Modification of the magnetic properties of a heterometallic wheel by inclusion of a Jahn-Teller distorted Cu(II) ion

An investigation into the physical consequences of including a Jahn-Teller distorted Cu(II) ion within an antiferromagnetically coupled ring, [R(2)NH(2)][Cr(7)CuF(8)((O(2)C(t)Bu)(16))] is reported. Inelastic neutron scattering (INS) and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopic data are simulated using a microscopic spin Hamiltonian, and show that the two Cr-Cu exchange interactions must be inequivalent. One Cr-Cu exchange is found to be antiferromagnetic and the other ferromagnetic. The geometry of the Jahn-Teller elongation is deduced from these results, and shows that a Jahn-Teller elongation axis must lie in the plane of the Cr(7)Cu wheel; the elongation is not observed by X-ray crystallography, due to positional disorder of the Cu site within the wheel. An electronic structure calculation confirms the structural distortion of the Cu site.

The influence of handling and exposure to a ferret on body temperature and running wheel activity of golden hamsters (Mesocricetus auratus)

In order to determine a stress response, two groups of twenty male golden hamsters were either exposed to a ferret or handled by a human. The hamsters' body temperature and running wheel activity were measured as stress correlates. Half of the hamsters' cages were equipped with a functional running wheel to determine whether the presence of a running wheel might reduce stress. Exposure to the ferret was followed by a significant increase in body temperature and running wheel revolutions: however, running wheel activity did not change after handling. Body temperature increased less after handling in hamsters living in a cage with a functional running wheel than in those with a non-revolving running wheel. This suggests that hamsters with a functional running wheel reacted less strongly to acute stress caused by handling. On the other hand, temperature increase after the exposure to a ferret was not affected by the presence of a running wheel. Both exposure to a ferret and handling caused stress in golden hamsters, as demonstrated by an increase in body temperature (emotional fever). Stress caused by handling was much milder than stress caused by the ferret. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of voluntary exercise on number and volume of cardiomyocytes and their mitochondria in the mouse left ventricle

Voluntary exercise (VE) has a beneficial influence on the heart and mean lifespan. The present study evaluates structural adaptations of cardiomyocytes and their mitochondria due to VE by new, unbiased stereological methods. Female, 7-9-week-old mice were randomly assigned to a control (CG, n = 7) or VE group (EG, n = 7). EG animals were housed in cages with free access to a running wheel and had a mean running distance of 6.7 (1.8) km per day. After 4 weeks, the hearts of all mice were processed for light and electron microscopy. We estimated the number and volume of cardiomyocytes by the disector method and the number and volume of mitochondria by estimation of the Euler number. In comparison to CG, VE did not have an effect on the myocardial volume of the left ventricle (CG: 93 (10), EG: 103 (17) (mm(3))), the number of cardiomyocytes (CG: 2.81 (0.27), EG: 2.82 (0.43) (x10(6))) and their number-weighted mean volume. However, the composition of the cardiomyocytes changed due to VE. The total volume of mitochondria (CG: 21.8 (4.9), EG: 32.2 (4.3) (mm(3)), P < 0.01) and the total number (CG: 3.76 (0.44), EG: 7.02 (1.13) (x10(10)), P < 0.001) were significantly higher in EG than in CG. The mean number-weighted mitochondrial volume was smaller in EG than in CG (P < 0.05). In summary, VE does not alter ventricular volume nor cardiomyocyte volume or number but the oxidative capacity of cardiomyocytes by an increased mitochondrial number and total volume in the left ventricle. These structural changes may participate in the beneficial effects of VE.

Erosion Damage Mapping: Assessing Current Soil Erosion Damage in Switzerland

Within the scope of a comprehensive assessment of the degree of soil erosion in Switzerland, common methods have been used in the past including test plot measurements, artificial rainfall simulation, and erosion modelling. In addition, mapping guidelines for all visible erosion features have been developed since the 1970s and are being successfully applied in many research and soil conservation projects. Erosion damage has been continuously mapped over a period of 9 years in a test region in the central Bernese plateau. In 2005, two additional study areas were added. The present paper assesses the data gathered and provides a comparison of the three study areas within a period of one year (from October 2005 to October 2006), focusing on the on-site impacts of soil erosion. During this period, about 11 erosive rainfall events occurred. Average soil loss rates mapped at each study site amounted to 0.7 t ha-1, 1.2 t ha-1 and 2.3 t ha-1, respectively. About one fourth of the total arable land showed visible erosion damage. Maximum soil losses of about 70 t ha-1 occurred on individual farm plots. Average soil erosion patterns are widely used to underline the severity of an erosion problem (e.g. impacts on water bodies). But since severe rainfall events, wheel tracks, headlands, and other “singularities” often cause high erosion rates, analysis of extreme erosion patterns such as maximum values led to a more differentiated understanding and appropriate conclusions for planning and design of soil protection measures. The study contains an assessment of soil erosion in Switzerland, emphasizing questions about extent, frequency and severity. At the same time, the effects of different types of land management are investigated in the field, aiming at the development of meaningful impact indicators of (un-)sustainable agriculture/soil erosion risk as well as the validation of erosion models. The results illustrate that conservation agriculture including no-till, strip tillage and in-mulch seeding plays an essential role in reducing soil loss as compared to conventional tillage.

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.

Assessing the sustainability of water governance systems: the sustainability wheel

We present and test a conceptual and methodological approach for interdisciplinary sustainability assessments of water governance systems based on what we call the sustainability wheel. The approach combines transparent identification of sustainability principles, their regional contextualization through sub-principles (indicators), and the scoring of these indicators through deliberative dialogue within an interdisciplinary team of researchers, taking into account their various qualitative and quantitative research results. The approach was applied to a sustainability assessment of a complex water governance system in the Swiss Alps. We conclude that the applied approach is advantageous for structuring complex and heterogeneous knowledge, gaining a holistic and comprehensive perspective on water sustainability, and communicating this perspective to stakeholders.

Impact of normal and shear stresses due to wheel slip on hydrological properties of an agricultural clay loam: Experimental and new computerized approach

The main purpose of this study was to evaluate the effect that mechanical stresses acting under the slipping driving wheels of agricultural equipment have on the soil’s pore system and water flow process (surface runoff generation during extreme event). The field experiment simulated low slip (1%) and high slip (27%) on a clay loam. The stress on the soil surface and changes in the amounts of water flowing from macropores were simulated using the Tires/tracks And Soil Compaction (TASC) tool and the MACRO model, respectively. Taking a 65 kW tractor on a clay loam as a reference, results showed that an increase in slip of the rear wheels from 1% to 27% caused normal stress to increase from 90.6 kPa to 104.4 kPa at the topsoil level, and the maximum shear contact stress to rise drastically from 6.0 kPa to 61.6 kPa. At 27% slip, topsoil was sheared and displaced over a distance of 0.35 m. Excessive normal and shear stress values with high slip caused severe reductions of the soil’s macroporosity, saturated hydraulic conductivity, and water quantities flowing from topsoil macropores. Assuming that, under conditions of intense rainfall on sloping land, a loss in vertical water flow would mean an increase in surface runoff, we calculated that a rainfall intensity of 100 mm h-1 and a rainfall duration of 1 h would increase the runoff coefficient to 0.79 at low slip and to 1.00 at high slip, indicating that 100% of rainwater would be transformed into surface runoff at high slip. We expect that these effects have a significant impact on soil erosion and floods in steeper terrain (slope > 15°) and across larger surface areas (> 16 m2) than those included in our study.

Fatal steamer accident; blunt force injuries and drowning in post-mortem MSCT and MRI.

Steamer accidents, through contact with the bucket wheel, are very seldom today. No publication of such a kind of fatal accident could be found in literature. We present the case of a fatal steamer accident, in which the findings of a blunt traumatization of a person by the ship was completely documented by post-mortem combined multi-slice computed tomography (MSCT) and magnetic resonance imaging (MRI) examinations. A rupture of the aorta was detected using both radiological methods without use of radiopaque material. Radiological examination revealed a comminuted fracture of the thorax vertebrae at the same level as the aortic rupture. Injuries of the soft tissues of the back, caused by the bucket wheel of the steamer, were also diagnosed. In addition to the signs of blunt force trauma the findings of drowning such as an over inflation of the lungs, fluid in the stomach and duodenum were revealed. Furthermore, algological analysis detected diatoms in the lung tissue and blood from the left heart. Therefore, the cause of death was considered being a combination of fatal hemorrhage, caused by the aortic rupture, and drowning. We conclude that virtual autopsy using combined post-mortem MSCT and MRI is a useful tool for documentation, visualisation and analysis of the findings of blunt force trauma and drowning with a large potential in forensic medicine.

Space debris attitude simulation - ιOTA (In-Orbit Tumbling Analysis)

Today, there is little knowledge on the attitude state of decommissioned intact objects in Earth orbit. Observational means have advanced in the past years, but are still limited with respect to an accurate estimate of motion vector orientations and magnitude. Especially for the preparation of Active Debris Removal (ADR) missions as planned by ESA’s Clean Space initiative or contingency scenarios for ESA spacecraft like ENVISAT, such knowledge is needed. ESA's “Debris Attitude Motion Measurements and Modelling” project (ESA Contract No. 40000112447), led by the Astronomical Institute of the University of Bern (AIUB), addresses this problem. The goal of the project is to achieve a good understanding of the attitude evolution and the considerable internal and external effects which occur. To characterize the attitude state of selected targets in LEO and GTO, multiple observation methods are combined. Optical observations are carried out by AIUB, Satellite Laser Ranging (SLR) is performed by the Space Research Institute of the Austrian Academy of Sciences (IWF) and radar measurements and signal level determination are provided by the Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques (FHR). The In-Orbit Tumbling Analysis tool (ιOTA) is a prototype software, currently in development by Hyperschall Technologie Göttingen GmbH (HTG) within the framework of the project. ιOTA will be a highly modular software tool to perform short-(days), medium-(months) and long-term (years) propagation of the orbit and attitude motion (six degrees-of-freedom) of spacecraft in Earth orbit. The simulation takes into account all relevant acting forces and torques, including aerodynamic drag, solar radiation pressure, gravitational influences of Earth, Sun and Moon, eddy current damping, impulse and momentum transfer from space debris or micro meteoroid impact, as well as the optional definition of particular spacecraft specific influences like tank sloshing, reaction wheel behaviour, magnetic torquer activity and thruster firing. The purpose of ιOTA is to provide high accuracy short-term simulations to support observers and potential ADR missions, as well as medium-and long-term simulations to study the significance of the particular internal and external influences on the attitude, especially damping factors and momentum transfer. The simulation will also enable the investigation of the altitude dependency of the particular external influences. ιOTA's post-processing modules will generate synthetic measurements for observers and for software validation. The validation of the software will be done by cross-calibration with observations and measurements acquired by the project partners.