Distribution and behavior of the lithogenic tracers aluminium and titanium in the upper water column of the Atlantic Ocean

The present thesis investigates the potential suitability of surface water dissolved titanium (Ti) concentrations as complementary dust tracer to dissolved aluminium (Al). Both metals reflect variations in the dust deposition into the surface ocean over different time scales, with seasonal timescales for Al and longer temporal scales for Ti. In order to lay the basis for future estimations of dust deposition from surface water concentrations of both metals, the behavior of Al and Ti is examined in the upper water column of the Atlantic Ocean. Detailed insights are given into the size distribution, removal processes and residence times of Al and Ti, in regions that largely differ in atmospheric inputs and biological productivity

Untersuchung des Einflusses von Depression, Demenz und postoperativen Delir auf die Länge der Hospitalisationsphase bei proximalen Femurfrakturen

Einleitung: Die geriatrische proximale Femurfraktur ist und bleibt in Deutschland mit jährlich fast 100.000 Fällen und jeweils durchschnittlichen Kosten von fast 9000€, eine große medizinische und sozioökonomische Belastung. Mit durchschnittlich 14 Tagen stationärem Aufenthalt und häufig darauffolgendem Verlust der Autonomie und verminderten motorischen Funktionen, verursacht sie bei den Betroffenen eine große emotionale und körperliche Belastung. In dieser prospektiven Studie wurde der medizinisch frühestmögliche Entlasszeitpunkt mit dem tatsächlichen Entlasszeitpunkt verglichen. Neben weiteren patienten- und frakturbezogenen Faktoren wurde untersucht, welchen Einfluss die Erkrankungen Demenz und Depression und die häufig auftretenden postoperativen deliranten Symptome auf den frühestmöglichen und den tatsächlichen Entlasszeitpunkt haben. Methoden: Insgesamt wurden 135 Patienten (99 weiblich; 36 männlich), die innerhalb eines Jahres im Universitätsklinikum Marburg operativ versorgt wurden, untersucht. Zur Einschätzung der kognitiven Fähigkeiten wurde der MMST einmalig erhoben. Es erfolgte eine Abfrage von depressiven und ängstlichen Symptomen mittels HADS-D. Neben der täglichen Dokumentation der allgemeinen Parameter wurde die medizinisch frühestmögliche Entlassfähigkeit eingeschätzt. Ergebnisse: Im Vergleich des medizinisch frühestmöglichen (10,7 Tage; ± 5,1) zu dem tatsächlichen Entlasszeitpunkt (14,4 Tage; ± 5,1) zeigte sich eine hochsignifikante Differenz von 3,7 Tagen (± 3,7; p = < 0,001). Bei 5,2 % der Patienten kam es nach dem frühestmöglich bestimmten Entlasszeitpunkt zu interventionsbedürftigen Komplikationen. Beim HADS-D zeigten ca. 74 % der Patienten ein unauffälliges Ergebnis, 14 % eine mögliche und 12 % eine wahrscheinliche Angst- oder depressive Störung. Es konnte lediglich eine leichte Korrelation (0,222; p = 0,014) mit dem frühestmöglichen Entlasszeitpunkt festgestellt werden. Im MMST zeigte sich eine durchschnittliche Punktzahl von 23,1. Bei 39 % der Patienten gab es keine, bei 38 % eine leichte und bei 23 % eine mittlere bis schwere kognitive Einschränkung. Mit zunehmendem Alter konnte eine abnehmende Punktzahl im MMST, eine abnehmende Differenz zwischen frühestmöglichem und tatsächlichem Entlasszeitpunkt und eine Zunahme der verhältnismäßigen Häufigkeit der Aufnahmen aus oder die Verlegungen in ein Pflegeheim ermittelt werden. Statistisch konnte ein signifikanter Einfluss (0,177; p = 0,03) der MMST-Punktzahl bei dem Frakturtypen AO B2 (0,217; p = 0,01) auf die Verlängerung der relativen Verweildauer gezeigt werden. Bei 11 % der Patienten wurden postoperative delirante Symptome dokumentiert. Die Patienten mit entsprechenden Symptomen waren mit einem mittleren Alter von 84,4 Jahren älter und mit einem durchschnittlichen MMST von 18,4 Punkten, kognitiv eingeschränkter als das Gesamtkollektiv. Diskussion: Der Vergleich des frühestmöglichen mit dem tatsächlichen Entlasszeitpunkt wies im Mittel eine signifikante Differenz von 3,7 Tagen auf. Die Untersuchungen mittels MMST und HADS-D zeigten, dass eine beträchtliche Anzahl an Patienten an einer kognitiven Beeinträchtigung und/oder möglichen Angstund/oder depressiven Störung litten. Die in dieser Studie untersuchten Parameter konnten nicht als ausreichende Einflussfaktoren für eine relative Verlängerung der Verweildauer identifiziert werden. Es besteht der Verdacht, dass neben noch unbekannten Faktoren die bürokratischen Prozesse zur Entlassung und zur Genehmigung einer weiterführenden Behandlung und die anschließende Organisation der Verlegung in eine entsprechende Einrichtung maßgeblich zu der relativen Verlängerung des Aufenthaltes führen. In zukünftigen Studien sollten die Dauer und Abläufe dieser Prozesse dokumentiert und untersucht werden, um deren Einfluss auf die Verweildauer klären zu können. Als Folge könnte das Entlassmanagement effizienter und individueller auf den Patienten abgestimmt werden und hierdurch eine Reduktion des stationären Aufenthaltes mit den dadurch verbundenen Kosten und den emotionalen Belastungen für den Patienten erzielt werden

Verteilung und Verhalten der lithogenen Tracer Aluminium und Titan in der oberen Wassersäule des Atlantischen Ozeans

The present thesis investigates the potential suitability of surface water dissolved titanium (Ti) concentrations as complementary dust tracer to dissolved aluminium (Al). Both metals reflect variations in the dust deposition into the surface ocean over different time scales, with seasonal timescales for Al and longer temporal scales for Ti. In order to lay the basis for future estimations of dust deposition from surface water concentrations of both metals, the behavior of Al and Ti is examined in the upper water column of the Atlantic Ocean. Detailed insights are given into the size distribution, removal processes and residence times of Al and Ti, in regions that largely differ in atmospheric inputs and biological productivity.Die vorliegende Dissertation untersucht die potentielle Eignung von gelösten Titan (Ti) Konzentrationen im Oberflächenozean als komplementärer Staubtracer zu gelöstem Aluminium (Al). Beide Metalle spiegeln Variationen im Staubeintrag in den Oberflächenozean über unterschiedliche Zeitskalen wieder, mit saisonalen Zeiskalen im Fall von Al und längeren Zeitskalen im Fall von Ti. Um eine Grundlage für zukünftige Abschätzungen des Staubeintrags anhand der Konzentrationen beider Metalle im Oberflächenwasser zu schaffen, wird das Verhalten von Al und Ti in der oberen Wassersäule des Atlantischen Ozeans betrachtet. Detaillierte Einblicke in die Größenverteilung, Entfernungsprozesse und Verweilzeiten von Al und Ti werden für Regionen gegeben, die sich deutlich hinsichtlich der atmosphärischen Einträge und der biologischen Produktivität unterscheiden

Impacts of dust deposition on dissolved trace metal concentrations (Mn, Al and Fe) during a mesocosm experiment

The deposition of atmospheric dust is the primary process supplying trace elements abundant in crustal rocks (e.g. Al, Mn and Fe) to the surface ocean. Upon deposition, the residence time in surface waters for each of these elements differs according to their chemical speciation and biological utilization. Presently, however, the chemical and physical processes occurring after atmospheric deposition are poorly constrained, principally because of the difficulty in following natural dust events in situ. In the present work we examined the temporal changes in the biogeochemistry of crustal metals (in particular Al, Mn and Fe) after an artificial dust deposition event. The experiment was contained inside trace metal clean mesocosms (0–12.5 m depths) deployed in the surface waters of the northwestern Mediterranean, close to the coast of Corsica within the frame of the DUNE project (a DUst experiment in a low Nutrient, low chlorophyll Ecosystem). Two consecutive artificial dust deposition events, each mimicking a wet deposition of 10 g m−2 of dust, were performed during the course of this DUNE-2 experiment. The changes in dissolved manganese (Mn), iron (Fe) and aluminum (Al) concentrations were followed immediately after the seeding with dust and over the following week. The Mn, Fe and Al inventories and loss or dissolution rates were determined. The evolution of the inventories after the two consecutive additions of dust showed distinct behaviors for dissolved Mn, Al and Fe. Even though the mixing conditions differed from one seeding to the other, Mn and Al showed clear increases directly after both seedings due to dissolution processes. Three days after the dust additions, Al concentrations decreased as a consequence of scavenging on sinking particles. Al appeared to be highly affected by the concentrations of biogenic particles, with an order of magnitude difference in its loss rates related to the increase of biomass after the addition of dust. In the case of dissolved Fe, it appears that the first dust addition resulted in a decrease as it was scavenged by sinking dust particles, whereas the second seeding induced dissolution of Fe from the dust particles due to the excess Fe binding ligand concentrations present at that time. This difference, which might be related to a change in Fe binding ligand concentration in the mesocosms, highlights the complex processes that control the solubility of Fe. Based on the inventories at the mesocosm scale, the estimations of the fractional solubility of metals from dust particles in seawater were 1.44 ± 0.19% and 0.91 ± 0.83% for Al and 41 ± 9% and 27 ± 19% for Mn for the first and the second dust addition. These values are in good agreement with laboratory-based estimates. For Fe no fractional solubility was obtained after the first seeding, but 0.12 ± 0.03% was estimated after the second seeding. Overall, the trace metal dataset presented here makes a significant contribution to enhancing our knowledge on the processes influencing trace metal release from Saharan dust and the subsequent processes of bio-uptake and scavenging in a low nutrient, low chlorophyll are

Cycling of lithogenic marine particles in the US GEOTRACES North Atlantic transect

© The Author(s), 2014. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography 116 (2015): 283-302, doi:10.1016/j.dsr2.2014.11.019.In this paper, we present, describe, and model the first size-fractionated (0.8–51 µm; >51 µm) water-column particulate trace metal results from the US GEOTRACES North Atlantic Zonal Transect in situ pumping survey, with a focus on the lithogenic tracer elements Al, Fe and Ti. This examination of basin-wide, full-depth distributions of particulate elements elucidates many inputs and processes—some for bulk lithogenic material, others element-specific—which are presented via concentration distributions, elemental ratios, size-fractionation dynamics, and steady-state inventories. Key lithogenic inputs from African dust, North American boundary interactions, the Mediterranean outflow, hydrothermal systems, and benthic nepheloid layers are described. Using the refractory lithogenic tracer Ti, we develop a 1-D model for lithogenic particle distributions and test the sensitivities of size-fractionated open-ocean particulate Ti profiles to biotically driven aggregation, disaggregation rates, vertical sinking speeds, and dust input rates. We discuss applications of this lithogenic model to particle cycling in general, and to POC cycling specifically.International and US GEOTRACES Offices (OCE-0850963 and OCE-1129603), and fellowship assistance from the Williams College Tyng Fellowship and MIT/WHOI Academic Programs Office to DCO

Surface water dissolved aluminum and titanium: Tracers for specific time scales of dust deposition to the Atlantic?

Surface water distributions of dissolved Al (dAl) and dissolved Ti (dTi) were investigated along a meridional Atlantic transect and related to dust deposition estimates. In the zone of Saharan dust deposition, highest dAl concentrations occurred in the tropical salinity minimum and suggest increasing Al dissolution from Saharan aerosols with wet deposition. By contrast, the dTi distribution is not related to precipitation but agrees with the pattern of annual dust deposition. In the zone of Patagonian dust deposition, elevated dTi concentrations contrasted with decreased dAl concentrations, indicating excess dAl scavenging onto biogenic particles in surface waters. Estimated residence times range from months to years for dAl and are ∼10 times higher for dTi. This suggests that dAl reflects seasonal changes in dust deposition, while dTi is related to longer temporal scales. However, spatial variations in input and removal processes complicate the quantification of dust deposition from surface water concentrations

Low colloidal associations of aluminium and titanium in surface waters of the tropical Atlantic

The distribution of dissolved, soluble and colloidal fractions of Al and Ti was assessed by ultrafiltration studies in the upper water column of the eastern tropical North Atlantic. The dissolved fractions of both metals were found to be dominated by the soluble phase smaller than 10 kDa. The colloidal associations were very low (0.2–3.4%) for Al and not detectable for Ti. These findings are in some contrast to previous estimations for Ti and to the predominant occurrence of both metals as hydrolyzed species in seawater. However, low tendencies to form inorganic colloids can be expected, as in seawater dissolved Al and dissolved Ti are present within their inorganic solubility levels. In addition, association with functional organic groups in the colloidal phase is unlikely for both metals. Vertical distributions of the dissolved fractions showed surface maxima with up to 43 nM of Al and 157 pM of Ti, reflecting their predominant supply from atmospheric sources to the open ocean. In the surface waters, excess dissolved Al over dissolved Ti was present compared to the crustal source, indicating higher solubility and thus elevated inputs of dissolved Al from atmospheric mineral particles. At most stations, subsurface minima of Al and Ti were observed and can be ascribed to scavenging processes and/or biological uptake. The dissolved Al concentrations decreased by 80–90% from the surface maximum to the subsurface minimum. Estimated residence times in the upper 100 m of the water column ranged between 1.6 and 4 years for dissolved Al and between 14 and 17 years for dissolved Ti. The short residence times are in some contrast to the low colloidal associations of Al and Ti and the assumed role of colloids as intermediates in scavenging processes. This suggests that either the removal of both metals occurs predominantly via direct transfer of the hydrolyzed species into the particulate fraction or that the colloidal phase is rapidly turned over in the upper water column

Untersuchung des Einflusses von Depression, Demenz und postoperativen Delir auf die Länge der Hospitalisationsphase bei proximalen Femurfrakturen

Einleitung: Die geriatrische proximale Femurfraktur ist und bleibt in Deutschland mit jährlich fast 100.000 Fällen und jeweils durchschnittlichen Kosten von fast 9000€, eine große medizinische und sozioökonomische Belastung. Mit durchschnittlich 14 Tagen stationärem Aufenthalt und häufig darauffolgendem Verlust der Autonomie und verminderten motorischen Funktionen, verursacht sie bei den Betroffenen eine große emotionale und körperliche Belastung. In dieser prospektiven Studie wurde der medizinisch frühestmögliche Entlasszeitpunkt mit dem tatsächlichen Entlasszeitpunkt verglichen. Neben weiteren patienten- und frakturbezogenen Faktoren wurde untersucht, welchen Einfluss die Erkrankungen Demenz und Depression und die häufig auftretenden postoperativen deliranten Symptome auf den frühestmöglichen und den tatsächlichen Entlasszeitpunkt haben. Methoden: Insgesamt wurden 135 Patienten (99 weiblich; 36 männlich), die innerhalb eines Jahres im Universitätsklinikum Marburg operativ versorgt wurden, untersucht. Zur Einschätzung der kognitiven Fähigkeiten wurde der MMST einmalig erhoben. Es erfolgte eine Abfrage von depressiven und ängstlichen Symptomen mittels HADS-D. Neben der täglichen Dokumentation der allgemeinen Parameter wurde die medizinisch frühestmögliche Entlassfähigkeit eingeschätzt. Ergebnisse: Im Vergleich des medizinisch frühestmöglichen (10,7 Tage; ± 5,1) zu dem tatsächlichen Entlasszeitpunkt (14,4 Tage; ± 5,1) zeigte sich eine hochsignifikante Differenz von 3,7 Tagen (± 3,7; p = < 0,001). Bei 5,2 % der Patienten kam es nach dem frühestmöglich bestimmten Entlasszeitpunkt zu interventionsbedürftigen Komplikationen. Beim HADS-D zeigten ca. 74 % der Patienten ein unauffälliges Ergebnis, 14 % eine mögliche und 12 % eine wahrscheinliche Angst- oder depressive Störung. Es konnte lediglich eine leichte Korrelation (0,222; p = 0,014) mit dem frühestmöglichen Entlasszeitpunkt festgestellt werden. Im MMST zeigte sich eine durchschnittliche Punktzahl von 23,1. Bei 39 % der Patienten gab es keine, bei 38 % eine leichte und bei 23 % eine mittlere bis schwere kognitive Einschränkung. Mit zunehmendem Alter konnte eine abnehmende Punktzahl im MMST, eine abnehmende Differenz zwischen frühestmöglichem und tatsächlichem Entlasszeitpunkt und eine Zunahme der verhältnismäßigen Häufigkeit der Aufnahmen aus oder die Verlegungen in ein Pflegeheim ermittelt werden. Statistisch konnte ein signifikanter Einfluss (0,177; p = 0,03) der MMST-Punktzahl bei dem Frakturtypen AO B2 (0,217; p = 0,01) auf die Verlängerung der relativen Verweildauer gezeigt werden. Bei 11 % der Patienten wurden postoperative delirante Symptome dokumentiert. Die Patienten mit entsprechenden Symptomen waren mit einem mittleren Alter von 84,4 Jahren älter und mit einem durchschnittlichen MMST von 18,4 Punkten, kognitiv eingeschränkter als das Gesamtkollektiv. Diskussion: Der Vergleich des frühestmöglichen mit dem tatsächlichen Entlasszeitpunkt wies im Mittel eine signifikante Differenz von 3,7 Tagen auf. Die Untersuchungen mittels MMST und HADS-D zeigten, dass eine beträchtliche Anzahl an Patienten an einer kognitiven Beeinträchtigung und/oder möglichen Angstund/oder depressiven Störung litten. Die in dieser Studie untersuchten Parameter konnten nicht als ausreichende Einflussfaktoren für eine relative Verlängerung der Verweildauer identifiziert werden. Es besteht der Verdacht, dass neben noch unbekannten Faktoren die bürokratischen Prozesse zur Entlassung und zur Genehmigung einer weiterführenden Behandlung und die anschließende Organisation der Verlegung in eine entsprechende Einrichtung maßgeblich zu der relativen Verlängerung des Aufenthaltes führen. In zukünftigen Studien sollten die Dauer und Abläufe dieser Prozesse dokumentiert und untersucht werden, um deren Einfluss auf die Verweildauer klären zu können. Als Folge könnte das Entlassmanagement effizienter und individueller auf den Patienten abgestimmt werden und hierdurch eine Reduktion des stationären Aufenthaltes mit den dadurch verbundenen Kosten und den emotionalen Belastungen für den Patienten erzielt werden