Higher spin resolution of a toy big bang

Diffeomorphisms preserve spacetime singularities, whereas higher spin symmetries need not. Since three-dimensional de Sitter space has quotients that have big-bang/big-crunch singularities and since dS(3)-gravity can be written as an SL(2, C) Chern-Simons theory, we investigate SL(3, C) Chern-Simons theory as a higher-spin context in which these singularities might get resolved. As in the case of higher spin black holes in AdS(3), the solutions are invariantly characterized by their holonomies. We show that the dS(3) quotient singularity can be desingularized by an SL(3, C) gauge transformation that preserves the holonomy: this is a higher spin resolution the cosmological singularity. Our work deals exclusively with the bulk theory, and is independent of the subtleties involved in defining a CFT2 dual to dS(3) in the sense of dS/CFT.

Markov chains, R-trivial monoids and representation theory

We develop a general theory of Markov chains realizable as random walks on R-trivial monoids. It provides explicit and simple formulas for the eigenvalues of the transition matrix, for multiplicities of the eigenvalues via Mobius inversion along a lattice, a condition for diagonalizability of the transition matrix and some techniques for bounding the mixing time. In addition, we discuss several examples, such as Toom-Tsetlin models, an exchange walk for finite Coxeter groups, as well as examples previously studied by the authors, such as nonabelian sandpile models and the promotion Markov chain on posets. Many of these examples can be viewed as random walks on quotients of free tree monoids, a new class of monoids whose combinatorics we develop.

A Family of Domains Associated with mu-Synthesis

We introduce a family of domains-which we call the -quotients-associated with an aspect of -synthesis. We show that the natural association that the symmetrized polydisc has with the corresponding spectral unit ball is also exhibited by the -quotient and its associated unit `` -ball''. Here, is the structured singular value for the case Specifically: we show that, for such an E, the Nevanlinna-Pick interpolation problem with matricial data in a unit `` -ball'', and in general position in a precise sense, is equivalent to a Nevanlinna-Pick interpolation problem for the associated -quotient. Along the way, we present some characterizations for the -quotients.

Dirac spectra, summation formulae, and the spectral action

Noncommutative geometry is a source of particle physics models with matter Lagrangians coupled to gravity. One may associate to any noncommutative space (A, H, D) its spectral action, which is defined in terms of the Dirac spectrum of its Dirac operator D. When viewing a spin manifold as a noncommutative space, D is the usual Dirac operator. In this paper, we give nonperturbative computations of the spectral action for quotients of SU(2), Bieberbach manifolds, and SU(3) equipped with a variety of geometries. Along the way we will compute several Dirac spectra and refer to applications of this computation.

A generalized Hausdorff dimension for functions and sets

Let E be a compact subset of the n-dimensional unit cube, 1_n, and let C be a collection of convex bodies, all of positive n-dimensional Lebesgue measure, such that C contains bodies with arbitrarily small measure. The dimension of E with respect to the covering class C is defined to be the number

d_C(E) = sup(β:H_{β, C}(E) > 0),

where H_{β, C} is the outer measure

inf(Ʃm(C_i)^β:UC_i Ↄ E, C_i ϵ C) .

Only the one and two-dimensional cases are studied. Moreover, the covering classes considered are those consisting of intervals and rectangles, parallel to the coordinate axes, and those closed under translations. A covering class is identified with a set of points in the left-open portion, 1’_n, of 1_n, whose closure intersects 1_n - 1’_n. For n = 2, the outer measure H_{β, C} is adopted in place of the usual:

Inf(Ʃ(diam. (C_i))^β: UC_i Ↄ E, C_i ϵ C),

for the purpose of studying the influence of the shape of the covering sets on the dimension d_C(E).

If E is a closed set in 1₁, let M(E) be the class of all non-decreasing functions μ(x), supported on E with μ(x) = 0, x ≤ 0 and μ(x) = 1, x ≥ 1. Define for each μ ϵ M(E),

d_C(μ) = lim/c → inf/0 log ∆μ(c)/log c , (c ϵ C)

where ∆μ(c) = v/x (μ(x+c) – μ(x)). It is shown that

d_C(E) = sup (d_C(μ):μ ϵ M(E)).

This notion of dimension is extended to a certain class Ӻ of sub-additive functions, and the problem of studying the behavior of d_C(E) as a function of the covering class C is reduced to the study of d_C(f) where f ϵ Ӻ. Specifically, the set of points in 1₁,

(*) {d_B(F), d_C(f)): f ϵ Ӻ}

is characterized by a comparison of the relative positions of the points of B and C. A region of the form (*) is always closed and doubly-starred with respect to the points (0, 0) and (1, 1). Conversely, given any closed region in 1₂, doubly-starred with respect to (0, 0) and (1, 1), there are covering classes B and C such that (*) is exactly that region. All of the results are shown to apply to the dimension of closed sets E. Similar results can be obtained when a finite number of covering classes are considered.

In two dimensions, the notion of dimension is extended to the class M, of functions f(x, y), non-decreasing in x and y, supported on 1₂ with f(x, y) = 0 for x · y = 0 and f(1, 1) = 1, by the formula

d_C(f) = lim/s · t → inf/0 log ∆f(s, t)/log s · t , (s, t) ϵ C

where

∆f(s, t) = V/x, y (f(x+s, y+t) – f(x+s, y) – f(x, y+t) + f(x, t)).

A characterization of the equivalence d_C1(f) = d_C2(f) for all f ϵ M, is given by comparison of the gaps in the sets of products s · t and quotients s/t, (s, t) ϵ C_i (I = 1, 2).

The design, construction, operation, and maintenance of the Replicated Modular Estuarine Mesocosm

Perhaps the most difficult job of the ecotoxicologist is extrapolating data calculated from laboratory experiments with high precision and accuracy into the real world of highly-dynamics aquatic environments. The establishment of baseline laboratory toxicity testing data for individual compounds and ecologically important and field studies serve as a precursor to ecosystem level studies needed for ecological risk assessment. The first stage in the field portion of risk assessment is the determination of actual environmental concentrations of the contaminant being studied and matching those concentrations with laboratory toxicity tests. Risk estimates can be produced via risk quotients that would determine the probability that adverse effects may occur. In this first stage of risk assessment, environmental realism is often not achieved. This is due, in part, to the fact that single-species laboratory toxicity tests, while highly controlled, do not account for the complex interactions (Chemical, physical, and biological) that take place in the natural environment. By controlling as many variables in the laboratory as possible, an experiment can be produced in such a fashion that real effects from a compound can be determined for a particular test organism. This type of approach obviously makes comparison with real world data most difficult. Conversely, field oriented studies fall short in the interpretation of ecological risk assessment because of low statistical power, lack of adequate replicaiton, and the enormous amount of time and money needed to perform such studies. Unlike a controlled laboratory bioassay, many other stressors other than the chemical compound in question affect organisms in the environment. These stressors range from natural occurrences (such as changes in temperature, salinity, and community interactions) to other confounding anthropogenic inputs. Therefore, an improved aquatic toxicity test that will enhance environmental realism and increase the accuracy of future ecotoxicological risk assessments is needed.

Preliminary hazard assessment of polychlorinated biphenyls, polybrominated diphenyl ethers, and polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans to Yangtze finless porpoise in Dongting Lake, China

Yangtze finless porpoise (Neophocaena phocaenoides asiaeorientalis), a protected endangered species, is the sole freshwater subspecies of finless porpoise, living only in the middle and lower reaches of the Yangtze River, China, and its appended lakes. Its population has decreased sharply to 1,400 because of human activities, including environmental contamination. In the present study, polychlorinated biphenyls (PCBs), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), and polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs) were determined in the blubber, liver, kidney, stomach, small intestine, and brains of five individual Yangtze finless porpoises collected from 1998 to 2004. The results showed PCB concentrations ranged from 0.06 to 1.89 mu g/g lipid weight in the organs and consisted mainly of penta-, hexa-. and decachlorinated biphenyls. The PBDE concentrations were between 5.32 and 72.76 ng/g lipid weight. Tetra-, penta-, and hexabrominated diphenyl ethers were the major homologues. The PCDD/F concentrations ranged from 65 to 1,563 pg/g lipid weight, and their predominant homologues were penta- and hexachlorinated dibenzofurans and hepta- and octachlorinated dibenzo-p-dioxins. The hazard quotients (HQs) based on toxic equivalency were determined to be greater than one in all individuals for PCBs, for PCDD/Fs, and for PCBs and PCDD/Fs In addition, HQs would be higher if PBDEs were included. The results suggest that reduction of environmental contamination may contribute greatly to protecting this highly endangered species.

Characterisations of the weak expectation property

We use representations of operator systems as quotients to deduce various characterisations of the weak expectation property (WEP) for C∗ -algebras. By Kirchberg’s work on WEP, these results give new formulations of Connes’ embedding problem.

Quantum Chromatic Numbers via Operator Systems

We define several new types of quantum chromatic numbers of a graph and characterize them in terms of operator system tensor products. We establish inequalities between these chromatic numbers and other parameters of graphs studied in the literature and exhibit a link between them and non-signalling correlation boxes.

Toxicidade de químicos em mistura: o caso da albufeira do Alqueva

In the environment humans and biota are generally exposed to chemical mixtures rather than individual chemicals. Therefore, when assessing the environmental risk of chemicals, it is important to consider chemical mixtures and their possible interactions. The main objective of this work focused on the environmental risk assessment of pesticides found in the water of the Alqueva reservoir and their binary combinations. In this aquatic ecosystem several pesticides were above of the environmental quality standards. But in addition, there were several sampling points of the reservoir where ecotoxicity was observed despite the presence of these contaminants at low concentrations. Here, a component-based approach was used to assess the effects of the pesticide mixtures. The effects of the binary combinations of four herbicides, atrazine (ATR), terbuthylazine (TER), simazine (SIM) and metolachlor (MET), on the growth rate of the microalgae Pseudokirchneriella subcapitata and the effects of the binary combinations of the s-triazine herbicides ATR and TER and the insecticide chlorpyrifos (CPF) on the swimming behaviour and acetylcholinesterase (AChE) activity of the zebrafish Danio rerio were assessed using the two reference models of concentration addition (CA) and independent action (IA). Moreover, the combined effects of the herbicides (ATR, TER and MET) and the insecticide CPF were also tested on the swimming behaviour and AChE activity of the aquatic midge Chironomus riparius after the cholinesterases characterization. In this risk characterization, the calculated risk quotients for the herbicides ATR, TER, SIM and MET were higher than 1, meaning that these herbicides present a high risk for the Alqueva ecosystem. As expected, the microalgae P. subcapitata was the most sensitive species to the herbicides. However, despite these herbicides pose no or low risk to other aquatic organisms tested in this study, with EC50 values much higher than the concentrations found in this aquatic ecosystem, they are able to increase the toxic effects of CPF when they are tested in binary mixtures. Moreover, the risk quotients of mixtures of these herbicides present simultaneously in three different locations of the reservoir were also higher than 1, so this confirms the fact that these herbicides when present in mixtures, present a greater risk for this ecosystem than the expected considering each single chemical by its own.

The impact of biofuels for road traffic on air quality : a modelling approach

The selection of the energy source to power the transport sector is one of the main current concerns, not only relative with the energy paradigm but also due to the strong influence of road traffic in urban areas, which highly affects human exposure to air pollutants and human health and quality of life. Due to current important technical limitations of advanced energy sources for transportation purposes, biofuels are seen as an alternative way to power the world’s motor vehicles in a near-future, helping to reduce GHG emissions while at the same time stimulating rural development. Motivated by European strategies, Portugal, has been betting on biofuels to meet the Directive 2009/28/CE goals for road transports using biofuels, especially biodiesel, even though, there is unawareness regarding its impacts on air quality. In this sense, this work intends to clarify this issue by trying to answer the following question: can biodiesel use contribute to a better air quality over Portugal, particularly over urban areas? The first step of this work consisted on the characterization of the national biodiesel supply chain, which allows verifying that the biodiesel chain has problems of sustainability as it depends on raw materials importation, therefore not contributing to reduce the external energy dependence. Next, atmospheric pollutant emissions and air quality impacts associated to the biodiesel use on road transports were assessed, over Portugal and in particular over the Porto urban area, making use of the WRF-EURAD mesoscale numerical modelling system. For that, two emission scenarios were defined: a reference situation without biodiesel use and a scenario reflecting the use of a B20 fuel. Through the comparison of both scenarios, it was verified that the use of B20 fuels helps in controlling air pollution, promoting reductions on PM10, PM2.5, CO and total NMVOC concentrations. It was also verified that NO2 concentrations decrease over the mainland Portugal, but increase in the Porto urban area, as well as formaldehyde, acetaldehyde and acrolein emissions in the both case studies. However, the use of pure diesel is more injurious for human health due to its dominant VOC which have higher chronic hazard quotients and hazard indices when compared to B20.

Contribution of hospital effluents to the load of pharmaceuticals in urban wastewaters: Identification of ecologically relevant pharmaceuticals

The impact of effluent wastewaters from four different hospitals: a university (1456 beds), a general (350 beds), a pediatric (110 beds) and a maternity hospital (96 beds), which are conveyed to the same wastewater treatment plant (WWTP), was evaluated in the receiving urban wastewaters. The occurrence of 78 pharmaceuticals belonging to several therapeutic classes was assessed in hospital effluents and WWTP wastewaters (influent and effluent) as well as the contribution of each hospital in WWTP influent in terms of pharmaceutical load. Results indicate that pharmaceuticals are widespread pollutants in both hospital and urban wastewaters. The contribution of hospitals to the input of pharmaceuticals in urban wastewaters widely varies, according to their dimension. The estimated total mass loadings were 306 g d− 1 for the university hospital, 155 g d− 1 for the general one, 14 g d− 1 for the pediatric hospital and 1.5 g d− 1 for the maternity hospital, showing that the biggest hospitals have a greater contribution to the total mass load of pharmaceuticals. Furthermore, analysis of individual contributions of each therapeutic group showed that NSAIDs, analgesics and antibiotics are among the groups with the highest inputs. Removal efficiency can go from over 90% for pharmaceuticals like acetaminophen and ibuprofen to not removal for β-blockers and salbutamol. Total mass load of pharmaceuticals into receiving surface waters was estimated between 5 and 14 g/d/1000 inhabitants. Finally, the environmental risk posed by pharmaceuticals detected in hospital and WWTP effluents was assessed by means of hazard quotients toward different trophic levels (algae, daphnids and fish). Several pharmaceuticals present in the different matrices were identified as potentially hazardous to aquatic organisms, showing that especial attention should be paid to antibiotics such as ciprofloxacin, ofloxacin, sulfamethoxazole, azithromycin and clarithromycin, since their hazard quotients in WWTP effluent revealed that they could pose an ecotoxicological risk to algae.

Assessment of non-steroidal anti-inflammatory and analgesic pharmaceuticals in seawaters of North of Portugal: Occurrence and environmental risk

The occurrence of seven pharmaceuticals and two metabolites belonging to non-steroidal anti-inflammatory drugs and analgesics therapeutic classes was studied in seawaters. A total of 101 samples covering fourteen beaches and five cities were evaluated in order to assess the spatial distribution of pharmaceuticals among north Portuguese coast. Seawaters were selected in order to embrace different bathing water quality (excellent, good and sufficient). Acetaminophen, ketoprofen and the metabolite hydroxyibuprofen were detected in all the seawater samples at maximum concentrations of 584, 89.7 and 287 ng L− 1, respectively. Carboxyibuprofen had the highest seawater concentration (1227 ng L− 1). The temporal distribution of the selected pharmaceuticals during the bathing season showed that, in general, higher concentrations were detected in August and September. The environmental risk posed by the pharmaceuticals detected in seawaters towards different trophic levels (fish, daphnids and algae) was also assessed. Only diclofenac showed hazard quotients above one for fish, representing a potential risk for aquatic organisms. These results were observed in seawaters classified as excellent bathing water. Additional data is needed in order to support the identification and prioritization of risks posed by pharmaceuticals in marine environment.

La démographie des centenaires québécois : validation des âges au décès, mesure de la mortalité et composante familiale de la longévité

L’explosion récente du nombre de centenaires dans les pays à faible mortalité n’est pas étrangère à la multiplication des études portant sur la longévité, et plus spécifiquement sur ses déterminants et ses répercussions. Alors que certains tentent de découvrir les gènes pouvant être responsables de la longévité extrême, d’autres s’interrogent sur l’impact social, économique et politique du vieillissement de la population et de l’augmentation de l’espérance de vie ou encore, sur l’existence d’une limite biologique à la vie humaine. Dans le cadre de cette thèse, nous analysons la situation démographique des centenaires québécois depuis le début du 20e siècle à partir de données agrégées (données de recensement, statistiques de l’état civil, estimations de population). Dans un deuxième temps, nous évaluons la qualité des données québécoises aux grands âges à partir d’une liste nominative des décès de centenaires des générations 1870-1894. Nous nous intéressons entre autres aux trajectoires de mortalité au-delà de cent ans. Finalement, nous analysons la survie des frères, sœurs et parents d’un échantillon de semi-supercentenaires (105 ans et plus) nés entre 1890 et 1900 afin de se prononcer sur la composante familiale de la longévité. Cette thèse se compose de trois articles. Dans le cadre du premier, nous traitons de l’évolution du nombre de centenaires au Québec depuis les années 1920. Sur la base d’indicateurs démographiques tels le ratio de centenaires, les probabilités de survie et l’âge maximal moyen au décès, nous mettons en lumière les progrès remarquables qui ont été réalisés en matière de survie aux grands âges. Nous procédons également à la décomposition des facteurs responsables de l’augmentation du nombre de centenaires au Québec. Ainsi, au sein des facteurs identifiés, l’augmentation de la probabilité de survie de 80 à 100 ans s’inscrit comme principal déterminant de l’accroissement du nombre de centenaires québécois. Le deuxième article traite de la validation des âges au décès des centenaires des générations 1870-1894 d’origine canadienne-française et de confession catholique nés et décédés au Québec. Au terme de ce processus de validation, nous pouvons affirmer que les données québécoises aux grands âges sont d’excellente qualité. Les trajectoires de mortalité des centenaires basées sur les données brutes s’avèrent donc représentatives de la réalité. L’évolution des quotients de mortalité à partir de 100 ans témoigne de la décélération de la mortalité. Autant chez les hommes que chez les femmes, les quotients de mortalité plafonnent aux alentours de 45%. Finalement, dans le cadre du troisième article, nous nous intéressons à la composante familiale de la longévité. Nous comparons la survie des frères, sœurs et parents des semi-supercentenaires décédés entre 1995 et 2004 à celle de leurs cohortes de naissance respectives. Les différences de survie entre les frères, sœurs et parents des semi-supercentenaires sous observation et leur génération « contrôle » s’avèrent statistiquement significatives à un seuil de 0,01%. De plus, les frères, sœurs, pères et mères des semi-supercentenaires ont entre 1,7 (sœurs) et 3 fois (mères) plus de chance d’atteindre 90 ans que les membres de leur cohorte de naissance correspondante. Ainsi, au terme de ces analyses, il ne fait nul doute que la longévité se concentre au sein de certaines familles.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.