Speleothem-based reconstruction of the palaeohydrology in the tropical western Pacific = Speläothem-basierte Rekonstruktion der Paläohydrologie im tropischen West-Pazifik

Die Monsune bilden ein immenses und dynamisches System, das den gesamten Globus umgibt und welches fast die Hälfte der Weltbevölkerung fundamental beeinflusst, sowohl in Bezug auf Wasserverbrauch, Landwirtschaft, Energie und Verkehr, als auch in Bezug auf Naturkatastrophen wie Überschwemmungen und Erdrutsche. Sie stellen gleichzeitig integrale Komponenten des Globalen Klimasystems dar, indem sie feuchte Luftmassen über große Entfernungen hinweg transportieren und die mächtigsten Niederschlagssysteme der Erde speisen. Trotz ihrer Bedeutung sind die Monsune noch nicht vollständig verstanden, insbesondere hinsichtlich globaler Erwärmung, und Klimamodelle müssen verbessert werden, um dieses Problem zu lösen. Um die Verbesserung von Klimamodellen zu unterstützen und das Verständnis der Monsundynamik in Südostasien zu vertiefen, fokussiert Teil 1 dieser Thesis auf die Generierung hochqualitativer Paläodaten aus zwei Stalagmiten aus zwei Höhlen in Nordvietnam, innerhalb der Übergangszone zwischen dem Indischen Sommermonsun (ISM) und dem Ostasiatischen Sommermonsun (EASM), aus welcher Paläodaten immer noch kaum vorhanden sind. Für die Rekonstruktion der lokalen und regionalen Klimabedingungen während der letzten 8.000 Jahre des Holozäns und während des Übergangs von dem Heinrich Stadial 1 zu der Bølling-Allerød Warmphase (16.2 – 13.4 ka BP) wird in dieser Thesis ein Multiproxyansatz angewendet, welcher die stabilen Isotope von Sauerstoff und Kohlenstoff, Spurenelemente sowie Kristallmorphologie-Typen kombiniert, in Verbindung mit einem Multiparameter-Monitoring der heutigen Höhlenumgebung. Die Ergebnisse spiegeln die Variabilität des Asiatischen Sommermonsuns (ASM) innerhalb der Übergangszone zwischen ISM und EASM auf sub-orbitaler Zeitskala bis zur Zeitskala von Jahrhunderten wider, in Übereinstimmung mit veröffentlichten Proxyaufzeichnungen aus Stalagmiten, anderen Umweltarchiven sowie Ergebnissen von Modellsimulationen. Die Multiproxyergebnisse werden vorrangig im Sinne von lokaler bis supra-regionaler Wasserverfügbarkeit und atmosphärischer Zirkulation interpretiert und unterstreichen die Bedeutung des ISM als Initiator des berühmten und kontrovers diskutierten δ18O-Signals in chinesischen Stalagmiten. Unter Berücksichtigung der neuen Multiproxy-Paläodaten scheint der Mechanismus des luvseitigen Ausregnens (upstream rainout mechanism) der wichtigste Prozess zu sein, welcher das supra-regionale Muster von Stalagmit-basierten δ18O-Aufzeichnungen erschafft, welches in den letzten zehn Jahren zutage getreten ist. Zudem wird basierend auf diesen neuen Daten die Hypothese aufgestellt, dass der Niederschlag, der die chinesischen Stalagmiten gebildet hat, einen signifikanten Anteil an isotopisch schwerem Regen hat, welcher sich wahrscheinlich aus einer nähergelegenen Quelle speist, etwa aus dem Chinesischen Meer. Die neuen Daten zu Kohlenstoffisotopen und Spurenelementen spiegeln lokale Schwankungen in der Wasserverfügbarkeit wider, sowie Ereignisse besonders hoher Infiltration und/oder Höhlenüberflutungen, welche damit in dieser Region zum ersten Mal rekonstruiert werden. Die Interpretation von Proxysignalen aus Speläothemen, wie in Teil 1 dieser Thesis durchgeführt, kann vereinfacht und verbessert werden, indem die heutigen Umwelt-Rahmenbedingungen in Bezug auf die Speläothembildung an dem jeweiligen Untersuchungsort in mehrjährigen Monitoring-Studien untersucht werden. Von besonderem Interesse ist hierbei die isotopische und geochemische Zusammensetzung des Tropfwassers, welches die Speläotheme bildet, die für die Generierung der geochemischen Zeitreihen aus Paläodaten verwendet werden. Um die fundamentale Verknüpfung zwischen Veränderungen dieser Proxysignale im Tropfwasser und den entsprechenden Schwankungen in deren natürlichen Auslösern wie etwa Niederschlag und Höhlenbelüftung herzustellen, müssen Tropfwässer über mehrere Monate bis Jahre wiederholt beprobt werden. Die wiederholte händische Tropfwasserbeprobung ist jedoch nicht nur zeitaufwänding, sondern auch teuer und logistisch anspruchsvoll, vor allem in weit entlegenen Gebieten mit schlechter oder ohne Infrastruktur – in denen sich die meisten Karsthöhlen befinden. Da dieses Problem nur durch Automatisierung gelöst werden kann, wurden im Rahmen dieser Thesis zwei automatische Tropfwasser-Probenehmer entwickelt, sie werden in Teil II dargestellt und diskutiert. Eine erste erfolgreiche Fallstudie unter Einsatz des zweiten Probenehmer-Prototypen zeigt den technischen Wert des Geräts selbst auf sowie den wissenschaftlichen Nutzen der Daten, die der automatische Probenehmer zugänglich macht. Zum ersten Mal wurde die Beziehung zwischen hochfrequenten Schwankungen der CO2-Konzentration in der Höhlenluft auf Zeitskalen von unter einem Tag und den daraus resultierenden hoch-frequenten Änderungen in den δ13CDIC-Werten (DIC = gelöster anorganischer Kohlenstoff) im Tropfwasser hergestellt und quantifiziert. Diese Beziehung hat wichtige Implikationen für die Speläothemforschung im Allgemeinen und die Interpretation von δ13C-Aufzeichnungen in Speläothemen im Besonderen

Characterizing Atrial Fibrillation Substrate by Electrogram and Restitution Analysis

Vorhofflimmern ist die häufigste supraventrikuläre Arrhythmie in der klinischen Praxis. Es gibt Hinweise darauf, dass pathologisches Vorhofsubstrat (Fibrose) eine zentrale mechanistische Rolle bei der Aufrechterhaltung von Vorhofflimmern spielt. Die Behandlung von Vorhofflimmern erfolgt durch Ablation des fibrotischen Substrats. Der Nachweis eines solchen Substrats ist jedoch eine ungelöste Herausforderung, was durch die mangelnden positiven klinischen Ablationsergebnisse ersichtlich wird. Daher ist das Hauptthema dieser Arbeit die Charakterisierung des atrialen Substrats. Die Bestimmung von Signalmerkmalen an Stellen mit fibrotischem Substrat erleichtert die Erkennung und anschließende Ablation solcher Areale in Zukunft. Darüber hinaus kann das Verständnis der Art und Weise, wie diese Areale das Vorhofflimmern aufrechterhalten, die positiven Ergebnisse von Ablationseingriffen verbessern. Schließlich kann Restitutionsinformation ein weiteres Instrument zur Substratcharakterisierung sein, das bei der Unterscheidung zwischen pathologischen und nicht-pathologischen Arealen helfen und somit das Ablationsergebnis weiter verbessert. In dieser Arbeit werden zwei Ansätze zur Substratcharakterisierung vorgestellt: Zunächst wurde eine Charakterisierung des Substrats mit Hilfe des intraatrialen Elektrogramms vorgenommen. Dazu wurde eine Auswahl spezifischer Merkmale des Elektrogramms an Positionen evaluiert, die eine Terminierung von Vorhofflimmern nach Ablation zur Folge hatten. Die Studie beinhaltete 21 Patienten, bei denen eine Ablation nach Pulmonalvenenisolation das klinisch persistierende Vorhofflimmern beendete. Der klinisch vorgeschlagene Grenzwert der Spannungsamplitude von <0:5 mV wurde genutzt, um die Positionen der Ablation zu definieren. Die Bereiche, in denen das Vorhofflimmern erfolgreich terminiert wurde, wiesen ausgeprägte Elektrogramm-Muster auf. Diese waren gekennzeichnet durch kurze lokale Zykluslängen, die fraktionierte Potentiale und Niederspannungspotentiale enthielten. Gleichzeitig zeigten sie eine lokale Konsistenz und deckten einen Großteil der lokalen Vorhofflimmer-Zykluslänge ab. Die meisten dieser Bereiche wiesen auch im Sinusrhythmus pathologisch verzögerte atriale Spätpotentiale und fraktionierte Elektrogramme auf. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Restitutionsdaten der lokalen Amplitude und der lokalen Leitungsgeschwindigkeit (CV) erfasst und genutzt, um daraus Informationen über das zugrunde liegende Substrat abzuleiten. Die Daten zur Restitution wurden von 22 Patienten mit Vorhofflimmern aus zwei Kliniken unter Verwendung eines S1S2-Protokolls mit Stimulationsintervallen von 180 ms bis 500 ms gewonnen. Um Restitutionsdaten der Patientengruppe zu erhalten, musste ein automatisierter Algorithmus entwickelt werden, der in der Lage ist, große Mengen an Stimulationsprotokolldaten zu lesen, zu segmentieren und auszuwerten. Dieser Algorithmus wurde in der vorliegenden Arbeit entwickelt und CVAR-Seg genannt. Der CVAR-Seg Algorithmus bietet eine rauschresistente Signalsegmentierung, die mit extremen Rauschpegeln getestet wurde, die weit über dem erwarteten klinischen Pegel lagen. CVAR-Seg wurde unter einer Open-Source-Lizenz für die Allgemeinheit bereitgestellt. Es ermöglicht aufgrund seines modularen Aufbaus den einfachen Austausch einzelner Verfahrensschritte durch alternative Methoden entsprechend den Bedürfnissen des Anwenders. Darüber hinaus wurde im Rahmen dieser Studie eine neuartige Methode, die sogenannte inverse Doppelellipsenmethode, zur Bestimmung der lokalen CV etabliert. Diese Methode schätzt die CV, die Faserorientierung und den Anisotropiefaktor bei beliebiger Elektrodenanordnung. In Simulationen reproduzierte die Doppelellipsenmethode die vorherrschende CV, Faserorientierung und Anisotropie genauer und robuster als die aktuell gängigste Methode. Zusätzlich erwies sich diese Methode als echtzeittauglich und könnte daher in klinischen Elektrophysiologiesystemen eingesetzt werden. Die Doppelellipsenmethode würde durch die lokalisierte Vermessung des Vorhofsubstrats ermöglichen während eines Kartierungsverfahrens gleichzeitig eine CV-Karte, eine Anisotropieverhältniskarte und eine Faserkarte zu erstellen. Die Restitutionsinformationen der Patientenkohorte wurden mit der CVARSeg-Pipeline und der inversen Doppelellipsenmethode ausgewertet, um Amplituden- und CV-Restitutionskurven zu erhalten. Zur Anpassung der Restitutionskurven wurde eine monoexponentielle Funktion verwendet. Die Parameter der angepassten Funktion, die die Restitutionskurven abbilden, wurden verwendet, um Unterschiede in den Restitutionseigenschaften zwischen pathologischem und nicht-pathologischem Substrat zu erkennen. Das Ergebnis zeigte, dass klinisch definierte pathologische Bereiche durch eine reduzierte Amplitudenasymptote und einen steilen Kurvenabfall bei erhöhter Stimulationsrate gekennzeichnet waren. CV-Kurven zeigten eine reduzierte Asymptote und eine große Variation im Parameter der den Kurvenabfall beschreibt. Darüber hinaus wurden die Restitutionsunterschiede innerhalb des Vorhofs an der posterioren und anterioren Wand verglichen, da die Literatur keine eindeutigen Ergebnisse lieferte. In dieser Arbeit wurde nachgewiesen, dass die posteriore Vorhofwand Amplituden- und CV-Restitutionskurven mit höherer Asymptote und moderaterer Krümmung verglichen mit der anterioren Vorhofwand aufweist. Um über den empirisch beschriebenen manuellen Schwellenwert hinauszugehen, wurde der Parameterraum, der von den Anpassungsparametern der Amplituden- und CV-Restitutionskurven aufgespannt wird, nach natürlich vorkommenden Clustern durchsucht. Obgleich Cluster vorhanden waren, deutete ihre unzureichende Trennung auf einen kontinuierlichen, sich mit dem Schweregrad der Substratpathologie verändernden Verlauf der Amplituden- und CV-Kurven hin. Schließlich wurde eine einfachere und schnellere Methode zur Erfassung von Restitutionsdaten vorgestellt, die einen vergleichbaren Informationsgehalt auf der Grundlage der maximalen Steigung anstelle einer vollständigen Restitutionskurve liefert. In dieser Arbeit werden zwei neue Methoden vorgestellt, der CVAR-Seg-Algorithmus und die inverse Doppelellipsenmethode, die eine Auswertung von S1S2 Stimulationsprotokollen und die Bestimmung der lokalen Leitungsgeschwindigkeit beschleunigen und verbessern. Darüber hinaus werden in dieser Arbeit Merkmale von pathologischem Gewebe definiert, die zur Identifizierung von Arrhythmiequellen beitragen. Somit trägt diese Arbeit dazu bei, die Therapie von Vorhofflimmern in Zukunft zu verbessern

Augustana Historical Society Publications Number 10

Selected Documents Dealing with the Organization of the First Congregations and the First Conferences of the Augustana Synod and their Growth Until 1860, Vol. 1https://digitalcommons.augustana.edu/ahsbooks/1020/thumbnail.jp

Augustana Historical Society Publications Number 11

Selected Documents Dealing with the Organization of the First Congregations and the First Conferences of the Augustana Synod and their Growth Until 1860, Vol. 2https://digitalcommons.augustana.edu/ahsbooks/1021/thumbnail.jp

Selenium Transfer between Kaolinite or Goethite Surfaces, Nutrient Solution and Oryza Sativa

The aim of this study was to describe and quantify Se transfer at the interface between soil and plant. For this purpose, three Se reservoirs were defined: soil, soil solution and plant, represented by kaolinite or goethite, nutrient solution and rice. First, Se transfer from solution to plant and Se partitioning in the plant was studied; then adsorption-desorption processes of Se onto kaolinite and goethite were investigated. Finally, a mass balance of the combined experiment was modelled

Selenium Transfer between Kaolinite or Goethite Surfaces, Nutrient Solution and Oryza Sativa

The aim of this study was to describe and quantify Se transfer at the interface between soil and plant. For this purpose, three Se reservoirs were defined: soil, soil solution and plant, represented by kaolinite or goethite, nutrient solution and rice. First, Se transfer from solution to plant and Se partitioning in the plant was studied; then adsorption-desorption processes of Se onto kaolinite and goethite were investigated. Finally, a mass balance of the combined experiment was modelled

Coupling langmuir with michaelis-menten-a practical alternative to estimate se content in rice?

Selenium plays an important, but vastly neglected role in human nutrition with a narrow gap between dietary deficiency and toxicity. For a potential biofortification of food with Se, as well as for toxicity-risk assessment in sites contaminated by Se, modelling of local and global Se cycling is essential. As bioavailability of Se for rice plants depends on the speciation of Se and the resulting interactions with mineral surfaces as well as the interaction with Se uptake mechanisms in plants, resulting plant Se content is complex to model. Unfortunately, simple experimental models to estimate Se uptake into plants from substrates have been lacking. Therefore, a mass balance of Se transfer between lithosphere (represented by kaolinite), hydrosphere (represented by a controlled nutrient solution), and biosphere (represented by rice plants) has been established. In a controlled, closed, lab-scale system, rice plants were grown hydroponically in nutrient solution supplemented with 0–10000 μgL¯¹ Se of either selenite or selenite. Furthermore, in a series of batch experiments, adsorption and desorption were studied for selenite and selenite in competition with each of the major nutrient oxy-anions, nitrate, sulfate and phosphate. In a third step, the hydroponical plants experiments were coupled with sorption experiments to study synergy effects. These data were used to develop a mass balance fitting model of Se uptake and partitioning. Adsorption was well-described by Langmuir isotherms, despite competing anions, however, a certain percentage of Se always remained bio-unavailable to the plant. Uptake of selenite or selenite by transporters into the rice plant was fitted with the non-time differentiated Michaelis-Menten equation. Subsequent sequestration of Se to the shoot was better described using a substrate-inhibited variation of the Michaelis-Menten equation. These fitted parameters were then integrated into a mass balance model of Se transfer