TY  - THES
A1  - Barthel, Roland
T1  - Einsatz von Geoinformationssystemen (GIS) zur geologischen Standortbewertung
T1  - Using geographic information systems (GIS) for site assessment and the analysis of the regional potential for heat extraction and heat storage in shallow underground up to depths of 200m in Lower Franconia, Northern Bavaria, Germany
N2  - Die vorliegende Untersuchung befaßt sich mit den Einsatzmöglichkeiten von Geoinformationssystemen (GIS) bei der Bewertung von Einzelstandorten oder größeren zusammenhängenden Gebieten im Hinblick auf die Eignung zur thermischen Nutzung des flachen Untergrundes bis 200m Tiefe. Untersuchungsregion ist der Regierungsbezirk Unterfranken in Nordbayern (8500km2). Die durchgeführten Arbeiten beinhalten die Ermittlung, Sammlung und Organisation der für die Bewertung notwendigen Basisdaten, die Festlegung geeigneter Bewertungskriterien für die verschiedenen Verfahren der thermischen Nutzung und die Erarbeitung von Bewertungskonzeptionen. Unterschiedliche Bewertungsansätze wurden auf die Untersuchungsregion bzw. auf Ausschnitte angewendet und die Ergebnisse in Form einer qualitativen Aufwand-Nutzen-Analyse verglichen. Besonders eingehend wurden Möglichkeiten zur Erstellung von Übersichtsdarstellungen mittleren Maßstabs sowie ein „Expertensystemansatz" betrachtet, der eine interaktive, individuelle Standortanalyse ermöglicht. Für den Expertensystemansatz wurde eine entsprechende Anwendung in einer GIS-Umgebung (Avenue, ArcView GIS 3.2) programmiert. Wesentlicher Bestandteil beider Konzeptionen ist ein quasi-dreidimensionales geologisch-hydrogeologisches Untergrundmodell, das die Berücksichtigung der dreidimensionalen Verteilung der relevanten Untergrundparameter bei der Standortbewertung erlaubt. Die Arbeit beinhaltet eine Erläuterung der maßgeblichen Verfahren der thermischen Nutzung des Untergrundes unter besonderer Berücksichtigung der geologischen Anforderungen, eine Beschreibung der beteiligten geologischen, hydrogeologischen und physikalischen Parameter und Prozesse, eine Übersichtsdarstellung der geologischen Verhältnisse in Unterfranken sowie eine Einführung in die angewendeten GIS-Konzepte und Methoden. Zur thermischen Nutzung des flachen Untergrundes bis etwa 200m Tiefe bestehen prinzipiell zwei Möglichkeiten: die Gewinnung von Niedrigtemperaturwärme aus Boden und Grundwasser mit Hilfe von Wärmepumpen sowie die saisonale Speicherung von Solar- oder Überschußwärme in Erdwärmespeichern. Beide Verfahren sind auch zu Kühlzwecken einsetzbar. Obwohl entsprechende Techniken seit mehreren Jahrzehnten untersucht werden, sind thermische Nutzungen des flachen Untergrundes in Deutschland, verglichen mit anderen Ländern wie der Schweiz, Schweden oder den USA, bislang wenig verbreitet. Grund hierfür ist auch das Fehlen regionalspezifischer Untersuchungen, die den potentiellen Nutzern schon im Vorfeld ihrer Planungen die Möglichkeiten und Einschränkungen an ihrem Standort aufzeigen. Die Eignung eines Standorts wird durch naturräumliche Faktoren (geologisch-physikalische, klimatische und geomorphologische Bedingungen), infrastrukturelle Faktoren (Besiedlungsstruktur, Erschließung) und durch rechtliche Faktoren (Genehmigungsfragen, Nutzungsbedingungen) bestimmt. Insgesamt ergibt sich aus der Vielzahl von Einflußfaktoren ein komplexes System, das, da es vorrangig durch raumbezogene Parameter bestimmt ist, am sinnvollsten in einem GIS beschrieben und analysiert werden kann. Ein solches GIS muß zum einen die erforderlichen Basisdaten, zum anderen spezielle Analyseverfahren zur Verfügung stellen. Weiterhin müssen Kriterien vorhanden sein, die auf die in der Untersuchungsregion vorliegenden Verhältnisse anwendbar sind und eine aussagekräftige Beurteilung erlauben. Mit diesen drei Komponenten erhält der Benutzer des GIS die Möglichkeit, Bewertungen für eine vom ihm gewünschte Anlagenkonzeption an einem bestimmten Standort zu erstellen. Die Aufstellung angemessener Bewertungskriterien stellt dabei eine der wesentlichen Schwierigkeiten dar. Zusätzlich ist es bereichsweise schwierig oder gar unmöglich, die für die Analyse notwendigen Basisdaten bereitzustellen. Vergleichsweise unproblematisch ist dagegen die Festlegung angemessener Analyseverfahren. Der Schwerpunkt der Untersuchung lag auf der Beantwortung der Frage, inwieweit sich GIS sinnvoll bei der Standortbewertung für die thermische Nutzung des Untergrundes in Unterfranken einsetzen lassen. Dabei konnte festgestellt werden, daß der Einsatz von GIS für die Erstellung von Übersichtskarten mittleren Maßstabs des Potentials bis etwa 1:100.000 möglich und mit nicht allzu hohem Aufwand durchzuführen ist. Die Erstellung solcher Karten erscheint sinnvoll für die Information von Bürgern, planenden Firmen und Genehmigungsbehörden sowie zur Ermittlung des Potentials im Rahmen von überregionalen Planungen. Entsprechende Karten können gedruckt oder in digitalem Format verbreitet werden. Im Fall der digitalen Verbreitung ist eine interaktive Benutzerführung realisierbar. Solche Übersichtskarten bieten aber weder eine echte Hilfestellung für die Planung konkreter Projekte noch kann von ihnen eine rechtliche Sicherheit im Bezug auf Genehmigungsfragen erwartet werden. Ein deutlich höherer Arbeitsaufwand ist zur Erstellung von GIS-Anwendungen erforderlich, die konkret zur Anlagenplanung bei bereits festgelegtem oder noch zu ermittelndem Standort eingesetzt werden sollen. Da hier individuelle lage- und projektspezifische Gegebenheiten zu berücksichtigen und Informationen aus unterschiedlichen Fachgebieten zu verarbeiten sind, bietet es sich an, solche „Planungsinstrumente" in Form sogenannter „Expertensysteme" zu konzipieren. In einem solchen System wird die Eignung eines Standortes entsprechend einer vom Nutzer vorgegebenen Anlagenkonzeption individuell bestimmt. Der Vorteil eines solchen interaktiven Konzepts liegt darin, daß es weitaus flexibler ist als ein Kartenwerk, das im Allgemeinen nicht beliebig oft aktualisiert und an geänderte Anforderungen angepaßt werden kann. In das Expertensystem können Berechnungs- und Auslegungsprogramme, die Daten aus dem GIS beziehen, einbezogen werden. Grundvoraussetzung für eine aussagekräftige Beurteilung der geologisch- hydrogeologischen Situation innerhalb eines solchen Expertensystems ist ein dreidimensionales Untergrundmodell, das es ermöglicht, teufenabhängige Informationen über relevante Parameter am betrachteten Standort abzurufen und diese mit Hilfe von angepaßten Bewertungsalgorithmen zu verarbeiten. Die Detailtreue des Modells ist dabei gleichermaßen bestimmend für die Signifikanz der Bewertungsergebnisse, wie die angemessene Definition der Bewertungskriterien. In der vorliegenden Untersuchung wurde für einen neun Blätter der TK25 umfassenden Ausschnitt im südlichen Unterfranken ein entsprechendes Untergrundmodell erstellt. Die Erstellung eines anwendungstauglichen Expertensystems war im Rahmen dieser Untersuchung nicht möglich. Es wurde allerdings eine GIS-Anwendungen erstellt, die die grundlegenden Elemente eines Expertensystems beinhaltet. Dieses Programm ermöglicht es, Standortbewertungen für Einzelpunkte oder größere zusammenhängende Flächen zu berechnen und zusätzlich alle relevanten Informationen, die in der Datenbasis enthalten sind, abzurufen. Die Ergebnisse können kartenmäßig dargestellt oder in Form eines Ergebnisprotokolls ausgegeben werden. Der Schwerpunkt des Bewertungskonzepts wurde auf die Bewertung von Erdsondenwärmespeichern gelegt, es können aber auch Standortbewertungen für erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen mit Erdsonden erstellt werden. Der Benutzer hat neben der Auswahl des zu bewertenden Verfahrens die Möglichkeit, die Tiefe, für die die Bewertung gültig sein soll, festzulegen. Darüberhinaus kann festgelegt werden, ob die Bewertung beispielsweise unter Einbeziehung rechtlicher Fragestellungen erfolgen soll. Es zeigt sich, daß von einem solchen System ein hoher Nutzen zu erwarten ist. Gleichzeitig ist der Aufwand zur Erstellung sehr hoch. Die Datenerhebung und –aufbereitung stellt dabei den weitaus größten Arbeitsaufwand dar. Ob es lohnend ist, entsprechende Expertensysteme für größere Gebiete zu erstellen, hängt von der zukünftigen Entwicklung der oberflächennahen thermischen Nutzung des Untergrundes ab. Derzeit scheint die Nachfrage, in Anbetracht der zu erwartenden Kosten, noch gering. Neben der grundsätzlichen Betrachtung der Einsatzmöglichkeiten von GIS, wurde das geologische Potential für thermische Nutzungen des flachen Untergrundes in Unterfranken untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß für die Speicherung thermischer Energie im Untergrund mit vertikalen Erdsonden mäßig gute bis gute Voraussetzungen bestehen. Das Potential wird allerdings durch infrastrukturelle und vor allem rechtliche Einschränkungen gemindert. Dagegen sind die geologischen Verhältnisse für die Aquiferspeicherung ungeeignet. Die Gewinnung von Wärmeenergie aus dem Untergrund mit Hilfe von Wärmepumpen ist in Unterfranken aus geologischer Sicht in sehr vielen Bereichen möglich. Besonders geeignet sind vertikale Erdreichwärmetauscher (Erdsonden), die in fast allen Gebieten eingesetzt werden können. Viele Gebiete weisen sogar ausgesprochen günstige Voraussetzungen auf. Die Einsatzmöglichkeiten von grundwassergekoppelten Wärmepumpen beschränken sich dagegen auf die pleistozänen Aquifere der Flußtäler, die zwar aufgrund der hohen Besiedlungsdichte ein gesteigertes Nachfragepotential aufweisen, anderseits aber bereits intensiv für die Vorrang genießende Trinkwasserversorgung genutzt werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung gelten vorwiegend für den Raum Unterfranken. Sie sind aber weitgehend auch auf das Süddeutsche Schichtstufenland und andere, von mesozoischen Gesteinen geprägte Bereiche übertragbar. Deutliche Unterschiede bezüglich der geologisch-hydrogeologischen Situation bestehen dagegen z.B. im süddeutschen Molassebecken oder im gesamten Bereich der norddeutschen Tiefebene. Die entwickelten Bewertungskonzeptionen können letztlich an vielfältige geologische Verhältnisse angepaßt werden. Ihre Anwendung beschränkt sich dabei nicht auf die Verfahren der thermischen Nutzung des Untergrundes, sondern ist prinzipiell in allen Bereichen möglich, in denen eine geologisch-hydrogeologische Beurteilung des Untergrundes erforderlich ist.
N2  - The objective of this thesis is to show how GIS can be used to assess single sites or larger areas with respect to their suitability for different geothermal applications that can be applied in low depths of up to 200m. The study area of about 8500km2 is located in the north-western region of Bavaria, Germany. The corresponding study included: the collection, input and organization of the relevant data, the definition of the criteria necessary for the suitability analysis and finally the development of several assessment concepts. A variety of approaches have been examined and applied to the study area. The different concepts were evaluated and analyzed regarding the relation between effort and use. The two most promising concepts were developed and studied in greater detail. The first of these concepts is a method to produce simple medium scale overview maps. The second is based on the concept of expert-systems. It provides a means for an interactive, site- and project-specific analysis of the geo- and hydrogeological situation at a location. A GIS application representing a small expert system was developed within ArcView GIS in Avenue. The most important part of this assessment concept is a three-dimensional geological underground model. This model is used to store and analyze the relevant three-dimensional distributed lithological thermal and hydrogeological properties of the subsoil. The thesis gives a brief description of the relevant geothermal techniques, a detailed explanation of the relevant geological, hydrogeological and thermophysical processes involved, a geological overview of Lower Franconia and an introduction to the GIS methods used. There are two ways of using the shallow underground up to a depth of 200m with geothermal techniques: The extraction of heat from rock or groundwater with Ground Source Heat Pumps (GSHP) and the seasonal storage of solar or waste heat in Underground Thermal Energy Storages (UTES). Both techniques can be used for cooling purposes as well. Despite the fact that these techniques have been investigated and applied for several decades now, their use in Germany compared to other countries like Sweden, Switzerland or the US is low. The suitability of a site for thermal use is influenced by a set of different parameters. First there are the criteria of the "natural" domain which include the geological and physical properties of the ground, as well as the geomorphologic and climatic conditions at the earth's surface. Secondly there are criteria of the "cultural" (or man made) domain, such as infrastructural and legal aspects. Due to dependencies and interactions, the resulting system, consisting of a set of many different criteria, turns out to be very complex. Since most of the parameters that influence the suitability and potential are spatially distributed, the idea of analyzing and processing them within a Geo information system is obvious and fitting. A GIS that is capable of analyzing the system described above should, in the first place, contain all the relevant data that affect the thermal use of the underground. Secondly is has to supply specific tools that facilitate the analysis of this data. These tools should be based on meaningful criteria that are defined on the basis of known facts and experiences. Data, tools and criteria are the three components of a GIS that are necessary for a site specific suitability analysis. To make the GIS usable for the public, the three components can be made accessible through customized user applications. The main objective of this thesis is to evaluate the benefit of GIS usage for the site assessment and analysis of the regional potential of the geothermal applications described above. It can be shown, that the application of GIS in producing maps of medium scale (1:100,000) is helpful. Such overview maps can be used to inform people who are involved in planning and designing energy systems, as well as clients or authorities that are concerned with approval and sponsorship. The term "map" used in the context of GIS includes digital maps that can be displayed and explored on screen. Therefore a distribution in digital form and an interactive user friendly application is possible. Printed maps are usually of limited use. GIS's, that are designed to produce overview maps are of little assistance in the planning of individual projects and are not equipped to reliably show legal restrictions. GIS's that can be used to support the planning and designing of individual geothermal applications require a much more detailed database and a more specialized assessment concept. Since the planning of individual projects involves knowledge from different fields, so-called expert systems are the obvious GIS concept. In an expert system, the suitability of a site can be analyzed and assessed individually, based on specific user requirements. Such interactive concepts are far more flexible than the map concept, because maps cannot be updated and adjusted to specific problems as often as might be necessary. Expert systems can include or be connected to specialized design applications. Such applications can be used to determine design parameters based on user input and information retrieved from the GIS. The most important requirement for a meaningful analysis of the geological and hydrogeological situation at a site is a database, that provides information on the relevant three dimensional (3D) distributed properties of the underground. Therefore a 3D underground model was created. The model, which has a horizontal resolution of 50m, covers an area of nine topographical maps (1200km2) in the vicinity of Würzburg. The vertical resolution depends on the individual thickness of the layers that form the model units. The realization of a full scale, "ready to use" expert system was not possible within the framework of this thesis. Instead a smaller application, that includes all the fundamental elements of an expert system, was programmed in ArcView GIS (Avenue). The program facilitates the assessment of single sites as well as the calculation of suitability distribution maps for larger areas. The user can choose between different geothermal applications (GSHP and duct TES) and determine the depth the assessment should be valid for. In addition he can choose whether legal aspects, ground water flow and other aspects should be included in the assessment procedure. The program also explores the GIS database and gathers all information that can be used in the planning process. It can be shown, that even a very basic expert system application can provide useful aid in planning shallow earth geothermal systems. However, the effort to build the database is very high. Data collection and input make up the biggest part of the work. The question, whether the development of ready to use, large scale expert systems makes sense, depends on the future prospects of the geothermal techniques mentioned. To date, the demand for systems like this is still too low. In addition to the theoretical examination of the use of GIS, the potential of geothermal applications in Lower Franconia was investigated. The investigation revealed, that the storage of heat in the underground using vertical heat exchangers (DTES) is viable in most areas of Lower Franconia with medium to good prospects. On the other hand the potential is limited by legal and infrastructural aspects. Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) is not possible in the whole area of Lower Franconia because of the unfavorable hydrogeological conditions. The same applies to groundwater heat pumps, which can only be used in the pleistocene aquifer of the Main River valley. The Main River valley has high user potential because of its high population density. But, the aquifer is used for drinking water supply in most parts. The overall potential is therefor limited by legal restrictions. Extraction of heat with vertical heat exchangers is the most promising technique in Lower Franconia. There are only a few geological settings where they cannot be used. Again, legal aspects can prohibit the approval of projects in a considerable part of the region. The results of this study are at first valid for the conditions in Lower Franconia. They can also be applied to similar geological settings, that is: sedimentary environments with flat-lying fractured sandstones, siltstones, limestones and marls in areas with considerable regional groundwater flow. The use of the GIS concepts that were developed is not limited to geothermal applications though. They can be applied to a wide range of questions that require three dimensional analysis of geological features.
KW  - Unterfranken
KW  - Geoinformationssystem
KW  - Geothermik
KW  - Geothermische Energie
KW  - Nutzung
KW  - Prospektion
KW  - GIS
KW  - Wärmespeicherung
KW  - Erdwärmepumpen
KW  - Geothermie
KW  - Untergrundmodell
KW  - Expertensystem
KW  - Unterfranken
KW  - Geologie
KW  - Hydrogeologie
KW  - Bewertungsanalyse
KW  - GIS
KW  - Hydrogeology
KW  - Geology
KW  - Bavaria
KW  - geothermal energy
KW  - heat storage
KW  - UTES
KW  - GCHP
KW  - expert system
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1179229
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TY  - THES
A1  - Diele, Laurence Martine
T1  - Der Pulvermaar-Vulkan
N2  - Das etwa 20 000 Jahre alte Pulvermaar in der Westeifel besitzt einen 72 m tiefen, zentral liegenden See und einen stellenweise mindestens 45 m mächtigen Tuffwall. Durch seinen außergewöhnlich guten Erhaltungszustand nimmt es eine Sonderstellung ein. Um auch den Tiefbau dieser Struktur besser kennenzulernen, wurden geophysikalische Messungen mit dem Ziel einer dreidimensionalen Modellierung durchgeführt. Über beides wird in dieser Arbeit berichtet. Den Schwerpunkt der geophysikalischen Untersuchungen bildet ein Gravimetrieprogramm mit der Erstellung einer Schwerekarte des Pulvermaars und seiner Umgebung. Im Rahmen dieser Schweremessungen hat der Einsatz des GPS-Systems zur Vermessung ein besonderes Gewicht. Die Magnetfeldmessungen der Totalintensität konzentrieren sich mit einem dichten Meßnetz auf den Seebereich (Messungen im Boot). Mit Widerstands-Tiefensondierungen der Geoelektrik wird versucht, zu einer präziseren Bestimmung der Tuffmächtigkeiten zu gelangen. Die gewonnene Schwerekarte dient einer dreidimensionalen Modellierung auf der Basis der Freiluftanomalie mit dem Programm IGMAS. Die verhältnismäßig kleine (negative) Schwere-anomalie von 1 - 2 mGal über dem Pulvermaar läßt vermuten, daß ein Basaltkörper in das Diatrem eingebettet ist und zur kleinen Amplitude beiträgt. Die Magnetfeldmessungen er-härten diese Vorstellung; das Ergebnis einer einfachen Modellierung für ein diametrales Profil ist mit einem 40 m mächtigen Basaltkörper grob 120 m unter Seeoberfläche ver-träglich. Die Ergebnisse der gravimetrischen und magnetischen Modellierung, die Mächtigkeitsab-schätzungen für die pyroklastischen Ablagerungen aufgrund der Geoelektrik-Messungen sowie die Einbeziehung einer Volumenkalkulation für die Pyroklastika führen zu einem detaillierten Modell für das Pulvermaar, das sich insbesondere durch ein 2000 m tief reichendes Diatrem auszeichnet. Eine Bearbeitung des Schwerefeldes mit der Berechnung von Gradientenfeldern führt zu einem bisher von Maaren nicht bekannten Ergebnis: Um das Pulvermaar herum existiert ein Hof erniedrigter Dichte mit einem Durchmesser von grob 2 km. Als Ursache wird eine Auf-lockerung des Gesteins durch Streß-Wellen angenommen, die ihren Ursprung in den wiederholten starken Eruptionen der Maar-Entstehung haben. Ebenfalls die Gradienten-felder der Gravimetrie zeigen Zusammenhänge zwischen der Struktur des Maares und der regionalen Tektonik auf.
N2  - The Pulvermaar is located in the Westeifel volcanic field. It is roughly 20000 years old and contains a 72 m deep, centrally situated maar lake as well as a partially at least 45 m thick tuff-rim. The Pulvermaar is very exceptional due to its good state of preservation. To learn more about the underground body of this structure, geophysical investigations were carried out aiming at a three-dimensional modeling. The core of the geophysical investigations represented a gravimetrical program in order to create a gravitational anomaly map of the Pulvermaar and its surroundings. The use of the GPS-system was of special importance for the gravimetrical measurements. The magnetic field measurements of the total intensity were mainly conducted in a fine pattern all over the lake-side (measurements on a boat). With the help of geoelectrical resistivity soundings one tried to precisely determine the thickness of the tuff deposits. The resulting gravity anomaly map serves a three-dimensional modeling based on free air anomaly with the software-program IGMAS. The relatively small (negative) gravitational anomaly of 1-2 mGal above the Pulvermaar leads to the assumption that a basaltic body is embedded in the diatreme and contributes to the small amplitude. The magnetic field measurements support this conception. The result of a simple modeling of a diametrical profile fits to a 40 m thick basaltic body located in about 120 m below the surface of the lake. The gravimetric and magnetic modeling, the estimation of the thickness of the pyroclastic deposits based on geoelectrical measurements, and the calculation of the volumina of the pyroclastic rocks lead to a detailled model for the Pulvermaar. This is espeacially characterized by a 2000 m deep diatreme. The processing of the gravity field by a calculation of its gradient fields leads to a result which is yet unknown for maarvolcanoes: the Pulvermaar is surrounded by a 2 km-diameter halo of reduced density. This can be explained by a relaxation of the rocks caused by stress-waves which originate from the repeatedly heavy eruptions during the formation of maarvolcanoe. Also, the gradients fields of the gravity show correlations between the structure of the maarvolcanoe and the regional tectonic.
KW  - Eifel <West> / Moor
KW  - Geophysik
KW  - Gravimetrische Geodäsie
KW  - Dreidimensionale Computergraphik
KW  - Vulkanismus
KW  - Geophysik
KW  - Gravimetrie
KW  - Eifel
KW  - 3D-Modellierung
KW  - Geologie
KW  - volcanism
KW  - geophysics
KW  - gravimetry
KW  - Eifel
KW  - 3D-modelling
KW  - geology
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2397
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TY  - THES
A1  - Wanke, Ansgar
T1  - Karoo-Etendeka Unconformities in NW Namibia and their Tectonic Implications
T1  - Karoo-Etendeka Diskordanzen in NW Namibia und deren tektonische Bedeutung
N2  - In north-western Namibia the fills of the Karoo-Etendeka depositories can be subdivided into (1) a Carboniferous-Permian, (2) a Triassic-Jurassic and (3) a Cretaceous megasequence, each recording extensional periods related to successive rifting phases in the evolving South Atlantic. The tectonic environment of the depositories in north-western Namibia changes successively from the coast towards the continental interior, which is reflected by the facies distribution and the position of time-stratigraphic gaps. Close to the present-day coastline synsedimentary listric faults, trending parallel to the South Atlantic rift (N-S), caused the formation of wedge shaped sediment bodies. Here, the Karoo Supergroup is only represented by the Permian succession in the Huab area. A hiatus within the Permian can be recognised by the correlation with the main Karoo Basin in South Africa and the Brazilian Paraná Basin. This stratal gap correlates with a pre-Beaufort Group unconformity in the main Karoo Basin that might be related to an orogenic pulse in the Cape Fold Belt. The Permian succession itself is unconformably overlain by the Lower Cretaceous Etendeka Group. This hiatus extending from the Upper Permian to the Lower Cretaceous has probably been induced by a combination of rift shoulder uplift and additional crustal doming associated with Etendeka flood volcanism. The enhanced tectonism during the Early Cretaceous controlled accommodation space for the alluvial-fluvial and aeolian deposits of the lower Etendeka Group. Disconformities within those deposits and the overlying lava succession attribute to distinct phases of tectonic and volcanic activity heralding the South Atlantic breakup. Towards the south-east, the Karoo succession becomes successively more complete. In the vicinity of Mt. Brandberg Early Triassic strata (Middle Omingonde Formation) follow disconformably above the Upper Permian/Lowermost Triassic Doros Formation. The sedimentation there was essentially controlled by the SW-NE trending Damaraland Uplift. South of the Damaraland Uplift the SW-NE trending Waterberg-Omaruru Fault zone is interpreted as a sinistral oblique-slip fault that compartmentalised the South Atlantic rift. This fault controlled accommodation space of the entire Triassic Omingonde Formation and the Early Jurassic Etjo Formation in its associated pull-apart and transtension structures. A locally well developed angular unconformity defines a hiatus between the two formations. Correlation with the main Karoo Basin in South Africa confirms that this gap is of a regional extent and not only a local, fault induced feature. Furthermore, it might also correlate with an orogenic pulse of the Cape Fold Belt. In general, the Mesozoic megasequences record the long-lived history of the southern Atlantic rift evolution. Rifting has been controlled by orogenic pulses derived from the Samfrau active margin throughout the Mesozoic. The associated intracratonic E-W extension caused the formation of grabens and conjugated oblique-slip zones. The generation of voluminous flood basalts marks the climax of intracratonic extension that was accompanied by enhanced uplift of the rift shoulders.
N2  - Das Mesozoikum in Nordwest-Namibia gliedert sich in (1) eine karbonisch-permische, (2) eine triassisch-jurassische und (3) eine kretazische Megasequenz, welche die Entwicklung des südatlantischen Rifts widerspiegeln. Die tektonische Position der karoo-zeitlichen Ablagerungsräume Nordwest-Namibias verändert sich sukzessive von der Küste bis ins Innere des Kontinents, welches sich in der Verbreitung und Größenordnung mehrerer Hiaten ausdrückt. So dominieren in der Küstenregion listrische Störungen, die dem N-S Trend des südatlantischen Rifts folgen. Dabei zeigen keilförmige Geometrien assoziierter Sedimentkörper den syn-sedimentären Charakter dieser Störungen an. In der küstennahen Region ist die Karoo Abfolge nur durch permische Sedimente in der Huab Region überliefert. Eine Diskordanz innerhalb des Perms läßt sich aus der Korrelation mit zeitäquivalenten Ablagerungen im Großen Karoo Becken Südafrikas und dem Paraná Becken Südamerikas herleiten. Wahrscheinlich hängt dieser Hiatus mit einem orogenen Impuls im Kap-Ventana Faltengürtel zusammen. Die permische Abfolge ist wiederum diskordant überlagert von der unterkretazischen Etendeka Gruppe. Dieser Trias und Jura umfassende Hiatus ist vermutlich durch die Anhebung der südatlantischen Riftschulter verursacht worden. Die damit verbundene hohe tektonische Aktivität drückt sich deutlich in der Fazies- und Mächtigkeitsverteilung der unterkretazischen sedimentären Ablagerungen und Laven aus. Dabei spiegeln mehrere Diskonformitäten einzelne Phasen tektonischer und vulkanischer Aktivität wider, welche die bevorstehende Öffnung des Südatlantiks ankündigen. Südöstlich der Huab Region wird die Karoo Abfolge zunehmend vollständiger. So ist im Bereich des Brandberges bereits die triassische Omingonde Formation vertreten, während noch weiter im Südosten die unterjurassischen Sandsteine des Waterberg Gebietes hinzukommen. Die Sedimentation in diesem Raum wurde maßgeblich durch das SW-NO streichende Damaralandhoch beeinflußt. Südlich des Damaralandhochs stellt die prominente SW-NO streichende Waterberg-Omaruru Störungszone eine Transferzone dar, die das Südatlantikrift unterteilt. Entlang dieser Transferzone erreicht die triassische und jurassische Abfolge ihre höchsten Mächtigkeiten, welches durch eine erhöhte Subsidenz innerhalb verschiedener Extensionsbecken begründet ist. Eine entlang der Transferzone zu beobachtende Diskordanz zwischen der triassischen Omingonde Formation und der unterjurassischen Etjo Formation ist nicht nur von lokaler Bedeutung, sondern korreliert mit einer entsprechenden Diskordanz im Großen Karoo Becken Südafrikas. Letztere läßt sich wiederum einem orogenen Impuls im Kap-Ventana Faltengürtel zuordnen.
KW  - Namibia <Nordwest>
KW  - Karoo-Becken
KW  - Rift
KW  - Tektonik
KW  - Karoo
KW  - Etendeka
KW  - Namibia
KW  - Gondwana
KW  - Diskordanz
KW  - Riftentwicklung
KW  - Tektonik
KW  - Karoo
KW  - Etendeka
KW  - Namibia
KW  - Gondwana
KW  - Unconformity
KW  - Rift Evolution
KW  - Tectonic
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3234
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TY  - THES
A1  - Külls, Christoph
T1  - Groundwater of the North-Western Kalahari, Namibia
T1  - Das Grundwasser am Nord-Westrand der Kalahari, Namibia
N2  - A quantitative model of groundwater flows contributing to the Goblenz state water scheme at the north-western fringe of the Kalahari was developed within this study. The investigated area corresponds to the Upper Omatako basin and encompasses an outer mountainous rim and sediments of the Kalahari sand desert in the centre. This study revealed the eminent importance of the mountainous rim for the water balance of the Kalahari, both in terms of surface and ground water. A hydrochemical subdivision of groundwater types in the mountain rim around the Kalahari was derived from cluster analysis of hydrochemical groundwater data. The western and south-western secondary aquifers within rocks of the Damara Sequence, the Otavi Mountain karst aquifers of the Tsumeb and Abenab subgroups as well as the Waterberg Etjo sandstone aquifer represent the major hydrochemical groups. Ca/Mg and Sr/Ca ratios allowed to trace the groundwater flow from the Otavi Mountains towards the Kalahari near Goblenz. The Otavi Mountains and the Waterberg were identified as the main recharge areas showing almost no or only little isotopic enrichment by evaporation. Soil water balance modelling confirmed that direct groundwater recharge in hard-rock environments tends to be much higher than in areas covered with thick Kalahari sediments. According to the water balance model average recharge rates in hard-rock exposures with only thin sand cover are between 0.1 and 2.5 % of mean annual rainfall. Within the Kalahari itself very limited recharge was predicted (< 1 % of mean annual rainfall). In the Upper Omatako basin the highest recharge probability was found in February in the late rainfall season. The water balance model also indicated that surface runoff is produced sporadically, triggering indirect recharge events. Several sinkholes were discovered in the Otavi Foreland to the north of Goblenz forming short-cuts to the groundwater table and preferential recharge zones. Their relevance for the generation of indirect recharge could be demonstrated by stable isotope variations resulting from observed flood events. Within the Kalahari basin several troughs were identified in the pre-Kalahari surface by GIS-based analyses. A map of saturated thickness of Kalahari sediments revealed that these major troughs are partly saturated with groundwater. The main trough, extending from south-west to north-east, is probably connected to the Goblenz state water scheme and represents a major zone of groundwater confluence, receiving groundwater inflows from several recharge areas in the Upper Omatako basin. As a result of the dominance of mountain front recharge the groundwater of the Kalahari carries an isotopic composition of recharge at higher altitudes. The respective percentages of inflow into the Kalahari from different source areas were determined by a mixing-cell approach. According to the mixing model Goblenz receives most of its inflow (70 to 80 %) from a shallow Kalahari aquifer in the Otavi Foreland which is connected to the Otavi Mountains. Another 15 to 10 % of groundwater inflow to the Kalahari at Goblenz derive from the Etjo sandstone aquifer to the south and from inflow of a mixed component. In conclusion, groundwater abstraction at Goblenz will be affected by measures that heavily influence groundwater inflow from the Otavi Mountains, the Waterberg, and the fractured aquifer north of the Waterberg.
N2  - Ziel dieser Arbeit ist es, die Herkunft des Grundwassers zu untersuchen, das in der Nähe von Goblenz am Rand der Namibianischen Kalahari in den letzten Jahren erschlossen worden ist. Fragen zur Erneuerbarkeit dieser Grundwasserreserven aus direkter und indirekter Neubildung und zur Rolle lateraler, unterirdischer Zuflüsse von unterschiedlichen Herkunftsräumen waren hierfür zu beantworten. Dies erforderte eine kombinierte Anwendung hydro(geo)logischer, hydrochemischer und isotopenhydrologischer Methoden. Das Arbeitsgebiet in Namibia ist als semi-arid zu bezeichnen und durch ein subtropisches Klimaregime geprägt. Aufgrund der hohen Temperaturen während der Regenzeit verdunstet ein erheblicher Teil der Niederschläge direkt oder durch Transpiration. Daher ist die Kalahari trotz der zum Teil für semi-aride Gebiete vergleichbar hohen Niederschläge von 350 bis über 550 mm/Jahr relativ arm an Oberflächen- und verfügbarem Grundwasser. Ein wesentliches Merkmal des Arbeitsgebietes ist zudem die Dichotomie zwischen dem äußeren Festgesteinsbereich und dem überwiegend mit Sanden bedeckten Kalahari-Becken. Für das Grundwasserfließsystem der Kalahari ist der äußere Festgesteinsbereich bestimmend. Der erstellte regionale Grundwassergleichenplan zeigt ein annähernd zentripetales Fließmuster, das in der Nähe von Goblenz konvergiert, mit einer Hauptentwässerung zur Groß-Kalahari Richtung Osten. Die Neubildungsgebiete liegen in den unterschiedlichen zum Teil verkarsteten Festgesteinsbereichen der Damara Sequenz und des Etjo-Sandsteins (Waterberg). Allerdings konnte auch innerhalb der Kalahari südlich von Goblenz ein begrenztes Grundwasserneubildungsgebiet identifiziert werden. In diesem Bereich haben sich durch die Verkarstung anstehender Kalkkrusten gute Neubildungsbedingungen für das flache Grundwasser entwickelt. Durch die Kombination digitaler Rasterkarten der Geländehöhe, der Kalahari-Mächtigkeit und der Grundwasserstände konnte eine Karte der Bereiche erstellt werden, in denen die Kalahari mit Grundwasser gesättigt ist. Ein Vergleich mit digitalisierten Karten aus früheren geophysikalischen Untersuchungen zeigte eine gute Übereinstimmung. Daraus konnte ein verallgemeinertes Modell der Sättigungsmächtigkeit abgeleitet werden. Aus diesem Modell werden zwei mit Kalahari-Sedimenten verfüllte und gesättigte Rinnen erkennbar. Diese Rinnen sind bevorzugte Fließbahnen für die Grundwasserbewegung vom Festgesteinsrand zum Zentrum des Kalahari-Beckens und stellen zudem Erkundungs- und Erschließungsziele für Grundwasser dar. Die Wassererschließung von Goblenz grenzt an die größere nördliche Rinne. Eine Karte der Mächtigkeit der ungesättigten Zone wurde aus der Verschneidung des digitalen Geländemodells mit einem interpolierten Grundwassergleichenplan errechnet. Diese Karte deutet auf ausgedehnte Bereiche geringer Flurabstände im südlichen und nördlichen Teil des Einzugsgebietes Oberer Omatako hin. Diese Informationen wurden zudem als wesentliche Grundlagen für die regionale Interpretation der stabilen Isotope verwendet. Die Grundwasserneubildung im Oberen Omatako wurde mit mehreren Methoden vergleichend abgeschätzt. Eine klimatische Wasserbilanz aus Tageswerten des Niederschlages (Nt) und der gemessenen Pfannenverdunstung (Vt) zeigte, daß die Neubildung des Grundwassers im Februar am wahrscheinlichsten ist. Nur Niederschlagsereignisse mit hoher Jährlichkeit vermögen dabei auf Tagesbasis die erforderliche Neubildungsbedingung Nt > Vt zu erfüllen. Daraus ergibt sich, daß Grund-wasserneubildung in der Regel nur infolge zeitlicher oder räumlicher Konzentration von Niederschlägen und Abflüssen erfolgen kann und unter Umständen nicht jährlich stattfindet. Eine Erweiterung der klimatischen Wasserbilanz um die Modellierung des Bodenwasserhaushaltes wurde schließlich verwendet, um für den Bereich ‚Grootfontein‘ eine detaillierte Betrachtung der Grundwasserneubildung aufgrund von Tageswerten zu ermöglichen. Das Bodenwasserhaushaltsmodell wurde zunächst mit empirisch erhobenen bodenphysikalischen Kennwerten belegt und dann anhand von Grundwasserständen kalibriert. Dabei ergaben sich Neubildungsraten von 0.4 bis 9.6 mm/Jahr oder von 0.1 bis 2.5 % des jeweiligen jährlichen Niederschlages. Ein Zusammenhang zwischen dem Jahresmittel des Niederschlages und der Neubildungsrate war nicht ausgeprägt, die Häufung hoher Intensitäten täglicher Niederschläge erwies sich aber als ein wesentlicher Faktor für hohe direkte Neubildungsraten. Auch die Bodenwassermodellierung deutete auf eine höhere Wahrscheinlichkeit der Grundwasserneubildung im Februar hin. Die mit der Chloridmethode ermittelte Neubildungsrate lag mit 8.5 bis 14 mm/Jahr für dieses Gebiet höher. Der Unterschied kann sich aus den bei der Chloridmethode zusätzlich berücksichtigten Komponenten des Makroporenflusses, der indirekten Neubildung und aus anderen lateralen Zuflüssen ergeben. Geländebeobachtungen zeigten jedoch, daß solche Modellergebnisse nur begrenzt verallgemeinerbar oder übertragbar sind. Im Otavi Vorland nördlich von Goblenz wurde eine Reihe von Schlucklöchern entdeckt. Diese haben sich unter geringmächtiger Sandbedeckung in Kalkkrusten durch Verkarstung entwickelt und sind durch das Einbrechen der oberen Bodenschicht vereinzelt sichtbar geworden. Zum einen deuten diese Schlucklöcher auf eine Veränderung der Grundwasserstände hin. Die Kalkkrusten, die sich im Quellgebiet unterhalb der Otavi-Berge durch Calcitausfällung entwickelt hatten, sind durch das Absinken der Grundwasserstände und durch die Aufwehung von Kalahari-Sanden nun lokal verkarstet und wiederum zu Neubildungsgebieten geworden. Solche Schlucklöcher können bevorzugte Fließ- und Überbrückungsbahnen zum Grundwasser darstellen. Die hydrologische Funktion solcher Schlucklöcher läßt sich mit physikalischen Modellen im regionalen Maßstab quantitativ schwer erfassen. Es wurden hydrochemische und Isotopen-Methoden zur indirekten Abschätzung des Fließsystems herangezogen. Zunächst wurde eine generelle Charakterisierung der Grundwässer anhand der Hauptelementchemie und mittels der hierarchischen Cluster-Analyse vorgenommen. Hierbei ließen sich fünf wesentliche Hauptgruppen im Arbeitsgebiet erkennen: Ca-HCO3-Wässer finden sich in den Bereichen der Damara Sequenz, in denen Marmore anstehen und gute Neubildungsbedingungen bieten, Ca-Mg-HCO3-Wässer und Mg-Ca-HCO3-Wässer sind charakteristisch für den Otavi Karst und das ihm vorgelagerte Otavi Vorland. Das Grundwasser im Etjo-Sandstein des Waterberges zeichnet sich durch eine äußerst geringe Mineralisierung und ein ausgeglichenes Verhältnis von Erdalkalien und Alkalien bei hohen Hydrogenkarbonat-Gehalten aus. In der Kalahari und in tieferen Grundwasser-Stockwerken des Otavi-Vorlandes treten schließlich Grundwässer mit hohen Natrium und Chlorid-Gehalten auf. Das Ca/Mg-Verhältnis und das Sr/Ca Verhältnis erwiesen sich als ausgezeichnete hydrochemische Indikatoren für die Unterscheidung von Grundwasser aus dem Otavi Karst und aus den sekundären Aquiferen der Damara Sequenz. Anhand von äußerst geringen molaren Sr/Ca Verhältnissen konnte der Abstrom des Grundwassers aus dem Otavi Karst in die Kalahari genau abgegrenzt und verfolgt werden. Die Chloridkonzentrationen im Grundwasser wurden im Hinblick auf die Anreicherung im Vergleich zum Niederschlag untersucht. Dabei wurden in den Festgesteinsbereichen Konzentrationen zwischen 25 und 100 mg/l festgestellt, die auf Anreicherungsfaktoren von ca. 25 bis 200 bzw. hindeuten. Dies entspricht unter vereinfachten Annahmen Neubildungsraten in der Größenordnung von 2 bis 20 mm/Jahr. In der Kalahari liegen die Konzentrationen von Chlorid mit 250 bis 750 mg/l im Mittel wesentlich höher; diese können in einigen Bereichen 5000 mg/l übersteigen. Eine Umrechnung in Neubildungsraten kann wegen der Konvergenz der Fließbahnen und möglicher geogener Quellen nicht mehr direkt erfolgen, allerdings deuten die hohen Chloridkonzentrationen auf Bereiche mit Verdunstungsverlusten und auf deutlich geringere Neubildungsraten innerhalb der Kalahari hin. Dieses gilt nicht für zwei Bereiche, in denen die Kalahari gering mächtig ist: Im Abstrom dieser Gebiete liegen die Chloridkonzentrationen deutlich niedriger und zeigen lokal erhöhte Neubildung des Grundwassers an. Eine weitergehende Charakterisierung der Wasserchemie und der Isotopenzusammensetzung erfolgte anhand von Grundwasserproben im direkten Umfeld von Goblenz. Hydrochemische Profile durch das Arbeitsgebiet deuteten Mischungsprozesse zwischen Endgliedern der fünf hydrochemischen Gruppen an. So konnte entlang des Flusses Omambonde Richtung Goblenz der laterale Zustrom von Grundwasser aus dem Etjo Sandstein von Westen und der Zustrom von dolomitischem Grundwasser qualitativ nachgewiesen werden. Ebenso ließen sich hydrochemische Hinweise auf eine Neubildung im Otavi Vorland finden, eventuell verursacht durch Versickerung in den beobachteten Schlucklöchern. Eine Untersuchung der stabilen Isotope 18O und 2H bestätigte die qualitativen Aussagen aus den Untersuchungen zur klimatischen Wasserbilanz: Aufgrund der deutlichen Verschiebung zwischen der mittleren gewichteten Isotopen-Zusammensetzung des Niederschlages und des Grundwassers erfolgt die Neubildung wahrscheinlich durch wenige intensive (und an schweren Isotopen abgereicherte) Niederschläge. Die Grundwässer der Kalahari haben eine ursprüngliche Isotopen-zusammensetzung, die derjenigen von hochgelegenen Niederschlagsgebieten entspricht (> 1750 m ü. NN). Damit ergibt sich ein weiterer Hinweis darauf, daß das Grundwasser der Kalahari entweder durch Sturzfluten gebildet wird, die sich in den höher liegenden Festgesteinsbereichen entwickeln, oder direkt im Randbereich neugebildet wird und der Kalahari unterirdisch zuströmt. Die zeitliche Variabilität der Isotopenzusammensetzung begrenzt die Trennschärfe für regionale Analysen. Nördlich von Goblenz im Bereich der beobachteten Schlucklöcher konnte anhand einer Zeitreihe der Isotopenzusammensetzung die Bedeutung von Sturzfluten für die Grundwasserneubildung direkt nachgewiesen werden. Die 14C und 3H Daten bestätigten die Abgrenzung der Neubildungsbereiche. Die aus den hydrogeologischen, hydrologischen, hydrochemischen und isotopen-hydrologischen Teiluntersuchungen gewonnenen Erkenntnisse wurden in einem Konzeptmodell des Grundwasserfließsystems Goblenz zusammengetragen. Aufgrund dieses Konzeptmodells wurden mit einem inversen hydrochemischen Mischungsansatz die jeweiligen Anteile aus den einzelnen Neubildungsgebieten berechnet. Hierzu wurde zunächst über thermodynamische Gleichgewichts-betrachtungen sichergestellt, daß die Annahme konservativen Verhaltens der für die Berechnung verwendeten Wasserinhaltsstoffe für das nähere Arbeitsgebiet um Goblenz gewährleistet war. Kritische Bereiche wurden als ‚Reaktions-Zonen‘ von den ‚Mischungs-Zonen‘ abgegrenzt und nicht in die mathematische Berechnung einbezogen. Der Etjo-Sandstein als Mischungszelle für den Bereich nördlich von Goblenz stellte für die Verwendung dieses nicht-reaktiven Mischungsansatzes im Arbeitsgebiet nahezu ideale Voraussetzungen dar. Zur praktischen Umsetzung des mathematischen Ansatzes wurde ein Programm (MIG, „Mixing Input Generator“) zur interaktiven Erstellung von Mischungsmodellen geschrieben (Anhang 1). Über ein iteratives Verfahren wurden schließlich die Fließraten ermittelt, welche sowohl die Wasserbilanz und als auch die Massenbilanz aller betrachteten Hauptelemente und Isotopen im Arbeitsgebiet optimal erklären. Durch dieses Verfahren wurde errechnet, daß ca. 70 bis 80 Prozent des Wassers, das in Goblenz gefördert wird, aus den Otavi Bergen stammt. Weitere 15 bis 10 % stammen jeweils aus dem Etjo Sandstein bzw. aus einer Mischkomponente von Grundwässern nördlich des Waterbergs. Detailbetrachtungen der Mischungskomponenten im Otavi Vorland zeigten, daß hier in einigen Bereichen eine Zumischung von geringen Anteilen neugebildeten Grundwassers erfolgt, in anderen Bereichen höher mineralisiertes Tiefenwasser zutritt. Der konservative Mischungsansatz stellt unter günstigen Bedingungen ein geeignetes Mittel zur inversen Berechnung von Fließraten dar. Allerdings sind dazu wie in diesem Falle umfangreiche Voruntersuchungen notwendig. Goblenz liegt in einem Konvergenzgebiet von Grundwasserströmen aus unterschiedlichen Neubildungsgebieten im Festgesteinsbereich. Für Goblenz ist der laterale Zustrom von Grundwasser aus dem Otavi Karst und dem Waterberg die entscheidende Wasserhaus-haltskomponente. Die direkte Neubildung in der Kalahari ist dagegen relativ gering. Allerdings kann eine zusätzliche Neubildung in verkarsteten und kaum oder nur mit geringmächtigen Sanden bedeckten Kalkkrusten eine Rolle spielen.
KW  - Kalahari
KW  - Grundwasser
KW  - Kalahari <Nordwest>
KW  - Grundwasserbildung
KW  - Hydrogeologie
KW  - Namibia <Nordost>
KW  - Grundwasser
KW  - Kalahari
KW  - Isotope
KW  - Modellierung
KW  - Ground water
KW  - Kalahari
KW  - isotopes
KW  - modelling
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1180680
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bangert, Berthold
T1  - Tephrostratigraphy, petrography, geochemistry, age and fossil record of the Ganigobis Shale Member and associated glaciomarine deposits of the Dwyka Group, Late Carboniferous, southern Africa
T1  - Tephrostratigraphie, Petrographie, Geochemie, Alter und Fossilinhalt des "Ganigobis Shale Members" und assozierte, glaziomarine Ablagerungen der Dwyka Gruppe, Oberkarbon, südliches Afrika
N2  - Thin, pyroclastic marker beds are preserved in argillaceous units of the Dwyka Group in southern Nambia and South Africa which are the earliest witnesses of volcanism in Karoo-equivalent strata of southern Africa. The aim of this study is to present the field appearance of these marker beds, to characterise their mineralogy, geochemistry and heavy mineral contents and to present new radiometric age data from their juvenile zircons. Carboniferous-Permian Karoo deposits in the Aranos Basin of southern Namibia include the glacially dominated, Carboniferous Dwyka Group and the shelf sediments of the overlying Permian Ecca Group. The Dwyka Group can be subdivided into four upward-fining deglaciation sequences, each capped by relatively fine-grained glaciolacustrine or glaciomarine deposits. The uppermost part of the second deglaciation sequence comprises a thick fossiliferous mudstone unit, referred to as the ”Ganigobis Shale Member”. An abundance of marine macro- and ichnofossils as well as extrabasinally derived ashfall tuff beds characterise the more than 40 m thick mudstones and provide the basis for an integrated high-resolution biostratigraphic and tephrostratigraphic framework. The Ganigobis Shale Member contains remains of paleoniscoid fishes, bivalves, gastropods, scyphozoa, crinoid stalks, sponges and sponge spicules, radiolaria, coprolites and permineralised wood. These mostly marine body and trace fossils record the extent of the first of a series of marine incursions into the disintegrating Gondwanan interior as early as the Carboniferous. Within the Ganigobis Shale Member 21 bentonitic tuff beds displaying a thickness of 0.1 and 2.0 cm were determined which in part can be traced laterally over tens of kilometres indicating an ashfall derivation. Further bentonitic tuff beds of the Dwyka Group were detected in cut banks of the Orange River near Zwartbas in the Karasburg Basin (southern Namibia). The 65 tuff beds vary between 0.1 and 4.0 cm in thickness. Due to a similar fossil content and age of the background deposits, the tuff beds are thought to have originated from the same source area as those from the Aranos Basin. Thin-sections reveal the derivation of the tuff beds as distal fallout ashes produced by explosive volcanic eruptions. The matrix consists of a micro- to cryptocrystalline clay mineral-quartz mixture. Rare fragments of splinter quartz, completely recrystallized ash-sized particles of former volcanic glass and few apatite and zircon grains are the only juvenile components. The tuff beds contain as non-opaque, juvenile heavy minerals mostly zircon, apatite, monazite and sphene but also biotite, garnet, hornblende and tourmaline. Geochemical analyses point to an original, intermediate to acid composition of the tuff samples. LREE enrichment and Eu-anomalies show that the parent magma of the tuff beds was a highly evolved calc-alkaline magma. Tectonomagmatic discrimination diagrams point to a volcanic arc setting. Bedding characteristics and the lack of any Carboniferous-Permian volcanic successions onshore Namibia makes an aeolian transport of the ash particles over larger distances likely. Siliceous ashes could thus have been transported by prevailing south-westerly winds from arc-related vents in South America to southern Africa. A second, more local source area could have been located in an intracontinental rift zone along the western margin of southern Africa which is indicated by north-south directed ice-flow directions in the Late Carboniferous. SHRIMP-based age determinations of juvenile magmatic zircons separated from the tuff beds allow a new time calibration of Dwyka Group deglaciation sequences II - IV and the Dwyka/Ecca boundary. Zircons of the Ganigobis Shale Member yield SHRIMP-ages of 302-300 Ma. This dates the uppermost part of the second deglaciation sequence in southern Namibia to the Late Carboniferous (Gzelian) and provides a minimum age for the onset of Karoo-equivalent marine deposition. The age of the uppermost argillaceous part of the third deglaciation sequence (297 Ma) was determined from zircons of a tuffaceous bed sampled in a roadcut in the Western Cape Province, South Africa. The deposits correlate with the Hardap Shale Member in the Aranos Basin of southern Namibia which are part of much more widespread Eurydesma transgression. The age of the Dwyka/Ecca boundary was determined by SHRIMP-measurements of juvenile zircons from two tuff beds of the basal Prince Albert Formation sampled in the Western Cape Province (South Africa). The zircons revealed ages of 289 - 288 Ma which date the Dwyka/Ecca boundary at about 290 Ma. According to these ages, deglaciation sequences II-IV lasted for 5 Ma on average.
N2  - Geringmächtige, bentonitische Tuffe treten in Tonsteinabschnitten der karbonen Dwyka Gruppe im südlichen Namibia und Südafrika auf. Sie repräsentieren die ersten Hinweise auf eine vulkanische Tätigkeit innerhalb der Karoosedimente im südlichen Afrika. Die vorliegende Dissertation faßt die Geländebeschreibung der Tuffe, ihre Petrographie, Mineralogie und Geochemie zusammen. Juvenile Zirkone der Tuffe erlaubten eine radiometrisches Altersermittlung mittels SHRIMP-Analyse. Sie stellen somit die ersten radiometrisch exakt ermittelten Altersdaten innerhalb der Dwyka Gruppe dar. Permokarbone Karoosedimente des Aranos Beckens in Südnamibia setzen sich aus der glazigenen Dwyka Gruppe des Karbons und den Schelfsedimenten der folgenden Ecca Gruppe des Perms zusammen. Die Dwyka-Gruppe kann dabei in vier Entgletscherungssequenzen unterteilt werden. Der oberste Bereich jeder Entgletscherungssequenz ist meist durch glaziomarine Ablagerungen gekenn-zeichnet. Im Fall der zweiten Entgletscherungssequenz handelt es sich um einen mehr als 40 m mäch-tigen, fossilführenden Tonsteinabschnitt, der als ‘Ganigobis Shale Member’ bekannt ist. Eine Vielzahl von meist marinen Makro- und Spurenfossilien (palaeoniskoide Fischen, Bivalven, Gastropoden, Scyphozoen, Crinoideenstielglieder, Radiolarien) sowie distale Aschentuffe bilden die Grundlage für eine hochauflösende, biostratigraphische und tephrostratigraphische Gliederung des ‘Ganigobis Shale Members’. 21 bentonitische, lateral verfolgbare Aschentuffe mit einer Mächtigkeit zwischen 0.1 und 2.0 cm wurden innerhalb des ‘Ganigobis Shale Member’ bestimmt. 65 weitere, bis 4.0 cm mächtige Aschentuffe der Dwyka Gruppe wurden in Uferbänken des Orange Rivers in der Nähe von Zwartbas im Karasburg Becken Südnamibias entdeckt. Aufgrund eines ähnlichen Fossilinhaltes der Hinter-grundsedimente und eines ähnlichen Alters der Tuffe kann von dem gleichen Herkunftsgebiet der Aschen ausgegangen werden. Dünnschliffe der Tuffe zeigen, daß es sich bei den Horizonten um distale Aschenfallablagerungen handelt, die durch explosiven Vulkanismus gefördert wurden. Die Matrix besteht aus einer mikro- bis kryptokristallinem Tonmineral-Quarz- Mischung. Idiomorpher, hexagonaler Quarz, Splitterquarze und Quarzfragmente, vollständig rekristallisierte Aschenkörner und vereinzelt Schwerminerale wie Apatit und Zirkon sind weitere juvenile Komponenten. Folgende transparente, juvenile Schwerminerale treten auf: Zirkon, Apatit, Monazit, Titanit, Biotit, Granat, Hornblende und Turmalin. Geochemische Analysen weisen auf eine intermediäre bis saure Ausgangszusammensetzung der Tuffe hin. Die Anreicherung der LREE und die Eu-Anomalien zeigen, daß die Zusammensetzung des Ausgangsmagma der Tuffe kalkalkalisch und sehr differenziert war. Tektonomagmatische Diskrimi-nationsdiagramme deuten eine Subduktionszone als Herkunftsgebiet der Tuffe an. Die Korngröße der Tuffe und das Fehlen jeglicher permokarboner, vulkanischer Abfolgen in Namibia läßt auf einen Transport der Aschen über größere Distanzen schließen. Saure Aschen könnten bei vorherrschenden südwestlichen Windrichtungen von Südamerika, wo saurer Inselbogenmagmatismus im Permokarbon bekannt ist, nach Südafrika und Namibia transportiert worden sein. Ein zweites, lokaleres Herkunfts-gebiet der Aschentuffe könnte innerhalb einer kontinentalen Riftzone am Westrand des südlichen Afrikas gelegen haben. Sie ist im Oberkarbon durch allgemein nord-südgerichtete Eisstromrichtungen im Aranos und Karasburg Becken (Südnamibia) und im Perm durch die marinen Ablagerungen der Whitehill Formation (Ecca Gruppe) angedeutet. Altersbestimmungen an den juvenilen Zirkonen ermöglichten sowohl eine neue Zeiteinschätzung der Entgletscherungssequenzen II - IV innerhalb der Dwyka Gruppe als auch eine zeitliche Neukali-brierung der Dwyka-/Ecca Grenze. Datierte Zirkone aus Tuffen des Ganigobis Shale Members ergaben SHRIMP-Alter von 302 - 300 Ma. Damit fallen der oberste Bereich der zweiten Entgletscherungssequenz und die in den marinen enthaltenen Fossilien in das Oberkarbon (Gzelian). Das Alter des Topbereichs der dritten Entgletscherungssequenz (297 Ma) wurde an Zirkonen einer tuffitischen Schicht aus der Provinz Westkap in Südafrika bestimmt. Die dort aufgeschlossenen Ablagerungen korrelieren mit dem Hardap Shale Member im Aranos Becken Süd-namibias und sind Teil der weltweit bekannten Eurydesma - Transgression. Das Alter der Dwyka / Ecca-Grenze wurde an juvenilen Zirkonen von Tuffen der basalen Prince Albert Formation (Ecca Gruppe) in der Provinz Westkap (Südafrika) bestimmt. Die U-Pb - Messungen an den Zirkonen ergaben Alter von 289 - 288 Ma, die die Dwyka / Ecca-Grenze bei circa 290 Ma festlegen.
KW  - Südafrika
KW  - Namibia <Süd>
KW  - Mariental <Namibia
KW  - Region
KW  - Süd>
KW  - Tuff
KW  - Oberkarbon
KW  - Tephrostratigraphie
KW  - Gesteinskunde
KW  - Geochemie
KW  - Glaziomarines Sediment
KW  - Gondwana
KW  - Karoo
KW  - South Africa
KW  - Namibia
KW  - Dwyka Group
KW  - tuff
KW  - bentonite
KW  - glaciomarine
KW  - tephrostratigraphy
KW  - Gondwana
KW  - Karoo
KW  - Südafrika
KW  - Namibia
KW  - Dwyka Gruppe
KW  - Tuff
KW  - Bentonit
KW  - glaziomarin
KW  - Tephrostratigraphie
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2233
ER  - 
TY  - THES
A1  - Geiger, Markus
T1  - An Explanation of the Geological Map 1:10000 of the Namibian borderland along the Orange River at Zwartbas - Warmbad District - Karas Region - Namibia
N2  - The locality of Zwartbas is situated at the border of Namibia and South Africa about 15 km west of Noordoewer. The mapped area is confined by the Tandjieskoppe Mountains in the north and the Orange River in the south. Outcropping rocks are predominantly sediments of the Nama Group and of the Karoo Supergroup. During the compilation of this paper doubts arose about the correct classification of the Nama rocks as it is found in literature. Since no certain clues were found to revise the classification of the Nama rocks, the original classification remains still valid. Thus the Kuibis and Schwarzrand Subgroup constitute the Nama succession and date it to Vendian age. A glacial unconformity represents a hiatus for about 260 Ma. This is covered by sediments of the Karoo Supergroup. Late Carboniferous and early Permian glacial deposits of diamictitic shale of the Dwyka and shales of the Ecca Group overlie the unconformity. The shales of the Dwyka Group contain fossiliferous units and volcanic ash-layers. A sill of the Jurassic Tandjiesberg Dolerite Complex (also Karoo Supergroup) intruded rocks at the Dwyka-Ecca-boundary. Finally fluvial and aeolian deposits and calcretes of the Cretaceous to Tertiary Kalahari Group and recent depositionary events cover the older rocks occasionally.
N2  - Die Lokalität Zwartbas liegt an der namibisch-südafrikanischen Grenze, etwa 15 km westlich von Noordoewer. Das Kartiergebiet wird durch die Tandjiesberge im Norden und den Oranje Fluß im Süden begrenzt. Die anstehenden Gesteine bestehen hauptsächlich aus Sedimenten der Nama Gruppe und der Karoo Supergruppe. Während der Erarbeitung dieser Abhandlung entstanden Zweifel an der Klassifikation der Nama Gesteine, so wie sie in der Literatur zu finden ist. Da keine sicheren Hinweise zur Revision der Klassifikation der Nama Gesteine gefunden wurden, bleibt die ursprünglich Klassifikation jedoch gültig. Die Kuibis und Schwarzrand Untergruppe bilden also die Nama Abfolge und datieren sie ins Vendian. Eine glaziale Diskontinuität repräsentiert einen Hiatus von etwa 260 Mio Jahren. Sie wird überlagert von Sedimenten der Karoo Supergruppe. Spät-karbone und früh-permische glaziale Ablagerungen von diamiktitischen Tonsteinen der Dwyka Gruppe und Tonsteine der Ecca Gruppe liegen über dieser Diskontinuität. Die Sedimente der Dwyka Gruppe sind fossilführend und enthalten Tufflagen. Ein Sill des jurassischen Tandjiesberg Dolerit Komplex (auch Karoo Supergruppe) intrudierte in die Gesteine an der Dwyka-Ecca Grenze. Schließlich bedecken lokal fluviatile und äolische Ablagerungen und Kalkkrusten der kretazischen und tertiären Kalahari Gruppe und jüngerer Ablagerungsereignisse die älteren Gesteine.
KW  - Namibia
KW  - Karbon
KW  - Permokarbon
KW  - Vereisung
KW  - Tuff
KW  - Oranje
KW  - Fossil
KW  - Geochemie
KW  - Schwermineral
KW  - Diamiktit
KW  - Tillit
KW  - Tonstein
KW  - Präkambrium
KW  - Geologische Kartierung
KW  - Nama
KW  - Karoo
KW  - Dwyka
KW  - Mapping
KW  - glaciation
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-46269
ER  -