Der oligotrophe Brienzersee liegt in den Schweizer Voralpen und ist geprägt durch ein vergletschertes Einzugsgebiet. Durch die hohen glazialen Erosionsraten bringen die beiden Hauptzuflüsse Aare und Lütschine eine hohe Fracht an anorganischen Partikeln in den Brienzersee. Dies führt zum trüben, türkisfarbenen Erscheinungsbild des Sees. Es wird erwartet, dass sowohl die hohe Oberflächentrübung durch die Schwebstoffe als auch niedrige Konzentrationen an bioverfügbarem Phosphat limitierende Faktoren für die Primärproduktion im Brienzersee darstellen. Die Primärproduktion ist eine entscheidende Grösse im see-internen ökologischen System, da die Nahrungskette Phytoplankton – Zooplankton – Fisch in der Primärproduktion gründet.<br /> Aus Fischereikreisen wird vermutet, dass die Trübung im Brienzersee durch die hydroelektrische Nutzung im Einzugsgebiet der Aare angestiegen sei. Die jährliche Partikelfracht in den Brienzersee hat aber aufgrund der Stauseen im Grimselgebiet abgenommen. Die Oberflächentrübung könnte deshalb einzig durch einen vermehrten Eintrag von feinen Schwebstoffen in die Oberflächenschicht, aufgrund von veränderten Partikel- und Zuflussdynamiken der Aare, zugenommen haben.

Es gibt weltweit bereits mehrere verschiedene Modelle von solaren Kochern. Die Palette reicht von Kochern für Kleinfamilien bis hin zu solaren Grossküchen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein solares Kochsystem für Gemeinschaftsküchen (max. ~50 Personen) zu testen, welches die Sonnenenergie mit einem Scheftler-Reflektor konzentriert and in einem massiven Eisenblock in Form von Wärme speichert. Zum Kochen wird die Energie aus dem Warmespeicher verwendet, indem über einen Verdampfer im Eisenblock Wasserdampf erzeugt wird. Der Dampf wird in den Hohlraum der Topfwand eines doppelwandigen Topfes geleitet; durch die bei der Kondensation freiwerdende Wärme erhitzt der Dampf das Kochgut. Weil die nötige Wärme aus einem Speicher und nicht direkt von der Sonne kommt, hat dieses Systetn den Vorteil, dass man auch zu Zeiten ohne Sonnenschein kochen kann. Bei den meisten anderen solaren Kochern wird der Kochvorgang durch Wolken verzögert<br /> oder unmöglich. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird das solare Kochsystem mit Wärmespeicher auf seine Eignung zum Kochen getestet und Ansatzpunkte für mögliche Verbesserungen werden erarbeitet. [...]

<em>Salmonella enterica</em> subspecies 1 serovar Typhimurium is a frequent cause of gastroenteritis and diarrhoea in humans. As diarrhoea is one of the major health problems in the world, it is of great interest to understand <em>Salmonella </em>pathogenesis and the factors controlling it. Upon infection of its host, S. Typhimurium enters epithelial cells. At the beginning of this process several effector proteins are translocated into the host cell through a type III secretion system encoded on the <em>Salmonella </em>pathogenicity island 1 (SPI-1). These virulence factors modulate signal transduction pathways inside the host cell and lead to the internalisation of the bacterial cell. Most of the virulence factors involved in this process have been identified, e.g. the SPI-1 type III secretion apparatus protein PrgH and the effector proteins SopE and SptP. However, little is known about the environmental growth factors controlling their expression and, in the case of effector proteins, their translocation.<br /> In this study the influence of different conditions on the expression of PrgH, SopE and SptP as well as on the secretion of the latter two was examined. <em>Salmonella enterica</em> subspecies 1 serovar Typhimurium was grown in batch cultures and in continuous culture at different dilution rates. Growth in Luria-Bertani (LB) broth containing different NaCl concentrations as well as in glucose- and ammonia limited mineral medium was examined. Furthermore, the influence of aerobic and anaerobic conditions during growth in LB was tested. In addition, carbon utilisation patterns were examined using Biolog microplates. The expression and secretion of proteins were analysed using sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis and Western blotting.<br /> In present study the main factor found controlling virulence factor expression was specific growth rate. At specific growth rates equal to or smaller than 0.2 h^-1 very little or no PrgH, SptP and SopE were produced in continuous cultures containing LB medium. They were strongly expressed and the effector proteins also secreted at fast specific growth rates (0.7, 1, 1.25 h^-1). The expression of PrgH and SopE but not of SptP was reduced again at a specific growth rate of 1.5 h^-1. These results indicate a maximal expression at intermediate to high specific growth rates and a repression at low or very high specific growth rates.<br /> In addition, these proteins were found earlier in the growth cycle and in higher amounts if LB batch cultures had been inoculated 1:20 with stationary cells than 1:100 with exponentially growing cells. Contradictory to some other studies, only a minor effect of high osmolarity conditions (0.3 M NaCl) in LB on the expression of virulence factors was seen and none of the examined proteins were expressed under obligate anaerobic conditions in LB batch cultures. However, a weak expression was found in anaerobic LB continuous cultures.<br /> Furthermore, it could be shown that some unidentified substances, which are vital for the expression of PrgH and SopE but not of SptP, are not available in glucose- and ammonialimited mineral medium.<br /> This study contributes to the knowledge about the regulation of virulence factors in S. Typhimurium by environmental factors. Starting from the observed crucial role of the specific growth rate, there is a chance that more detailed investigations might unravel the trigger which transforms S. Typhimurium in a (hyper)virulent state.

Die Studie befasst sich im weiteren Sinne mit der Beurteilung von Revitalisierungsmassnahmen bei Fliessgewässern, im engeren Sinne mit dem Testen einer Methodik für Erfolgskontrollen. Mit dieser Methodik soll die Qualität von Revitalisierungsprojekten messbar gemacht werden. Das Instrumentarium (nachfolgend Indikatorset genant) ist das vorläufige Produk der Arbeitsgruppe "Erfolgskontrolle" (AG Erfolgskontrolle) der Eidgenössischen Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (EAWAG). Mit der vorliegenden Arbeit war zu untersuchen, ob dieses Indikatorset die Anforderungen aus Praxis und Wissenschaft erfüllt. [...]

From May to July 2005, the effects of solar ultraviolet radiation (UVR) on periphyton accrual and photosynthetic performance were studied in two alpine streams (2050 m a.s.l.) in the Swiss Alps. Ambient UV levels were manipulated using UV-opaque and UV-transparent Plexiglas screens. Chlorophyll a, ash-free dry mass, and the photosynthetic performance of periphyton growing on artificial substrata and exposed to the two different UV treatments were measured 3, 6 and 9 weeks after the beginning of the experiment. Periphyton biomass was significantly lower under UV-protection. Concomitantly, higher densities of grazing mayflies (<em>Baetis alpinus</em>) were found in the absence of UVR, indicating that these grazers were more sensitive to UVR than periphyton (e.g., a solar cascade of indirect UVR effects). Photosynthetic parameters (ETR_max, photosynthetic efficiency, light saturation and maximum quantum yield) measured with a pulse amplitude fluorometer were not affected by the presence of UVR. The results suggest that periphyton in alpine streams is adapted to naturally high UVR levels. Rather, the overall low photosynthetic performance indicates that periphyton is constrained more from relative harsh environmental conditions such as phosphorus limitation, low temperature, and grazing pressure than from the direct impact by UVR.<br /><br /> Zwischen Mai und Juli, wurde der Einfluss der ultravioletten Strahlung (UVR) auf Wachstum und Photosynthese von Periphyton zweier alpiner Bäche (2050 m a.s.l.) im Val Roseg (Schweiz) untersucht. Die natürliche UV-Strahlung wurde mit UV-undurchlässigem Plexiglas manipuliert. Chlorophyll a, Asche freies Trockengewicht und Photosynthese von auf künstlichen Substrat wachsenden Periphyton wurden 3, 6 und 9 Wochen nach Beginn des Experimentes gemessen. Die Periphytonbiomasse war signifikant höher auf UV-exponierten Substraten. Gleichzeitig war die Abundanz herbivore Eintagsfliegen (<em>Baetis alpinus</em>) deutlich grösser in Abwesenheit von UVR. Dieses Resultat deutet an, dass die herbivoren Invertebraten empfindlicher gegenüber UV-Strahlung sind als Periphyton („solar cascade of indirect UVR effects“). Die mit einem „Pulse Amplitude Modulation Fluorometer“ gemessenen photosynthetischen Parameter (maximaler Elektronentransport, Effizienz der Photosynthese, Lichtsättigung der Photosynthese und maximale Quantenausbeute) wurden durch UVR nicht beeinträchtigt. Das Resultat zeigt, dass Periphyton an die hohen natürlichen UV Intensitäten angepasst ist. Die allgemein tiefen Photosyntheseleistungen weisen darauf hin, dass Periphyton eher durch Umwelteinflüsse wie Phosphormangel, Weidedruck und tiefe Wassertemperaturen beeinträchtigt wird, als durch die direkte Wirkung von UVR.

<em>Escherichia coli</em> occupies two different habitats: the primary habitat is the intestine of warm-blooded animals and human, and secondary habitat is water and soil. The primary habitat is characterized by copiotrophic conditions with an excess of carbonaceous nutrients but limited oxygen availability, whereas the secondary habitats are oligotrophic environments where cells need to adapt to nutrient-poor and mostly oxic conditions. Of particular interest to drinking water microbiology is the ability of <em>E. coli</em> to survive and proliferate in aqueous environments because this bacterium is generally used as an indicator for faecal contamination.<br />The preferred method used here to study growth under nutrient-limited conditions was carbon/energy-limited continuous culture. Populations of <em>E. coli</em> cultivated in glucoselimited continuous culture exhibit a two-step adaptation to such conditions: A short-term adaptation (10-50 generations), which is characterized by a constant affinity to glucose (Ks ～ 400 μg l^-1), and a long-term adaptation (&gt; 200 generations), which is characterized by the selection of a population of mutants with increased affinity to glucose (K_s ～ 30-50 μg l^-1). Transcriptome analysis of short- and long-term glucose-adapted populations reveals an up-regulation of many transport genes and a rearrangement of the central metabolism. Generally, in long-term adapted cells the same pattern of gene expression is observed as that monitored in the short-term response, except that genes belonging to the general (RpoS-dependent) stress response regulon are down-regulated. This downregulation is due to attenuation of RpoS. Increased glucose affinity in long-term adapted cells results from a massive up-regulation of the maltose and galactose high affinity systems. [...]

Metal uptake and accumulation from freshwater systems can lead to toxicity effects in organisms when either essential trace element concentrations (Zn, Mn, Cu, Co) are above nutritional level, or when non-essential metals exhibit detrimental effects at already low concentrations (Cd, Ag, Pb, Hg). In order to assess the toxicity of a given metal it is not sufficient to know the total metal concentration, but also its bioavailability which is controlled by the speciation of the metal in water.<br />Cadmium is known to compete with other cations for uptake into organisms and is toxic at low concentrations. The goals of this work were to study factors determining Cd uptake and accumulation in Scenedesmus vacuolatus, a freshwater algal species, under conditions relevant for metal uptake in freshwaters, and to link the Cd accumulation with chemical speciation measurements of Cd in the water. Therefore, Cd accumulation and speciation was investigated in synthetic solutions and in freshwater samples. [...]<br /><br />Die Aufnahme und Akkumulation von Metallen aus Süßwassersystemen ist für Organismen toxisch, wenn die Konzentration von essentiellen Spurenelementen den Nährstoffbedarf deutlich übersteigt (z.B. bei Zn, Mn, Cu, Co) oder wenn ein nicht-essentielles Metall bereits bei geringen Konzentrationen schädliche Einflüsse zeigt (z.B. Cd, Ag, Pb, Hg). Um die Toxizität eines Metalls zu beurteilen, ist die Kenntnis seiner totalen Konzentration nicht ausreichend, da die tatsächliche Bioverfügbarkeit von der Speziierung des Metalls im Wasser abhängt.<br />Kadmium ist bereits in sehr geringen Konzentrationen giftig und konkurriert mit anderen Kationen um die Aufnahme in Organismen. Ziel dieser Arbeit war es, die wesentlichen Faktoren für die Kadmiumakkumulation in die Süsswasseralge Scenedesmus vacuolatus unter Bedingungen zu bestimmen, wie sie für die Metallaufnahme aus Gewässern relevant sind. Weiterhin wurde die beobachtete Cd-Akkumulation in Beziehung zur chemischen Speziierung von Cd im Wasser gesetzt. Dazu wurden Cd-Akkumulation und -speziierung in verschiedenen synthetischen Medien und Gewässerproben untersucht. [...]

Antimony is an element widely used in industrial products. The main applications are in flame retardant formulations and in lead alloys for lead-acid batteries and ammunition. Very little is known about its toxicity and geochemistry but it is assumed to have a similar behavior to Arsenic (As). In the aquatic environment, the oxidation states Sb(III) and Sb(V) commonly occur. Under oxic conditions, the more soluble species Sb(V) predominates and is present as Sb(OH)₆^-. It appears that Sb(III) has a stronger affinity for Al, Mn and Fe (hydr)oxides and that its oxide (Sb₂O₃) is less soluble than that of Sb(V). This indicates that oxidation processes may lead to the mobilization of Sb in the environment and that an understanding of Sb(III) oxidation reactions is important in order to assess the risk posed to humans and the environment. [...]<br /><br />Antimon (Sb) ist ein toxisches Element mit ähnlichen chemischen Eigenschaften wie Arsen. Der Einsatz von Sb in industriellen Produkten, insbesondere in Flammschutzmitteln und als Additiv in Bleilegierungen, z.B. in Batterien und Munition gewinnt zunehmend an Bedeutung. In der Umwelt kommt Sb in den zwei Oxidationszuständen Sb(III) und Sb(V) vor. In aquatischen Systemen ist Sb(V) die vorherrschende Spezies, welche als Hydroxidkomplex Sb(OH)₆^- vorliegt. Nur ein kleiner Teil des gelösten Sb liegt im dreiwertigen Zustand als neutraler Hydroxidkomplex Sb(OH)₃ vor. Es wird vermutet, dass die Löslichkeit von Sb(III) entweder durch die Sorption an Fe-, Mn- und Al-Oxiden oder durch die Ausfällung als Oxid stärker als für Sb(V) kontrolliert wird. Daher kann Sb durch Oxidationsprozesse in der Umwelt mobilisiert werden. Ein besseres Verständnis der Bedingungen, unter welchen Sb oxidiert, ist daher notwendig um potentielle Risiken für Mensch und Umwelt beurteilen zu können. [...]

Lake Ohrid is comparably large (surface area A ~358 km²), deep (maximal depth z_max ~289 m) and one of the most voluminous (volume V ~55 km³) lakes in Europe. It is a transboundary lake, with two-thirds in Macedonia and one-third in Albania. Including the underground karst connection to upstream Lake Prespa (A ~254 km², z_max ~48 m, V ~3.6 km³), the watershed of Lake Ohrid extends into Greece. The overall karst groundwater inflow – recharged by Lake Prespa and local precipitation – contributes more than 50 % to the lake’s water balance. Because of the comparably small watershed and the dry climate, water exchange is slow with a mean residence time of ~70 years.<br />While a groundwater-fed, large water body in Mediterranean climate is exceptional in itself, the most outstanding quality of Lake Ohrid is its endemism (&gt; 200 species). During the estimated two to five million years of existence, species covering the whole food chain have evolved or persisted in the lake. Given its importance as a global hotspot of biodiversity and being the only ancient, long-lived lake in Europe, Lake Ohrid was declared a UNESCO world heritage site in 1979.<br />However, the unique ecosystem could be jeopardized by human impacts. A particular concern is potential eutrophication of the currently oligotrophic lake from population growth. It is feared that eutrophication could threaten the endemic flora and fauna, which has adapted to nutrient-poor conditions. However, assessment of eutrophication is not straight forward: Because of the long water residence time, changes will be slow. Moreover, expected variations in nutrient conditions are in the range of measurement error because of the low present-day concentrations. As there is a lack in high-quality, long-term data, different measurement schemes must be combined to assess eutrophication. [...]<br /><br />Der Ohridsee ist ein grosser, tiefer und einer der volumenreichsten Seen Europas (Oberfläche A ~358 km², maximale Tiefe z_max ~289 m, Volumen V~55 km³). Die Oberfläche des Grenzsees teilen sich die Länder Mazedonien und Albanien im Verhältnis zwei zu eins. Durch die Karstverbindung zum höher gelegenen Prespasee (A ~254 km², z_max ~48 m, V ~3.6 km³) erstreckt sich das Einzugsgebiet zusätzlich bis nach Griechenland. Die vom Prespasee und lokalem Niederschlag gespeisten Karst-Grundwasserzuflüsse bilden auch den grössten Beitrag zur Wasserbilanz des Ohridsees (&gt; 50%). Aufgrund des relativ kleinen Einzugsgebietes, sowie des trockenen, mediterranen Klimas ist der Gesamtzufluss allerdings gering, was zu einer langen Wasseraufenthaltszeit von durchschnittlich ca. 70 Jahren führt.<br />Ein grundwassergespeister See dieser Grössenordnung im trockenen südeuropäischen Klima ist an sich schon erstaunlich. Der herausragendste Aspekt des Ohridsees ist aber seine endemische Flora und Fauna (&gt; 200 Arten). Während seiner geschätzten zwei bis fünf Millionen jährigen Geschichte haben Tier- und Pflanzenarten der gesamten Nahrungskette im Ohridsee überdauert und sich weiterentwickelt. Die Bedeutung des Ohridsees als einziger Ursee Europas und globales Biodiversitäts-Zentrum wurde 1979 durch seine Aufnahme als Weltnaturerbe der UNESCO unterstrichen.<br />Das einzigartige Ökosystem ist allerdings verschiedenen menschlichen Einflüssen ausgesetzt. Insbesondere wird als Resultat des regionalen Bevölkerungswachstums eine Eutrophierung des momentan oligotrophen Sees befürchtet. Diese könnte ihrerseits die endemischen Arten gefährden, welche sich im Laufe ihrer Entwicklung an nährstoffarme Bedingungen angepasst haben. Die Frage, ob der See sich in einem Eutrophierungsprozess befindet ist allerdings nicht einfach zu beantworten. Einerseits bewirkt die lange Wasseraufenthaltszeit eine verzögerte Reaktion auf Veränderungen. Andererseits liegen erwartete Konzentrationsschwankungen im nährstoffarmen See im Bereich des analytischen Messfehlers. Wegen einem Mangel an langfristigen, qualitativ hochwertigen Seemonitoring-Daten müssen daher verschiedene Messungen kombiniert werden, um etwas über eine potentielle Eutrophierung aussagen zu können. [...]

<em>Introduction</em><br />A large number of substances, contained in pharmaceuticals, personal care products and other household chemicals, are comfortably disposed of in sanitary appliances. Collected in the sewer system and partly eliminated in wastewater treatment plants they are then released to a certain extent into the aquatic environment. Many of these compounds belong to the category of micropollutants, which can have adverse effects on living organisms already in very low concentrations. Since no clear causal relationship between observed changes of ecosystems and the presence of micropollutants could be established, scientists combine monitoring with laboratory data. While experiments in the laboratory can be performed under controlled conditions it is very difficult to assess the complex situation in the environment. It is not only a hand full of micropollutants, but rather hundreds. To measure environmental concentrations of all these compounds over a relevant period of time is impossible. Therefore, predictive models are needed to forecast environmental concentrations. The input to these kinds of models, are emission data. Their acquisition is a tedious task. [...]<br /><br /><em>Einleitung</em><br />Medikamente, Körperpflegemittel und viele andere Haushaltprodukte enthalten eine grosse Anzahl chemischer Substanzen. Diese werden nach ihrer Anwendung bequem in sanitären Einrichtungen wie Toilette, Bad, Geschirrspül- oder Waschmaschine entsorgt. Mit dem Abwasser werden sie in der Kanalisation gesammelt und in die Kläranlagen transportiert. Einige werden gut eliminiert, andere hingegen können nur teilweise oder gar nicht abgebaut werden und gelangen so in die natürlichen Gewässer. Viele dieser chemischen Verbindungen gehören zu Kategorie der so genannten „Mikroverunreinigungen“, welche bereits in tiefsten Konzentrationen negative Auswirkung auf aquatische Lebewesen haben können. Bis heute konnten keine eindeutigen Zusammenhänge zwischen dem Auftreten von Mikroverun-reinigungen und beobachteten Veränderungen aquatischer Populationen aufgezeigt werden. Deshalb kombinieren Wissenschaftler Laborergebnisse mit Umweltdaten. Während Labor-experimente unter weitest gehend kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden können, ist es äusserst schwierig, die komplexe Situation in der Umwelt zu erfassen. Es handelt sich bei den Mikroverunreinigungen nicht nur um eine Hand voll, sondern eher um hunderte von kritischen Substanzen. Das Messen von Umweltkonzentrationen all dieser Stoffe über eine genügend lange Periode ist unmöglich. Darum braucht es Modelle, um diese Umwelt konzentrationen abschätzen zu können. Die Eingangsgrössen zu solchen Modellen sind Emissionsdaten. Diese zu erheben ist eine mühsame Aufgabe. [...]

<em>Thema</em> dieser Arbeit sind kognitive Prozesse, welche Merkmale von Situationen als Hinweise interpretieren lassen, welche dann das in diesen Situationen gezeigte Verhalten beeinflussen. Weiter geht es um die Wirkung dieser kognitiven Veränderungen auf das Verhalten und Massnahmen zur gezielten Beeinflussung von Verhalten, welche diese kognitiven Prozesse nutzen. Konkret geht es um Gewohnheiten, Erinnerungshilfen, Vorsätze, Selbstverpflichtungen und situative Normen.<br />Im Rahmen dieser Arbeit wurden Befunde aus den Forschungsbereichen Handlungstheorien, Einstellungen, Normen, prospektives Gedächtnis, Gewohnheiten und Vorsatzbildung zu einem <em>theoretischen Modell</em> integriert, welches die kognitiven Prozesse der Entstehung von situativen Hinweisreizen und deren Wirkung zu erklären vermag. Dieses Modell zeigt, dass die verschiedenen im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Phänomene auf die gleichen psychologischen Prozesse zurückgeführt werden können. Es wird aber auch gezeigt, dass die Wirkung so einfacher Massnahmen wie von Erinnerungshilfen oder Vorsatzbildungen eine Vielzahl von Prozessen voraussetzen wie z.B. die Interpretation der Situation, Konditionierungsprozesse oder die Entstehung und Wirkung kognitiver Spannungszustände. [...]<br /><br />This thesis <em>focuses </em>on cognitive processes that turn situational attributes into cues, which then influence the behavior executed in this situation. The effects of these cognitive changes on behavior performance are also investigated together with measures that use these effects to influence behavior in a purposeful way. More specifically, the thesis is about habits, memory aids, implementation intentions, self-commitment and situational norms.<br />In this thesis, a <em>theoretical model </em>was developed that integrates findings from the research areas of behavior selection, attitudes, norms, prospective memory, habits and implementation intentions, and explains the cognitive processes of the emergence of situational cues and their effects. The model shows that the various phenomena investigated in this thesis can be ascribed to the same psychological processes. But it also shows that the effects of such simple measures as memory aids or implementation intentions require many different processes, such as the interpretation of the situation, conditioning processes or the emergence and effect of cognitive tension states. [...]

A knowledge of past climatic and environmental changes is of great interest because it allows us to view the recent, probably anomalous, climate change within a broader context, which should improve our ability to predict future climate. Existing climate reconstructions agree on major climatic episodes (e.g. the Little Ice Age and the Medieval Warm Period), but differ substantially with respect to the reconstructed absolute temperature amplitudes. New climate proxies and innovative reconstruction techniques are therefore in great demand.<br />Sediments from high-altitude lakes are known to respond especially sensitively to climatic and environmental changes. Lake Sils and Lake Silvaplana are located at an altitude of about 1800 m a.s.l. in the Upper Engadine region of south-eastern Switzerland. A detailed seismic survey of these lakes, based on a total of 32 km of seismic proiles, was used to determine optimum coring positions, and to study sediment volumes and distribution. In Lake Sils, 22 short cores were taken, and in Lake Silvaplana, a total of 16 short cores and two freeze cores.<br />Due to the absence of varves, the chronology of the 1300-year-long recovered sediment record of Lake Sils was determined using ¹³⁷Cs, ²¹⁰Pb, and ¹⁴C AMS dating. The average sedimentation rate in Lake Sils (40 mg cm^-2yr^-1) is only 20% of that in Lake Silvaplana (200 mg cm^-2yr^-1). This is because its surface area is 40% greater than that of Lake Silvaplana, while its catchment area is 60% smaller and its glaciated area 40% smaller. The impact of the late Little Ice Age (A.D. 1550 - 1850) on the sediments of Lake Sils is clearly apparent, with anomalously low concentrations of organic carbon and biogenic silica, but anomalously high values of median grain-size and mica content. In contrast, the period A.D. 800 - 1550 (partly coinciding with the Medieval Warm Period, A.D. 800 - 1300) is characterized by poorly sorted silici-clastics, high C/N ratios and high biogenic silica values, indicating major glacier recessions. The very recent sediments of both Lake Sils and Lake Silvaplana are signiicantly inluenced by waste water from the adjacent villages. Several steep, stepwise increases in organic carbon and biogenic silica concentrations have occurred since approximately A.D. 1900 in Lake Sils and A.D. 1960 in Lake Silvaplana. [...]

Diarrhoea is one of the major causes of childhood death in developing countries. In this research project, we studied factors that presumably affect the incidence of diarrhoea among young children in urban slums: consumption of safe drinks, hygiene behaviour, cleanliness of household surroundings and the quality of raw water. Beliefs concerning the causes of diarrhoea were also related to health-improving behaviour, namely the application of the water-treatment method SODIS (solar water disinfection) and hygiene behaviour. We conducted a survey in Kibera, a huge shantytown in Nairobi, Kenya. Field workers interviewed a random sample of 500 households. Analysis with regression models revealed that two out of the four postulated factors (mentioned above) were significant: children have a lower risk of contracting diarrhoea when they consume high percentages of safe drinks and live in households with good hygiene behaviour. As regards beliefs, we found that biomedical knowledge of children’s diarrhoea as well as the perceived social norm for treating water are associated with the use of SODIS and good hygiene behaviour. These findings underline the importance of water treatment at household level and safe hygiene practices for protecting the health of young children growing up in urban slum settlements. Our data suggest that these measures are more important for diarrhoea prevention than efforts focussing on cleaning up neighbourhoods.

<em>Overview</em><br />In this dissertation several factors influencing litter decomposition in streams were studied separately or, in some cases, in combination. All factors involved anthropogenic influences on ecosystems and thus tackled different topics of environmental relevance at a broad scale. The factors considered in the experiments reported here were dissolved nutrient concentrations in stream water (eutrophication), stream chemistry as affected by liming, functional litter diversity, and litter quality as affected by elevated concentrations of CO₂ in the atmosphere. [...]<br /><br /><em>Überblick</em><br />In dieser Dissertation wurden verschiedene Faktoren untersucht, die den Abbau von Laubstreu in Fliessgewässern beeinflussen. Die gewählten Faktoren spiegeln primär anthropogene Einflüsse auf Ökosysteme wider, die von grosser Bedeutung für die Umwelt sind. Konkret wurden die Einflüsse erhöhter Nährstoffkonzentrationen (Eutrophierung), pH-Werte und Wasserhärte, der funktionellen Laubstreudiversität sowie erhöhter atmosphärischer CO₂-Konzentrationen auf den Abbau von Laubstreu untersucht. [...]

Granular activated carbon (GAC) filters have been used for decades to remove various kinds of organic micropollutants (MP), disinfectant by-products and taste and odor (T&amp;O) compounds from water by adsorption. In recent years chemical oxidation by ozonation was implemented in many treatment plants before GAC filtration. During ozonation a substantial fraction of the natural organic matter (NOM) present in surface waters is oxidized to smaller and biodegradable compounds thus giving rise to elevated assimilable organic carbon (AOC) concentrations. This fraction is readily metabolized by the biomass present in the GAC filter. To date, the removal processes occurring in GAC filters are not completely understood and therefore most GAC filters have been designed empirically. Improved drinking water quality requirements (regulations of European Union and U.S. Environmental Protection Agency) and the availability of innovative treatment technologies make it necessary to rethink the role of activated carbon applications in water works. This necessitates gaining a more detailed understanding of simultaneously occurring processes in GAC filters, in particular with regard to adsorption and microbiological processes. [...]<br /><br />Granulierte Aktivkohle (GAK) wird seit Jahrzehnten in der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt, um verschiedene organische Spurenstoffe, Desinfektionsnebenprodukte und Geruchs- und Geschmackstoffe durch Adsorption zu entfernen. In den letzten Jahren wurde in vielen Trinkwasserwerken die Ozonung als Vorstufe zur GAK Filtration eingeführt. Ein beträchtlicher Teil des im Zulauf, d.h. in Oberflächengewässern enthaltenen, natürlichen organischen Materials (NOM) wird während der Ozonung zu kleineren und biologisch abbaubaren Verbindungen oxidiert. Dies führt zu einer signifikanten Zunahme an assimilierbarem organischen Kohlenstoff (AOC), der durch die im GAK Filter etablierte Biomasse leicht abgebaut wird. Da die Entfernungsprozesse in GAK Filtern bisher nicht vollständig verstanden sind, werden GAK Filter in der Regel empirisch dimensioniert. Erhöhte Anforderungen an die Trinkwasserqualität (Regelungen der European Union und U.S. Environmental Protection Agency) sowie die Verfügbarkeit innovativer Behandlungstechnologien bedingen ein Überdenken der Rolle von GAK in der Trinkwasseraufbereitung. Dies macht ein detailliertes Verständnis der im GAK Filter zeitgleich stattfindenden Prozesse, insbesondere der Adsorptions- und mikrobiologischen Prozesse, erforderlich. [...]

Most of the wastewater generated worldwide is discharged untreated into aquatic systems, thus leading to water pollution and loss of valuable nutrients. Furthermore, since most of the nutrient load finding its way into water bodies cannot be recovered for food production, artificial fertilisers must cover the agricultural nutrient demand. Production of artificial nitrogen fertiliser is energyintensive and phosphate rocks have to be mined for the production of phosphorus fertilisers. Phosphorus reserves are, however, likely to be depleted in the near future. To secure water and phosphorus reserves for future generations, new environmental sanitation concepts are required to promote the saving and reuse of limited resources and preserve the environment.<br />The material flow analysis (MFA) method can be used to develop such concepts by simulating for example the impact of different types of sanitation infrastructure, consumption patterns and agricultural reuse practices on resource consumption and environmental pollution. However, application of this method in developing countries is constrained by limited data availability and data collection means. [...]<br /><br />Das Management von Ressourcen wie Wasser und Nährstoffen im konventionellen Siedlungswasser- und Abfallwirtschaftssystem ist nicht nachhaltig. Folglich müssen neue Konzepte entwickelt werden, welche Ressourcen schonen und die Umwelt schützen. Die Methode der Stoffflussanalyse (MFA) unterstützt das Erarbeiten solcher Konzepte. Sie erlaubt es, die Auswirkungen von verschiedenen Abfall- und Abwasserbehandlungstechniken, Konsumverhalten und landwirtschaftlichen Wiederverwertungspraktiken auf Ressourcenverbrauch und Umweltverschmutzung zu simulieren. Die Anwendung dieser Methode in Entwicklungsländern ist aber durch die begrenzte Datenverfügbarkeit und fehlende Mittel für Datenerhebung eingeschränkt. Die vorliegende Dissertation präsentiert deshalb einen Ansatz zur Entwicklung und Kalibrierung von zuverlässigen Stoffflussmodellen trotz begrenzter Datenverfügbarkeit. Weiter wird in dieser Arbeit das Verständnis des Nährstoffverhaltens im Siedlungswasser- und Abfallwirtschaftssystem vertieft.<br />Ein Instrument für die Planung von Siedlungswasser- und Abfallwirtschaftssystemen wurde aufgebaut. Es erlaubt, die Auswirkungen von verschiedenen Szenarien auf Wasser- und Nährstoffverbrauch, Nährstoffeinleitung in die Umwelt sowie Nährstoffwiederverwertung für die Nahrungsmittelproduktion zu evaluieren. Es besteht im Wesentlichen aus einem stochastischen Modell, welches Güter-, Stickstoff- und Phosphorflüsse in einem regionalen Siedlungswasser-, Abfall- und Landwirtschaftssystem beschreibt. Das Instrument integriert auch Konzepte zur Unsicherheitsanalyse und Plausibilitätsprüfung in die MFA-Methode. Es enthält weiter eine Datenbank mit Default-Werten für verschiedene Modellparameter und für Plausibilitätskriterien. Ein Microsoft Excel®-Programm erlaubt es, die verschiedenen Elemente des Instruments umzusetzen. Dieses wurde im Rahmen einer Fallstudie in Hanoi, Vietnam, getestet. [...]

Endocrine disrupting chemicals (EDCs) are exogenous substances that can disrupt the endocrine system of organisms by acting as hormone agonists or antagonists. EDCs are ingested mainly via food, air and water and bioaccumulate in the body. Effects suspected of being caused by bioaccumulated EDCs (internal exposure) are found in all taxa of organisms around the world. However, specific EDCs as the causative agent have not yet been identified for all these effects. The fact that it is not possible to identify EDCs using their chemical structure alone makes the search for EDCs more difficult. [...]<br /><br />Chemikalien mit hormonaktiver Wirkung (EDCs) sind Substanzen, welche das endokrine System nachteilig beeinflussen können, indem sie eine ähnliche Wirkung wie endogene Hormone zeigen oder ihnen entgegenwirken. Nahezu alle Lebewesen sind ihnen heutzutage in mehr oder weniger starkem Ausmass, durch kontaminierte Nahrung, Luft und Wasser, ausge-setzt und reichern sie im Körper an. Gesundheitliche Auswirkungen, die in Verdacht stehen, durch bioakkumulierte EDCs (interne Exposition) hervorgerufen zu sein, sind über die Art-grenzen hinaus bereits auf der ganzen Welt entdeckt worden, wobei noch nicht alle Effekte spezifischen EDCs haben zugeordnet werden können. Die Ursache liegt unter anderem darin, dass die Gesamtheit der EDCs nicht bekannt und eine Identifizierung durch die Tatsache erschwert ist, dass die chemische Struktur einer Substanz keine eindeutige Bestimmung als EDC zulässt. [...]

Pollution of natural resources is a core problem related to the current syndromes of global change. In particular, major rivers in developing and emerging countries suffer increasingly severe water degradation. The conventional approach to <em>address river water pollution</em> is based on mathematical models, such as QUAL2E, WASP or MIKE11, which allow simulating hydrodynamic and water quality transformation processes within the river water. These models focus on the points where pollution is discharged into the main river but they do not investigate into the actual origins and the processes generating the pollution. The simulated mitigation scenarios are generalized and lead to strategy plans that fail to clearly identify and prioritize effective water quality remediation measures.<br />With the current research, a <em>mathematical Material Flow Analysis (MMFA)</em> is conducted as an alternative approach to address river water pollution. Nutrient pollution (nitrogen and phosphorus) in the <em>Thachin River Basin</em> in Central Thailand is presented as a case-study. Using available data and system knowledge, a simple stationary MFA model is established. The simulations give an overview over the origins, flow paths and relative importance of nutrient loads from the various pollution sources in the basin. The orders of magnitude of nutrient loads which can be expected from the various sources are quantified, their influential parameters identified and effective mitigation measures evaluated. Based on an uncertainty and sensitivity analysis, needs for further investigations are specified.<br />According to the model simulations AQUACULTURE is <em>currently </em>the most critical nutrient pollution source in the Thachin River Basin, followed by RICE and PIG production. INDUSTRIES could produce similar nutrient loads, if the uncertainty range of our simulations is considered. The remaining pollution sources of HOUSEHOLDS, FIELDCROPS, FRUIT &amp; VEGETABLES, POULTRY production and WATER PLANTS are of moderate or low significance. The relative importance of the various pollution sources shifts when <em>down-scaling the model</em> to the provincial level, thus highlighting the necessity of discussing remediation measures on a provincial scale. Simulations of selected mitigation <em>scenarios </em>show that a significant reduction of the basin’s nutrient loads could be achieved by, e.g., an improved management of AQUACULTURE wastewater, lower fertilizer application rates in RICE farming or an optimum managment of PIG farms.<br />Cross-checks with local and international data show that our model results are in a<em> plausible</em> range, despite the high uncertainty of some variables. Comparing the simulated nutrient loads with <em>water quality and flow measurements</em> in the river system, however, a large discrepancy is apparent. This indicates a significant nutrient <em>retention </em>within and/or loss from the river system. Considering the “bathtub” character of the Thachin River Basin, with its warm water temperature, slow flow velocites, partially closed water gates and its widespread coverage by aquatic plants, such high retentions and losses are indeed plausible: as sedimentation, within the stagnant canal system, via uptake by/harvest of aquatic plants or as N emission to the atmosphere.<br />Once established, the MFA model can now serve as an alternative <em>scientific basis for decisionmaking</em> towards effective river water quality remediation in the Thachin River Basin. Concrete measures can be evaluated amongst concerned stakeholders and existing action plans and projects revised.<br />Based on the findings of the current MFA model, average per-unit nutrient loads from the various pollution sources (<em>transfer functions</em>) are specified. These can be used for a first broad quantification of nutrient pollution loads in <em>comparable river basins</em>, by extrapolating these figures according to available statistical figures (population numbers, land use areas, etc).

Lakes are recognized for their effective removal of nitrogen from aquatic systems and for their potential global significance as a long-term sink of organic carbon. Processes in the surface sediment determine the degradation state of organic matter (OM) and thus the extent of OM that will be preserved in deeper sediments. The aim of this thesis was to identify and quantify mineralization pathways in surface sediments of lakes with different trophic status. Since biogeochemical processes are most intense in a narrow layer just below the sediment surface, a microscale approach was used to measure accurately concentration profiles in the sediment porewater.<br />A promising analytical tool is the application of chemical microsensors. Hence, LISA, a profiling lander system was optimized to study biogeochemical processes in situ at the sediment-water interface of deep lakes (depth of up to 200 m). This device was equipped with up to 18 microelectrodes connected to a stepping motor that allowed sub-millimetre vertical resolution. The different ionselective sensors allowed new observation possibilities in studying OM mineralization in freshwater sediments. [...]<br /><br />Seen eliminieren Stickstoff effektiv aus aquatischen Systemen und stellen langfristig wahrscheinlich eine global wichtige Senke für organischen Kohlenstoff dar. Prozesse im Oberflächensediment bestimmen den Zersetzungsgrad organischen Materials (OM) und somit auch das Ausmass von OM, das in tieferen Sedimentschichten konserviert wird. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Mineralisationswege in Oberflächensedimenten von Seen mit unterschiedlichen Trophiegraden zu identifizieren und zu quantifizieren. Da die biogeochemischen Prozesse in einer dünnen Schicht direkt unter der Sedimentoberfläche am intensivsten sind, wurde ein feinskaliger Ansatz gewählt, um Konzentrationsprofile im Porenwasser möglichst genau zu messen.<br />Eine vielversprechende analytische Methode ist die Anwendung chemischer Mikrosensoren. Dafür wurde ein Profiling Lander System (LISA) optimiert, um biogeochemische Vorgänge direkt am Seegrund von tiefen Seen (bis zu 200 m) messen zu können. Dieses Gerät wurde mit bis zu 18 Mikroelektroden und einem Schrittmotor ausgerüstet, der eine vertikale Auflösung im Submillimeterbereich ermöglichte. Die verschiedenen ionenselektiven Sensoren eröffneten neue Möglichkeiten, um die Mineralisation von OM in Süsswasser-Sedimenten zu untersuchen. [...]

Aquatic environments retain a large quantity of carbon and have a significant influence on the global carbon and nitrogen cycles. It is therefore essential to understand the mechanisms responsible for the transformation and accumulation of organic material and to characterize its composition. During the last few decades, environmental conditions like anoxia, nature and origin of contributed material, sedimentation regime, and adsorption to mineral particles were identified as important factors for carbon accumulation. Furthermore, some specific environments are considered to accumulate carbon more efficiently than others, as for instance, anoxic and iimnic systems. Although progress has been made in characterizing organic compounds, rather large fractions of the organic matter in aquatic systems still remain unidentified. [...]<br /><br />Gli ambicnti acquatiei ritengono un'enormc quantità di carbonio cd lianno quindi un'innuen/a rilcvantc sui cicli globali di carbonio cd a/oto. Risulta dunque fondamentale comprendcrc i mcccanismi rcsponsabili dclle traslbrma/ioni e delTaecumulazione della materia organiea e eonoscerne la composizionc. Purtroppo, nonostantc la presen/a di numcrosi studi, gran parte della materia organiea non c ancora stata identificata. Lsistono degli ambienti speeifici, in cui la materia organiea è aecumulata in modo parlicolarmente efficiente, per esempio, in sistemi anossici c in sistemi lacustri. Le cause delTaecumulazione più efficiente sono ancora incerte, tutlavia csistono diverse ipotesi che suggeriscono un inllusso da parle dell'anossia, della natura della materia di sedimentazione, del regime di sedimenta/ione e dell'adsorbimento a materia inorganica. [...]

Riverine floodplains are complex ecosystems that undergo cycles of expansion, contraction, and fragmentation along the longitudinal, lateral, and vertical dimensions. They can be conceptualized as a three dimensional shifting habitat mosaic. Thus, they can serve as model ecosystems to investigate the linkage between environmental heterogeneity and ecosystem functioning.<br />The primary goal of the study was to assess environmental heterogeneity at the habitat and landscape level in a floodplain ecosystem and to link this environmental heterogeneity with ecosystem processes. The focus was on respiration as a key process in the carbon cycle that integrates the energy flow through the biotic compartments of aquatic and terrestrial ecosystems. [...]<br /><br />Schwemmebenen sind komplexe Ökosysteme, die einem Kreislauf von Expansion, Kontraktion und Fragmentierung entlang der longitudinalen, vertikalen und lateralen Dimension unterlegen sind und können somit als dreidimensionale, sich verändernde Habitatmosaike betrachtend werden. Aus diesem Grund stellen sie Modellökosyteme zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen der Heterogenität und dem Funktionieren von Ökosystemen dar.<br />Das Hauptziel dieser Arbeit war, die Heterogenität einer Schwemmebene sowohl auf Habitat als auch auf Landschaftsebene zu untersuchen und den Zusammenhang zwischen Heterogenität und Ökosystemprozessen aufzuzeigen. Insbesondere wurde die Respiration untersucht, ein Schlüsselprozess im Kohlenstoffkreislauf aquatischer und terrestrischer Ökosysteme. [...]

The discovery of an extraordinarily abundant and diverse viral community in oceans and lakes has profoundly reshaped ideas about global carbon, nutrient fluxes, food web dynamics, and maintenance of microbial biodiversity. These impacts are exerted through the massive viral impact on the population dynamics of heterotrophic bacterioplankton and primary producers. The general objectives of this doctoral research were to determine the dynamic and composition of benthic and pelagic viral communities in aquatic ecosystems by using qualitative fingerprinting (Pulsed Field Gel Electrophoresis) and quantitative methods (transmission electron microscopy, epifluorescence microscopy, flow cytometry). A “mosaic approach” was used to gain insight into viruses and their ecological roles in both freshwater and marine ecosystems. Specifically, I aimed to estimate the viral distribution and viral induced bacterial mortality in different benthic habitats in the littoral zone of a lake (Chapter 1), to determine the total viral genome distribution in benthic and pelagic systems (Chapter 2), to assess the degree of temporal and horizontal spatial variation in viral abundance in a lake (Chapter 3), and to detect climate change effects on viral abundance and infectivity (Chapter 4). Studies were conducted in a Swiss lake and in freshwater, brackish and marine ecosystems in Denmark. [...]<br /><br />La scoperta di una comunità virale straordinariamente abbondante e diversa in oceani e laghi, ha portato a riformulare le idee sui flussi di carbonio e nutrimenti, sulle dinamiche delle reti alimentari e sul mantenimento della biodiversità microbiologica. Infatti, i virus hanno un ruolo fondamentale sulle dinamiche delle popolazioni di batterioplancton e di produttori primari.<br />Gli obiettivi generali di questo dottorato sono quelli di determinare la dinamica e la composizione delle comunità virali del dominio bentonico e pelagico in ecosistemi acquatici tramite l’impiego di tecniche di fingerprinting (elettroforesi in campo pulsato; PFGE) e metodi quantitativi (microscopio elettronico a trasmissione, microscopio a epifluorescenza, citometria a flusso). Per chiarire la distribuzione dei virus, la loro ecologia e il loro ruolo nei sistemi marini e lacustri é stato utilizzato un “approccio a mosaico”. Nello specifico, nel primo capitolo, si é determinata la distribuzione dei virus e il tasso di mortalità che questi provocano sui batteri in differenti substrati bentonici che caratterizzano una zona litorale. Nel secondo si é studiato la distribuzione dell’intero genoma virale in sistemi bentonici e pelagici. La variazione temporale (giornaliera e stagionale) e quella spaziale dell’abbondanza virale é stata esaminata nel terzo capitolo. Per finire, nel quarto capitolo sono stati valutati gli effetti del cambiamento climatico sull’abbondanza e infettività virale. Queste ricerche sono state effettuate in un lago svizzero e in diversi ecosistemi acquatici in Danimarca: sistemi lacustri, marini e salmastri. [...]

Population persistence in temporary streams can result via local adaptation (specialization) or adaptive phenotypic plasticity in response to stream drying. If populations lack an adaptive response to stream drying, local population extinctions can occur, and apparent population persistence results from colonization from other streams, resulting in source-sink metapopulation dynamics. This thesis consists of four studies that investigated life history plasticity, gene flow, and population genetic structure of an alpine caddisfly (<em>Allogamus uncatus </em>Brauer) that inhabits permanent and temporary streams in the Swiss Alps. Two studies were conducted to assess whether populations show an adaptive strategy to seasonal time constraints, and two studies were conducted to quantify gene flow between stream types, and determine the genetic consequences of population extinction and recolonization.<br />The first study used a common garden experiment to assess whether males and females from both stream types differed in their life history responses to photoperiod and hydroperiod time constraint cues. I found that populations exhibited life history plasticity, although the responses varied by time constraint cue and sex. Larvae from both stream types developed faster in the ‘late season’ photoperiod, and males developed faster and emerged at a smaller size than females. Permanent stream larvae had lower growth rates when stressed by hydroperiod, but higher growth rates when stressed by both time constraints. Temporary stream females also had higher growth rates when stressed by both time constraints, whereas temporary stream males did not respond to hydroperiod. Contrary to my prediction, temporary stream insects did not develop faster and emerge earlier than permanent stream insects. [...]<br /><br />Das Überleben von Populationen in unbeständigen Habitaten kann durch lokale Adaptation (Spezialisierung) oder adaptive phänotypische Plastizität sichergestellt werden. Wenn Populationen nicht über eine adaptive Antwort auf z. B. das Austrocknen eines Baches verfügen, kann dies zum lokalen Aussterben führen und das weitere Existieren der Population wird nur durch erneute Wiederbesidlung aus anderen Populationen gewährleistet-, es bildet sich eine Metapopulationsdynamik.<br />Diese Dissertation besteht aus vier Abschnitten, die sich mit „life history“ Plastizität, Genfluss und der populationsgenetischen Struktur der alpinen Köcherfliege <em>Allogamus uncatus </em>Brauer befassen, die in solchen temporären Bächen in den Schweizer Alpen vorkommt. Zwei Arbeiten befassen sich dabei mit der Frage, ob die Populationen eine adaptive Antwort auf saisonale Zeitbeschränkungen zeigen. Zwei weitere Arbeiten versuchen Genfluss zwischen Populationen aus temporären und dauerhaften Habitaten zu quantifizieren und damit auch die genetischen Konsequenzen von Extinktion und Rekolonisierung aufzuzeigen.<br />Die erste Studie versuchte mittels eines “common garden”-Experiments zu klären, ob Reaktionen in den „life-history“-Parametern bei Reizen kurzer Photoperiode und Trockenstress zu beobachten waren und ob Männchen und Weibchen sich in dieser Reaktion unterschieden. Ich konnte bestätigen, dass die untersuchten Populationen plastischen reagiert haben. Allerdings unterschieden sich die Ergebnisse in Abhängigkeit des Reizes und des Geschlechts. Männchen entwickelten sich generell schneller und waren beim Schlüpfen kleiner als Weibchen. Larven von beiden Bachtypen (temporär und dauerhaft) entwickelten sich aber unter Herbstphotoperiode schneller. Larven aus dauerhaften Bächen wuchsen langsamer unter Trockenstress, wuchsen aber unter einer Kombination von Trockenstress und Herbstphotoperiode schneller. Weibchen aus temporären Bächen zeigten eine ähnliche Reaktion gegenüber beiden Stressquellen, während Männchen aus temporären Bächen keine Reaktion auf Trockenstress zeigten. Entgegen meiner Erwartung schlüpften Tiere aus den temporären Bächen aber nicht generell früher als Tiere aus dauerhaften Bächen. [...]

Cosmogenic radionuclide data retrieved from natural archives, such as ice cores, are excellent tools to use for reconstruction of past solar activity and geomagnetic eld intensity, and to study past climate changes. To interpret the data correctly, however, it is essential to separate these di erent signals. The physics of the production rate of the cosmogenic radionuclides as a function of solar and geomagnetic activity is known, but their transport from the atmosphere into natural archives is not well understood. The main goal of this thesis is to ll this gap and to improve our understanding of the atmospheric transport of the cosmogenic radionuclides ¹⁰Be and ⁷Be. This was made using new observational data and performing modeling experiments with the ECHAM5-HAM general circulation model. This model is a three-dimensional atmospheric circulation model that includes aerosol physics and chemistry. [...]<br /><br />Kosmogene Radionuklide stellen wertvolle Tracer in den Umweltwissenschaften dar, die aus natürlichen Archiven, wie z.B. polarem Eis gewonnen werden konnen. Sie liefern Informationen über die Sonnenaktivität, die Stärke des Erdmagnetfeldes und das Klima in der Vergangenheit. Um diese Daten richtig interpretieren zu konnen, ist es wichtig, die unterschliedlichen Komponenten in den Messdaten zu trennen. Die Produktion kosmogener Radionuklide als Funktion der Sonnenaktivität und der Stärke des Erdmagnetfeldes ist gut bekannt, aber der Transport der Radionuklide in der Atmosphäre jedoch ist weniger gut verstanden. In dieser Arbeit wird der atmosphärische Transport der kosmogenen Radionuklide ¹⁰Be und ⁷Be untersucht. Dies geschieht mit Hilfe gemessener Daten wie auch Modellstudien mit dem allgemeinen Zirkulationsmodell ECHAM5-HAM. Dieses Modell ist ein dreidimensionales atmosphärisches Zirkulationsmodell, das auch Aerosolphysik und -chemie beschreibt. [...]

Decomposition of leaf litter is a key process in stream ecosystems and one that has been the focus of a considerable body of research. Much of this research has found that decomposition is sensitive to many common human activities and recently ecologists have suggested that decomposition rates could prove useful as a process-based means of assessing the condition of stream ecosystems. In order to be effective in detecting anthropogenic impacts, knowledge of the spatial variability of this process is needed so that natural variability can be distinguished from human impacts on decomposition rate. This dissertation, presented in 5 chapters, describes spatial patterns of variability in leaf decomposition rates in streams, and implicates some of its causes. [...]<br /><br />Die Zersetzung von Laubstreu ist ein Schlüsselprozess in Fliessgewässer-Ökosystemen und Gegenstand intensiver Untersuchungen. Viele der derzeit vorliegenden Forschungsergebnisse zeigen, dass der Streuzersetzungsprozess empfindliche auf menschliche Aktivitäten reagiert. Ökologen haben deshalb jüngst vorgeschlagen, dass die<br />Bestimmung von Abbauraten ein nützliches prozessbasiertes Mittel für die ökologische Zustandsbewertung von Fliessgewässern darstellen könnte. Um die Auswirkungen menschlicher Eingriffe auf Ökosysteme effektiv erkennen zu können, muss die räumliche Variabilität der Abbauraten bekannt sein, da nur so zwischen natürlicher Variabilität und anthropogenen Einflüssen differenziert werden kann. Die vorliegende Dissertation, die sich in 5 Kapitel gliedert, beschreibt die räumlichen Variabilitätsmuster des Streuabbau in Fliessgewässern und zeigt einige Gründe für die beobachteten Unterschiede auf. [...]

Herbicides are widely applied in the environment to prevent the development of weeds in crop production. In creeks and rivers, the input of certain herbicides occurs in pulse following rain events rather than in continuous exposure. As a consequence, non-target aquatic organisms, such as algae, might be repeatedly exposed to high concentrations following field application. Indeed, these peak concentrations were shown to surpass, several times during field application season, the suggested chronic water quality criteria (CQC) for Switzerland, which is set to protect the aquatic environment on the long-term.<br /><em>The scope of this thesis was to assess the effects on algae of time-varying exposure to herbicides, with a focus on the estimation of the effects caused by peak and sequential peak exposures. </em>[...]<br /><br />Les herbicides sont utilisés en agriculture pour lutter contre le développement de mauvaises herbes. Lors d’événements pluvieux, plusieurs d’entre eux peuvent être transportés par le ruissellement de surface, générant ainsi des pics de concentrations dans les cours d’eau récepteurs. Par conséquent, des organismes non-cibles sensibles aux herbicides, comme les algues, se trouvent potentiellement exposés à de fortes concentrations pouvant dépasser le critère de qualité chronique (CQC) proposé en Suisse et visant une protection à long-terme des organismes aquatiques.<br /><em>L’objectif de ce travail est d’évaluer les effets de fluctuations de concentrations d’herbicides sur les algues, et en particulier les effets liés à des pics d’exposition et des expositions séquencées.</em> [...]

The influence of the hydrodynamics in a seiche driven prealpine lake on the oxygen transport into and across the bottom boundary layer and the resulting response of the solute dynamics in the sediment were the main focus of this thesis.<br />Previous studies have shown that a diffusive boundary layer existed in the investigated lake which correlated well with the turbulence level in the bottom boundary layer. In order to characterize the hydrodynamics in the vicinity of this diffusive sublayer at the last cm above the sediment a novel flow sensor for in situ measurements was used. This sensor could cope with the very low flow velocities close at the sediment water interface. It was thoroughly tested for its suitability as an in situ device. Its signal dependence on pressure, temperature and flow direction was analyzed and the necessary algorithms for the signal postprocessing of the in situ measurements were developed. The recorded flow profiles showed the collapsing turbulence close to the sediment water interface and the transition of the viscous boundary layer into a logarithmic layer. The obtained results compared also well with the horizontal velocities recorded simultaneously with an acoustic Doppler velocimeter. [...]<br /><br />Die vorliegende Arbeit befasst sich hauptsächlich mit dem Einfluss der Seiche induzierten Strömung auf den Sauerstofftransport in die und innerhalb der Bodengrenzschicht und der daraus resultierenden Reaktion gelöster Stoffe im Sediment in einem Voralpensee.<br />Ausgangspunkt der Studie war eine frühere Arbeit, die gezeigt hat, dass im untersuchten See ein starker Zusammenhang zwischen diffusiver Grenzschicht und dem Turbulenzniveau der Bodengrenzschicht besteht. Um die Strömungsverhältnisse in der Nähe der dieser diffusiven Schicht genauer zu untersuchen wurden Messungen innerhalb der letzten Zentimeter über dem Sediment mit einem neuartigen Strömungssensor durchgeführt. Dieser Sensor kann auch extrem niedrige Strömungsgeschwindigkeiten, wie sie in der Nähe der Sediment Wasser Grenzschicht auftreten, bestimmen. Ausführliche Tests erwiesen die Eignung des Gerätes für die in situ Anwendung am 35 m tief gelegenen Seegrund. Die im See gemessenen Strömungsprofile zeigten dass die Turbulenz in der Nähe der Sediment Wasser Grenzschicht zusammenbricht. Der Übergang der viskosen in die logarithmische Grenzschicht wurde ebefalls beobachtet. Parallele Vergleichsmessungen mit einem Acoustic Doppler Velocimeter stimmten sehr gut mit den Daten des Flussensors überein. [...]

Rivers and their fringing floodplains are among the most complex, dynamic, and therefore, diverse ecosystems worldwide. Flow and flood pulses are responsible for the formation and structure of different habitats, and these pulses define the degree of connectivity among habitats. Floods and droughts represent two extremes of the flow regime. Between these extreme states, riverine floodplains undergo distinct cycles of expansion and contraction along longitudinal, lateral, and vertical dimensions, and therefore, shift between terrestrial and aquatic phases. In Europe, most rivers and floodplains have been severely altered by human activities, with dramatic consequences for their biodiversity and functioning. To successfully manage riverine floodplains, we need to understand how temporal and spatial heterogeneity, including expansion and contraction dynamics, and the composition and configuration of habitats determine ecosystem processes. Research for this thesis was conducted along the Tagliamento River in northeastern Italy. This system represents a unique opportunity to study ecosystem processes under near-natural conditions, as it has retained an essentially pristine morphological and hydrological character.

Water quality as a key to public and ecosystem health has been identified already for many decades. The question about the quantitative aspect of sufficient fresh water on a global scale has only recently found its way into scientific and policy discussions. Traditional studies of food production potential largely ignore water as a limiting factor. An increasing awareness of the importance of water in food production is of recent origin. Many attempts have been made to integrate water into the global and national food studies. Despite these efforts, a systematic tool that is capable of analyzing water-food relations with a high spatial resolution and covering the whole world has not yet been developed prior to the work descried in this thesis.<br />The aim of this thesis is to develop a GIS-based EPIC model (GEPIC) to investigate waterfood (crop) relations with a high spatial resolution on different geographical scales. The GEPIC model is applied for the analysis of crop water productivity (CWP), virtual water flows associated with food trade, and green and blue water contributions to food production. [...]<br /><br />Bereits seit vielen Jahrzehnten wurde die Wasserqualität als ein Schlüssel zur Gesundheit der Bevölkerung und der Ökosysteme erkannt. Fragen zum quantitativen Gesichtspunkt von ausreichendem Süsswasser auf globaler Skala haben erst in letzter Zeit Eingang in die wissenschaftliche und politische Diskussion gefunden. Herkömmliche Studien über das Potential der Nahrungsmittelproduktion haben das Wasser als einen einschränkenden Faktor weitgehend ignoriert. Ein zunehmendes Bewusstsein der Bedeutung des Wassers in der Nahrungsmittelproduktion ist neuen Ursprungs. Es wurden Versuche unternommen das Wasser in globale und nationale Nahrungsmittelstudien zu integrieren. Trotz dieser Bemühungen wurde vor dieser Doktorarbeit kein systematisches Hilfsmittel entwickelt, das in der Lage ist den Zusammenhang zwischen Wasser und Nahrungsmitteln mit einer hohen räumlichen Auflösung und einer weltweiten Abdeckung zu analysieren.<br />Das Ziel dieser Doktorarbeit war es ein GIS-basiertes EPIC Modell (GEPIC) zu entwickeln, mit dem es möglich ist den Wasser-Nahrungsmittel (Ernteertrag) Zusammenhang mit einer hohen räumlichen Auflösung und auf unterschiedlichen geographischen Skalen zu untersuchen. Das GEPIC Modell wird für Untersuchungen der Feldfruchtproduktion pro Wassereinheit (crop water productivity, CWP), der virtuellen Wasserströme, die mit dem Nahrungsmittelhandel verbunden sind, sowie dem Beitrag des grünen und des blauen Wassers zur Nahrungsmittelproduktion verwendet. [...]

In Chapter 1 a Bayesian uncertainty analysis of 12 parameters of the Bern2.5D climate model is presented. This includes an extensive sensitivity study with respect to the major statistical assumptions. Special attention is given to the parameter representing climate sensitivity. Using the framework of robust Bayesian analysis, we first define a non-parametric set of prior distributionsfor climate sensitivity <em>S</em> and then update the entire set according to Bayes' theorem. The upper and lower probability that <em>S</em> lies above 4.5 °C is calculated over the resulting set of posterior distributions. Furthermore, posterior distributionsunder different assumptions on the likelihood function are computed. We find that the main characteristicsof the marginal posterior distributions of climate sensitivity are quite robust with regard to statistical modeis of climate variability and observational error. However, the influence of prior assumptions on the tails of distributionsare substantial considering the important political implications. Moreover, we find that ocean heat change data have a considerable potential to constrain climate sensitivity. [...]<br /><br />Das erste Kapitel enthält eine Bayessche Unsicherheitsanalyse von 12 Parametern des Bern2.5D Klimamodells. Dies umfasst eine ausführliche Untersuchung zur Sensitivität bezüglich der statistischen Annahmen. Besondere Aufmerksamkeit wird dem Parameter Klimasensitivitat <em>S</em> gewidmet. Wir definieren eine nicht-parametrische Menge von Verteilungen für <em>S</em>. Mit Hilfe von Bayes Theorem wird die daraus resultierende Menge der a posteriori Verteilungen bestimmt. Die obere und untere Wahrscheinlichkeit, dass<em> S</em> grösser ist als 4.5 °C, wird berechnet. Zudem schätzen wir a posteriori Verteilungen unter verschiedenen Amrahmen an die Likelihood Funktion. Die wichtigsten Eigenschaften der Randverteilungen fiir die Klimasensitivität erweisen sich dabei als ziemlich robust bezüglich statistischen Annahmen an den Beobachtungsfehler und die Klimavariabilität. Der Einflus von a priori Annahmen haben aber einen beträchtlichen Einflus auf die Schwänze der Verteilungen. Es zeigt sich auch, class die Daten zur Änderung des Wärmeinhalts des Ozeans wahrend der letzten Jahre massgeblich zur Einschränkung der Verteilung von <em>S</em> beitragen. [...]

Decisions about reach-scale river rehabilitation for the purposes of flood protection and ecological enhancement require prediction of the possible consequences of management alternatives. To provide such predictions, an integrative river rehabilitation model is necessary that represents the principal cause-effect relations between rehabilitation options and morphological, hydraulic, and ecological consequences. In 2000, the interdisciplinary “Rhone/Thur River Rehabilitation Project” was initiated to improve the understanding of the ecological and socio-economic consequences of river rehabilitation projects and to supply advice for future efforts. One subproject of this research program is the development of an integrative river rehabilitation model (IRRM) to predict the hydraulic-morphological situation after river management actions and the resulting changes in the terrestrial and aquatic ecosystems. The focus is on reach-scale rehabilitation actions that primarily involve widening the stream corridor and allowing the river to take a more natural course. Therefore, the primary decision is how much space to give the river so that an optimal trade-off between benefits and costs is obtained. Although developed for Midland rivers in Switzerland, the IRRM is intended to be as generally applicable as possible by using quantities that are either readily available or easily predictable even for a changed channel morphology. [...]<br /><br />Entscheide über grossräumige Flussrevitalisierungen zur Verbesserung des Hochwasserschutzes und der ökologischen Lebensraumbedingungen erfordern Vorhersagen über die möglichen Konsequenzen verschiedener Alternativen. Dafür ist ein integratives Flussrevitalisierungsmodell nötig, das die wichtigsten Ursache-Wirkungs-Beziehungen von Flussaufweitungen auf die Flussmorphologie, Hydraulik und Ökologie abbildet. Innerhalb des interdisziplinären Forschungsprojekts „Rhone-Thur“ wurde ein solches integratives Flussrevitalisierungsmodell (IFRM) zur Vorhersage der hydraulischmorphologischen Bedingungen nach einer Aufweitung und den daraus resultierenden Änderungen in den terrestrischen und aquatischen Ökosystemen entwickelt. Das IFRM konzentriert sich dabei auf grossräumige Massnahmen wie Flussaufweitungen, die wieder Raum für einen natürlicheren Flusslauf geben. Dabei ist entscheidend, wie viel Raum (welche Breite) einem Fluss (wieder) gegeben werden soll, um einen optimalen Kompromiss zwischen ökologischen und sozio-ökonomischen Verbesserungen und Kosten zu erreichen. Das IFRM wurde für schweizerische Mittelland-Flüsse entwickelt und als Modelleingabewerte werden nur leicht zugängliche (vor einer Aufweitung) oder auch für eine veränderte Flussmorphologie vorhersagbare Grössen berücksichtigt. [...]

Today, the majority of the world’s rivers and streams is strongly exploited by man. These exploitations have led to considerable degradation of running water ecosystems, as demonstrated by the threat to many riverine fish species or the extensive decline in wetlands. Ecosystem services, such as the provision of drinking water resources or flood retention, are also considerably affected by the degradation of river systems.<br />In recent years, increasing efforts have been undertaken to bring the gradual degradation to a halt and to return impaired river systems to a more natural state (restoration and rehabilitation, respectively). Often, an emphasis is placed on the recreation of the natural channel structure, which is expected to positively affect aquatic organisms. However, there was no obvious biological response in several projects. In this context, science has the exciting task of identifying the responsible recovery processes and contributing to an improved rehabilitation practice. [...]<br /><br />Die Mehrheit der Fliessgewässer weltweit ist stark durch den Menschen genutzt. Dies wirkt sich vielerorts negativ auf die aquatischen Lebensgemeinschaften aus, wie die Gefährdung zahlreicher Flussfischarten oder der massive Rückgang an Feuchtgebieten zeigen. Aber auch menschliche Güter sind von der Beeinträchtigung der Gewässer betroffen, so etwa die Versorgung mit Trinkwasser oder der Hochwasserrückhalt.<br />Mit der Revitalisierung von Fliessgewässern wird seit einigen Jahren versucht, der fortschreitenden Verschlechterung Einhalt zu gebieten und Flüsse und Bäche wieder in einen naturnäheren Zustand zurückzuführen. Häufig steht dabei die Wiederherstellung einer naturnahen Gewässerstruktur im Vordergrund, von der man sich eine positive Wirkung auf die aquatischen Lebewesen erhofft. In zahlreichen Projekten ist diese biologische Reaktion aber ausgeblieben. Es stellt sich der Wissenschaft die spannende Aufgabe, die verantwortlichen Prozesse zuidentifizieren und damit zu einer verbesserten Revitalisierungspraxis beizutragen. [...]

Since the 1980’s, local fishermen have been complaining about the declining fishing yield in Lake Brienz. A preliminary review indicated that the local whitefish (<em>Coregonus fatioi</em>) are suffering from undernourishment due to low phytoplankton and zooplankton densities. Two main hypotheses were put forth to explain the low level of biomass and fish food production: (1) during the last 30 years constructions of sewage treatment plants in the catchment have drastically reduced the phosphorus input into the lake. As phosphorus is the limiting nutrient, algae growth must have decreased accordingly. (2) Increasing hydropower production has lead to a continuous supply of suspended glacial particles which are transported with the melt water to the lake. The suspended particles reduce the light penetration, thus limiting algae growth to the top few meters of the lake. [...]<br /><br />Seit den 1980er Jahren klagen lokale Fischer über rückläufige Fischerträge im Brienzersee. Frühere Studien sind zum Schluss gekommen, dass die Felchenpopulationen im Brienzersee (Coregonus fatioi) an Unterernährung leiden, weil Zooplankton und Phytoplankton in nur sehr geringen Mengen vorkommen. Für das geringe Vorkommen des Planktons kommen zwei Hypothesen in Frage: (1) Im Laufe der letzten 30 Jahren hat der Bau von Kläranlagen im Einzugsgebiet den Phosphoreintrag drastisch reduziert. In der Folge muss sich die Primärproduktion entsprechend verringert haben. (2) Intensive Wasserkraftnutzung im Einzugsgebiet führt zu einem kontinuierlichen Schwebstoffeintrag in den See, wodurch sich die Lichtdurchflutung verringert und die Primärproduktion sich somit auf die obersten Meter des Sees beschränkt. [...]

The chemical speciation of copper determines its bioavailability and subsequently its toxicity for aquatic organisms. In the case of algae, the most significant uptake route of copper is the carrier-mediated transport of free copper ions (Cu²⁺). An alternative uptake route for copper was observed in the presence of hydrophobic ionogenic organic compounds like 8-hydroxyquinoline (oxine) and diethyldithiocarbamate, which can form stable complexes with metals.<br />The scope of this thesis was to evaluate the bioavailability and toxicity of an important group of hydrophobic copper-organic complexes, copper-8-hydroxyquinoline complexes, for the freshwater algae Scenedesmus vacuolatus. [...]<br /><br />Die chemische Speziierung des Kupfers bedingt seine Bioverfügbarkeit und dadurch seine Toxizität für aquatische Organismen. Im Falle von Algen ist der bedeutendste Aufnahmeweg des Kupfers der Carrier vermittelte Transport von freien Kupferionen (Cu²⁺). Ein alternativer Aufnahmeweg für Kupfer wurde in Gegenwart von hydrophoben ionogenen organischen Verbindungen wie z.B. 8-Hydroxyquinolin (Oxin) und Diethyldithiocarbamat beobachtet, welche stabile Komplexe mit Metallen bilden.<br />Ziel dieser Doktorarbeit was es, die Bioverfügbarkeit und Toxizität einer wichtigen Gruppe von hydrophoben Kupfer-organischen Komplexen, den Kupfer-8-hydroxyquinoline, für die Süßwasseralge Scenedesmus vacuolatus zu evaluieren. [...]

Hybridization and introgression are sources of genetic variation that can accelerate adaptation and speciation or slow them down. Hybridization occurs after secondary contact (i.e. two species meet after a period of temporal and/or spatial isolation) between partially reproductively isolated species. The evolutionary significance of hybridization, however, depends strongly on the frequency of hybridization events, on hybrid fitness and whether hybrid lineages can be maintained after their formation. Therefore, several potential outcomes of hybridization can be expected: it can lead to extinction of one or both of the two parental species, to coexistence of parental species and hybrids, to reinforcement (i.e. natural selection against the production of unfit hybrids), or to merging into novel populations of reticulate or polyphyletic origin due to introgressive hybridization. Hybridization might be especially important in species that can propagate both asexually and sexually, such as the cyclic parthenogenetic <em>Daphnia</em>. In <em>Daphnia</em>, long asexual phases are interrupted by short periods of environmentally induced sexual reproductive phases. Sexually produced eggs are released within a protective structure called an ephippium and hatch after a period of diapause when exposed to hatching stimuli. Ephippia are important for <em>Daphnia </em>to colonize new habitats, to re-colonize local populations after unfavourable events and to maintain or increase genetic variation. They can stay viable for decades and be found in so called diapausing egg banks in the sediment; equivalent to the seed banks of plants. [...]<br /><br />Zwischenartliche Hybridisation (Kreuzung zweier Arten) und Introgression (Einführung von Genen einer Art in den Genbestand einer anderen durch wiederholte Kreuzung und Rückkreuzung) gelten als Quellen für genetische Variabilität und können den Anpassungs- und Artbildungsprozess beschleunigen oder verlangsamen. Zwischenartliche Hybridisation findet zwischen zwei in ihrer Fortpflanzung teilweise getrennten Arten statt, welche sich vorgängig zeitlich und/oder räumlich getrennt voneinander entwickelt haben. Ob Hybridisation die Evolution zu beeinflussen vermag, hängt von der Kreuzungshäufigkeit, der Hybridfitness und der Stabilität bzw. Überlebensfähigkeit der hybriden Linien ab. Die folgenden Szenarien können aus der Kreuzung zweier Arten resultieren: Aussterben einer der zwei Elternarten, Zusammenleben der Elternarten mit den Hybriden, Verstärkung von Artbarrieren oder Verschmelzung der zwei Arten zu einer neuen Population mit netzartigem beziehungsweise polyphyletischem (von mehreren Ahnen abstammend) Ursprung. Zwischen Arten, wie zum Beispiel den zyklisch parthenogenetischen Wasserflöhen (<em>Daphnia</em>), welche sich sowohl sexuell als auch asexuell vermehren, kann Hybridisation besonders wirksam sein. Bei Wasserflöhen wechseln sich lange asexuelle Perioden mit kurzen, durch Umweltänderungen ausgelösten sexuellen Perioden ab. Sexuell produzierte Eier, so genannte Dauereier, werden dabei in eine schützende Hülle (Ephippium) entlassen. Dauereier können nachdem dem sie eine Ruhephase (Diapause) überdauert haben, durch entsprechende Anreize zum Schlüpfen gebracht werden. Ephippien sind für Daphnien wichtig, da sie die Besiedlung neuer oder die Wiederbesiedlung vorübergehend unbewohnbarer Lebensräume ermöglichen und die genetische Variabilität aufrechterhalten oder erhöhen helfen. Dauereier können jahrzehntelang lebensfähig bleiben und bilden einen Dauereiervorrat im Seesediment (entsprechend dem Samenvorrat der Pflanzen im Boden). [...]

Natural hybridization, which results in crossed individuals between genetically distinct populations of the same or different species, has received special attention in the discussion of processes maintaining biodiversity. In contrast to relatively slow evolutionary processes like genetic drift and natural selection, hybridization can alter genetic diversity within a single generation. There are different theories explaining why hybrids co-occur with their parental species. Either there is a dynamic equilibrium between hybrid production and selection against hybrids due to their sexual inferiority, or the relative hybrid fitness varies in space/time due to changing conditions. Among cyclically parthenogenetic species complexes (e.g. cladocerans of the genus <em>Daphnia</em>) the first scenario is rather unlikely because parthenogenetic reproduction reduces the risk of hybrid breakdown. This is because, when once produced, hybrid lineages can be maintained by asexual reproduction for an indefinite time period. Moreover, lakes, the natural habitats of hybridizing <em>Daphnia</em> populations, are characterised by highly fluctuating environmental conditions. The research described in my thesis focused on the question of which specific conditions promote the frequently observed dynamic coexistence within the<em> Daphnia galeata/hyalina/cucullata </em>species complex. [...]<br /><br />Durch die natürliche Hybridisierung entstehen Individuen, die Kreuzungen genetisch verschiedener Populationen der gleichen Art oder zwei verschiedener Arten sind. Sie hat bei der Diskussion über Prozesse, die die Biodiversität aufrechterhalten, eine grosse Beachtung erlangt. Im Gegensatz zu relativ langsamen evolutiven Prozessen, wie zum Beispiel genetischer Drift and natürliche Selektion, kann die Hybridisierung die genetische Diversität innerhalb einer einzigen Generation verändern. Es gibt verschiedene Theorien, die die Koexistenz von Hybriden und deren Elternarten erklären: Entweder gibt es ein dynamisches Gleichgewicht zwischen der Produktion von und der Selektion gegen Hybriden wegen ihrer sexuellen Unterlegenheit; oder die Fitness der Hybriden variiert in Raum und Zeit aufgrund wechselnder Bedingungen. Bei den sich zyklisch parthenogenetisch fortpflanzenden Artenkomplexen (z. B. den Cladoceren der Gattung <em>Daphnia</em>) ist das erste Szenario eher unwahrscheinlich, weil die parthenogenetische Reproduktion das Risiko des Aussterbens der Hybriden reduziert. Der Grund dafür ist, dass die Hybriden durch asexuelle Reproduktion über längere Zeit persistieren können. Zusätzlich sind Seen, die natürlichen Habitate von hybridisierenden Daphnienpopulationen, durch stark fluktuierende Umweltbedingungen charakterisiert. Die Forschung, die ich in meiner Doktorarbeit beschreibe, konzentriert sich auf die folgende Frage: Welche spezifischen Bedingungen fördern die dynamische und regelmässig beobachtete Koexistenz von Taxa innerhalb des <em>Daphnia galeata/hyalina/cucullata</em> Artenkomplex? [...]

Contemporary ecotoxicology is faced with the challenge of screening the ever increasing amount of diverse pollutants and assessing their eco-toxic potential – currently over 100’200 different commercially used chemical compounds are registered in Europe. Efficient ecotoxicological effect screenings are especially of interest for determining sub-acute toxicity. A promising approach to achieve this goal is to detect molecular effects, meaning an organism’s or cell’s direct or indirect response to a toxicant on a molecular level, e.g. gene induction or repression of toxicant-specific target genes. Assay systems based on the detection of immediate molecular effects have the advantage to be short-termed. In addition molecular effects can be specific, covering the various toxic mechanisms. Mechanistic endpoints could offer a better scientific basis for the commonly done inter-species extrapolation of toxicity data because nearly all mechanisms of toxicity are thought to have a molecular basis which is assumed to be more or less similar between organisms. [...]<br /><br />Die moderne Ökotoxikologie sieht sich mit einer ständig wachsenden Zahl von Schadstoffen konfrontiert – zurzeit sind über 100'200 verschiedene, gewerblich genutzte chemische Stoffe in Europa registriert – deren ökotoxikologisches Potential es zu erfassen gilt. Ein viel versprechender Ansatz, um dieses Ziel zu erreichen, ist das Messen molekularer Effekte. Damit gemeint sind die direkte oder indirekte molekulare Antwort einer Zelle oder eines Organismus auf einen Giftstoff, zum Beispiel die Induktion oder Repression spezifischer Gene. Testsysteme, die auf der Detektion sofortiger molekularer Effekte basieren, haben den Vorteil, von kurzer Versuchsdauer zu sein. Darüber hinaus können molekulare Effekte spezifisch sein und verschiedenste toxische Mechanismen abdecken. Mechanistische Endpunkte könnten eine bessere wissenschaftliche Grundlage darstellen, um die übliche Extrapolation von Toxizitätsdaten auf andere Spezies vorzunehmen, da fast alle Toxizitätsmechanismen vermutlich eine molekulare Basis haben, die mehr oder weniger ähnlich ist zwischen verschiedenen Organismen. [...]

<em>Escherichia coli </em>cycles between two different and equally complex habitats, the mammalian colon, and water and soil. Both habitats are predominantly carbon- and energy-limited and provide a multitude of organic compounds present at low or very low concentrations as growth substrates for heterotrophic microorganisms. While the physiology of growth-arrested<em> E. coli </em>cells is known in considerable detail, the adaptation to growth with low concentrations of carbon and energy substrates is less well understood.<br />During the shift to stationary phase in batch culture, <em>E. coli </em>prepares for starvation survival by expressing proteins that defend the cell against oxidative deterioration and other stresses. Many of these proteins are positively regulated by the alternative sigma factor RpoS (general stress response). The RpoS regulon is probably crucial for survival outside the host, thus good knowledge on environmental factors controlling RpoS levels is needed for a better understanding of the ecophysiology of <em>E. coli</em>. Using a set of chemostat and batch culture experiments, it is demontrated in this thesis that specific growth rate and not cell density nor the nature of the growth-limiting nutrient determines the intracellular concentration of RpoS in <em>E. coli</em>. Furthermore, high levels of RpoS-dependent hydroperoxidase II were found in an anaerobic chemostat culture, suggesting that the general stress response is already induced in the anoxic colon. [...]<br /><br />Der Lebenszyklus von <em>Escherichia coli </em>umfasst zwei sehr komplexe Habitate, den Dickdarm von Säugetieren und Wasser und Boden (Sekundärhabitat). Beide Habitate sind grösstenteils Kohlenstoff- und Energie-limitiert und heterotrophe Mikroorganismen müssen mit eine Fülle von organischen Substanzen zurechtkommen, die in niedriger oder sehr niedriger Konzentration vorhanden sind. Über die Physiologie von nicht mehr wachsenden (hungernden) <em>E. coli </em>Zellen weiss man bereits sehr viel, wohingegen die Anpassung an das Wachstum mit niedrigen Konzentrationen von Kohlenstoff- und Energiequellen weniger gut untersucht ist.<br />Während des Übergangs von ungehemmtem Wachstum zur stationären Phase in Batchkultur produziert<em> E. coli </em>Proteine, die die Zelle sowohl gegen die Schädigung durch Sauerstoffradikale als auch gegen andere potentiell negative Umweltfaktoren schützen und damit die Überlebenschancen während Hungerperioden verbessern. Die Expression vieler dieser Proteine hängt vom alternativen Sigmafaktor RpoS ab (generelle Stressantwort). Das RpoS Regulon is wahrscheinlich ein entscheidender Faktor für das Überleben ausserhalb des Wirtes. Für ein besseres Verständnis der Ökophysiologie von <em>E. coli</em> ist daher eine genaue Kenntnis der Umweltbedingungen, die die Menge an RpoS in der Zelle beeinflussen vonnöten. In dieser Doktorarbeit konnte mit Hilfe einer Reihe von Batchkultur- und Chemostat-experimenten nachgewiesen werden, dass die spezifische Wachstumsrate und nicht die Zelldichte oder die Art des wachstumslimitierenden Nährstoffs über die intrazelluläre Konzentration von RpoS entscheiden. Weiterhin wurde eine hohe spezifische Aktivität des RpoS-abhängigen Enzyms Hydroperoxidase II in anaeroben Chemostatkulturen festgestellt, was darauf hindeutet, dass die generelle Stressantwort bereits im anoxischen Dickdarm induziert wird. [...]

The transferability of a biogeochemical lake model developed for Lake Zurich was analyzed by confronting it with data from two other lakes. An iterative procedure of: (1) initial simulation, (2) lake-specific calibration, (3) joint calibration for all lakes and (4) sensitivity and identifiability analysis of model parameters was applied with the goal of finding a model with a minimum number of lake-specific parameter values. The application of this procedure led to a revised model structure with recalibrated values of some model parameters. The agreement of the model results with data from all lakes is good. The revised model needs only three parameters with lake-specific values. As the trophic states of the three lakes are significantly different, this demonstrates a remarkably high generality of the model. The main reasons for needing different values of these parameters were identified. They are the coarse spatial resolution of the sediment, the simplified description of mineralization processes in the sediment and the lack of a description of grazing of zooplankton by insect larvae and fish. Conclusions were drawn regarding which model extensions would make the model even more general.

Reaching the Millennium Development Goals for Sanitation is a challenge. Numerous technological innovations have been developed in the last decade. With innovation comes also an increasing lack of consistency and increased communication difficulties. This is especially true in rural and peri-urban West-Africa, where there is a desperate need for feasible sanitation systems and technologies which in the site specific context can achieve the intended objectives of health hygiene and well-being. NETSSAF (Network for the development of Sustainable Approaches for Large Scale Implementation of Sanitation in Africa) has developed a method for organizing and defining sanitation systems. Main goal is to assist in the decision making process to avoid fixed mind sets towards conventional solutions which to-date have not always shown to be the best choice in a site specific context. The systematization shall also help avoid that some waste components (e.g. greywater or faecal sludge form on-site technologies) are forgotten in the planning and master plan development.

Integrating material flow analysis (MFA) in environmental sanitation planning approaches would enable to design environmental sanitation strategies that minimise resource consumption and environmental pollution. A model based on the method of MFA and allowing to simulate the impact of different scenarios on groundwater abstraction, nutrient discharge in surface and groundwater, and reuse of nutrient for food production in peri-urban agriculture in Hanoi, Vietnam was developed. The development of sustainable environmental sanitation options requires a holistic approach in which various aspects such as user's perceptions and needs as well as costs, health and environmental impact of the proposed options are assessed. Currently, a new environmental sanitation planning approach - the household-centred environmental sanitation approach (HCES) - is being tested in several cities. In order to integrate the MFA in this planning approach, it should be conducted according to different levels such as household, neighbourhood, district, city, and regional levels so that it complies with the HCES concept of zones.

Aerobic and anaerobic methane oxidation has been investigated in a freshwater system (Lake Rotsee, Lucerne, Switzerland). High methane concentrations (up to 1mM) were detected in fall over several years in the anoxic water layer. Methane oxidation rates were highest in the interface between oxic and anoxic water layers around 8 to 10 meters. The profile of carbon isotopic composition of methane showed strong in-dications for methane oxidation at the same depth. Anaerobic methane oxidizers ANME-1 and ANME-2 and aerobic methane oxidizing bacteria (MOB) were detected at the interface and are responsible for the loss of methane. An estimation of methane emissions to the atmosphere showed an average flux of 6.7 mg/m<SUP>2</SUP>/d.

Greenhouse-gas (CH<SUB>4</SUB>, CO<SUB>2</SUB> and N<SUB>2</SUB>O) measurements in nine Swiss hydroelectric reservoirs showed a supersaturation of methane and carbon dioxide leading to calculated emission fluxes of 0.1-0.5 mg·m<SUP>−2</SUP>·d<SUP>−1</SUP> of methane and 500–1700 mg·m<SUP>−2</SUP>·d<SUP>−1</SUP> carbondioxide. Concentrations of N<SUB>2</SUB>O were close to saturation and fluxes negligible. Reservoirs from different altitude levels for greenhouse gas emissions showed no significant differences among each other.

In the rapidly growing cities of the developing world, problems and issues of Municipal Solid Waste Management (MSWM) are of major importance (Zurbrügg, 2002). Anaerobic digestion of the organic fraction – which can make up to 70% of the Municipal Solid Waste – is seen as a promising treatment option in tropical countries. This paper provides an overview of the actual "state-of-the-art" of the numerous operating biogas plants fed by kitchen and market waste in South India. Experience from an evaluation study conducted in August 2007 reveals the potential and challenges of dissemination of this rather new treatment option of the organic fraction of MSW in developing countries.

In the region of the Apuseni Mountains, a part of the Western Carpathians in Romania, mining activities have a long-standing tradition. But they also resulted in an apparent major acid mine drainage combined with a heavy metal pollution in surface waters. The acid mine drainage (AMD) production is due to enhanced pyrite oxidation in ore pits and deposits of ore.<br/><br/> The Criş Alb catchment covers an area of 4200 km<small>²</small>. The mining activities are concentrated in the upper basin, in which an open pit and several abandoned under ground mines are producing AMD that is discharged untreated into tributaries. Solid wastes of the mineral processing plants were deposited in several dumps and tailings dams.<br/><br/> During several field campaigns, water was collected mainly from surface waters, dug-wells, piezometers and impoundments. Solid samples were taken from river sediments and of the biggest tailings dams.<br/><br/> Inputs of tributaries polluted with acid mine waters only slightly increase concentration of heavy metals and sulphate in the upper Criş Alb River. Water in the main river water remains neutral. These results contrast with those found in the neighbouring Certej catchment, where mining activities result in a strong acidic and heavy metal pollution. Metal concentrations measured at the upper station and in tributaries upstream mining areas reflect roughly background values. They fall in the range of the environmental quality standards proposed by the EU Water Framework Directive. Outflow of the big tailings dams and tributaries downstream old mines exhibit the first sign of acid mine drainage production. However, most heavy metal concentrations fall nearly to background values. These waters still have an acid neutralizing capacity. Metal concentrations in sediments taken in the active river channel display a decreasing trend downstream. The sequential extraction essay demonstrates that the mineralogy of the primary material deposited and the pH will be changed when waste ore deposits react with oxygen diffusing into the tailings.<br/><br/> In general, Criş Alb river water exhibits only a small impact by mining activities, although hot spots of acidic mine waters inputs exist in the upper valley and heavy metals in particles accumulate in river sediments.<br/><br/> The results of this study can be used by various stakeholders, mainly the mining companies, local municipalities and environmental protection county authority bodies in order to integrate them in their post-mining measures, making them aware by the potential long-term impact of mining on the environment and human health.

In this article we sketch a conceptual approach for the analysis of future development options of innovation systems. The so-called variation analysis is based on the exploration of technological variations in the sense of different designs and application contexts and organizational variations with regard to the allocation of major innovation tasks to different actors. In a further step, feasible combinations of these two dimensions are identified on the basis of consistency conditions derived from the characteristics of the innovation system under study. Empirically, we demonstrate the methodology for the case of biogas production by anaerobic digestion, an innovation that, in Switzerland, has reached the take-off phase of diffusion.