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Technology education in Swedish compulsory school
No full textThis article is based on the keynote lecture delivered by Associate Professor Cecilia Axell at the annual conference of the Deutsche Gesellschaft für Technische Bildung (DGTB), held in Halle (Saale), Germany, in 2024. The keynote addressed the historical trajectory, current state, and future perspectives of Technology Education in Swedish compulsory schools. The article traces the evolution of the subject from its early roots in craft and industrial education to its establishment as an independent school subject with its own syllabus. Through a review of successive curricula from Lgr 62 to Lgr 22, the paper outlines key shifts in political ambitions, pedagogical frameworks, and societal expectations. Particular emphasis is placed on the increasing integration of digital competence and the challenges surrounding the subject’s identity and implementation. Despite these challenges, Technology Education continues to play a vital role in preparing students for life in a technologically complex world
Potenziale und Herausforderungen außerschulischer Making-Aktivitäten
No full textIn einer Masterarbeit wurden die Potenziale und Herausforderungen außerschulischer Making-Aktivitäten für die schulische Bildung untersucht. Im Fokus stand die Analyse von didaktischen Potenzialen und Herausforderungen, basierend auf Experteninterviews mit pädagogischen Akteuren in MakerSpaces in Berlin und Brandenburg. Die Arbeit identifizierte Handlungsfelder auf der Makro-, Meso- und Mikro-Ebene und bietet damit Impulse für die Weiterentwicklung der schulischen Bildung durch die Integration von Maker Education.This paper examines the potentials and challenges of extracurricular making activities for school education. The focus is on the analysis of didactic potentials and challenges, based on expert interviews with pedagogical actors in MakerSpaces in Berlin and Brandenburg. The work identifies fields of action at the macro, meso and micro levels and thus offers valuable impulses for the further development of school education through the integration of maker education
Obituary for Hans-Ulrich Rhinow (1932-2023)
No full textDer Nachruf von Ines Oberling würdigt das vielfältige jahrzehntelange ehrenamtliche Wirken von Hans-Ulrich Rhinow für die Erforschung und Vermittlung der Falkenseer Geschichte und beschreibt insbesondere den hinter seinen Tätigkeiten stehenden Menschen mit seinen Eigenarten und Überzeugungen.The obituary by Ines Oberling pays tribute to Hans-Ulrich Rhinow's diverse, decades-long voluntary work in researching and communicating Falkensee's history and, in particular, describes the person behind his activities with his peculiarities and convictions
Neuromotorische Anpassungsreaktionen auf unerwartete Störungen während der menschlichen Laufbewegung
No full textUnexpected perturbations during movement are common in daily life and sports activities. Effectively compensating for these disturbances is essential for maintaining proper postural control. While perturbed walking protocols have been well-studied and validated using instrumented treadmills, research on responses to perturbed running protocols remains limited. The movement adjustments and amplitude of local muscle excitations can provide insight into how the neuromechanical system governs dynamic balance during running. Therefore, this dissertation aimed to investigate the feedback and feedforward responses, adaptation and learning of a perturbation protocol during running regarding changes in spatiotemporal, kinematics and muscle activity.
This project comprised three studies involving asymptomatic participants aged 18 to 50 years, who completed an eight-minute running stumbling protocol on a split-belt treadmill. The protocol included 30 one-sided perturbations (15 per side) designed to create decelerative disturbances (backward loss). In the first experiment, spatiotemporal parameters and lower extremity kinematics were analyzed in 13 participants to determine whether the protocol elicited physiological responses. In the second and third studies, conducted with 24 participants, feedback (reactive) and feedforward (anticipatory) responses (unperturbed vs. the average of all perturbations) and adaptation (first perturbation vs. the average of the last three perturbations), as well as motor learning (unperturbed vs. each individual perturbation) were evaluated.
The findings of the first study demonstrated clear physiological responses and adaptations to perturbations during running. The second study revealed significant feedback responses across the session in most joint angles and muscle activities, while feedforward responses were observed in contralateral joint angles and select muscle activities of both perturbed and unperturbed legs. Adaptations included feedback changes in the perturbed leg’s joint angles and muscle activity, with limited changes in the contralateral leg, and minimal feedforward adaptations. The third study confirmed motor learning after a few perturbations, characterized by step width and muscle activity returning to baseline levels.
Participants significantly adapted their movement patterns to preserve balance and maintain an upright posture in response to treadmill-induced perturbations. The observed adjustments indicate that the body prioritized stability, achieved through increased tibialis anterior muscle activity to lift the foot, combined with enhanced knee and hip flexion to propel the leg forward in reaction to the backward perturbation. The findings also suggest that participants exhibited early motor learning, adapting within just a few perturbations. This approach holds promise for assessing and training individuals at risk of falls, during early stages of illness, rehabilitation, as well as return-to-sport evaluations.Unerwartete Störungen während der Bewegung sind im Alltag und in sportlichen Aktivitäten häufig. Eine effektive Kompensation dieser Störungen ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der posturalen Kontrolle. Während unerwarteter Gangperturbationen mit instrumentierten Laufbändern umfassend untersucht und validiert wurden, ist die Forschung zu Reaktionen auf unerwarteter Laufperturbationen noch begrenzt. Die Bewegungsanpassungen und die Amplitude lokaler Muskelaktivierungen können Aufschluss darüber geben, wie das neuromechanische System das dynamische Gleichgewicht beim Laufen steuert. Daher zielte diese Dissertation darauf ab, die Feedback- und Feedforward-Reaktionen, die Anpassung sowie das Lernen eines Pertabationprotokolls während des Laufens hinsichtlich Veränderungen in spatiotemporalen Parametern, der Kinematik und der Muskelaktivität zu untersuchen.
Dieses Projekt umfasste drei Studien mit asymptomatischen Teilnehmern im Alter von 18 bis 50 Jahren, die ein achtminütiges Laufstolperprotokoll auf einem Split-Belt-Laufband absolvierten. Das Protokoll enthielt 30 einseitige Pertubationen (15 pro Seite), die rückwärts gerichtete Beschleunigungsstörungen erzeugten (Verlust nach hinten). Im ersten Experiment wurden spatiotemporale Parameter und Kinematik der unteren Extremitäten bei 13 Teilnehmern analysiert, um zu bestimmen, ob das Protokoll physiologische Reaktionen hervorruft. In der zweiten und dritten Studie, die mit 24 Teilnehmern durchgeführt wurden, wurden Feedback- (reaktive) und Feedforward-Reaktionen (antizipatorische Anpassungen; ungestört vs. Durchschnitt aller Perturbationen) sowie Anpassung (erste Perturbation vs. Durchschnitt der letzten drei Perturbationen) und motorisches Lernen (ungestört vs. jede einzelne Perturbationen) untersucht.
Die Ergebnisse der ersten Studie zeigten deutliche physiologische Reaktionen und Anpassungen an die Perturbationen während des Laufens. Die zweite Studie ergab signifikante Feedback-Reaktion über die gesamte Sitzung hinweg bei den meisten Gelenkwinkeln und Muskelaktivitäten, während Feedforward-Reaktion in den kontralateralen Gelenkwinkeln und ausgewählten Muskelaktivitäten sowohl des gestörten als auch des ungestörten Beins beobachtet wurden. Anpassungen umfassten Feedback-Reaktion in den Gelenkwinkeln und der Muskelaktivität des gestörten Beins, während die Veränderungen im kontralateralen Bein begrenzt und die Feedforward-Reaktion minimal waren. Die dritte Studie bestätigte motorisches Lernen bereits nach wenigen Perturbationen, erkennbar daran, dass sich die Schrittabstände und Muskelaktivitäten wieder den Ausgangswerten annäherten.
Die Teilnehmer passten ihre Bewegungsmuster erheblich an, um das Gleichgewicht zu bewahren und eine aufrechte Haltung als Reaktion auf laufbandinduzierte Störungen beizubehalten. Die beobachteten Anpassungen deuten darauf hin, dass der Körper die Stabilität priorisierte, indem die Aktivität des Musculus tibialis anterior erhöht wurde, um den Fuß anzuheben, und durch verstärkte Knie- und Hüftbeugung, um das Bein nach der rückwärtigen Störung nach vorne zu treiben. Die Ergebnisse legen zudem nahe, dass die Teilnehmer bereits frühzeitig motorisches Lernen zeigten und sich innerhalb weniger Störungen anpassten. Dieser Ansatz bietet vielversprechende Möglichkeiten zur Beurteilung und zum Training von Personen mit Sturzrisiko, in frühen Krankheitsstadien, während der Rehabilitation sowie bei Rückkehr-zu-Sport-Evaluierungen
Natürliche Variation des Calvin-Benson-Zyklus
No full textSince photosynthesis evolved 2 billion years ago, the Calvin-Benson-Bassham cycle (CBC) has been subject to great selective pressure due to decreasing CO2 and increasing O2 concentration in the atmosphere. This progressively increased the rate of wasteful photorespiration, a process in which the carbon-fixing enzyme of CBC – Ribulose-1,5-carboxylase/oxygenase (Rubisco) – catalyses a side reaction with O2. There will also have been changes in in water and nutrient availability, and temperature. C3 plants have undertaken different evolutionary trajectories to cope with the changing environment, that ultimately lead to remarkable diversity in CBC operation in species from different lineages. Less is known about diversity between closely related species. In addition, as a consequence of an additional reduction in atmospheric CO2 that occurred around 35 million years ago, around 10% of terrestrial plant species evolved a biochemical carbon-concentrating-mechanism termed C4 photosynthesis that concentrates CO2 around Rubisco and decreases photorespiration. C4 photosynthesis evolved independently in over 60 lineages, the pathway varies between species and C4 plants are often assigned to one of three ‘subtypes’ depending on the major decarboxylase reaction they use: NADP malic enzyme (NADP-ME), NAD malic enzyme (NAD-ME) or PEP carboxykinase (PEPCK). In the 1980s, it was demonstrated that a shuttle between 3-phosphoglycerate (3PGA) and triose-phosphate (triose-P) transfers energy from the mesophyll to the bundle sheath in the NADP-ME species maize, which has bimorphic chloroplasts with substantial loss of photosystem II in the bundle sheath cells. Large intercellular concentration gradients drive movement of 3PGA from the bundle sheath to the mesophyll and triose-P from the mesophyll to the bundle sheath. A substantial knowledge gap still exists regarding whether an analogous energy shuttle operates in NAD-ME and PEPCK subtypes, where there is no obvious loss of photosystem II in the bundle sheath.
This thesis describes metabolite profiling of CBC intermediates in a set of closely related species from the tomato clade (Solanum section lycopersicum): S. lycopersicum (accessions ‘Moneymaker’ and ‘M82’), S. pimpenellifolium, S. cheesmaniae, S. parviflorum (also known as S. neorickii) and S. pennellii. Metabolite profiling provides a top-down strategy to investigate the operational balance in a pathway. Principal component analysis of the dataset revealed variation between these closely related species, possibly pointing to adaptation to climatic niches. When combined with a panel of unrelated species, the Solanum section lycopersicum species formed a group that was distinct from the other species, consistent with the idea that there is both long-and shorter- term lineage-dependent diversification.
This thesis also investigates the diversity of CBC operation in different C4 photosynthetic subtypes. A wide panel of C4 species was put together spanning the three different subtypes, in order to investigate whether a 3PGA/triose-P shuttle occurs in all of them. To address this question, it was shown that they contain large overall pools of 3PGA and triose-P, a prerequisite to generate the intercellular concentration gradients that are required to drive a shuttle. Then, a maize leaf protocol that enriches mesophyll and bundle sheath cells in liquid N2 was optimized for use with two NAD-ME and two PEPCK species. This revealed a 3PGA gradient from the bundle sheath to the mesophyll, and a triose-P gradient from the mesophyll to the bundle sheath. These results point to the existence of a supporting ‘energy shuttle’ involving 3PGA and triose-P in NAD-ME and PEPCK subtypes. This approach also allowed to study the intercellular distribution of other metabolites involved in the carbon concentrating mechanism in NAD-ME and PEPCK species, in particular phosphoenolpyruvate, to address unresolved questions relating to the pathway C4 photosynthesis in PEPCK subtypes.Seit der Entstehung von Photosynthese vor 2 Milliarden Jahren, ist der Calvin-Benson-Bassham-Zyklus (CBC) aufgrund der abnehmenden CO2- und der zunehmenden O2-Konzentration in der Atmosphäre einem großen Selektionsdruck ausgesetzt gewesen. Dadurch erhöhte sich die verschwenderischen Photorespirationrate, ein Prozess bei dem das kohlenstofffixierende Enzym des CBC - Rubisco - eine Nebenreaktion mit O2 katalysiert. Vor 30 Millionen Jahren kam es zu einem starken Rückgang des CO2-Gehalts in der Atmosphäre. Auch die Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen sowie die Temperatur haben sich verändert. C3-Pflanzen haben unterschiedliche evolutionäre Wege eingeschlagen, um mit der sich verändernden Umwelt fertig zu werden, was letztendlich zu einer bemerkenswerten Vielfalt der CBC-Mechanismen in Arten aus verschiedenen Stämmen führte. Über die Vielfalt in eng verwandten Arten ist weniger bekannt. Darüber hinaus haben etwa 10 % der terrestrischen Pflanzenarten einen biochemischen Mechanismus zur Kohlenstofffixierung entwickelt, der als C4-Photosynthese bezeichnet wird und bei dem CO2 räumlich um Rubisco aufkonzentriert wird und so die Photorespiration verringert. Der Stoffwechselweg variiert von Art zu Art, und C4-Pflanzen werden häufig einem von drei „Untertypen“ zugeordnet, je nachdem, welche Decarboxylase-Reaktion sie hauptsächlich verwenden: NADP-Apfelsäure-Enzym (NADP-ME), NAD-Apfelsäure-Enzym (NAD-ME) oder PEP-Carboxykinase (PEPCK). In den 1980er Jahren wurde nachgewiesen, dass ein Shuttle zwischen 3-Phosphoglycerat (3PGA) und Triose-Phosphat (Triose-P) in der NADP-ME-Spezies Mais, die bimorphe Chloroplasten mit einem erheblichen Verlust an Photosystem II in den Bündelscheidenzellen aufweist, Energie vom Mesophyll zur Bündelscheide überträgt. Große interzelluläre Konzentrationsgradienten treiben die Bewegung von 3PGA aus der Bündelscheide in das Mesophyll und von Triose-P aus dem Mesophyll in die Bündelscheide an. Es ist immer noch nicht geklärt, ob ein analoger Energietransfer in NAD-ME- und PEPCK-Subtypen stattfindet, bei denen es keinen offensichtlichen Verlust von Photosystem II in der Bündelscheide gibt.
In dieser Arbeit werden Metabolite von CBC-Intermediaten in einer Reihe eng verwandter Arten aus der Tomatenklade (Solanum section lycopersicum) untersucht: S. lycopersicum (Akzessionen 'Moneymaker' und 'M82'), S. pimpenellifolium, S. cheesmaniae, S. parviflorum (auch bekannt als S. neorickii) und S. pennellii. Die Metabolite bieten eine Top-Down-Strategie zur Bestimmung des operativen Gleichgewichts in einem Stoffwechselweg. Die Hauptkomponentenanalyse ergab Unterschiede zwischen eng verwandten Arten, die möglicherweise auf eine Anpassung an klimatische Nischen hindeuten. Die Arten der Sektion Solanum lycopersicum unterschieden sich deutlich von anderen Arten, was mit der Vorstellung übereinstimmt, dass es sowohl eine lang- als auch eine kurzfristige, stammesabhängige Diversifizierung gibt.
Diese Arbeit untersucht zudem die Vielfalt des CBC-Betriebs in verschiedenen C4-Photosynthese-Subtypen. Es wurde eine breite Palette von C4-Arten zusammengestellt, mit allen drei verschiedenen Subtypen, um zu untersuchen, ob ein 3PGA/Triose-P-Shuttle in allen von ihnen vorhanden ist. Um diese Frage zu klären, wurden hohe 3PGA und Triose-P Gesamtkonzentrationen bestimmt, was eine Voraussetzung für die Erzeugung der interzellulären Konzentrationsgradienten darstellt, die für den Antrieb eines Shuttles erforderlich sind. Anschließend wurde ein Protokoll, das Mesophyll- und Bündelscheidenzellen in flüssigem N2 aus Maisblättern anreichert, für die Verwendung von zwei NAD-ME- und zwei PEPCK-Arten optimiert. Dabei wurde ein 3PGA-Gradient von der Bündelscheide zum Mesophyll und ein Triose-P-Gradient vom Mesophyll zur Bündelscheide festgestellt. Diese Ergebnisse deuten auf die Existenz eines unterstützenden „Energie-Shuttles“ hin, an dem 3PGA und Triose-P in NAD-ME und PEPCK-Subtypen beteiligt sind. Mit diesem Ansatz konnte auch die interzelluläre Anreicherung anderer Metaboliten untersucht werden, die am Mechanismus der Kohlenstoffkonzentration in NAD-ME- und PEPCK-Arten beteiligt sind, insbesondere Phosphoenolpyruvat, um ungelöste Fragen im Zusammenhang mit dem C4-Photosyntheseweg in PEPCK-Subtypen zu klären
Atmosphärische Flüsse
No full textAtmospheric rivers (ARs) are long, narrow, and transient corridors of intense moisture transport in the lower atmosphere that play a pivotal role in Earth’s water cycle. They contribute significantly to the freshwater supply of the midlatitudes and drive precipitation and wind regimes in many coastal regions. However, ARs are also responsible for extreme weather events and natural disasters. Despite their importance, AR science is still a young field, facing challenges such as uncertainties in detection and tracking methodologies, regional biases that limit global analyses, and an incomplete understanding of AR dynamics and impacts. To address these knowledge gaps, this dissertation pioneers the study of ARs through a complexity science approach.
The first study investigates the dynamics and far-reaching impacts of ARs that penetrate inland after making landfall along the West Coast of North America. Employing nonlinear time series analysis and climate networks, I uncover a cascade of heavy precipitation events that originates along the coast and propagates to central and eastern Canada. This cascade is driven by intense, long-lasting, late-summer ARs making landfall in British Columbia. Combining these findings with composite analysis of meteorological anomalies, I further reveal the typical synoptic-scale evolution of these inland-penetrating ARs. This work highlights the potential of complexity science to unravel hidden spatiotemporal dynamics and impacts of ARs, offering new insights into AR forecasting and risk-mitigation.
The second study advances the attribution of precipitation-induced landslides (PILs) to land-falling ARs. By combining stochastic climate theory, probabilistic causation, and nonlinear time series analysis, I develop a multi-step attribution framework to assess the causal relation between land-falling ARs, precipitation, and PILs along the West Coast of North America. Results show that AR-induced precipitation is the primary cause of PILs, with 86% of events occurring after AR-attributed precipitation. Classifying ARs as landslide-triggering or non-triggering events, I find that the causal relation is dominated by intense, long-lasting ARs. Additionally, I uncover that individual ARs and sequences of ARs, known as AR families, contribute equally to the occurrence of PILs in the region. This work provides crucial insights to improve landslide forecasting and disaster mitigation while advancing the mathematical rigor of attribution in AR science.
The third study expands the investigation to a global scale by introducing PIKART, a novel and comprehensive catalog of ARs spanning from 1940 to 2023, with a high spatiotemporal resolution of 0.5° and 6 hours. This dataset enhances AR identification through innovations in detection, tracking, and classification methods. Analyses of the PIKART catalog reveal (i) new hotspots of AR genesis, inland penetration, and termination, (ii) continental regions newly identified as exposed to considerable AR impacts, and (iii) significant historical trends such as the poleward shift of southern hemispheric ARs and a global intensification of AR moisture transport. These findings not only advance our understanding of ARs on regional and global scales but also provide a robust resource for future studies on AR dynamics and impacts, especially through a complexity science approach.
While this dissertation significantly advances AR science, it also identifies open challenges, such as understanding (i) the physical mechanisms underlying correlation patterns, (ii) land-atmosphere interactions leading to AR-induced disasters, and (iii) AR-like features in the tropics. Addressing these challenges will require further methodological advancements and interdisciplinary collaboration. By laying a robust theoretical and methodological foundation, this work opens new pathways for studying ARs as interacting elements of the Earth's climate system and paves the way for future research on AR dynamics, impacts, and prediction.Atmosphärische Flüsse (AFs) sind lange, schmale und vorübergehende Korridore mit intensivem Feuchtigkeitstransport in der unteren Atmosphäre, die eine zentrale Rolle im Wasserkreislauf der Erde spielen. Sie tragen wesentlich zur Süßwasserversorgung der mittleren Breiten bei und bestimmen die Niederschlags- und Windverhältnisse in vielen Küstenregionen. Andererseits verursachen AFs häufig Wetterextreme und Naturkatastrophen. Trotz ihrer Bedeutung ist die AF-Forschung noch ein junges Gebiet, das mit Herausforderungen konfrontiert ist, wie zum Beispiel Unsicherheiten bei den Erfassungs- und Verfolgungsmethoden, regionalen Verzerrungen, die globale Analysen einschränken, und einem unvollständigen Verständnis der AF-Dynamik und -Auswirkungen. Um diese Wissenslücken zu schließen, leistet diese Dissertation Pionierarbeit bei der Untersuchung von AFs durch einen komplexitätswissenschaftlichen Ansatz.
Die erste Studie untersucht die Dynamik und die weitreichenden Auswirkungen von AFs, die nach ihrem Erreichen der Westküste Nordamerikas ins Landesinnere vordringen. Mithilfe von nichtlinearen Zeitreihenanalysen und Klimanetzwerken decke ich eine Kaskade von Starkniederschlagsereignissen auf, die an der Küste beginnt und sich bis ins zentrale und östliche Kanada ausbreitet. Diese Kaskade wird durch intensive, lang anhaltende, spätsommerliche AFs verursacht, die in British Columbia das nordamerikanische Festland erreichen. Durch die Kombination dieser Ergebnisse mit einer Analyse meteorologischer Anomalien kann ich die typische synoptische Entwicklung dieser ins Landesinnere eindringenden AFs veranschaulichen. Diese Arbeit unterstreicht das Potenzial der Komplexitätsforschung, verborgene räumlich-zeitliche Dynamiken und Auswirkungen von AFs zu entschlüsseln und bietet neue Einblicke in die AF-Vorhersage und Risikominderung.
Die zweite Studie befasst sich mit der Zuordnung von niederschlagsbedingten Erdrutschen (NBEs) zu AFs, die das Festland erreichen. Durch die Kombination von stochastischer Klimatheorie, probabilistischer Kausalität und nichtlinearer Zeitreihenanalyse entwickle ich mehrstufige Zuordnungsregeln, um die kausale Beziehung zwischen das Festland erreichenden AFs, Niederschlägen und NBEs entlang der Westküste Nordamerikas zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass AF-induzierter Niederschlag die Hauptursache für NBEs ist, wobei 86% der Ereignisse nach AF-verursachtem Niederschlag auftraten. Durch die Klassifizierung von AFs als erdrutschauslösende oder nicht auslösende Ereignisse stelle ich fest, dass die kausale Beziehung von intensiven, lang anhaltenden AFs dominiert wird. Darüber hinaus zeige ich, dass einzelne AFs und AF-Familien, also Gruppen aufeinander folgenden AFs, gleichermaßen zur Entstehung von NBEs in der Region beitragen. Diese Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse zur Verbesserung der Erdrutschvorhersage und der Katastrophenminderung und und fördert gleichzeitig die mathematische Genauigkeit der Zuordnung in der AF-Forschung.
Die dritte Studie weitet die Untersuchung auf einen globalen Maßstab aus, indem sie PIKART vorstellt, einen neuen und umfassenden Katalog von AFs mit einer hohen räumlich-zeitlichen Auflösung von 0.5° und 6 Stunden, der den Zeitraum von 1940 bis 2023 abdeckt. Dieser Datensatz verbessert die Identifizierung von AFs durch Innovationen bei Erkennungs-, Verfolgungs- und Klassifizierungsmethoden. Analysen des PIKART-Katalogs zeigen (i) neue Hotspots der AF-Entstehung, des Eindringens ins Landesinnere und der Auflösung von AFs, (ii) neu identifizierte kontinentale Regionen, die beträchtlichen AF-Einflüssen ausgesetzt sind, und (iii) signifikante historische Trends wie die polwärts gerichtete Verschiebung südhemisphärischer AFs und eine globale Intensivierung des AF-Feuchtetransports. Diese Ergebnisse tragen nicht nur zu einem besseren Verständnis der AFs auf regionaler und globaler Ebene bei, sondern bieten auch eine solide Grundlage für künftige Studien über die Dynamik und die Auswirkungen von AFs, insbesondere durch einen komplexen wissenschaftlichen Ansatz.
Während diese Dissertation die AF-Forschung erheblich voranbringt, zeigt sie auch offene Herausforderungen auf, wie zum Beispiel das Verständnis (i) der physikalischen Mechanismen, die den Korrelationsmustern zugrunde liegen, (ii) der Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre, die zu AF-induzierten Katastrophen führen, und (iii) AF-ähnlicher Merkmale in den Tropen. Die Bewältigung dieser Herausforderungen erfordert weitere methodische Fortschritte und interdisziplinäre Zusammenarbeit. Durch die Schaffung einer soliden theoretischen und methodischen Grundlage eröffnet diese Arbeit neue Wege für die Untersuchung von AFs als interagierende Elemente des Klimasystems der Erde und ebnet den Weg für die künftige Forschung zu AF-Dynamik, -Auswirkungen und -Vorhersage
Konzepte für die Probenahme und Analyse von Mikroplastikpartikeln in Flussbettsedimenten und Grundwasser
No full textAlthough microplastic particles (MPs) are a ubiquitous and globally emerging anthropogenic pollutant in freshwater environments, little is known about their fate and behavior at the surface water–groundwater interface, a critical zone also for drinking water production. Groundwater is often considered pristine and less contaminated by MPs than surface water or fluvial sediments. For particulate contaminants as diverse as MPs, accurate and reliable analysis is challenging. Despite the wide range of techniques available, there is no one-size-fits-all or standardized method for sampling and detecting MPs in the environment. The unique capabilities and limitations of the various techniques available need to be evaluated and adapted in order to further develop appropriate approaches for the analysis of MPs in surface water, riverbed sediments and groundwater.
This PhD thesis investigated the occurrence and fate of MPs at the surface water–groundwater interface to better assess the risk of MPs reaching drinking water supplies. To this end, comprehensive sampling and analytical concepts tailored to the accurate analysis of small MPs (< 20 µm) in groundwater and the relatively fast and unelaborate analysis of MPs in riverbed sediments were developed and applied in the field for data collection. A validated analytical workflow combining fractionated filtration sampling with semi-automated Raman microspectroscopy (µ-Raman) detection was developed for the analysis of small MPs (down to 5 µm) in groundwater. These small MPs are of particular toxicological relevance and exhibit higher mobility in porous media. A mean MP concentration of 66 ± 76 MP/m3, consisting mainly of polyethylene (PE, ~86%) and MPs < 20 μm (~79%), was found in groundwater and raw drinking water, indicating that MPs from groundwater sources may pose a risk to drinking water. River water and groundwater are hydraulically connected reservoirs, whereby riverbed sediments can act as potential retention reservoirs or transport pathways for MPs from river to groundwater. The depth-specific occurrence and distribution of MPs in deep riverbed sediments under permanent losing stream conditions was investigated to gain insight into their fate, transport and retention behavior in freshwater systems. Undisturbed and water-saturated sediment cores were obtained by freeze coring. The extracted MPs (≥ 100 µm) from the sediment were detected by near-infrared (NIR) imaging spectroscopy and complemented by polymer mass analysis using thermoanalytical methods (TAM). MPs were found throughout the riverbed down to 100 cm in sandy sediments (~21.7 ± 21.4 MP/kg) and down to 140 cm in gravel sediments (~3.1 ± 2.3 MP/kg). This emphasizes the continuous and widespread MP pollution of riverbeds. In gravel sediments, even MPs as large as 676 µm are transferred directly from the river to the groundwater without significant retention in the gravel riverbed sediments. This indicates a potential risk of MP transfer to groundwater via bank filtration and highlights the urgent need for a better understanding of MP mobility at the surface water–groundwater interface. In contrast, a more complex distribution of MPs was found in sandy sediments, suggesting a sophisticated interplay and superposition of driving processes such as infiltration, retention, and relocation. Based on the observed characteristic MP distributions, the use of MPs as a potential environmental process marker to infer the controlling processes for sediment dynamics in the riverbed was established in an initial conceptual approach. This approach has the potential to be applied to other river reaches and river sediment structures, offering new possibilities to explore sedimentation processes and complement chronological assessments in fluvial systems.
Overall, this PhD study makes an important contribution to the establishment of reliable and robust methods for MP sampling and analysis, and provides essential insights into the fate and behavior of MPs at the surface water–groundwater interface. It provides a sound basis for future research to gain a more comprehensive understanding of the fate and behavior of MPs in freshwater environments and the potential risk to drinking water supplies.Obwohl Mikroplastikpartikel (MP) ein allgegenwärtiger und weltweit auftretender anthropogener Schadstoff in Süßwasserökosystemen sind, ist wenig über ihren Verbleib und ihr Verhalten an der für die Trinkwassergewinnung kritischen Grenzfläche zwischen Oberflächen- und Grundwasser bekannt. Häufig wird angenommen, dass Grundwasser im Allgemeinen rein und weniger mit Mikroplastikpartikeln belastet ist als Oberflächengewässer oder Flusssedimente. Die genaue und zuverlässige Analyse eines so vielfältigen partikulären Schadstoffs wie Mikroplastik stellt eine große Herausforderung dar. Trotz einer Vielzahl verfügbarer Techniken gibt es keine einheitliche oder standardisierte Methode für die Probenahme und die Detektion von Mikroplastikpartikeln in der Umwelt. Um geeignete Ansätze für die Analyse von Mikroplastikpartikeln in Oberflächengewässern, Flussbettsedimenten und Grundwasser zu entwickeln, müssen die spezifischen Einsatzmöglichkeiten und Einschränkungen der verschiedenen verfügbaren Techniken bewertet und entsprechend angepasst werden.
In dieser Dissertation wurde das Vorkommen und der Verbleib von Mikroplastikpartikeln an der Schnittstelle zwischen Oberflächen- und Grundwasser untersucht, um das Risiko des Eintrags von Mikroplastikpartikeln in die Trinkwasserversorgung besser abschätzen zu können. Zu diesem Zweck wurden umfassende Probenahme- und Analysekonzepte für Mikroplastikpartikel in Grundwasser und Flussbettsedimenten entwickelt und für die Datenerhebung im Feld eingesetzt. Diese Konzepte eignen sich sowohl für die genaue Analyse kleiner Mikropartikel (< 20 µm) im Grundwasser als auch für die verhältnismäßig schnelle und einfache Analyse von Mikropartikeln in Flussbettsedimenten. Für die Analyse von kleinen Mikroplastikpartikeln (bis 5 µm) im Grundwasser wurde ein validierter analytischer Workflow entwickelt, der aus einer fraktionierten Filtrationsprobenahme und einer halbautomatischen Detektion mittels Raman-Mikrospektroskopie (µ-Raman) besteht. Diese kleinen Mikroplastikpartikel sind toxikologisch besonders relevant und weisen eine hohe Mobilität in porösen Medien auf. Im Grundwasser und im unbehandelten Trinkwasser wurde eine mittlere Mikroplastikkonzentration von 66 ± 76 MP/m³ gefunden, die hauptsächlich aus Polyethylen (PE, ~86 %) und Mikroplastikpartikeln kleiner als 20 µm (~79 %) bestand. Dies deutet darauf hin, dass Mikroplastikpartikel im Grundwasser ein mögliches Risiko für das Trinkwasser darstellen könnten. Flusswasser und Grundwasser sind hydraulisch miteinander verbundene Reservoire, wobei Flussbettsedimente sowohl als potenzielle Retentionsräume als auch als Transportpfade für Mikroplastikpartikel aus dem Fluss in das Grundwasser fungieren können. Zum besseren Verständnis des Verbleibs und des Transport- und Rückhalteverhaltens von Mikroplastikpartikeln in Süßwasserökosystemen wurden Untersuchungen zum tiefenabhängigen Vorkommen und der Verteilung von Mikroplastikpartikeln in tiefen Flussbettsedimenten unter Exfiltration von Flusswasser durchgeführt. Dazu wurden ungestörte und wassergesättigte Sedimentkerne aus dem Flussbett mittels Gefrierkernprobenahme gewonnen. Die aus dem Sediment extrahierten Mikroplastikpartikel (≥ 100 µm) wurden mittels bildgebender Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR) detektiert und ergänzend die Polymermasse mittels thermoanalytischer Methoden (TAM) bestimmt. Mikroplastikpartikel wurden im gesamten Flussbett bis zu einer Tiefe von 100 cm in den sandigen Sedimenten (~21,7 ± 21,4 MP/kg) und bis zu einer Tiefe von 140 cm in den kiesigen Sedimenten (~3,1 ± 2,3 MP/kg) nachgewiesen, was auf eine kontinuierliche und weit verbreitete Kontamination der Flusssedimente mit Mikroplastikpartikeln hinweist. In kiesigen Sedimenten können selbst Mikroplastikpartikel mit einer Größe von 676 µm ohne nennenswerte Rückhaltung in den Flussbettsedimenten direkt vom Flusswasser ins Grundwasser transportiert werden. Dies deutet auf ein potenzielles Risiko des Transfers von Mikroplastikpartikeln in das Grundwasser durch Uferfiltration hin und unterstreicht die dringende Notwendigkeit, die Mobilität von Mikroplastikpartikeln an der Schnittstelle zwischen Oberflächen- und Grundwasser besser zu verstehen. Im Gegensatz dazu wurde in den sandigen Sedimenten eine komplexere Tiefenverteilung der Mikroplastikpartikel beobachtet, was auf ein komplexes Zusammenspiel und eine Überlagerung verschiedener Prozesse wie Infiltration, Retention und Verlagerung hindeutet. Basierend auf den identifizierten charakteristischen Tiefenverteilungen von Mikroplastikpartikeln wurde ein erster konzeptioneller Ansatz zur Nutzung von Mikroplastik als potenziellem Prozessmarker zur Erfassung dynamischer Prozesse im Flussbett entwickelt. Dieser Ansatz hat das Potential, auf andere Flussabschnitte und Sedimentstrukturen übertragen zu werden, und bietet eine ergänzende Möglichkeit, Sedimentationsprozesse und die chronologische Sedimentabfolge in Flusssystemen zu untersuchen.
Insgesamt leistet diese Dissertation einen wichtigen Beitrag zur Etablierung zuverlässiger und robuster Methoden für die Probenahme und Analyse von Mikroplastikpartikeln in der Umwelt und liefert wichtige Erkenntnisse über den Verbleib und das Verhalten von Mikroplastikpartikeln an der Schnittstelle zwischen Oberflächengewässern und Grundwasser. Damit wird eine solide Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten geschaffen, um ein umfassenderes Verständnis über den Verbleib und das Verhalten von Mikroplastikpartikeln in Süßwasserökosystemen und das mögliche Risiko für die Trinkwasserversorgung zu erlangen
Digitalisierungsbezogene Kompetenzen als Querschnittsaufgabe in Schule
No full textFür digitalisierungsbezogene Kompetenzen (dK) von Schüler:innen existieren Vorgaben mit empfehlendem oder regulierendem Charakter mit unterschiedlicher geografischer Gültigkeit, wobei die angegebenen Kompetenzen nicht operationalisiert vorliegen. Darüber hinaus bleibt in den meisten Bundesländern offen, in welchen Klassenstufen die Schüler:innen spezifische dK erwerben sollen, sodass zusammenfassend weder das „Was“, noch das „Wie“ oder „Wann“ dieser Kompetenzentwicklung bildungspolitisch vorstrukturiert ist. Im Beitrag werden regulierende Dokumente analysiert, die dK für die Schule formulieren. Weiter werden drei Beispiele für regionale Vorgaben diskutiert, um Umsetzungsunterschiede im deutschsprachigen Raum zu illustrieren. Anschließend wird das Vorgehen bei einer Online-Befragung vorgestellt, in welcher Lehrkräfte anhand eines Katalogs von operationalisierten digitalisierungebezogenen Kompetenzen (odK) dazu befragt wurden, welchen Kategorien (Informatikkompetenzen, Medienkompetenzen und Anwendungskompetenzen) sie diese zuordnen, welche Fächer aus ihrer Sicht für deren Ausprägung in Frage kommen und wie sie sich selbst bezüglich der odK einschätzen. Die Befragungsergebnisse werden ausgewertet und interpretiert. Abschließend wird ein Ansatz vorgestellt, der es Lehrkräften, Schulgemeinschaften und Akteuren der Länderbildungspolitik vereinfachen soll, dK in die Unterrichtsfächer zu integrieren und ein Seminar für alle Lehramtsstudierenden beschrieben, in welchem die Umsetzung von odK in den jeweiligen Fächern thematisiert wird
Gibt es ein Problemfach im Informatikstudium?
No full textIn diesem Beitrag soll die Frage beantwortet werden, ob es einzelne Fächer im Informatikstudium gibt, die besonders schwer sind – sogenannte Problemfächer. Dazu werden zuerst vorhandene Daten und Studien ausgewertet. Auf Grundlage von Studien über Studienabbrecher*innen in der Informatik, Wahrnehmung von Dozent*innen und Student*innen sowie Notenspiegeln werden zwei Bereiche identifiziert, die potentiell ein Problemfach darstellen können: mathematisch-theoretische Fächer sowie programmiernahe Fächer. Durch eine Untersuchung relevanter Literatur kann bestätigt werden, dass es sich bei den mathematisch-theoretischen Fächern mit hoher Wahrscheinlichkeit um Problemfächer handelt, die programmiernahen Fächer allerdings nicht als Problemfach betrachtet werden können. Die Reflexion der Ergebnisse enthält die Diskussion von der Fachtagung Hochschuldidaktik der Informatik HDI 2023
The function of the Atlantis reception in J. R. R. Tolkien’s Númenor between empiricism and fantasy
No full textJ. R. R. Tolkien (1892–1973) ist mit seinem Mittelerde-Komplex einer der erfolgreichsten und wirkungsmächtigsten Autoren des 20. Jahrhunderts und begründete mit seinem Schaffen die moderne Fantasy-Literatur. Zunächst von Leserinnen und Lesern immer wieder deutend als Allegorie des Zweiten Weltkrieges vereinnahmt, wehrte sich der katholische Oxford-Philologe vehement gegen eine von ihm intendierte Lesart seines Schaffens, da dies die deutende Freiheit von Rezipierenden untergrabe. Damit bringt er ein rezeptionsästhetisches Verständnis von Literatur zum Ausdruck, das den Fokus nicht auf Produzierende oder das Werk allein richtet, sondern auf die Rezipierenden, die mit ihren individuellen Vorstellungen und Erfahrungen die Wirkung und Bedeutung eines Textes bei der Lektüre mitkonstruieren.
Aufgrund seiner kategorischen Allegorieverweigerung ist es umso bemerkenswerter, dass Tolkien in seiner Númenor-Narration Akallabêth (The Downfall of Númenor) die wohl berühmteste politische Allegorie des Abendlandes rezipiert: die Geschichte der versunkenen Insel Atlantis, die erstmals in Platons Dialogen Kritias und Timaios Erwähnung fand.
Der Althistoriker und Phantastikforscher Michael Kleu resümierte in seinem Aufsatz Plato's Atlantis and the Post-Platonic Tradition in Tolkien's Downfall of Númenor, dass Tolkiens Atlantis-Rezeption primär aus einer tiefen persönlichen Faszination für diesen Stoff hervorging: „Ultimately, Tolkien's reception of Atlantis is primarily based on a deep personal interest, whereby the content-based functions seem to be rather secondary.“ (Kleu, 2021, S. 210f.)
Die vorliegende Arbeit möchte an Kleus Einschätzung anknüpfen, die Frage nach der Funktion von Tolkiens Atlantis-Rezeption jedoch mit Rekurs auf Tolkiens poetologisches (Selbst-)Verständnis vertiefen, das er in seinem Essay On Fairy-Stories (1938/39) darlegte. Dabei ist insbesondere der von Tolkien formulierte Begriff des Sekundärglaubens von Bedeutung, der sein wirkungsästhetisches Ziel einer immersiven Leseerfahrung beschreibt, welche die Grenzen zwischen Realität und Fiktion verschwimmen und Rezipierende voll und ganz in eine literarische Fiktionswelt eintauchen lassen soll.
Mit Rekurs auf die von Tolkien intendierte Deutungshoheit Rezipierender liegt der Schlüssel zur Funktion seiner Atlantis-Rezeption möglicherweise in der geschichtskulturell ambivalenten Positionierung des im frühen 20. Jahrhundert breit rezipierten Atlantis-Stoffes, der zwischen archäologischer und historischer Spekulation sowie mythischer Überhöhung changierte, denn gerade dieser oszillierende Status zwischen Phantasie und Empirie scheint einen fruchtbaren Anknüpfungspunkt für Tolkiens Konzept des Sekundärglaubens zu bieten.
Methodisch liegt dieser Arbeit Lorna Hardwicks Analyse-Modell für die Untersuchung von Antikenrezeption zugrunde. Mit Blick auf die Funktion ist es einerseits wichtig, danach zu fragen, wie Tolkien Platons Atlantis-Entwurf aufgenommen und umgestaltet hat. Da Rezeptionen jedoch nie anlass- und kontextlos vollzogen werden, ist es andererseits von Bedeutung, dabei auch externe Einflussfaktoren mit in den Blick zu nehmen.
Entsprechend wird sich die Arbeit in mehreren Schritten entfalten. Zunächst erfolgt eine
Kontextualisierung Tolkiens. Dabei werden biographische Hintergründe und sein poetologisches (Selbst-)Verständnis skizziert. Zentral ist in diesem Zusammenhang Tolkiens literarisches Credo, das er in seinem Essay On Fairy-Stories formulierte und das grundlegende Einsichten in seine literarischen Ziele als Schriftsteller sowie sein Verständnis von Phantasie, Sprache und Wahrheit zwischen Christentum und Neuplatonismus eröffnet.
Angelehnt an Tolkiens Akallabêth, folgt eine Darstellung der Númenor-Erzählung, bevor sie systematisch mit Platons Atlantis-Darstellung in seinen Dialogen Kritias und Timaios verglichen wird. In einem weiteren Analyseschritt werden biblische Parallelen und Einflüsse aus der postplatonischen Atlantis-Rezeption des 19. und 20. Jahrhunderts sowie damit in Verbindung stehende antike Stoffe exemplarisch in den Blick genommen, die auf ein breites kulturelles Bezugsfeld verweisen, das für Tolkiens literarische Verarbeitung von Bedeutung gewesen sein dürfte.
Abschließend richtet sich der Blick auf die Funktion von Tolkiens Atlantis-Rezeption. Zur theoretischen Fundierung seines Konzepts des Sekundärglaubens dienen dabei Werner Wolfs Theorie der ästhetischen Illusion und Illusionsdurchbrechung sowie Wolfgang Isers wirkungsästhetisches Konzept des impliziten Lesers.
Die Arbeit versteht sich als ein Beitrag an der Schnittstelle von literaturwissenschaftlicher Phantastikforschung, der Geschichte der Antikenrezeption und wirkungsästhetischer Erzähltheorie, indem sie Tolkiens Atlantis-Rezeption als Produkt komplexer kultureller Transformationsprozesse analysiert, das antike Stoffe unter Einbezug genretypischer Konventionen in einen neuen fiktionalen Kontext überführt und gezielt auf die Wirkung bei Rezipierenden ausgerichtet ist.J. R. R. Tolkien (1892–1973) is one of the most successful and influential authors of the 20th century with his Middle-earth complex, and his work laid the foundations for modern fantasy literature. Initially interpreted by readers as an allegory of the Second World War, the Catholic Oxford philologist vehemently opposed this interpretation of his work, as he believed it undermined the interpretative freedom of readers. In doing so, he expresses a reception-aesthetic understanding of literature that focuses not on the producer or the work alone, but on the readers, who, with their individual ideas and experiences, help to construct the effect and meaning of a text as they read it.
Given his categorical rejection of allegory, it is all the more remarkable that Tolkien, in his Númenor narrative Akallabêth (The Downfall of Númenor), draws on what is probably the most famous political allegory of the Western world: the story of the sunken island of Atlantis, first mentioned in Plato's dialogues Critias and Timaeus. In his essay Plato's Atlantis and the Post-Platonic Tradition in Tolkien's Downfall of Númenor, ancient historian and fantasy researcher Michael Kleu concluded that Tolkien's reception of Atlantis stemmed primarily from a deep personal fascination with the subject matter: ‘Ultimately, Tolkien's reception of Atlantis is primarily based on a deep personal interest, whereby the content-based functions seem to be rather secondary.’ (Kleu, 2021, p. 210f.)
This paper aims to build on Kleu's assessment, but to explore the question of the function of Tolkien's reception of Atlantis in more depth, drawing on Tolkien's poetological (self-)understanding, which he outlined in his essay On Fairy-Stories (1938/39). Of particular importance here is Tolkien's concept of secondary belief, which describes his aesthetic goal of creating an immersive reading experience that blurs the boundaries between reality and fiction and allows readers to fully immerse themselves in a literary fictional world. With reference to Tolkien's intention that readers should have interpretative sovereignty, the key to the function of his reception of Atlantis may lie in the historically and culturally ambivalent positioning of the Atlantis material, which was widely received in the early 20th century and oscillated between archaeological and historical speculation and mythical exaggeration, because it is precisely this oscillating status between fantasy and empiricism that seems to offer a fruitful point of reference for Tolkien's concept of secondary belief.
Methodologically, this work is based on Lorna Hardwick's analytical model for the study of the reception of antiquity. With regard to function, it is important to ask how Tolkien took up and reshaped Plato's Atlantis concept. However, since receptions never take place without cause and context, it is also important to consider external influencing factors.
Accordingly, the work will unfold in several steps.
First, Tolkien is contextualised. His biographical background and his poetological (self-)understanding are outlined. Central to this context is Tolkien's literary credo, which he formulated in his essay On Fairy-Stories and which provides fundamental insights into his literary goals as a writer and his understanding of imagination, language and truth between Christianity and Neoplatonism.
Based on Tolkien's Akallabêth, a presentation of the Númenor narrative follows, before it is systematically compared with Plato's depiction of Atlantis in his dialogues Critias and Timaeus. In a further step of analysis, biblical parallels and influences from the post-Platonic reception of Atlantis in the 19th and 20th centuries, as well as related ancient material, are examined in detail, pointing to a broad cultural field of reference that may have been significant for Tolkien's literary treatment. Finally, the focus turns to the function of Tolkien's reception of Atlantis. Werner Wolf's theory of aesthetic illusion and illusion-breaking, as well as Wolfgang Iser's aesthetic concept of the implicit reader, serve as the theoretical foundation for his concept of secondary belief.
This work is intended as a contribution at the intersection of literary fantasy research, the history of the reception of antiquity, and aesthetic theory of narrative, analysing Tolkien's reception of Atlantis as a product of complex cultural transformation processes that transfers ancient material into a new fictional context, incorporating genre-typical conventions, and is specifically geared towards the effect on the audience