Imaging the Alpine crust with ambient-noise tomography: linking surface observations to deep structures

By making use of the data coverage from the AlpArray and Swath D networks, a dense set of ambient-noise measurements of Rayleigh and Love waves is extracted. This data is used to investigate the Alpine crustal and uppermost mantle structure using different approaches: (1) Azimuthal anisotropy from Eikonal tomography for the AlpArray network. We show how Eikonal tomography can be used to extract azimuthal anisotropy from surface-wave data. The methodological advantages and difficulties are discussed in detail. It is found that strong velocity heterogeneities can be the source of a major bias by causing strongly deformed wavefronts. By averaging contributions from many azimuthal directions and careful data correction, most of this bias can be removed. The results indicate a mostly orogen parallel upper and orogen perpendicular lower layer of anisotropies. In the forelands, we find good agreement with SKS studies from which we infer that lithospheric and asthenospheric anisotropies are mostly parallel. (2) Azimuthally anisotropic 3D shear velocity structure of the eastern Alps from rjMcMC tomography. With this innovative approach, we go beyond what is is shown in (1) and are able resolve the depth structure of the azimuthal anisotropy and estimate the model uncertainties. It is shown that under the orogen, a two layer anisotropic structure exists that separates the upper crust which is dominated by arc-parallel anisotropy from the lower crust and uppermost mantle which mostly show arc-perpendicular fast axis. We find that the anisotropy in the upper crust is largely controlled by major fault structures. The isotropic velocity distribution indicates a fast anomaly in the Giudicarie zone that may be related to Permian magmatism and causes a small offset in the Moho proxy. The estimated Moho structure closely resembles the positions of the underlying subudction slabs with a lateral offset between Central and Eastern Alps. (3) 3D joint inversion of surface and body wave data. To better image the crust-mantle transition zone under the Alps, we apply a 3D rjMcMC imaging approach that combines different datasets and resolves the Vp and Vs structure from the surface to 600 km depth. With this approach there is no need for crustal corrections applied to the body wave travel times since the crustal structure is constrained by ambient noise data. Preliminary results of this model indicate that the slabs are more vertical and vertically more continuous as compared to a pure P-traveltime inversion. The Python scripts used to obtain the results are already or will be published on the author’s github page (github.com/ekaestle)

Advances in imaging the Alpine crust and mantle

The dense coverage of the AlpArray Seismic Network and related targeted arrays (LOBSTER, Swath D, EASI) has led to numerous new models of the Alpine orogenic lithosphere, slabs and mantle above the Mantle Transition Zone. We highlight some novel features of these models, how they may help to answer old questions, as well as pose new questions: (1) P-wave images from teleseismic travel-time tomography (Paffrath et al., 2021a,b; Handy et al., 2021) use an innovative approach to include the highly heterogeneous Alpine orogenic crust in their model. In addition to confirming previous models for partial slab detachment beneath the Western Alps, they find evidence for a long (≥300 km), subvertical slab anomaly underneath the Eastern Alps that is detached from the orogenic lithosphere at 70-150 km depth. The latter corroborates images from surface-wave tomographic studies (Kaestle et al., 2018), but contrasts with other past- and present images indicating deeper slab detachment (Handy et al., 2015) and/or a through-going connection of the slab with Adriatic lithosphere (e.g., Plomerová et al., 2022). Cooperation of the Bochum and Prague groups to explain these disparate features reveal that crucial features, e.g., the connection of slabs with the orogenic lithosphere, depends strongly the geometry of the model area and the chosen crustal model. (2) New receiver function (RF) studies extracted signals in the Eastern Alps where previous work only imaged a ‘Moho gap’ (Hetényi et al., 2018; Kind et al., 2021; Mroczek et al., 2023, Michailos et al., 2023). These studies confirm the notion of marked, along-strike variations in structure: in the west (TRANSALP, 11.9°E), the European Moho is clearly down-going (e.g., Kummerow et al., 2004), whereas in the east (14°E), competing interpretations range between an underlying Adriatic Moho (Hetényi et al., 2018) and a downgoing European interface to more than 100 km depth (Mroczek et al., 2023). All methods indicate that the upper-plate Moho shallows from the E. Alps to the Pannonian Basin. (3) The internal structure of the Eastern Alpine crust is imaged with local earthquake (Jozi Najafabadi et al., 2021) and ambient noise tomography (Molinari et al., 2020; Qorbani et al., 2020; Sadeghi-Bagherabadi et al., 2021; Kästle et al., this vol.). The LET models show a bulge-shaped fast anomaly just to the south of the western Tauern window, possibly indicating stacking of lower crustal nappes, probably of both European and Adriatic affinity (McPhee et al., this vol.), and a fast anomaly east of the Giudicarie Fault that may be related to a Permian magmatic body, as also indicated by gravity studies (Spooner et al., 2021). (4) AlpArray has opened the door to study crustal and mantle anisotropy in unprecedented detail (Kästle et al., 2022; Soergl et al., 2022; Kästle et al., this vol.). SKS studies (e.g., Hein et al., 2021) suggest that mantle flows around slabs and potentially through slab tears, in the Western and Eastern Alps. Newest results indicate that crustal anisotropy in the Eastern Alps is layered, with an upper layer with fast directions oriented mainly orogen-parallel, approximately following major Neogene oblique-slip faults exposed at the surface. The studies also show a clear distinction between the fast-axis orientations within the Alps and in its foreland. The latter results are in excellent agreement with findings from SKS studies, indicating similar dynamics affecting the entire lithosphere. The detailed analysis of Swath-D data conducted by Link et al. (2021) has further been able to show a sharp transition in SKS splitting orientations at around 13° longitude, that is indicative of the separate evolution of central and eastern Alps. (5) Preliminary results from the joint inversion of surface- and body-wave data provide a better understanding of the different sensitivities of P- and S-waves to the upper mantle structures under the Alps. Initial results of a P-wave velocity model from teleseismic full-waveform inversion (FWI, Friederich et al., this vol.) provide surprisingly high resolution in the crust and uppermost mantle with clear images of the Alpine orogenic roots and anomalies within the crust (e.g., Ivrea Body, E. Alps lower crustal bulge). The resulting FWI model is independent of any crustal correction and may provide a vital contribution to ongoing discussions on slab origin and detachment. Taken together, the diversity of seismological images in the same area with often contrasting tectonic implications underscores the need for serious benchmarking of seismological models. Large arrays like AlpArray provide an excellent opportunity to conduct such comparative studies

Simulationsmethode zur Beurteilung der Maßhaltigkeit von rollgefalzten Karosseriebaugruppen im Zusammenbau

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der digitalen Absicherung der Maßhaltigkeit von Zusammenbaugruppen im Karosseriebau. Fokussiert werden dabei die Fügeprozesse Clinchen und Rollfalzen von mehreren Pressteilen für Klappen- und Anbauteile. Übergreifendes Ziel dieser Arbeit stellt dabei die numerische Simulation der Produktionsprozesse im Presswerk sowie im Karosseriebau dar mit dem Ziel einer Maßhaltigkeitsprognose. Die Rückfederungsberechnung, wie sie bei Pressteilen schon seit einigen Jahren etabliert ist, wird dabei auf mehrteilig gefügte Baugruppen erweitert. Einen Schwerpunkt bildet der Rollfalzprozess, der die Beplankung mit dem Innenteil verbindet. In Kapitel 2 wird der derzeitige Stand der Technik im Karosseriebau aufgezeigt. Die zentralen Aspekte bildeten dabei zunächst die Bauweisen der Karosserie, der Produktentstehungsprozess, die verfahrenstechnischen Grundlagen, die heutigen Qualitätskriterien im Karosseriebau, Ursachen für Maßabweichungen sowie die Simulationsmethoden, welche heutzutage zur digitalen Absicherung der Fertigungsprozesse im Einsatz sind. Am Beispiel des Zusammenbaus einer Motorhaube, welche im vorliegenden Fall aus insgesamt neun Pressteilen aufgebaut ist, wurde in Kapitel 4 der Fertigungsprozess von der Platine bis zum fertig lackierten Zusammenbau beschrieben. Optische Messungen nach jedem einzelnen Prozessschritt geben Aufschluss darüber, wie sich die Maßhaltigkeit im Laufe der Produktentstehung entwickelt und wie diese beeinflusst wird. Von besonderer Bedeutung sind dabei das Zusammenwirken aus der Einzelteilabweichung und die sich daraus ergebenden Auswirkungen auf den Zusammenbau. Auf Basis der Messergebnisse entlang der Fertigung der Motorhaube aus Kapitel 4 wurden in Kapitel 5 Methoden entwickelt, um den Produktionsprozess mit Hilfe numerischer Prozesssimulationen digital abzubilden. Die essentiellen Bausteine bestehen darin, die wesentlichen Fertigungsschritte in einzelne Simulationsschritte zu transferieren. Im Bereich des Karosseriebaus sind dies vor allem die Spann- und Ausrichtkonzepte der Pressteile zueinander sowie die Abbildung der einzelnen Fügeverfahren. Herausfordernd war es, die Fügeprozesse derart vereinfacht abzubilden, dass bei derzeitig verfügbarer Rechenleistung die wesentlichen Einflussgrößen auf die Maßhaltigkeit hinreichend genau abgebildet werden konnten. Eine weitere Anforderung an die Simulationsmethode stellte die schnellstmögliche Generierung des Simulationsinputs aus den vorhandenen Produkt- und Prozessdaten, wie sie derzeit im PLM-System oder den CAD-Daten abgelegt sind, dar. Nur dadurch konnte gewährleistet werden, dass die Simulationsmethodik in den derzeitigen digitalen Absicherungsprozess integriert und zukünftig im Serieneinsatz verwendet werden kann. Die Validierung der Simulationsmethodik zur ganzheitlichen numerischen Maßhaltigkeitsbetrachtung erfolgte in Kapitel 6. Die Simulationsergebnisse für die untersuchte Motorhaube werden dabei den Messungen aus Kapitel 4 gegenübergestellt. Für die einzelnen Pressteile standen für die Zusammenbausimulation jeweils drei unterschiedliche Varianten zur Verfügung. Mit der ersten wurden Einzelteile auf Basis der CAD-Daten idealisiert, mit der zweiten auf Basis von vorangegangenen Umformsimulationen und mit der dritten Variante wurden Einzelteile verwendet, die aus den optischen Einzelteilmessungen aufbereitet wurden. Die besten Ergebnisse für die rollgefalzte Rückfederungsberechnung konnten mit den Eingangsdaten der Pressteile aus den optischen Messungen erzielt werden. Durch die Zusammenbausimulation konnte die Maßhaltigkeit bis auf Abweichungen kleiner als 0,3 mm prognostiziert werden. Doch auch aus den Umformsimulationen konnten im Zusammenbau Ergebnisse erzielt werden, die sich für eine Einflussanalyse verwenden lassen. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn die Gesamtprozesskette eines Zusammenbaus vollständig digital abgesichert werden soll. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Fehler bei der Rückfederungsberechnung der Pressteile auch die Aussagequalität der Zusammenbausimulation verschlechtern. Im letzten Kapitel wurden anhand einer zweiten Motorhaube mit Hilfe der in dieser Arbeit entwickelten Simulationsmethode numerische Einflussanalysen durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen der Maßhaltigkeit der Pressteile des Innenteils sowie der Beplankung zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Einzelteile mit Hilfe der Simulation identifizieren lassen, die für die Gesamtmaßhaltigkeit der Baugruppe von besonderer Bedeutung sind. Dadurch ist es möglich, Toleranzen am Einzelteil gezielt festzulegen oder beispielsweise Kompensationsmaßnahmen am Pressteil zu definieren, die aus der Zusammenbausimulation abgeleitet werden. Darin ist mit Sicherheit das größte zukünftige Potenzial der Simulationsmethode zu sehen. In der vorliegenden Arbeit wurde dieses exemplarisch für eine zweite untersuchte Motorhaube angewendet und validiert. Gezielte Einzelteilüberwölbungen haben in der Simulation zu einer schnellen Verbesserung der Maßhaltigkeit des Zusammenbaus geführt. Im Rahmen dieser Doktorarbeit konnte somit eine Methode entwickelt werden, die den sequentiellen Aufbau einer Zusammenbausimulation zur Bestimmung der Maßhaltigkeit gefügter Pressteile beschreibt. In der digitalen Phase des Produktentstehungsprozesses ergeben sich dadurch neue bzw. erweiterte Möglichkeit frühzeitig auf die Verbesserung der Maßhaltigkeit Einfluss zu nehmen. Insbesondere kann durch die ganzheitliche Betrachtung der Produktionsprozesse im Presswerk und Rohbau die Definition der Kompensationsstrategie auf Basis der Zusammenbausimulation erfolgen

Correlation between Situational Awareness and EEG signals

An important aspect in safety–critical domains is Situational Awareness (SA) where operators consolidate data into an understanding of the situation that needs to be updated dynamically as the situation changes over time. Among existing measures of SA, only physiological measures can assess the cognitive processes associated with SA in real-time. Some studies showed promise in detecting cognitive states associated with SA in complex tasks using brain signals (e.g. electroencephalogram/EEG). In this paper, an analytical methodology is proposed to identify EEG signatures associated with SA on various regions of the brain. A new data set from 32 participants completing the SA test in the PEBL is collected using a 32-channel dry-EEG headset. The proposed method is tested on the new data set and a correlation is identified between the frequency bands of b (12 - 30 Hz) and c (30 - 45 Hz) and SA. Also, activation of neurons in the left and right hemisphere of the parietal and temporal lobe is observed. These regions are responsible for the visuo-spatial ability and memory and reasoning tasks. Among the presented results, the highest achieved accuracy on test data is 67%

Role of the ubiquitin-proteasomal system and HDAC6 in the maintenance of protein homeostasis

Die Kontrolle und Aufrechterhaltung der Protein-Homöostase ist ein wichtiger Beitrag zum Erhalt der Zellfunktion, Zellvitalität und der Zellteilung. Das Ubiquitin-Proteasom-System sowie verschiedene Hitzeschock-Proteine (Hsps) spielen in der Aufrechterhaltung der Proteinhomöostase eine wesentliche Rolle. Verschiedene Arten von Stress können die Protein-Homöostase aus dem Gleichgewicht bringen und somit auch die allgemeine Zellphysiologie stören. In der hier vorliegenden Arbeit wurde der zelluläre Stress zum einen durch Wasserstoffperoxid-induzierten Oxidativen Stress zugefügt und zum anderen durch die Inhibition des Proteasoms mittels Lactacystin. Dabei wurde die Rolle des Proteasoms als auch die der Ubiquitinierung untersucht. Zusätzlich wurde herausgearbeitet welche alternativen und kompensierenden Mechanismen aktiviert werden, wenn das Proteasom gehemmt ist. Als Resultat konnte gezeigt werden, dass nach oxidativem Stress ein Großteil der oxidierten Proteine nicht ubiquitiniert wird. Obwohl nach oxidativem Stress ubiquitinierte Proteine ebenfalls ansteigen, kann aufgrund der massenspektroskopischen Analyse davon ausgegangen werden, dass es sich hierbei um gezielte, regulatorische Ubiquitinierungen handelt. Durch Inhibition des Proteasoms kommt es ebenfalls zu einer drastischen Akkumulation von polyubiquitinierten Proteinen, welches als Signal für proteotoxischen Stress angesehen werden kann. Dieses Signal aktiviert in einem HDAC6 abhängigen Schritt verschiedene Hsps sowie die Hämoxygenase-1 (HO-1). Die Zunahme an Hsps und der HO-1 trägt zu Stabilisierung der ubiquitinierten Proteine bei, vermindert deren Aggregation und wirkt anti-apoptotisch, anti-inflammatorisch und anti-oxidativ. Durch die vorliegenden Ergebnisse lässt sich schlussfolgern, dass das Ubiquitin-Proteasom-System und die HDAC6 eine zentrale Rolle in der Aufrechterhaltung der Proteinhomöostase einnehmen und als wichtige Knotenpunkte für die weitere kompensatorische Stressantwort fungieren

Johann J. Hagen, Die Anklagen gegen Andokides: Ein Rekonstruktionsversuch

Johann J. Hagen, Die Anklagen gegen Andokides: Ein Rekonstruktionsversuch, Hamburg, Verlag Dr. Kovač, 2021, 424 S. ISBN: 978-3-339-12522-4Johann J. Hagen, Die Anklagen gegen Andokides: Ein Rekonstruktionsversuch, Hamburg, Verlag Dr. Kovač, 2021, 424 S. ISBN: 978-3-339-12522-4Johann J. Hagen, Die Anklagen gegen Andokides: Ein Rekonstruktionsversuch, Hamburg, Verlag Dr. Kovač, 2021, 424 S. ISBN: 978-3-339-12522-

Anisotropic Reversible-Jump McMC Shear-Velocity Tomography of the Eastern Alpine Crust

The eastern Alpine crust has been shaped by the continental collision of the European and Adriatic plates beginning at 35 Ma and was affected by a major reorganization after 20 Ma. To better understand how the eastern Alpine surface structures link with deep seated processes, we analyze the depth-dependent seismic anisotropy based on Rayleigh wave propagation. Ambient noise recordings are evaluated to extract Rayleigh wave phase dispersion measurements. These are inverted in a two step approach for the azimuthally anisotropic shear velocity structure. Both steps are performed with a reversible jump Markov chain Monte Carlo (rj-McMC) approach that estimates data errors and propagates the modeled uncertainties from the phase velocity maps into the depth inversion. A two layer structure of azimuthal anisotropy is imaged in the Alpine crust, with an orogen-parallel upper crust and approximately orogen-perpendicular layer in the lower crust and the uppermost mantle. In the upper layer, the anisotropy tends to follow major fault lines and may thus be an apparent, structurally driven anisotropy. The main foliation and fold axis orientations might contribute to the anisotropy. In the lower crust, the N-S orientation of the fast axis is mostly confined to regions north of the Periadriatic Fault and may be related to European subduction. Outside the orogen, no clearly layered structure is identified. The anisotropy pattern in the northern Alpine foreland is found to be similar compared to SKS studies which is an indication of very homogeneous fast axis directions throughout the crust and the upper mantle

Joint inversion of seismic data for temperature and lithology in the Eastern Alps

The high density SWATH-D and AlpArray seismic networks provide a unique opportunity in the Eastern Alps to resolve the complex plate configuration and investigate how the crustal structure seen today reflects the dramatic changes in mountain building style and reorganisation of plate boundaries at about 20 Ma. This study complements the partner project where scattered wave tomography is applied to the same area (presented in the poster ‘Applying scattered wave tomography and joint inversion of high-density (SWATH D) geophysical and petrophysical datasets to unravel Eastern Alpine crustal structure’, Tilmann et al). In order to bring together the seismological and geological-mineralogical constraints in a probabilistic self-consistent way, we employ the joint inversion of seismological and petrophysical data sets. Receiver functions and surface wave dispersion curves, calculated in partner projects, are usually jointly inverted for elastic properties. By utilising the strengths of Markov Chain Monte Carlo inversion, we are able to instead parameterise our model by temperature and mineral assemblage. By inverting seismic data directly for the crust’s constituent mineral assemblages, we are led to a deeper understanding of intra-crustal structure, temperature, and petrophysical properties of crustal layers. A further significant advantage is in interpretation where the probabilities of certain lithologies being present allows for a more seamless integration of qualitative geological data and a reduction in interpretation biases compared to when only seismic velocities are presented