproduktionserfolges einzelner Arten, möglich ist. Dieser Zeitvorteil kann sowohl die Effektivität der Habitatbewertung als auch experimenteller Studien in der aquatischen Ökologie erhöhen. In diesem Zusammenhang konzentriert sich die vorliegende Arbeit auf physiologische Messgrößen, wie die Konzentration von Energiespeicherstoffen, den zellulären Energiestatus (Adenylate Energy Charge) oder die Stoffwechselaktivität in vivo, die den energetischen Zustand oder den aktuellen Energieverbrauch von Organismen charakterisieren, sowie auf das RNA:DNA-Verhältnis als Wachstumsindikator. Obwohl diese Indikatoren in der marinen Ökologie, und in jüngerer Zeit auch in der Ökotoxikologie, regelmäßig verwendet werden, haben sie in der limnischen Ökologie bisher wenig Anwendung gefunden. Um die Anwendung physiologischer Indikatoren in diesem Bereich zu verstärken verfolgt die Dissertation zwei Ziele. Zum einen verdeutlicht sie das Potenzial der einzelnen physiologischen Indikatoren, zum anderen stellt sie Grundlagenwissen zu ausgewählten ökophysiologischen Aspekten einheimischer und gebietsfremder Arten der Ordnung Amphipoda bereit, die als Schlüsselarten aquatischer Lebensräume als besonders geeignet für die Bestimmung physiologischer Indikatoren angesehen werden. In diesem Sinne werden in Kapitel 2 sowohl die grundlegenden Annahmen, als auch die theoretischen und methodischen Grundlagen für die Bestimmung physiologischer Indikatoren aufgezeigt und ihre Anwendbarkeit in Fallstudien verdeutlicht. Die durchgeführten Experimentalstudien (Kapitel 3−5) liefern Informationen zu (i) den art- und geschlechtsspezifischen Unterschieden in der saisonalen Variation des energetischen Zustandes natürlicher Gammarus Populationen (G. fossarum, G. pulex), (ii) den Unterschieden in der Stoffwechsel- und Bewegungsaktivität verschiedener Amphipoda-Arten (G. fossarum, G. roeselii und D. villosus), sowie (iii) den direkten Auswirkungen von Ammoniak auf die Physiologie und die Bewegungsaktivität von D. villosus. In Kapitel 6 werden abschließend die grundlegenden Schlussfolgerungen aus den durchgeführten Feld- und Laborstudien, sowie ihre Relevanz und Auswirkungen für die Anwendung physiologischer Indikatoren in der limnischen Ökologie diskutiert.
Die Dissertation bietet einen internationalen Vergleich von Gestaltungsmustern der Flexibilitätssteuerung von Unternehmen mit Schwerpunkt auf die Automobilindustrie. Vor dem Hintergrund unterschiedlicher nationaler institutioneller Systeme werden betriebliche Flexibilitätsstrategien analysiert und deren Hintergründe und Funktionsweisen detailliert erläutert. Die Analyse institutioneller Rahmenbedingungen erfolgt mittels der "Varieties of Capitalism". Die Eruierung von Flexibilitätsstrategien basiert auf einer internationalen Fallstudie.
Pelagic oxyclines, the transition zone between oxygen rich surface waters and oxygen depleted deep waters, are a common characteristic of eutrophic lakes during summer stratification. They can have tremendous effects on the biodiversity and the ecosystem functioning of lakes and, to add insult to injury, are expected to become more frequent and more pronounced as climate warming progresses. On these grounds, this thesis endeavors to advance the understanding of formation, persistence, and consequences of pelagic oxyclines: We test, whether the formation of metalimnetic oxygen minima is intrinsically tied to a locally enhanced oxygen consuming process, investigate the relative importance of vertical physical oxygen transport and biochemical oxygen consumption for the persistence of pelagic oxyclines, and finally assess their potential consequences for whole lake cycling. To pursue these objectives, the present thesis nearly exclusively resorts to in situ measurements. Field campaigns were conducted at three lakes in Germany featuring different types of oxyclines and resolved either a short (hours to days) or a long (weeks to months) time scale. Measurements comprised temperature, current velocity, and concentrations of oxygen and reduced substances in high temporal and vertical resolution. Additionally, vertical transport was estimated by applying the eddy correlation technique within the pelagic region for the first time. The thesis revealed, that the formation of metalimnetic oxygen minima does not necessarily depend on locally enhanced oxygen depletion, but can solely result from gradients and curvatures of oxygen concentration and depletion and their relative position to each other. Physical oxygen transport was found to be relevant for oxycline persistence when it considerably postponed anoxia on a long time scale. However, its influence on oxygen dynamics was minor on short time scales, although mixing and transport were highly variable. Biochemical consumption always dominated the fate of oxygen in pelagic oxyclines. It was primarily determined by the oxidative breakdown of organic matter originating from the epilimnion, whereas in meromictic lakes, the oxidation of reduced substances dominated. Beyond that, the results of the thesis emphasize that pelagic oxyclines can be a hotspot of mineralization and, hence, short-circuit carbon and nutrient cycling in the upper part of the water column. Overall, the present thesis highlights the importance of considering physical transport as well as biochemical cycling in future studies.
Im Zentrum der Arbeit steht die Frage, inwiefern erwachsenenpädagogische Professionalität und Qualitätsmanagement als je eigene Zugänge der Qualitätssicherung im Kontext der Weiterbildung miteinander kompatibel sind.
Diese Frage wird seit den 1990er Jahren diskutiert und stellt sich gegenwärtig neu, u.a. angesichts branchenspezifischer Ansätze wie der Lernerorientierten Qualitätstestierung in der Weiterbildung (LQW).
Zur Beantwortung werden einschlägige Vertreter des Professionalitäts- und Qualitätsmanagementzugangs aus einer handlungstheoretischen Perspektive vergleichend im Hinblick auf ihre Handlungsordnungen gegenübergestellt. Grundlage bildet eine kategoriengeleitete, heuristisch angelegte Dokumentenanalyse sowohl von Grundlagentexten als auch von Normen- und Anforderungskatalogen.
Die Untersuchung zeigt, dass die Passung differenziert und jenseits dichotomisierender Gegenüberstellungen von Pädagogik bzw. Profession und Organisation oder von Pädagogik und Ökonomie zu beurteilen ist:
Zum einen wird die Heterogenität der Einzelansätze deutlich, welche sich in unterschiedlichem Umfang als kompatibel zueinander erweisen. Zum anderen werden entlang einzelner Handlungsdimensionen sowohl Anschluss- als auch Bruchstellen sichtbar.
Als ein weiterer zentraler Befund lässt sich festhalten, dass auch die Art der Spannungsverhältnisse zwischen erwachsenenpädagogischer Professionalität und Qualitätsmanagement unterschieden werden muss:
Während die Spannungen zwischen den gegensätzlichen methodischen Strategien (z.B. zwischen professionellem Fallbezug und organisationaler Standardisierung) gradueller Natur sind und „bearbeitet“ werden können, zeigen sich zwischen den programmatischen Zweck- und Aufgabenbestimmungen kategoriale Unterschiede und antinomische Konstellationen.
So verweisen das professionelle Leitprinzip der Teilnehmerorientierung sowie die für die Qualitätsmanagement-Ansätze maßgebliche Kunden- bzw. Lernerorientierung auf jeweils eigene sowie voneinander abweichende Vermittlungskonzepte, die nicht widerspruchsfrei zusammengeführt werden können.