publish.UP (Univ. Potsdam)
Not a member yet
61492 research outputs found
Sort by
Characterization and classification of seismic clusters in Chile
No full textThis dissertation presents a comprehensive study on the characterization and classification of seismic clusters in Chile, focusing on their spatial and temporal patterns. By employing advanced clustering algorithms and statistical analysis, the research identifies distinct types of seismic clusters, including mainshock-aftershock sequences, seismic swarms, and persistent clusters. These clusters are analyzed in terms of their occurrence, distribution, and the physical processes controlling them. The study reveals that different types of clusters are associated with various tectonic settings and fault structures, highlighting the complexity of seismic activity in Chile.
One of the major findings is the identification of key factors influencing the formation and behavior of seismic clusters, such as fault heterogeneity, fluid movements, and stress interactions. The research also addresses the uncertainties involved in the classification and characterization of these clusters, stemming from data limitations, methodological challenges, and the intrinsic geological complexity of the region. By improving the understanding of these uncertainties, the study provides a more accurate framework for interpreting seismicity patterns.
This dissertation contributes to the broader understanding of earthquake dynamics, offering valuable insights for the scientific community. The findings emphasize the need for continuous advancements in seismic monitoring, data processing techniques, and interdisciplinary approaches to better understand and manage seismic hazards in tectonically active regions like Chile.Diese Dissertation präsentiert eine umfassende Studie zur Charakterisierung und Klassifizierung seismischer Cluster in Chile, wobei der Schwerpunkt auf deren räumlichen und zeitlichen Mustern liegt. Durch den Einsatz fortschrittlicher Cluster-Algorithmen und statistischer Analysen identifiziert die Forschung verschiedene Arten seismischer Cluster, darunter HauptbebenNachbeben-Sequenzen, seismische Schwärme und persistente Cluster. Diese Cluster werden hinsichtlich ihres Auftretens, ihrer Verteilung und der sie kontrollierenden physikalischen Prozesse analysiert. Die Studie zeigt, dass verschiedene Cluster-Typen mit unterschiedlichen tektonischen Umgebungen und Verwerfungsstrukturen verbunden sind, was die Komplexität der seismischen Aktivität in Chile unterstreicht.
Eine der wichtigsten Erkenntnisse ist die Identifizierung der Schlüsselfaktoren, die die Bildung und das Verhalten seismischer Cluster beeinflussen, wie z.B. Verwerfungsheterogenität, Fluidbewegungen und Spannungsinteraktionen. Die Forschung befasst sich auch mit den Unsicherheiten bei der Klassifizierung und Charakterisierung dieser Cluster, die sich aus Datenbeschränkungen, methodischen Herausforderungen und der inhärenten geologischen Komplexität der Region ergeben. Durch die Verbesserung des Verständnisses dieser Unsicherheiten bietet die Studie einen genaueren Rahmen für die Interpretation von Seismizitätsmustern.
Diese Dissertation trägt zum besseren Verständnis der Erdbeben-Dynamik bei und liefert wertvolle Erkenntnisse für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Die Ergebnisse betonen die Notwendigkeit kontinuierlicher Fortschritte in der seismischen Überwachung, Datenverarbeitungstechniken und interdisziplinären Ansätzen, um seismische Gefahren in tektonisch aktiven Regionen wie Chile besser zu verstehen und zu bewältigen
The Indian general election
No full textThis report provides an analysis of India's 2024 general elections, exploring the political, economic, and digital dimensions that shaped the conduct and outcomes. The election marked a significant political shift as the Bharatiya Janata Party (BJP), despite winning a third consecutive term, faced setbacks that reduced its dominance. Coalition politics reemerged as a defining feature, requiring the BJP to form alliances to secure governance. The report examines critical issues such as economic inequality, unemployment, and rural distress, which played a central role in voter discontent. Moreover, it explores the rising influence of digital platforms in political campaigns, particularly the impact of misinformation and the role of Artificial Intelligence in shaping narratives. The resurgence of the Indian National Congress and the INDIA bloc highlights voter concerns about economic challenges
Multiproxy-basierte Analyse der holozänen Hydroklimadynamik: Diatomeen- und biogeochemische Erkenntnisse aus einem sibirischen Seensystem
No full textIn recent decades, accelerating climate warming has driven rapid hydroclimatic changes across northern latitudes. Lake ecosystems are under increasing pressure from rising air temperatures and the massive human activities such as the combustion of fossil fuels since the industrial period. These factors cause profound ecological and physical alterations of lake systems, even in remote areas.
Throughout the entire Holocene interglacial, which began ~11650 years ago, hydroclimatic conditions in the Northern Hemisphere (NH) have varied on both decadal and millennial time scales. The NH experienced a general warming trend in the early Holocene, reaching a peak at the Holocene Thermal Maximum (HTM) during the mid-Holocene. Thereafter, palaeoclimate records from the NH indicate a general cooling trend in the late Holocene, until the recent climate warming on short time scales. However, the Holocene hydroclimate conditions are variable spatially and temporally in the northern latitudes. Especially palaeoclimate records from eastern Siberia are not only sparse but generally lack high-resolution data, particularly in remote areas. This restricts comprehensive hydroclimate reconstructions in this region. In addition, most meteorological records cover only the period since the end of the 19th century. Therefore, primarily high-resolution proxy data from natural archives, such as lake sediments, are required. Fossil diatoms in sediments and their stable isotopes (δ¹⁸O_diatom, δ³⁰Si_diatom) are valuable proxies for hydroclimatic reconstructions due to their wide distribution in northern lakes and their sensitivity to environmental changes.
The thesis aims to deepen the understanding of Holocene hydroclimate variability over decadal to millennial time scales and its influence on lake ecosystems in the boreal region of Yakutia, eastern Siberia. It specifically focuses on sediment cores from Lake Khamra (59.99° N, 112.98° E), a remote lake in southwest Yakutia.
This cumulative thesis includes three research articles. The first article presents an extraordinary ~220-year (ca. 1790–2015 CE) continuous oxygen isotope record of diatoms (δ¹⁸O_diatom). This provides a rare high-resolution, decadal-scale reconstruction of recent hydroclimatic variability. Despite rising air temperatures, winter precipitation was identified as the primary driver of δ¹⁸O_diatom variability, entering the lake as isotopically depleted snowmelt. A sharp rise in mercury levels in recent decades indicates the impact of human-induced air pollution and reflects that even remote lakes such as Lake Khamra are influenced by anthropogenic activities.
The second article is based on the same samples as the first, providing a comprehensive decadal-scale multiproxy data set of the recent ~220 years. It focuses on diatom assemblages, carbon and nitrogen concentrations (TOC, TN), their stable isotopes (δ¹³C, δ¹⁵N), and diatom silicon isotopes (δ³⁰Si_diatom). The analysis displays a major shift in diatom assemblages around the 1970s. Presumably, climate warming has altered limnological conditions, featuring an earlier ice-out and enhanced summer stratification. In contrast, biogeochemical data show an increase in carbon and nitrogen concentrations since the 1950s, likely in response to hydroclimatic and fire-related changes in the catchment. The observed depletion of δ¹³C in recent sediment samples could be related to the burning of fossil fuels indicating human influence.
The third article presents a millennial-scale δ¹⁸O_diatom record covering the entire Holocene. In addition, the study includes another outstanding high-resolution ~200-year decadal-scale multiproxy record within the HTM. This dataset offers key insights into both long-term and short-term hydroclimatic variability. A lake-internal comparison of multiproxy records from the recent warm phase and during the HTM highlights distinct differences in both the absolute values and the variability.
In general, the thesis is an important contribution to the understanding of Holocene hydroclimate variability and lake ecosystem dynamics in eastern Siberia by combining multiproxy records on different time scales. The research provides a deeper insight into δ¹⁸O_diatom variability over different time scales and site-specific forcing factors. Multiproxy data from the same sediment samples minimise age-related uncertainties, resulting in robust datasets and improving the interpretation of individual proxies. Recent changes at Lake Khamra, such as diatom assemblages, biogeochemistry and δ¹⁸O_diatom variability contrast to the stable conditions of the HTM. These changes are consistent with findings from other lake studies in northern latitudes. This demonstrates the increasing influence of recent climate warming and human activities even on remote boreal lakes in eastern Siberia.In den letzten Jahrzehnten hat die beschleunigte Klimaerwärmung in den nördlichen Breiten zu raschen hydroklimatischen Veränderungen geführt. See-Ökosysteme stehen durch steigende Lufttemperaturen und massive menschliche Aktivitäten, wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe, seit der Industrialisierung zunehmend unter Druck. Dies führt zu tiefgreifenden ökologischen und physikalischen Veränderungen der Seen, selbst in entlegenen Gebieten.
Während des gesamten Holozäns, das vor etwa 11650 Jahren begann, variierten die hydroklimatischen Bedingungen der nördlichen Hemisphäre (NH) sowohl auf dekadischen als auch auf tausendjährigen Zeitskalen. Die NH zeigte im frühen Holozän einen generellen Erwärmungstrend, der mit dem Holozänen Thermischen Maximum (HTM) in der Mitte des Holozäns einen Höhepunkt erreichte. Danach deuten Paläoklimaaufzeichnungen der NH auf einen allgemeinen Abkühlungstrend im späten Holozän hin, bis zur rezenten Klimaerwärmung auf kurzen Zeitskalen. Die hydroklimatischen Bedingungen des Holozäns sind jedoch in den nördlichen Breiten räumlich und zeitlich sehr variabel. Paläoklimadaten in Ostsibirien sind nicht nur rar, sondern es fehlen im Allgemeinen auch hochauflösende Daten, vor allem in entlegenen Gebieten. Dies schränkt umfassende Rekonstruktionen des Hydroklimas in dieser Region generell ein. Die meisten meteorologischen Aufzeichnungen decken nur den Zeitraum seit Ende des 19. Jahrhunderts ab. Daher sind hochauflösende Proxydaten aus natürlichen Archiven, wie Seesedimenten, besonders wichtig. Fossile Kieselalgen (Diatomeen) im Sediment und deren stabile Isotope (δ¹⁸O_diatom, δ³⁰Si_diatom) sind aufgrund ihrer weiten Verbreitung in nördlichen Seen und ihrer Empfindlichkeit gegenüber Umweltveränderungen wertvolle „Stellvertreter“ (Proxies) für hydroklimatische Rekonstruktionen.
Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation ist es, das Verständnis der holozänen hydroklimatischen Variabilität auf dekadischen bis tausendjährigen Zeitskalen und deren Einfluss auf die Ökosysteme von borealen Seen in Jakutien, Ostsibirien, zu vertiefen. Der Schwerpunkt liegt auf Bohrkerndaten aus dem Khamra-See (59.99° N, 112.98° E), einem abgelegenen See in Südwest-Jakutien.
Diese kumulative Doktorarbeit umfasst drei Forschungsartikel. Der erste Artikel präsentiert eine einzigartige kontinuierliche Zeitreihe der Sauerstoffisotope von Diatomeen (δ¹⁸O_diatom) über einen Zeitraum von ~220 Jahren (ca. 1790-2015 CE). Diese Zeitreihe bietet eine hochaufgelöste, dekadische Rekonstruktion der jüngsten hydroklimatischen Variabilität. Trotz steigender Lufttemperaturen wurde Winterniederschlag, der als isotopisch leichte Schneeschmelze in den See gelangt, als Hauptfaktor für die δ¹⁸O_diatom-Variabilität identifiziert. Ein starker Anstieg der Quecksilberwerte in den letzten Jahrzehnten deutet auf Auswirkungen der menschengemachten Luftverschmutzung hin und zeigt, dass selbst abgelegene Seen wie der Khamra-See von anthropogenen Aktivitäten beeinflusst sind.
Der zweite Artikel basiert auf denselben Proben wie der erste und bietet einen umfassenden dekadischen Multiproxy-Datensatz der letzten ~220 Jahre. Er konzentriert sich auf die Diatomeen-Artenvergesellschaftung, Kohlenstoff- und Stickstoffkonzentrationen (TOC, TN), deren stabile Isotope (δ¹³C, δ¹⁵N) und Diatomeen-Silizium-Isotope (δ³⁰Si_diatom). Die Analyse zeigt einen starken Wandel der Diatomeen-Vergesellschaftung in den 1970er Jahre. Die Klimaerwärmung hat vermutlich limnologische Veränderungen verursacht, wie ein früherer Rückgang der Eisbedeckung und eine stärkere Stratifizierung im Sommer. Im Gegensatz dazu zeigen die biogeochemischen Daten einen Anstieg der Kohlenstoff- und Stickstoffkonzentrationen seit der 1950er Jahre, wahrscheinlich eine Reaktion auf hydroklimatische und durch Waldbrände verursachte Veränderungen im Einzugsgebiet. Die Abnahme von δ¹³C in den jüngsten Sedimentproben steht vermutlich im Zusammenhang mit der Verbrennung fossiler Brennstoffe und deutet auf menschlichen Einfluss hin.
Der dritte Artikel präsentiert einen niedrig aufgelösten δ¹⁸O_diatom-Datensatz, der das gesamte Holozän abdeckt, sowie einen weiteren hochaufgelösten dekadischen Multiproxy-Datensatz über ~200-Jahre während des HTM. Dieser Datensatz bietet wichtige Einblicke in lang- sowie kurzfristige hydroklimatische Variabilität. Ein seeninterner Vergleich der Multiproxy-Datensätze der rezenten Warmphase und während des HTM zeigen deutliche Unterschiede sowohl in den Absolutwerten als auch in der Variabilität.
Insgesamt leistet die Doktorarbeit damit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der holozänen hydroklimatischen Variabilität und der Ökosystemdynamik von Seen in Ostsibirien durch die Kombination von Multiproxy-Datensätzen auf verschiedenen Zeitskalen. Die Arbeit erhöht das Verständnis der δ¹⁸O_diatom-Variabilität über verschiedene Zeitskalen und für diverse standortspezifische Einflussfaktoren. Multiproxydaten derselben Sedimentproben reduzieren datierungsbedingte Unsicherheiten, was zu robusten Datensätzen führt und die Interpretation der einzelnen Proxies verbessert. Rezente Veränderungen am Khamra-See, wie in der Kieselalgen-Vergesellschaftung, biogeochemischer Faktoren und δ¹⁸O_diatom Variabilität stehen im Kontrast zu stabileren Bedingungen im HTM. Diese Veränderungen stimmen mit Ergebnissen anderer Seestudien der nördlichen Breiten überein. Dies verdeutlicht einen zunehmenden Einfluss der jüngsten Klimaerwärmung und menschlicher Aktivitäten selbst auf die entlegenen borealen Seen in Ostsibirien
Pole-Swapping Algorithms for the Eigenvalue Problem
No full textMatrix eigenvalue problems arise in a wide variety of fields in science and engineering, so it is important to have reliable and efficient methods for solving them. Of the methods devised, bulge-chasing algorithms, such as the famous QR and QZ algorithms, are the most important. This book focuses on pole-swapping algorithms, a new class of methods that are generalizations of bulge-chasing algorithms and a bit faster and more accurate owing to their inherent flexibility. The pole-swapping theory developed by the authors sheds light on the functioning of the whole class of algorithms, including QR and QZ.
Pole-Swapping Algorithms for the Eigenvalue Problem
• is the only book on the topic,
• describes the state of the art on eigenvalue methods, and
• provides an improved understanding and explanation of why these important algorithms work
How Pre-service Teachers Turned a University Laboratory for Pupils for Sustainable Water Purification into a CLIL Lesson
No full textThis article presents the Study Group for the subjects chemistry and English. During the one-week Summer School, pre-service teachers of both subjects collaborated to transform an experiment on sustainable water purification developed in the chemistry education group into a Content and Language Integrated Learning (CLIL) scenario and by doing so develop an exemplary concept for teaching the Sustainable Development Goals (SDGs) in a bilingual or interdisciplinary lesson. The concept was carried out with a 6th grade class in the University Laboratory for Pupils of the University of Potsdam. The article first presents the preliminary theoretical considerations about CLIL, the chemical and pedagogical foundations of the experiment, and the affordances and challenges of teaching the SDGs in both subjects. This is followed by a presentation of the schedule and design of the Study Group and reflections on the experiences gained
Podcasts als Medium im Unterricht einsetzen: Modul 1: Gibt es einen Beruf, der zu mir passt? – Berufe entdecken mithilfe von Podcasts
No full textLehrkräfte stehen in der Beruflichen Orientierung vor der Herausforderung, Schülerinnen und Schüler mit unterschiedlichen Interessen, Lebensentwürfen und Zukunftsvorstellungen individuell zu fördern. Digitale Medien wie Pod- und Educasts bieten dabei eine niedrigschwellige Möglichkeit, um fachliche Inhalte schüler:innenorientiert, flexibel und lebensweltnah aufzubereiten. Durch den gezielten Einsatz des Medienformats können Informationen zu Berufsbildern, Ausbildungswegen und persönlichen Erfahrungsberichten differenziert vermittelt und in individuelle Lernprozesse integriert werden. So lassen sich sowohl die Selbstreflexion als auch die Entscheidungs- und Handlungskompetenz der Lernenden nachhaltig stärken.
Im Unterrichtsmodul „Podcasts als Medium im Unterricht einsetzen. Modul 1 – Gibt es einen Beruf, der zu mir passt? – Berufe entdecken mithilfe von Podcasts“ setzen sich Schüler:innen im Rahmen des beruflichen Orientierungsprozesses mit ihren eigenen Stärken, Eigenschaften und Fähigkeiten auseinander. Mithilfe der Podcast-Reihe „3 Fragen an…“ können sie sich interessengeleitet mit den kurzen Berichten von verschiedenen Auszubildenden in unterschiedlichen Berufsfeldern beschäftigen und die gewonnenen Erkenntnisse für ihren eigenen beruflichen Orientierungsprozess nutzen
„Es wehte homerische Luft“
No full textBased on several of his works, this article deals with Erhart Kästner’s image of Greece. As such, it is part of the general history of the German reception of Greece, which began in the 18th century and reached its peak in the 19th century. Although Kästner sees himself as part of this tradition, his stay in Greece from 1941 to 1945 served the propaganda of the National Socialist rulers in Germany. In the books he agreed to write about his stay for the soldiers of the German Wehrmacht, the traditional bourgeois image of Greece merges with racist and National Socialist ideological elements. As a result, these books act as propaganda for the war (Griechenland. Ein Buch aus dem Krieg), or as legitimization for the right of the German occupiers to remain in Greece (Kreta). After the war, the “offensive” passages were removed from the text and the books were reworked. Today they are presented as belletristic travel literature. This uncritical approach is not appropriate to Kästner’s works. The article aims to provide a basis for an historical contextualization of the two works Griechenland. Ein Buch aus dem Krieg and Kreta, written during the Second World War
Machine Learning et véhicule autonome
No full textWie kann der Schutz personenbezogener Fahrzeugdaten in autonomen Fahrzeugen gewährleistet werden? Reichen bestehende Regelungen wie die DSGVO und die KI-Verordnung aus? Die vollständige Autonomie von Fahrzeugen bringt rechtliche IT-Hürden mit sich, darunter algorithmische Verzerrungen und Profiling, die mit den Transparenzpflichten der DSGVO kollidieren. Ist es notwendig, trotz Normenflut neue Gesetze zu schaffen? Wie kann eine Regelung für Fahrzeugdaten entwickelt werden, die diesen Schutz über den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs gewährleistet?
Diese Studie vergleicht das französische und deutsche Recht, um gemeinsame europäische rechtliche Lösungen zu finden, und vergleicht die EU-Regelungen mit denen Chinas und der USA.
Ausgezeichnet mit dem Prix de la Donnée Data Ring 2024.How can the protection of personal vehicle data in autonomous vehicles be guaranteed? Are existing regulations such as the GDPR and the AI Regulation sufficient? The full autonomy of vehicles brings with it IT legal challenges, including algorithmic biases and profiling that conflict with the transparency obligations of the GDPR. Is it necessary to create new laws in the face of normative inflation? How can we develop a regulation for vehicle data that ensures this protection throughout the vehicle's life cycle, from data training to production and technical testing? This study compares French and German law to find joint European law solutions and also compares EU regulations with those in China and the USA. Awarded the Prix de la Donnée Data Ring 2024
Pollen, Muster, Prozesse: Datengestützte Einblicke in holozäne Vegetationsdynamik
No full textWith carbon emissions driving rapid climate change and subsequent vegetation shifts, managing landscapes to conserve biodiversity and mitigate climate change is becoming increasingly urgent. However, short observational time series limit our ability to understand long-term vegetation dynamics under shifting climatic conditions. Large-scale vegetation patterns often respond slowly to environmental changes, and the extent to which nonlinearity governs these patterns remains uncertain, as such dynamics cannot be directly observed. Paleoecology offers a valuable perspective by enabling the investigation of vegetation changes over extended timescales. Sedimentary fossil pollen data serves as an exceptional proxy to reconstruct and study past vegetation. However, previous reconstructions have often been temporally or geographically restricted, lacked resolution, or relied on qualitative vegetation estimates, leaving Holocene vegetation patterns uncertain. Furthermore, pollen-based vegetation data is characterized by several biases, leading to uncertainties about the robustness of paleovegetation data in the analysis of complex vegetation dynamics.
This thesis explores Holocene vegetation dynamics globally and in the Northern Hemisphere using a synthesized and harmonized pollen data set. A global qualitative (biomization) and a Northern Hemispheric quantitative (REVEALS) reconstruction were performed and validated against modern vegetation data, to reduce compositional biases in pollen data. In addition, a model-data comparison was conducted between simulated and reconstructed biomes. Reconstructed tree cover was used to explore nonlinearities in past forest cover states across the Northern Hemisphere. To assess the robustness of paleovegetation estimates, surrogate data modeling was employed to incorporate paleo-uncertainties. Additionally, taxonomic richness was derived from the pollen dataset, allowing investigation of its drivers using mixed effects models and additional paleo-environmental variables.
The reconstructions showed significant improvements over previous reconstructions, enabling detailed quantitative descriptions of spatiotemporal Holocene vegetation dynamics. Surrogate vegetation data revealed that even complex vegetation dynamics, such as nonlinearity, could be inferred from pollen-based data. However, comparisons with reconstructed tree cover indicated a lack of alternative stable states in Northern Hemisphere forest cover during the Holocene, implying a potential absence of tipping points for the boreal forest biome. Analysis of richness dynamics highlighted a significant influence of past forest cover trajectories, pointing to nonlinear effects or a substantial temporal lag in richness response. Additionally, a negative relationship between forest cover and richness during the Holocene suggests a potential trade-off between aboveground carbon storage -critical for climate change mitigation- and plant biodiversity conservation, highlighting the applicability of paleoecology to modern challenges.
This thesis enhances the ability of paleoecology to provide long-term insights into vegetation dynamics and their drivers. This deeper understanding of vegetation responses to climate change is crucial for developing effective management strategies that mitigate climate change and conserve biodiversity in the face of anthropogenic climate change.Angesichts des raschen Klimawandels und der damit einhergehenden Verschiebung der Vegetation wird das Management von Landschaften zum Schutz der Artenvielfalt und zur Eindämmung des Klimawandels immer dringlicher. Kurze Beobachtungszeitreihen schränken jedoch unsere Fähigkeit ein, die langfristige Vegetationsdynamik unter wechselnden klimatischen Bedingungen zu verstehen. Großflächige Vegetationsmuster reagieren oft langsam auf Umweltveränderungen, und das Ausmaß, in dem Nichtlinearität diese Muster bestimmt, bleibt ungewiss, da diese Dynamik nicht direkt beobachtet werden kann. Die Paläoökologie bietet eine wertvolle Perspektive, da sie die Untersuchung von Vegetationsveränderungen über längere Zeiträume ermöglicht. Sedimentäre, fossile Pollendaten dienen als Proxy für die Rekonstruktion und Untersuchung der vergangenen Vegetation. Bisherige Rekonstruktionen waren jedoch oft zeitlich oder geographisch begrenzt, hatten eine unzureichende Auflösung oder beruhten auf qualitativen Klassifizierungen, so dass die Vegetationsmuster des Holozäns unsicher bleiben. Darüber hinaus sind pollenbasierte Vegetationsdaten durch verschiedene Verzerrungen gekennzeichnet, was zu Unsicherheiten hinsichtlich der Robustheit von Paläovegetationsdaten bei der Analyse komplexer Vegetationsdynamiken führt.
In dieser Arbeit wird die Vegetationsdynamik des Holozäns weltweit und in der nördlichen Hemisphäre anhand eines synthetisierten und harmonisierten Pollendatensatzes untersucht. Eine globale qualitative (Biomisierung) und eine quantitative (REVEALS) Rekonstruktion für die nördliche Hemisphäre wurden durchgeführt und anhand moderner Vegetationsdaten validiert, um Verzerrungen in der Komposition der Pollendaten zu reduzieren. Darüber hinaus wurde ein Modell-Daten-Vergleich zwischen simulierten und rekonstruierten Biomen durchgeführt. Die rekonstruierte Baumbedeckung wurde verwendet, um Nichtlinearitäten in den vergangenen Waldbedeckungszuständen auf der Nordhalbkugel zu untersuchen. Um die Robustheit der Schätzungen der Paläovegetation zu bewerten, wurden Surrogatdaten modelliert, um Paläo-Unsicherheiten einzubeziehen. Darüber hinaus wurde die taxonomische Pollenvielfalt aus dem Pollendatensatz abgeleitet, was eine Untersuchung seiner Treiber mithilfe von gemischten Modellen und zusätzlichen Paläo-Umweltvariablen ermöglichte.
Die Rekonstruktionen zeigten deutliche Verbesserungen gegenüber früheren Rekonstruktionen und ermöglichten detaillierte quantitative Beschreibungen der raum-zeitlichen Vegetationsdynamik im Holozän. Surrogat-Vegetationsdaten zeigten, dass selbst komplexe Vegetationsdynamiken, wie z.B. Nichtlinearität, aus pollenbasierten Daten abgeleitet werden können. Vergleiche mit der rekonstruierten Baumbedeckung zeigten jedoch keine Hinweise auf alternativen stabilen Zustände der Waldbedeckung in der nördlichen Hemisphäre während des Holozäns gab, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise keine Kipppunkte für das boreale Waldbiom gibt. Die Analyse der Dynamik der taxonomischen Pollenvielfalt zeigte einen signifikanten Einfluss der vergangenen Entwicklung der Waldbedeckung, was auf nichtlineare Effekte oder eine erhebliche zeitliche Verzögerung bei der Reaktion der taxonomischen Pollenvielfalt hindeutet. Darüber hinaus deutet eine negative Beziehung zwischen Waldbedeckung und Artenreichtum während des Holozäns auf einen potenziellen Zielkonflikt zwischen der oberirdischen Kohlenstoffspeicherung - die für die Eindämmung des Klimawandels von entscheidender Bedeutung ist - und der Erhaltung der pflanzlichen Artenvielfalt hin, was die Anwendbarkeit der Paläoökologie auf moderne Herausforderungen unterstreicht.
Diese Arbeit verbessert die Fähigkeit der Paläoökologie, langfristige Einblicke in die Vegetationsdynamik und ihre Treiber zu geben. Dieses tiefere Verständnis der Reaktionen der Vegetation auf den Klimawandel ist entscheidend für die Entwicklung effektiver Managementstrategien, die den Klimawandel abmildern und die biologische Vielfalt angesichts des anthropogenen Klimawandels erhalten
Anpassung von ketenbasierten Kohlenstoffanoden und Elektrolytwechselwirkungen für Natrium-Ionen-Batterien
No full textAs the world faces the challenges of climate change and the increasing demand for sustainable energy, the development of efficient and scalable energy storage systems becomes critical. While lithium-ion batteries have been at the forefront of energy storage due to their high energy density and long cycle life, concerns surrounding the limited supply, environmental impact, and rising costs of lithium have spurred interest in alternative technologies. Sodium-ion batteries offer a promising solution as sodium is abundant, widely available, and cost-effective. However, challenges such as lower energy density, shorter cycle life, and less stable electrochemical performance compared to lithium-ion batteries still need to be addressed for sodium-ion batteries to reach their full potential.
This dissertation aims to explore advanced strategies for improving the performance of sodium-ion batteries by focusing on the development of heteroatom-doped carbon materials for use as anodes, as well as optimizing electrolyte compositions. Firstly, a novel approach is introduced for tailoring the chemical and structural properties of carbon materials using ketene chemistry. By leveraging Meldrum’s acid as a precursor, this method efficiently generates ketene intermediates under mild conditions, offering a versatile pathway for creating a wide variety of functionalized carbon materials. Meldrum’s acid derivatives synthesized by Knoevenagel condensation with heterocyclic compounds such as pyrrole, furan and thiophene allow precise control of electronic, structural and physicochemical properties of the carbon materials, making them suitable for sodium-ion battery applications as they can tune a wide range of chemical and structural properties by simply changing a single heteroatom in the precursor structure. These heteroatom-doped carbons show improvements in key performance metrics such as work function, initial coulombic efficiency, and plateau capacity, making them promising candidates for sodium-ion battery anodes.
The second part of this dissertation examines the interactions between heteroatom-doped carbon anodes and different electrolyte compositions, with a particular focus on sulfur-doped carbon materials. The research systematically investigates the effects of ether- and ester-based electrolytes on sodium-ion transport, solid-electrolyte interphase formation, and overall battery performance. Sulfur-doped carbon anodes demonstrate superior electrochemical behavior, especially in ether-based electrolytes such as dimethoxyethane and diethylene glycol dimethyl ether. These electrolytes improve ion transport and form thinner, more stable solid-electrolyte interphase layers, resulting in higher specific capacities and better cycling stability compared to ester-based systems. This study provides insights into the synergistic effects of heteroatom doping and electrolyte composition, emphasizing their role in optimizing sodium-ion battery performance.Angesichts der Herausforderungen des Klimawandels und des steigenden Bedarfs an nachhaltigen Energiespeichern wird die Entwicklung effizienter und skalierbarer Energiespeichersysteme immer wichtiger. Obwohl Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer hohen Energiedichte und langen Lebensdauer im Bereich der Energiespeicherung führend sind, haben Bedenken hinsichtlich der begrenzten Verfügbarkeit, der Umweltbelastung und der steigenden Kosten von Lithium das Interesse an alternativen Technologien geweckt. Natrium-Ionen-Batterien bieten eine vielversprechende Lösung, da Natrium reichlich vorhanden, weit verbreitet und kostengünstig ist. Allerdings müssen Herausforderungen wie eine geringere Energiedichte, kürzere Lebensdauer und eine weniger stabile elektrochemische Leistung im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien bewältigt werden, damit Natrium-Ionen-Batterien ihr volles Potenzial ausschöpfen können.
In dieser Dissertation werden fortschrittliche Strategien zur Verbesserung der Leistung von Natrium-Ionen-Batterien erforscht, mit Schwerpunkt auf der Entwicklung von heteroatomdotierten Kohlenstoffmaterialien für den Einsatz als Anoden und Optimierung der Elektrolytzusammensetzung. Zunächst wird ein neuartiger Ansatz zur Anpassung der chemischen und strukturellen Eigenschaften von Kohlenstoffmaterialien unter Verwendung der Keten-Chemie vorgestellt. Durch die Verwendung von Meldrumsäure als Ausgangsstoff werden mit dieser Methode unter milden Bedingungen effizient Keten-Zwischenprodukte erzeugt, die einen vielseitigen Weg zur Herstellung einer Vielzahl von funktionalisierten Kohlenstoffmaterialien bieten. Meldrumsäurederivate, welche durch Knoevenagel-Kondensation mit heterozyklischen Verbindungen wie Pyrrol, Furan und Thiophen synthetisiert werden, ermöglichen eine präzise Steuerung der elektronischen, strukturellen und physikalisch-chemischen Eigenschaften der Kohlenstoffmaterialien und eignen sich daher für Natrium-Ionen-Batterieanwendungen, da sie durch einfache Änderung eines einzigen Heteroatoms in der Ausgangsstoff ein breites Spektrum chemischer und struktureller Eigenschaften erreicht können. Diese heteroatomdotierten Kohlenstoffe zeigen Verbesserungen in wichtigen Leistungskennzahlen wie Arbeitsfunktion, anfänglicher coulombscher Effizienz und Plateaukapazität, was sie zu vielversprechenden Kandidaten für Natrium-Ionen-Batterieanoden macht.
Der zweite Teil dieser Dissertation untersucht die Wechselwirkungen zwischen heteroatomdotierten Kohlenstoffanoden und verschiedenen Elektrolytkompositionen, wobei der Schwerpunkt insbesondere auf schwefeldotierten Kohlenstoffmaterialien liegt. Die Forschung untersucht systematisch die Auswirkungen von ether- und esterbasierten Elektrolyten auf den Natriumionentransport, die Bildung der Festkörperelektrolyt-Grenzfläche und die Gesamtleistung der Batterie. Schwefeldotierte Kohlenstoffanoden zeigen ein überlegenes elektrochemisches Verhalten, insbesondere in etherbasierten Elektrolyten wie Dimethylglycol und Diethylenglycol-Dimethylether. Diese Elektrolyte ermöglichen verbesserten Ionentransport und bilden dünnere, stabilere Festkörperelektrolyt-Grenzflächen, was zu höheren spezifischen Kapazitäten und einer besseren Zyklenstabilität im Vergleich zu esterbasierten Systemen führt. Diese Studie gibt Einblicke in die synergetischen Effekte von Heteroatomdotierung, Elektrolytzusammensetzung und unterstreicht deren Rolle bei der Optimierung der Leistung von Natrium-Ionen-Batterien