Warm Conveyor Belts in the ERA-Interim Dataset (1979–2010): Part I: Climatology and Potential Vorticity Evolution

A global climatology of warm conveyor belts (WCBs) is presented for the years 1979–2010, based on trajectories calculated with Interim ECMWF Re-Analysis (ERA-Interim) data. WCB trajectories are identified as strongly ascending air parcels (600 hPa in 2 days) near extratropical cyclones. Corroborating earlier studies, WCBs are more frequent during winter than summer and they ascend preferentially in the western ocean basins between 25° and 50° latitude. Before ascending, WCB trajectories typically approach from the subtropics in summer and from more midlatitude regions in winter. Considering humidity, cloud water, and potential temperature along WCBs confirms that they experience strong condensation and integrated latent heating during the ascent (typically >20 K). Liquid and ice water contents along WCBs peak at about 700 and 550 hPa, respectively. The mean potential vorticity (PV) evolution shows typical tropospheric values near 900 hPa, followed by an increase to almost 1 potential vorticity unit (PVU) at 700 hPa, and a decrease to less than 0.5 PVU at 300 hPa. These low PV values in the upper troposphere constitute significant negative anomalies with amplitudes of 1–3 PVU, which can strongly influence the downstream flow. Considering the low-level diabatic PV production, (i) WCBs starting at low latitudes (<40°) are unlikely to attain high PV (due to weak planetary vorticity) although they exhibit the strongest latent heating, and (ii) for those ascending at higher latitudes, a strong vertical heating gradient and high absolute vorticity are both important. This study therefore provides climatological insight into the cloud diabatic formation of significant positive and negative PV anomalies in the extratropical lower and upper troposphere, respectively.

Schmiede ─ Heiligtum ─ Wassermühle. Cham-Hagendorn (Kanton Zug) in römischer Zeit. Ausgrabungen 1944/45 und 2003/04

1944/1945 wurde in Cham-Hagendorn eine Wassermühle ausgegraben, die dank ihrer aussergewöhnlich guten Holzerhaltung seit langem einen prominenten Platz in der Forschung einnimmt. 2003 und 2004 konnte die Kantonsarchäologie Zug den Platz erneut archäologisch untersuchen. Dabei wurden nicht nur weitere Reste der Wassermühle, sondern auch Spuren älterer und jüngerer Anlagen geborgen: eine ältere und eine jüngere Schmiedewerkstatt (Horizont 1a/Horizont 3) sowie ein zweiphasiges Heiligtum (Horizonte 1a/1b). All diese Anlagen lassen sich nun in das in den neuen Grabungen erkannte stratigraphische Gerüst einhängen (s. Beil. 2). Dank der Holzerhaltung können die meisten Phasen dendrochronologisch datiert werden (s. Abb. 4.1/1a): Horizont 1a mit Schlagdaten zwischen 162(?)/173 und 200 n. Chr., Horizont 1b um 215/218 n. Chr. und Horizont 2 um 231 n. Chr. Ferner konnten in den neuen Grabungen Proben für mikromorphologische und archäobotanische Untersuchungen entnommen werden (Kap. 2.2; 3.11). In der vorliegenden Publikation werden der Befund und die Baustrukturen vorgelegt, (Kap. 2), desgleichen sämtliche stratifizierten Funde und eine umfassende Auswahl der 1944/1945 geborgenen Funde (Kap. 3). Dank anpassender Fragmente, sog. Passscherben, lassen sich diese zum Teil nachträglich in die Schichtenabfolge einbinden. Die mikromorphologischen und die archäobotanischen Untersuchungen (Kap. 2.2; 3.11) zeigen, dass der Fundplatz in römischer Zeit inmitten einer stark vom Wald und dem Fluss Lorze geprägten Landschaft lag. In unmittelbarer Nähe können weder eine Siedlung noch einzelne Wohnbauten gelegen haben. Die demnach nur gewerblich und sakral genutzten Anlagen standen an einem Bach, der vermutlich mit jenem Bach identisch ist, der noch heute das Groppenmoos entwässert und bei Cham-Hagendorn in die Lorze mündet (s. Abb. 2.4/1). Der antike Bach führte wiederholt Hochwasser ─ insgesamt sind fünf grössere Überschwemmungsphasen auszumachen (Kap. 2.2; 2.4). Wohl anlässlich eines Seehochstandes durch ein Überschwappen der Lorze in den Bach ausgelöst, müssen diese Überschwemmungen eine enorme Gewalt entwickelt haben, der die einzelnen Anlagen zum Opfer fielen. Wie die Untersuchung der Siedlungslandschaft römischer Zeit rund um den Zugersee wahrscheinlich macht (Kap. 6 mit Abb. 6.2/2), dürften die Anlagen von Cham-Hagendorn zu einer in Cham-Heiligkreuz vermuteten Villa gehören, einem von fünf grösseren Landgütern in diesem Gebiet. Hinweise auf Vorgängeranlagen fehlen, mit denen die vereinzelten Funde des 1. Jh. n. Chr. (Kap. 4.5) in Verbindung gebracht werden könnten. Diese dürften eher von einer der Überschwemmungen bachaufwärts weggerissen und nach Cham-Hagendorn eingeschwemmt worden sein. Die Nutzung des Fundplatzes (Horizont 1a; s. Beil. 6) setzte um 170 n. Chr. mit einer Schmiedewerkstatt ein (Kap. 2.5.1). Der Fundanfall, insbesondere die Schmiedeschlacken (Kap. 3.9) belegen, dass hier nur hin und wieder Geräte hergestellt und repariert wurden (Kap. 5.2). Diese Werkstatt war vermutlich schon aufgelassen und dem Verfall preisgegeben, als man 200 n. Chr. (Kap. 4.2.4) auf einer Insel zwischen dem Bach und einem Lorzearm ein Heiligtum errichtete (Kap. 5.3). Beleg für den sakralen Status dieser Insel ist in erster Linie mindestens ein eigens gepflanzter Pfirsichbaum, nachgewiesen mit Pollen, einem Holz und über 400 Pfirsichsteinen (Kap. 3.11). Die im Bach verlaufende Grenze zwischen dem sakralen Platz und der profanen Umgebung markierte man zusätzlich mit einer Pfahlreihe (Kap. 2.5.3). In diese war ein schmaler Langbau integriert (Kap. 2.5.2), der an die oft an Temenosmauern antiker Heiligtümer angebauten Portiken erinnert und wohl auch die gleiche Funktion wie diese gehabt hatte, nämlich das Aufbewahren von Weihegaben und Kultgerät (Kap. 5.3). Das reiche Fundmaterial, das sich in den Schichten der ersten Überschwemmung fand (s. Abb. 5./5), die um 205/210 n. Chr. dieses Heiligtum zerstört hatte, insbesondere die zahlreiche Keramik (Kap. 3.2.4), und die zum Teil auffallend wertvollen Kleinfunde (Kap. 3.3.3), dürften zum grössten Teil einst in diesem Langbau untergebracht gewesen sein. Ein als Glockenklöppel interpretiertes, stratifiziertes Objekt spricht dafür, dass die fünf grossen, 1944/1945 als Stapel aufgefundenen Eisenglocken vielleicht auch dem Heiligtum zuzuweisen sind (Kap. 3.4). In diesen Kontext passen zudem die überdurchschnittlich häufig kalzinierten Tierknochen (Kap. 3.10). Nach der Überschwemmung befestigte man für 215 n. Chr. (Kap. 4.2.4) das unterspülte Bachufer mit einer Uferverbauung (Kap. 2.6.1). Mit dem Bau eines weiteren, im Bach stehenden Langbaus (Kap. 2.6.2) stellte man 218 n. Chr. das Heiligtum auf der Insel in ähnlicher Form wieder her (Horizont 1b; s. Beil. 7). Von der Pfahlreihe, die wiederum die sakrale Insel von der profanen Umgebung abgrenzte, blieben indes nur wenige Pfähle erhalten. Dennoch ist der sakrale Charakter der Anlage gesichert. Ausser dem immer noch blühenden Pfirsichbaum ist es ein vor dem Langbau aufgestelltes Ensemble von mindestens 23 Terrakottafigurinen (s. Abb. 3.6/1), elf Veneres, zehn Matres, einem Jugendlichen in Kapuzenmantel und einem kindlichen Risus (Kap. 3.6; s. auch Kap. 2.6.3). In den Sedimenten der zweiten Überschwemmung, der diese Anlage um 225/230 n. Chr. zum Opfer gefallen war, fanden sich wiederum zahlreiche Keramikgefässe (Kap. 3.2.4) und zum Teil wertvolle Kleinfunde wie eine Glasperle mit Goldfolie (Kap. 3.8.2) und eine Fibel aus Silber (Kap. 3.3.3), die wohl ursprünglich im Langbau untergebracht waren (Kap. 5.3.2 mit Abb. 5/7). Weitere Funde mit sicherem oder möglichem sakralem Charakter finden sich unter den 1944/1945 geborgenen Funden (s. Abb. 5/8), etwa ein silberner Fingerring mit Merkurinschrift, ein silberner Lunula-Anhänger, eine silberne Kasserolle (Kap. 3.3.3), eine Glasflasche mit Schlangenfadenauflage (Kap. 3.8.2) und einige Bergkristalle (Kap. 3.8.4). Im Bereich der Terrakotten kamen ferner mehrere Münzen (Kap. 3.7) zum Vorschein, die vielleicht dort niedergelegt worden waren. Nach der zweiten Überschwemmung errichtete man um 231 n. Chr. am Bach eine Wassermühle (Horizont 2; Kap. 2.7; Beil. 8; Abb. 2.7/49). Ob das Heiligtum auf der Insel wieder aufgebaut oder aufgelassen wurde, muss mangels Hinweisen offen bleiben. Für den abgehobenen Zuflusskanal der Wassermühle verwendete man mehrere stehen gebliebene Pfähle der vorangegangenen Anlagen der Horizonte 1a und 1b. Obwohl die Wassermühle den 28 jährlichen Überschwemmungshorizonten (Kap. 2.2) und den Funden (Kap. 4.3.2; 4.4.4; 45) zufolge nur bis um 260 n. Chr., während gut einer Generation, bestand, musste sie mindestens zweimal erneuert werden – nachgewiesen sind drei Wasserräder, drei Mühlsteinpaare und vermutlich drei Podeste, auf denen jeweils das Mahlwerk ruhte. Grund für diese Umbauten war wohl der weiche, instabile Untergrund, der zu Verschiebungen geführt hatte, so dass das Zusammenspiel von Wellbaum bzw. Sternnabe und Übersetzungsrad nicht mehr funktionierte und das ganze System zerbrach. Die Analyse von Pollen aus dem Gehhorizont hat als Mahlgut Getreide vom Weizentyp nachgewiesen (Kap. 3.11.4). Das Abzeichen eines Benefiziariers (Kap. 3.3.2 mit Abb. 3.3/23,B71) könnte dafür sprechen, dass das verarbeitete Getreide zumindest zum Teil für das römische Militär bestimmt war (s. auch Kap. 6.2.3). Ein im Horizont 2 gefundener Schreibgriffel und weitere stili sowie eine Waage für das Wägen bis zu 35-40 kg schweren Waren aus dem Fundbestand von 1944/1945 könnten davon zeugen, dass das Getreide zu wägen und zu registrieren war (Kap. 3.4.2). Kurz nach 260 n. Chr. fiel die Wassermühle einem weiteren Hochwasser zum Opfer. Für den folgenden Horizont 3 (Beil. 9) brachte man einen Kiesboden ein und errichtete ein kleines Gebäude (Kap. 2.8). Hier war wohl wiederum eine Schmiede untergebracht, wie die zahlreichen Kalottenschlacken belegen (Kap. 3.9), die im Umfeld der kleinen Baus zum Vorschein kamen. Aufgrund der Funde (Kap. 4.4.4; 4.5) kann diese Werkstatt nur kurze Zeit bestanden haben, höchstens bis um 270 n. Chr., bevor sie einem weiteren Hochwasser zum Opfer fiel. Von der jüngsten Anlage, die wohl noch in römische Zeit datiert (Horizont 4; Beil. 10), war lediglich eine Konstruktion aus grossen Steinplatten zu fassen (Kap. 2.9.1). Wozu sie diente, muss offen bleiben. Auch der geringe Fundanfall spricht dafür, dass die Nutzung des Platzes, zumindest für die römische Zeit, allmählich ein Ende fand (Kap. 4.5). Zu den jüngsten Strukturen gehören mehrere Gruben (Kap. 2.9.2), die vielleicht der Lehmentnahme dienten. Mangels Funden bleibt ihre Datierung indes ungewiss. Insbesondere wissen wir nicht, ob sie noch in römische Zeit datieren oder jünger sind. Spätestens mit der fünften Überschwemmung, die zur endgültigen Verlandung führte und wohl schon in die frühe Neuzeit zu setzen ist, wurde der Platz aufgelassen und erst mit dem Bau der bestehenden Fensterfabrik Baumgartner wieder besetzt.

Dynamic high-resolution computer simulation of electrophoretic enantiomer separations with neutral cyclodextrins as chiral selectors.

GENTRANS, a comprehensive one-dimensional dynamic simulator for electrophoretic separations and transport, was extended for handling electrokinetic chiral separations with a neutral ligand. The code can be employed to study the 1:1 interaction of monovalent weak and strong acids and bases with a single monovalent weak or strong acid or base additive, including a neutral cyclodextrin, under real experimental conditions. It is a tool to investigate the dynamics of chiral separations and to provide insight into the buffer systems used in chiral capillary zone electrophoresis (CZE) and chiral isotachophoresis. Analyte stacking across conductivity and buffer additive gradients, changes of additive concentration, buffer component concentration, pH, and conductivity across migrating sample zones and peaks, and the formation and migration of system peaks can thereby be investigated in a hitherto inaccessible way. For model systems with charged weak bases and neutral modified β-cyclodextrins at acidic pH, for which complexation constants, ionic mobilities, and mobilities of selector-analyte complexes have been determined by CZE, simulated and experimentally determined electropherograms and isotachopherograms are shown to be in good agreement. Simulation data reveal that CZE separations of cationic enantiomers performed in phosphate buffers at low pH occur behind a fast cationic migrating system peak that has a small impact on the buffer composition under which enantiomeric separation takes place.

Tuning the in vitro cell cytotoxicity of dinuclear arene ruthenium trithiolato complexes: Influence of the arene ligand

A new series of cationic dinuclear arene ruthenium complexes bridged by three thiophenolato ligands, [(η6-arene)2Ru2(μ2-SR)3]+ with arene = indane, R = met: 1 (met = 4-methylphenyl); R = mco: 4 (mco = 4-methylcoumarin-7-yl); arene = biphenyl, R = met: 2; R = mco: 5; arene = 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, R = met: 3; R = mco: 6, have been prepared from the reaction of the neutral precursor [(η6-arene)Ru(μ2-Cl)Cl]2 and the corresponding thiophenol RSH. All cationic complexes have been isolated as chloride salts and fully characterized by spectroscopic and analytical methods. The molecular structure of 1, solved by X-ray structure analysis of a single crystal of the chloride salt, shows the two ruthenium atoms adopting a pseudo-octahedral geometry without metal–metal bond in accordance with the noble gas rule. All complexes are stable in H2O at 37 °C, but only 1 remains soluble in a 100 mM aqueous NaCl solution, while significant percentages (30–60 %) of 2–6 precipitate as chloride salts under these conditions. The 4-methylphenylthiolato complexes (R = met) are highly cytotoxic towards human ovarian cancer cells, the IC50 values being in the sub-micromolar range, while the 4-methylcoumarin-7-yl thiolato complexes (R = mco) are only slightly cytotoxic. Complexes 1 and 3 show the highest in vitro anticancer activity with IC50 values inferior to 0.06 μM for the A2780 cell line. The results demonstrate that the arene ligand is an important parameter that should be more systematically evaluated when designing new half-sandwich organometallic complexes.

Chondrocytes expressing intracellular collagen type II enter the cell cycle and co-express collagen type I in monolayer culture.

For autologous chondrocyte transplantation, articular chondrocytes are harvested from cartilage tissue and expanded in vitro in monolayer culture. We aimed to characterize with a cellular resolution the synthesis of collagen type II (COL2) and collagen type I (COL1) during expansion in order to further understand why these cells lose the potential to form cartilage tissue when re-introduced into a microenvironment that supports chondrogenesis. During expansion for six passages, levels of transcripts encoding COL2 decreased to <0.1%, whereas transcript levels encoding COL1 increased 370-fold as compared to primary chondrocytes. Flow cytometry for intracellular proteins revealed that chondrocytes acquired a COL2/COL1-double positive phenotype during expansion, and the COL2 positive cells were able to enter the cell cycle. While the fraction of COL2 positive cells decreased from 70% to <2% in primary chondrocytes to passage six cells, the fraction of COL1 positive cells increased from <1% to >95%. In parallel to the decrease of the fraction of COL2 positive cells, the cells' potential to form cartilage-like tissue in pellet cultures steadily decreased. Intracellular staining for COL2 enables for characterization of chondrocyte lineage cells in more detail with a cellular resolution, and it may allow predicting the effectiveness of expanded chondrocytes to form cartilage-like tissue.