TY - THES A1 - Wijnen, Jeroen Johan Andreas T1 - A groundwater flow and particle tracking model of the Iraí-basin, Paraná, Brazil T1 - Ein Grundwasserströmungs -und Particle Tracking Modell des Iraí-Beckens, Paraná, Brasilien N2 - Die Bevölkerungsexplosion in der Region von Curitiba während der letzten Jahre verursachte eine große Zunahme des Wasserbedarfs; die zunehmend unkontrollierte Besiedlung stellt dabei ein großes Problem für die Umwelt dar. Die größte Bedrohung für die Wasserversorgung dieser Region ist die urbane Invasion in Gebiete, wo die Herkunft der Wasserressourcen liegen. Diese Invasion geht langsam aber stetig voran und bedroht kostbare und nicht ersetzbare Ressourcen. Vor diesem Hintergrund wurde ein Gebiet in der direkten Nähe der Großstadt Curitiba als Studienobjekt ausgewählt. In diesem Gebiet, dem Iraí-Becken, wurde während der Untersuchungszeit ein Trinkwasserspeicher geplant und gebaut. Es besteht die große Gefahr, dass das Iraí-Reservoir kontaminiert wird, obwohl das engere Gebiet rundum den See geschützt werden soll. Die Verschmutzungsgefahr geht hauptsächlich von zwei Nebenflüssen aus, die durch mehr oder weniger besiedeltes Gebiet strömen. Im Arbeitsgebiet befinden sich Brunnen, die der Trinkwasserversorgung dienen. Um die negativen Folgen einer möglichen Verschmutzung des Reservoirs abschätzen zu können, wurde ein Grundwasserfließmodell erstellt. Die erforderliche Wasserbilanz und die räumliche Verteilung der Verschmutzungsempfindlichkeit wurde mit dem hydrologischen Modell "MODBIL" abgeschätzt. Weitere Methoden zur Abschätzung der Verschmutzungs-empfindlichkeit wurden angewandt, um die differierenden Ergebnisse der angewendeten unterschiedlichen Methoden mit einander vergleichen und bewerten zu können. Mit dem kalibrierten Grundwasserfließmodell ist mit der gegebenen hydraulischen Situation vor und nach der Konstruktion des Reservoirs, ein einfaches Particle Tracking Transport Modell eingesetzt worden, um mit unterschiedlichen Szenarien die Beeinflussung vom Reservoirwasser auf das Grundwasser zu simulieren. N2 - The explosive expansion of the population of the Metropolitan Region of Curitiba raised a high increase in the demand for water resources and the uncontrolled settlement poses a large problem for the environment. The greatest menace to the water supply sources of this region is the urban occupation (invasion) into the areas that contain these resources. This occupation continues with its slow, silent, although progressive march, threatening precious and irreplaceable resources. From this background an area in the direct vicinity north-east of Curitiba has been studied. In this area a drinking water reservoir was constructed in the time that the study took place in the Iraí-basin. The Iraí-reservoir even though an area around the lake will be protected may be polluted by two tributaries which flow through more or less densely populated areas. In the study area on the same time wells have been constructed. To estimate what the impact may be from the possibly polluted reservoir on the aquifer a groundwater flow model has been constructed. On the same time to estimate the water balance and the spatial distribution of pollution vulnerability the hydrological model MODBIL has been used. Also other methods have been used to estimate the pollution vulnerability to make a comparison and because none of the methods takes every aspect into account. With the calibrated groundwater flow model for the situation before the construction of the Iraí-reservoir and after its construction, simple particle tracking transport models are constructed as scenarios how the water of the aquifer may be influenced. KW - Curitiba KW - Stausee KW - Einzugsgebiet KW - Trinkwasserverschmutzung KW - Risikoanalyse KW - Hydrogeologie KW - Grundwasserströmungsmodell KW - hydrologische Modellierung KW - Irai-Becken KW - Curitiba KW - Parana KW - Brasilien KW - hydrogeology KW - groundwater flow model KW - hydrological modelling KW - Irai-basin KW - Curitiba KW - Parana KW - Brazil Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-531 ER - TY - THES A1 - Carls, Hans-Georg T1 - Das hochmittelalterliche Seefernhandelszentrum von Hormoz T1 - The highmedieval longdistance Seatradecenter of Hormoz N2 - Das Hauptziel dieser Studie war, den Standort des 1 300 A.D. vom iranischen Festland auf die vorgelagerte Insel Jarun (später Hormoz) verlegten Seefernhandelszentrums von Alt-Hormoz zu belegen. Dieses Ziel sollte über einen interdisziplinären Ansatz mit Hilfe von kulturgeographischen, siedlungsarchäologischen, historischen und geowissenschaftlichen Methoden erreicht werden. Bisherige archäologische und geographische Studien kamen zu sehr unterschiedlichen Standortangaben. Aus diesen Gründen wurde das Untersuchungsgebiet an der hochariden Schlickwattküste der heutigen Straße von Hormoz auf eine ca. 10 Quadratkilometer große Fläche ausgedehnt. Der Name Seefernhandelszentrum von Alt-Hormoz steht für das 1300 AD verlassene, festländische Fernhandelszentrum. Der Name Neu-Hormoz steht für das ab 1300 AD auf der Insel Jarun gelegene Seefernhandelszentrum. Auf der Insel Jarun gibt es kaum Vegetation und so gut wie keine Trinkwasserquellen. Man kann hier von einer für Mensch und Tier äußerst lebensfeindlichen Umwelt sprechen. Die zeitliche und funktionale Zuordnung der im Rahmen der Feldarbeiten im Gebiet des ehemaligen Seefernhandelszentruns von Alt-Hormoz lokalisierten Fundorte basiert auf voneinander unabhängigen Auswertungen verschiedener Oberflächen- oder Kleinlesefund-gruppen (qualitativer Ansatz). Eine zentrale Stellung nahmen dabei fernöstliche Keramiktypen ein. Es wurde aber auch islamische Keramik mit in die Auswertung ein bezogen. Um die über die fernöstliche und die islamische Keramik gewonnenen Erkenntnisse abzusichern wurden auch chinesische Münzen datiert.. Da Alt-Hormoz im 13. Jahrhundert eine Münzstätte war ließen sich zahllose islamische Münzen nachweisen, wovon ein Teil datierbar war und in erster Linie der Münzstätte Alt-Hormoz zugeordnet werden konnte. Diese materiellen Überreste aus der 1300 AD verlassenen Hafenstadt Alt-Hormoz unterscheiden sich signifikant von denen, wie sie am Standort des Seefernhandelszentrums von Neu-Hormoz (Insel Jarun) aus dem 14. und 15. Jahrhundert bekannt sind. Die Qualität und die Quantität der am Fundort Kalatun (Alt-Hormoz) an der Oberfläche nachgewiesenen Baumaterialien lassen überhaupt keinen Zweifel daran, dass es sich hier um die architektonischen Überreste einer historischen Hafenstadt handelt, deren Bewohner am einträglichen, internationalen Seefernhandelsgeschäft partizipierten. N2 - The intention of this research has been to verify the displacement of the longdistance seatrade centre of Old-Hormoz from continental Iran to the island Jarun (later called Hormoz) in 1300 A.D. This intention should be reached with an interdisciplinary proceeding including geographical, archeological and geoscientifical methods. Hitherto existing archeological and geographical studies lead to very different results about the location of the centre. Because of this reason the area of interest at the arid coastal-zone near the present Strait of Hormoz has been enlarged to a territory of about 10 square kilometers. The expression longdistance Seatradecenter of Old-Hormoz relates to the continental Long-distance Tradecenter which was left in 1300 A.D. The expression New-Hormoz is related to the longdistance seatradecentre which was new established in 1300 A.D. on the island of Jarun. On this island there is no vegetation and there are nearly no sources of drinking-water. One could talk about an environment with an extreme hostility against lives of human beings and animals. The temporal and functional attachment of the archiological sites located during the field study is based on independent analysis of different surface finding-groups (qualitative proceeding). Far Eastern Ceramic-Types have been positioned in centre. But the interpretation also includes Islamic Ceramic. To be on the safe side the investigated determinations from the Far Eastern and the Islamic Ceramic also Chinese coins have been dated. Because Old-Hormoz was a mint, countless Islamic coins have been proofed. Some of them have been datable. Most of them have been attached to the mint of Old-Hormoz. These archaeological remains from the site of the harbour city of Old-Hormoz, which has been abandoned in 1300 AD, do distinguish significant from those, which are well known from the site of New-Hormoz (Island of Jarun). There is no doubt, that the quality and quantity of the archiological surface findings of building material from the site of Kalatun (Old-Hormoz) are the remains of a large mediaeval seatrade centre of the thirteenth century A.D.. The inhabitants of these type of towns did participate a lot of the profitable international longdistance seatrade. KW - Hormos KW - Playa KW - Hafenstadt KW - Fernhandel KW - Seehandel KW - Geschichte 900-1300 KW - Geschichte 1100-1600 KW - Siedlungsarchäologie KW - Geologie KW - Funde KW - Mittelalter KW - Iran KW - Seelandfernhandel Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1179807 ER - 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 / 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 ER - TY - THES A1 - Al-Farajat, Mohammad T1 - Hydrogeo-Eco-Systems in Aquaba/Jordan - Coasts and Region T1 - Hydrogeo-Ökosysteme an der Küste und in der Region Aquaba/Jordanien N2 - The coast of Aqaba and the Aqaba region (Jordan) were investigated on their hydrogeo-ecosystem. The results of the research were translated into digits to build a geo-spatial data base. The fillings of the graben aquifer receive indirect type of recharge through the side wadis which drain the highlands. Surface water balance was modeled for a period of 20 years of daily climate records using MODBIL program which attributes direct recharge to wet years only. The hydrodynamic fresh water/seawater interface in the coastal zones was investigated by applying vertical geoelectric surveys and models of several methods to confirm its coincidence with the aquifer’s flow amounts, where human impacts in terms of over-pumping allowed more encroachment of seawater into land, and unintended recharge which led to seaward interface migration. A groundwater balance and solute transport were approached by developing a flow model from the hydrogeological and hydrochemical data. The nature of soil cover and aquifer whose physical properties enhance human impacts indicated the vulnerability of groundwater to pollution. This certainly threatens the marine ecology which forms the sink where the in-excess flow ends. The constructed digital background was exported into GIS to sub-zone the study area in terms of the aquifer’s vulnerability to pollution risks using DRASTIC index. However, it was unable to meet all geo-spatial factors that proved to have significant impacts on the vulnerability. Consequently, a comprehensive index -SALUFT- was developed. This suggests the suitable land use units for each zone in the light of vulnerability grades aiming at protecting the available groundwater resources. N2 - Die Küste und die Region von Aqaba (Jordanien) wurde im Hinblick auf ihre Hydrogeo-ökosysteme untersucht. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten wurden in eine digitale Form überführt, um bezüglich der Geofaktoren ein realitätsnahes Abbild der Umgebung zu erzeugen. Der Graben-Aquifer erhält seine Grundwasserneubildung meist indirekt von den Seiten, von denen Wadis ihr Wasser abführen. Die Bilanzierung des Oberflächenwassers wurde aus Tagesklimawerten der letzten 20 Jahre unter Benutzung des Programms MODBIL errechnet. Daraus ergab sich eine Neubildung des Grundwassers nur in feuchten Jahren. Die hydrodynamische Süßwasser-Salzwasser-Mischungsfront im Küstenbereich wurde durch geoelektrische Tiefensondierungen untersucht. Durch Modellierungen mit verschiedenen Methoden wurden Fließgeschwindigkeit und Wassermenge dort mit der des Aquifers in Einklang gebracht, wo durch Überpumpen das Salzwasser weiter ins Landesinnere vordringt. Durch die Entwicklung eines Fließmodells aus den hydrogeologischen und hydrochemischen Daten konnte die Grundwasserbilanzierung und der Stofftransport ermittelt werden. Die Natur des Bodens und des Aquifers, deren physikalische Eigenschaften die Einflüsse durch menschliche Aktivitäten steigern, führt zu einer Anfälligkeit gegenüber Verschmutzung, die die Qualität des Grundwassers verschlechtert. Dies beeinflusst die Ökologie des Meeres, das an den Stellen als Schadstoffsenke dient, an denen die Grundwasserströme enden. Die im Computer erstellte digitale Umgebung wurde dazu genutzt, den Aquifer im Untersuchungsgebiet mit Hilfe von GIS in Zonen unterschiedlicher Verschmutzungs-empfindlichkeit zu unterteilen. Dazu wurde der DRASTIC-Index benutzt. Im Laufe der Untersuchungen zeigte sich allerdings, dass es nicht möglich war, alle Faktoren, die einen signifikanten Einfluss auf das System haben, mit Hilfe dieses Index zu erfassen. Aus diesem Grund wurde der SALUFT-Index entwickelt. Damit wurde es möglich, bezüglich der Verschmutzungsempfindlichkeit für jede Zone die günstigste Art der Landnutzung zu ermitteln, um die verfügbaren Grundwasserressourcen zu schützen. KW - Golf von Akaba KW - Akaba KW - Hydrogeologie KW - Hydrologie KW - Ökosystem KW - farajat KW - aqaba KW - umwelt KW - grundwasser KW - verschmutzung KW - boden KW - geophysik KW - jordanien KW - wasser KW - farajat KW - aqaba KW - environment KW - groundwater KW - pollution KW - soil KW - geophysics KW - jordan KW - water Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1182066 ER - TY - THES A1 - Gehring, Iris T1 - Volcanostratigraphy using geophysical methods on La Fossa di Vulcano (S-Italy) T1 - Vulkanostratigraphie mit geophysikalischen Methoden an La Fossa di Vulcano (S-Italien) N2 - For many active volcanoes all over the world a civil protection program, normally combined with hazard maps, exists. Optimising of hazard maps and the associated hazard assessment implies a detailed knowledge of the volcanostratigraphy, because the deposits provoke information on the potential behaviour during a new activity cycle. Pyroclastic deposits, however, may vary widely in thickness and distribution over very short lateral distances. High resolution characterisation of single strata often cannot be archived, if solely sedimentological and geochemical methods are used. Gamma-ray measurements taken in the field combined with grain-size depended magnetic susceptibility measurements made in the laboratory are used in this work to optimise the resolution of volcanostratigraphic investigations. The island of Vulcano is part of the Aeolian Archipelago sited of the northern coast of Sicily. La Fossa cone is the active centre of Vulcano, where fumarolic and seismic activity can be observed. The cone was built up during the last 6,000 years, whereby the last eruption period is dated to historic times (1888-1890). For the tuff cone La Fossa the most likely volcanic hazards are the emplacement of pyroclastic deposits as well as gas hazards (especially SOx and CO2), due to this the detailed knowledge of the stratigraphy is mandatory. Most of the population resides in Vulcano Porto and the nearby sited peninsula of Vulcanello, which are highly endangered locations for a future eruption scenario. Measurements, made in standard outcrops, allow a characterisation of the successions Punte Nere, Tufi Varicolori, Palizzi, Commenda, and Cratere Attuale. A discrimination of all successions by solely one of the methods is rarely possible. In some cases, however, the combination of the methods leads to clear results. It can also be noticed that the exposition as well as the sedimentation type (wet-surge or dry-surge deposits) affect the measurements. In general it can be assumed that the higher the magma is evolved the higher the g -ray values and the lower the susceptibility values. Measurements from the Wingertsberg (Laacher See deposits, Eifel, W-Germany) show clearly that a higher degree of magma evolution correlates with lower susceptibility and higher gamma-ray values. Variations of the values can be observed not only by the change of the degree of magmatic evolution but also by the inhomogeneous deposition conditions. Particularly the gamma-ray measurements show lower values for the wet-surge deposits than for the dry-surge deposits, even though the erupted material has the same geochemical composition. This can be explained especially by reactions inside of the moist eruption cloud and short-time after deposition, when easily soluble elements like K, U, and Th can be leached by these aggressive fluids. Even extended exposition and high water content can provoke depletion of various elements within the complete or parts of the outcrop, too. If the deposits are affected by a fumarolic activity especially the susceptibility values show significant variations, whereas in general extreme low values are observed. Contamination of deposits also can occur, if they are overlain by weathered deposits of higher concentration of K, U, and Th. Weathering and mobilisation within the upper deposits can generate an element enrichment within the lower deposits. In general the element ratios of the barried underlying deposits are less affected than the exposed ones. After gauging the values of the well defined succession for standard outcrops undefined outcrops were measured. These outcrops are not clearly classified by sedimentological and geochemical methods, thus a correlation with the combined geophysical methods is useful. In general the combination of the methods allows a correlation, although in some cases more than one interpretation is possible. But in connection with time marker horizons as well as sedimentological features an interpretation is feasible. These situations show that a classification solely based on geophysical methods is possible for many cases but, if the volcanic system is more complex, a combination with sedimentological and geochemical methods may be needed. The investigations on Vulcano, documented in this work, recommend a re-interpretation of the dispersial of some successions of La Fossa cone, especially the presumption that Tufi Varicolori only exist inside of the Caldera of La Fossa. As a consequence the eruption and energy model especially for Tufi Varicolori have to be reviewed. N2 - An den zahlreichen aktiven Vulkanen auf der Erde existiert häufig ein Programm zum Zivilschutz in Kombination mit hazard maps. Die Optimierung von hazard maps und dem damit verbundenen hazard assessement setzt eine detaillierte Kenntnis der Vulkanostratigraphie voraus, da die Ablagerungen Aufschlüsse über ein potentielles Verhalten bei erneuter Aktivität zulassen. Eine detaillierte Stratigraphie pyroklastischen Ablagerungen ist nicht immer eindeutig, da die Verbreitung der Ablagerungen sehr inhomogen sein kann und häufig ein lateraler Fazieswechsel zu beobachten ist. Die Charakterisierung einzelner Horizonte und Einheiten aufgrund von geochemischen und sedimentologischen Untersuchungen ist nicht immer eindeutig. Mit Hilfe von Gamma-ray-Messungen vor Ort und Untersuchungen der korngrößenabhängigen Suszeptibilität wird in dieser Arbeit versucht die Auflösung der Vulkanostratigraphie zu verbessern. Vulcano gehört zur Inselgruppe der Äolischen Inseln vor der Nordküste von Sizilien. Das derzeit aktive Zentrum, La Fossa cone, zeigt heute vorwiegend fumarolische und seismische Aktivität. Hierbei ist zu beachten, daß die letzte große Eruptionsphase in historischer Zeit stattfand (1888-1890). Aufgrund der Geschichte von La Fossa cone, welche vor rund 6000 Jahren begann, kann man vermuten, daß die aktive Phase noch nicht abgeschlossen ist und weitere Eruptionen folgen können. La Fossa cone ist ein Tuffkegel, dessen größte Gefahr, neben der fumarolischen Aktivität (erhöhte Gehalte an SOx und CO2), besonders in der Bildung und Ablagerung von pyroklastischen Strömen liegt, daher ist eine genaue Kenntnis der Stratigraphie unabdingbar. Der Hauptort der Insel, Vulcano Porto, liegt am Fuß von La Fossa cone und ist somit bei einem Ausbruch extrem gefährdet. Hier und auf der angrenzenden Halbinsel Vulcanello hält sich während der Hauptsaison der Großteil der bis zu 9000 Personen (inklusive Tagestouristen) auf der Insel auf. Die Kombination der geophysikalischen Methoden hat sich innerhalb der Standardaufschlüsse von Vulcano als geeignete Methode erwiesen, um die bisher definierten Einheiten: Punte Nere, Tufi Varicolori, Palizzi, Commenda und Cratere Attuale voneinander zu unterscheiden. Dabei ist es allerdings wichtig die beiden Methoden zu kombinieren, da nicht alle Einheiten nur anhand von einer Methode zu unterscheiden sind. Auch hat sich gezeigt, daß die jeweilige Exposition wie auch der Ablagerungstyp - wet-surge oder dry-surge Ablagerung - die Werte der Messungen beeinflussen können. Allgemein gilt, je stärker das Magma differenziert ist umso geringer sind die zu erwartenden Suszeptibilitätswerte und umso höher die zu erwartenden Gamma-ray-Werte. Dies konnte in Vergleichsmessungen am Wingertsberg (Laacher See Ablagerungen, Eifel, W-Deutschland) recht gut beobachtet werden. Solche Ergebnisse sind deutlich bei gleichen Ablagerungsbedingungen zu erkennen, treten jedoch sowohl wet- wie auch dry-surge Ablagerungen auf, so beobachtet man häufig, daß wet-surge Ablagerungen geringere Werte zeigen - besonders für die Gamma-ray-Messungen - als diejenigen von dry-surge Ablagerungen des gleichen Ausgangsmaterial. Dies ist vor allem auf Reaktionen des Materials innerhalb der "feuchten" Eruptionswolke und des pyroklastischen Stromes (wet-surge Ablagerungen) zurückzuführen, bei denen es zu einer Abreicherung unter anderem von K, U, und Th kommen kann. Auch kurz nach der Ablagerung können bevorzugt Alterationsprozesse auftreten. Eine starke Exposition oder auch eine erhöhte Feuchtigkeit führen häufig zur Abreicherung verschiedener Elemente innerhalb des Aufschlusses. Hiervon sind besonders die Werte von Gamma-ray-Messungen betroffen. An Orten fumarolischer Aktivität ist eine signifikante Änderung der Suszeptibilitätswerte zu beobachten, stark betroffene Bereiche zeigen häufig extrem geringe Suszeptibilitätswerte. Überlagerung von Einheiten mit hohen Konzentrationen an K, U, und Th kann bei der Verwitterung dieser Lagen eine Kontamination der darunterliegenden Bereiche zur Folge haben. Diese zeigen dann deutlich erhöhte Elementkonzentrationen - im Gegensatz zu den Durchschnittswerten - wobei aber das Verhältnis der Elemente oft nicht signifikant verändert wird. Nach einer Eichung anhand der Standardprofile wurden Aufschlüsse mit einer nicht immer eindeutigen Zuordnung - durch die "klassischen" sedimentologischen und geochemischen Methoden - bearbeitet. Hierbei zeigte sich, daß die Kombination der beiden geophysikalischen Methoden durchaus eine Charakterisierung erlaubt. Dabei wurde allerdings auch deutlich, daß eine Korrelation durch die kombinierten geophysikalischen Methoden zwar sinnvoll ist, jedoch stellenweise verschiedene Interpretationen möglich sind, daher ist es sicherlich von Vorteil, wenn zur Charakterisierung auch die "klassischen" Methoden hinzugezogen werden. Von besonderem Vorteil erwiesen sich bei den Untersuchungen Zeitmarkerhorizonte, durch welche häufig mehrdeutige Interpretationen geklärt werden konnten. Anhand der Untersuchungen konnten, in dieser Arbeit, nun erstmals die, bisher nur innerhalb der Caldera von La Fossa bekannten, Tufi Varicolori auch außerhalb der Caldera identifiziert werden. Dieser Umstand gibt Anlaß die bisherigen Modelle für den Eruptionsmechanismus und das Energieschema der Tufi Varicolori Eruptionen zu überarbeiten, da für die Überwindung der Calderawand eine deutlich höhere Energie nötig ist als bisher für Tufi Varicolori angenommen wurde. KW - Vulcano KW - Vulkanologie KW - Stratigraphie KW - Vulkanologie KW - Vulcano KW - Vulkanostratigraphie KW - Geophysik KW - Gamma-ray KW - magnetische Suszeptibilität KW - Aeolische Inseln KW - S-Italien KW - volcanology KW - Vulcano KW - volcanostratigraphy KW - geophysics KW - gamma-ray KW - magnetic susceptibility KW - Aeolian Islands KW - S-Italy KW - pyroclastic deposits Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1181941 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 KW - Mariental 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 - 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 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 ER - 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 KW - Grundwasserbildung KW - Hydrogeologie KW - Namibia 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 - Al-Ouran, Nedal T1 - Environmental assessment, documentation and spatial modeling of heavy metal pollution along the Jordan Gulf of Aqaba using coral reefs as environmental indicator T1 - Umweltbewertung, Dokumentation und räumliche Modellierung der Schwermetallverschmutzung entlang der Küste von Aqaba (Jordanien) unter Verwendung von Korallenriffen als Umweltindikator N2 - Two phases of reef sampling were carried out. The first included regular samples taken along the coastline of Aqaba (27km long) at depths of 4-15m, and used to determine spatial distribution of pollution. The second phase included three 20cm-deep cores obtained from within the industrial zone. These cores were drilled from pre-dated communities, where the growth rate was determined earlier to be 10mm y-1, therefore the core obtained represented a period of 20 years (i.e. 1980-2000). The cores were used to reconstruct the metal pollution history at the most heavily used site along the coast (industrial zone).All samples were examined with respect to their metal content of Cd, Pb, Cu, Zn, Ni, and Cr. Almost all of them have shown records above the calculated background values. Mean values of Cd, Pb, Cu, Zn, Ni and Cr recorded along the coast were 1,25; 4,26; 9,76; 11,40; 2,29 and 10,522, µg g-1 respectively, and for core samples 1.4; 4.2; 5.7; 6.4; 2.3 and 8.21 µg g-1 respectively. Spatial distribution of metal enrichment in reef samples have shown a general and clear increasing trend towards the south. Same increasing trend was also in core samples where the six metals have shown a prominent increasing trend towards the core surface indicating an increase of coastal activities during the last twenty years. High and relatively high values were recorded at the oil port, the industrial area and main port, and thus categorized as highly impacted areas. Intermediate metal content were recorded in samples of the north beach, and thus classified as being relatively impacted, where the lowest metal concentrations were observed at the marine reserve, the least impacted site along the coast. The high enrichment of metal is attributed mainly to anthropogenic impacts. The natural inputs of the six metals studied in the Gulf of Aqaba are generally very low, due to the geographic positions and the absence of wadi discharge and as a result of low rainfall. Several potential sources of heavy metals were investigated. The industrial-related activities, port operations and phosphate dust were among the main sources currently threatening the marine ecosystem in Aqaba. Applying the Principle Components Analysis method (PCA) to all samples taken along the coastline has resulted in categorizing three different groups according to their metal enrichment, the first is composed of samples taken from the north beach and the main port with intermediate to high enrichment, the second joined the samples of the marine park and the marine reserve with low and relatively low enrichment, and the last group joined samples of the industrial zone and the oil port with high enrichment. The Principle Component Scores were also utilized to confirm the spatial distribution and relationships of the examined heavy metals along the coast. Two models (interpolated by SURFER  7.0 and ArcView 3.2a) were developed, the first was based on the PC scores of the first component, and shows clearly the positive anomalies in metal concentrations along the coast. The second model was developed by plotting the second factor scores on a landuse map of Aqaba. According to these models, it has shown that the positive anomalies are associated with three different zones; industrial area, the main port and the oil port. The results have shown that coral reefs can be used as good environmental indicator for assessments and monitoring processes, and they can provide data and information on both the spatial distribution of pollution and their history. The present work is the first to document the environmental status along the whole coast of Aqaba and the first to use coral reef as a tool/ indicator. N2 - Die Riff-Probenahmen wurden in zwei Phasen durchgeführt. Die erste Phase umfasste reguläre Proben, die entlang der Küste von Aqaba (27 km lang) in einer Tiefe von 4-15 m entnommen wurden, um die räumliche Verteilung der Verschmutzung zu bestimmen. Die zweite Phase umfasste drei 20 cm tiefe Bohrkerne, die im Bereich der Industriezone entnommen wurden, um die Geschichte der Metallverunreinigung in dem am stärksten betroffenen Bereich entlang der Küste (Industriezone) zu rekonstruieren. Diese Kerne wurden in bereits früher datierten Riff-Kommunen mit einer Wachstumsrate von 10 mm/Jahr gebohrt. Die in einem Kern erfasste Periode beträgt somit etwa 20 Jahre (d.h. 1980-2000). Alle Proben wurden auf den Metallgehalt von Cd, Pb, Cu, Zn, Ni und Cr geprüft. Fast alle Proben weisen Werte auf, die höher als die berechneten Hintergrundwerte liegen. Die verzeichneten Durchschnittswerte der regulären Proben entlang der Küste betrugen für Cd, Pb, Cu, Zn, Ni und Cr: 1,25; 4,26; 9,76; 11,40; 2,29 bzw. 10,522 µg g-1 und für die Kernproben betrugen die Werte: 1,4; 4,2; 5,7; 6,4; 2,3 bzw. 8,21 µg g-1. Die räumliche Verteilung der Metallanreicherung in den Riffen zeigt einen deutlich zunehmenden Trend in Richtung Süden. Der gleiche Trend findet sich auch in den Kernproben wieder, wobei die sechs Metalle zusätzlich auch einen deutlich zunehmenden Trend von unten nach oben aufweisen, und somitie die zunehmenden anthropogenen Aktivitäten im Küstenbereich während der letzten zwanzig Jahre anzeigen. Hohe und relativ hohe Werte wurden im Ölhafen, der Industriezone und im Haupthafen verzeichnet und somit als stark betroffene Bereiche eingestuft. Mittelmäßige Metallgehalte wurden in den Proben am Nordstrand ermittelt und somit als relativ betroffen klassifiziert. Die niedrigsten Metallkonzentrationen wurden im Bereich des Marineschutzgebietes beobachtet, das somit das am wenigsten betroffene Areal entlang der Küste darstellt. Die hohe Anreicherung der Metalle ist hauptsächlich auf anthropogene Einflüsse zurückzuführen. Der natürliche Eintrag in den Golf von Aqaba bei den sechs analysierten Metallen ist im Allgemeinen recht niedrig, aufgrund der geographischen Position, den kleinen Niederschlagsmengen und folglich auch der geringen Schuttzufuhr aus den Wadis. Verschiedene potentielle Herkunftsquellen der Schwermetalle wurden untersucht. Die industriebedingten Aktivitäten, Hafenbetrieb und Phosphatstaub konnten hierbei als Hauptverursacher der akuten Bedrohung für das Marine-Ecosystem in Aqaba erkannt werden. Eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) angewendet auf alle entlang der Küste entnommenen Proben ergab, dass sich drei verschiedene Gruppen in Abhängigkeit von der Metallanreicherung herausstellen lassen: die erste Gruppe umfasst Proben vom Nord-Strand und dem Haupthafen mit mittelmässiger und hoher Anreicherung, die Zweite enthält die Proben vom Marine-Park und dem Marineschutzgebiet mit niedriger und relativ niedriger Anreicherung, und die letzte Gruppe besteht aus den Proben der Industriezone und dem Ölhafen mit hoher Anreicherung. Die Hauptkomponentenwerte (Principle Component Scores; PCS) wurden auch verwendet, um die räumliche Verteilung und die Beziehungen der getesteten Schwermetalle entlang der Küste zu bestätigen. Es wurden zwei Modelle entwickelt (interpoliert mit SURFER ® 7,0 and Arc View ® 3.2a). Das erste Modell basierte auf den PCS der ersten Hauptkomponente und zeigt klare positive Anomalien der Metallkonzentrationen entlang der Küste. Das zweite Modell basiert auf den PCS der zweiten Hauptkomponente und ist in einer Karte im Zusammenhang mit der Landnutzung von Aqaba dargestellt. Danach zeigt sich ein deutlicher Zusammenhang der positiven Anomalien im Zusammenhang mit den drei verschiedenen Landnutzungszonen, nämlich dem industriellen Areal, dem Haupthafen und dem Ölhafen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Korallenriffe als Indikator für die Bewertung und überwachung von Umwelt prozessen eignet. Sie können Daten und Informationen, sowohl über die räumliche Verteilung von Umweltverschmutzungen, als auch über ihre Geschichte liefern. Die vorliegende Arbeit ist die erste ihrer Art, die das Korallenriff als Instrument und Indikator verwendet, um den Umweltstatus entlang der gesamten Küste von Aqaba zu dokumentieren. KW - Golf von Akaba KW - Schwermetallbelastung KW - Korallenriff KW - Umweltbewertung KW - Schwermetallverschmutzung KW - Korallenriffen KW - Environmnet KW - assessment coral reef pollution Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14090 ER - TY - THES A1 - Hipondoka, Martin H.T. T1 - The development and evolution of Etosha Pan, Namibia T1 - Die Entwicklung der Etoscha-Pfanne, Namibia N2 - This study explores and examines the geomorphology of a large endorheic basin, approximately twice the size of Luxemburg, situated in the Etosha National Park, Namibia. The main focus is directed on how and when this depression, known as Etosha Pan, came into being. Geomorphological investigation was complemented and guided primarily by the application and interpretation of satellite-derived information. Etosha Pan has attracted scientific investigations for nearly a century. Unfortunately, their efforts resulted into two diverging and mutually exclusive views with respect to its development. The first and oldest view dates back to the 1920s. It hypothesized Etosha Pan as a desiccated palaeolake which was abandoned following the river capture of its major fluvial system, the Kunene River. The river capture was assumed to have taken place in the Pliocene/Early Pleistocene. In spite of the absence of fluvial input that the Kunene contributed, the original lake was thought to have persisted until some 35 ka ago, long after the Kunene severed its ties with the basin. The current size of the basin and its playa status was interpreted to have resulted from deteriorating climatic conditions. The opposing view emerged in the 1980s and gained prominence in the 1990s. This view assumed that there were an innumerable number of small pans on the then surface of what later to become Etosha Pan. Since the turn of the Pliocene to Early Pleistocene, these individual pans started to experience a combined effect of fluvial erosion during the rainy season and wind deflation during the dry period. The climatic regime during that entire period was postulated to be semi-arid as today. This climatic status was used to rule out any existence of a perennial lake within the boundary of Etosha since the Quaternary. Ultimately, these denudational processes, taking place in a seasonal rhythm, caused the individual pans to deepen and widen laterally into each other and formed a super-pan that we call Etosha today. Thus the Kunene River had no role to play in the development of the Etosha Pan according to this model. However, proponents of this model acknowledged that the Kunene once fed into the Owambo Basin and assigned the end of the Tertiary to the terminal phase of that inflow. Findings of this study included field evidence endorsing the postulation that the Kunene River had once flowed into the Owambo Basin. Its infilled valley, bounding with the contemporary valley of the Kunene near Calueque, was identified and points towards the Etosha Pan. It is deliberated that a large lake, called Lake Kunene, existed in the basin during the time. Following the deflection of the Kunene River to the coast under the influence of river incision and neo-tectonic during the Late Pliocene, new dynamics were introduced over the Owambo Basin surface. After the basin was deprived of its major water and sediment budget that the Kunene River contributed, it was left with only smaller rivers, most notably the Cuvelai System, as the only remaining supplier. This resulted in the Cuvelai System concentrating and limiting its collective load deposition to a lobe of Lake Kunene basin floor. The accident of that lobe is unclear, but it is likely that it constituted the deepest part of the basin at the time or it was influenced by neo-tectonic that helped divert the Kunene River or both. Against the backdrop of fluvial action that was initiating the new lake, most parts of the rest of the basin, then denied of lacustrine activity, were intermittently riddled with a veneer of sediment, especially during phases of intensified aeolian activity. In the mean time, the area that was regularly receiving fluvial input started to shape up as a distinct lake with the depositions of sediments around the water-body, primarily via littoral action, serving as embankment. Gradually, a shoreline is formed and assisted in fixing and delineating the spatial extent of the new and much smaller lake, called Lake Etosha. That Lake Etosha is the predecessor of the modern day Etosha Pan. Indicators for a perennial lake found in this study at Etosha include fossil fragments of Clariidae species comparable to modern species measuring some 90 cm, and those of sitatunga dated to approximately 5 ka. None of these creatures exist today at Etosha because of their ecological requirements, which among others, include permanent water. The sitatunga, in addition, is known as the only truly amphibious antelope in the world. Since its inception, the new lake underwent a number of geomorphological modifications. A prominent character amongst these modifications is the orientation of the lake, which has its long-axis oriented in the ENE-WSW direction. It resulted from wave action affected by the prevailing dominant northeasterly wind, which is believed to have been in force since the Middle Pleistocene. Lake Etosha has also witnessed phases of waning and waxing under the influence of the prevailing climatic regime. Over the last 150 ka, the available data intercepted about seven phases of high lake levels. These data are generally in agreement with regional palaeoclimatic data, particularly when compared with those obtained from neighbouring Makgadikgadi Pans in Botswana. The last recorded episode of the wet phase at Etosha was some 2,400 years before the present. N2 - Die vorliegende Studie untersucht Aspekte der Geomorphologie und Landschaftsgeschichte eines großen, heute endorheischen Beckens im zentralen Nord-Namibia, nämlich des Owambo-Beckens als Teil der Kalahari im weitesten Sinne. Der rezent tiefste Teil dieses Beckens umfasst die so genannte Etoscha-Pfanne im gleichnamigen Nationalpark; sie besitzt eine Fläche von etwas zweimal der Größe Luxemburgs. Dabei wurde das Hauptaugenmerk auf die Frage gelegt, wie und wann diese Depression unter Berücksichtigung der tektonischen und klimatischen Entwicklung des Großraums entstanden ist. Hierzu wurden zwischen 2002 und 2004 umfassende Geländestudien von mehreren Monaten Dauer mit unterstützender Luft- und Satellitenbild-Auswertung sowie Kartier- und Laborarbeiten unternommen. Die Region um die Etoscha-Pfanne ist seit fast 100 Jahren Gegenstand wissenschaftlich-geographischer Forschung, wobei die jeweiligen Resultate zu teilweise sehr konträren Hypothesen geführt haben. Die älteste publizierte Theorie (1920er Jahre) geht davon aus, dass es sich bei der Etoscha-Pfanne um den ausgetrockneten Endsee des Kunene-Flusses handelt, welcher seinerseits gegen Ende des Tertiärs oder zu Beginn des Quartärs infolge Flussanzapfung von Westen her zum Atlantik umgelenkt wurde. Diese Umlenkung soll das Ende des Zuflusses und demzufolge die sukzessive Austrocknung des Etoscha-Sees bewirkt haben, der aber – so die Hypothese – noch bis vor ca. 35.000 Jahren bestanden haben soll. Sowohl die Größe der Etoscha-Depression wie auch der Playa-Formenschatz und die umlaufenden Terrassen-Galerien wurden als Indikatoren dieser insgesamt zunehmenden Austrocknung gedeutet. Eine gegensätzliche Theorie wurde ab den 1980er Jahren entwickelt, wonach die Entwicklung des regionalen Flußsystems, insbesondere des Kunene, mit der Entstehung der Pfanne nicht in Verbindung zu bringen sei. Es wurde aber auf die Möglichkeit hingewiesen, dass im Tertiär der Kunene in das Owambo-Becken geflossen sein könnte und somit für Teile der Kalahari-Formation als Beckenfüllung verantwortlich wäre. Vielmehr sei im tektonisch prä-disponierten Beckentiefsten nach-kunenezeitlich eine Megapfanne infolge rückschreitender Hangentwicklung aus kleineren Pfannen entstanden. Offen blieb jedoch die Frage, in welcher Weise sich die wirksame Erosion in unmittelbarer Nähe des Vorflut- oder Haupterosionsniveaus in einem sehr flachen Großrelief als Prozeß etablieren und zum kilometerweiten Rückschreiten der wenige Meter hohen Hänge führen konnte. Dies hat dazu geführt, dass ab den 1990er Jahren der Wirkung des Windes diese erosiven Fähigkeiten zugesprochen wurden. Demnach habe sich etwa ab der Tertiär-Quartär-Wende unter generell gleich bleibenden semi-ariden Umweltbedingungen eine Art Kombinations-effekt aus saisonaler fluvialer Aufbereitung mit ebenso saisonalem äolischen Materialaustrag etabliert. Dieser soll zur sukzessiven Tieferlegung des Pfannenbodens seit dem Ende des Tertiärs infolge von Auswehung geführt haben. Als Indizien hierfür werden u. a. eine mangelnde bzw. sehr dünne Sedimentdecke in der Pfanne sowie die Existenz von äolischen Sandkörpern, den so genannten Lunette-Dünen am Westrand der Pfanne angeführt. Die Existenz eines perennierenden Sees ist in dieser Hypothese explizit ausgeschlossen worden, zumindest für die letzten 140.000 Jahre. Die Ergebnisse der Gelände- und Auswertungsarbeiten vorliegender Studie können beide genannten Hypothesengebäude nur zum Teil bestätigen. Die Untersuchung der Wasserscheidenbereiche zwischen Kunene-System und dem ins Etoscha-Becken entwässernden Cuvelai-Oshana-System insbesondere am westlichsten Zweig, dem Etaka-Fluß, erbrachte das Resultat, dass ein durchgängiges, sehr breites und teilweise verfülltes Paläotal von einem nordwärts fließenden Kunene-Tributär bei Calueque, dem Olushandja, über die Wasserscheide hinweg zum Etaka und damit nach Etoscha führt. Die Rekonstruktion des direkten Wasserscheiden-bereiches ist heute nur noch schwer möglich, da direkt auf der Wasserscheide ein Stausee der nordnamibischen Wasserfernversorgung angelegt wurde. Anhand der wasserbaulichen Planungs- und Bauunterlagen konnte jedoch die Lage relativ genau lokalisiert werden. Die Höhe der Wasserscheide über dem rezenten Normalwasserbett des Kunene beträgt nur 15 Meter und es ist daher anzunehmen, dass die Umlenkung des Flusses keine allzu starke tektonische Aktivität erforderte, zumal das obere Tertiär im subkontinentalen Maßstab als Periode starker Hebung in den Randstufen-bereichen gilt. Der Kunene selbst fließt heute westlich des Anzapfungsbereichs in einem von teilweise starken Längsprofil-Diskontinuitäten gekennzeichneten und tief ausgeräumten Tal, angelehnt an eine tektonische Struktur, die in der angolanischen Literatur als Ruacana-Graben bezeichnet wurde. Auch das intramontane Becken von Ruacana ist wohl als Weiterbildung einer ursächlich tektonisch bedingten Depression nahe der kontinentalen Hauptwasserscheide anzusehen. Das Vorkommen einer noch in geomorphologisch jüngerer Zeit möglichen Durchflussverbindung lässt auf die zeitweise Existenz eines oder mehrerer perennierender Seen schließen, zumindest in Zeiten stärkerer Wasserschüttung im angolanischen Hochland. Genauere zeitliche Einordnungen können nicht gemacht werden, da derzeit noch kein adäquat datierbares Material vorliegt. Unter der Annahme, dass ein solcher Kunene-See mit oder ohne ehemaligem Ausfluss im Beckentiefsten existiert hat, trat nach der endgültigen Ablenkung des Zulaufs definitiv ein Systemwechsel hin zu einer anderen Dynamik auf der Oberfläche des Owambo-Beckens ein. Das durch die Neotektonik bedingte, deutlich verkleinerte und nicht mehr weit ins angolanische Hochland reichende Cuvelai-Oshana- und Gwashigambo-Einzugs-gebiet der Beckendepression muss in deutlich geringerem Maße fremdgesteuert gewesen sein, so dass die autochthonen Niederschlags-bedingungen sich in den Formen stärker niedergeschlagen haben müssen. Dies gilt insbesondere für pleistozäne Trockenphasen, wie sie anderweitig in Namibia vor allem in den jeweiligen Hochglazialen mit Meeresspiegel-Tiefständen und intensivem Benguela-Upwelling als nachgewiesen gelten dürfen. Während dieser Trockenphasen dürfte die fluviale Aktivität sehr stark zum Erliegen gekommen und ein kaum nennenswerter fluvialer Input in die Vorflutbereiche geschüttet worden sein, so dass besonders in den extremen Trockenphasen Auswehungs-prozesse dominiert haben. So sind insbesondere die Längsdünenzüge im zentralen Nordnamibia aber auch in anderen Regionen des Landes auf die Ausbildung oder Reaktivierung im letzten Hochglazial zurückzuführen. Als besonderes Indiz für die neotektonische Aktivität ist die bei Flutereignissen im Satellitenbild erkennbare ostwärtige Neigung der Pfannenoberfläche zu sehen, was auf der Ostseite zu ausgeprägter Kliffdynamik führt. In den Übergangsphasen dürften die Verhältnisse den heutigen mehr oder weniger ähnlich gewesen sein mit saisonalem, episodischem oder periodischem Input sowohl aus der direkten Umgebung des Beckentiefsten wie auch aus dem Oshana-System. Signifikante Unterschiede bestehen jedoch zu den pluvialzeitlichen Verhältnissen, die im Verlauf des Pleistozäns mehrfach aufgetreten sind. Hier herrschten perennierend feuchte Bedingungen in weiten Teilen des Einzugsgebiets, das durch dichten Trockenwald und Feuchtsavannen zu charakterisieren ist. Als Indikatoren für pluvialzeitliche Verhältnisse wurden fossil-führende Sedimente im Pfannenbecken, Strandterrassen und Flussterrassen im unteren Einzugsgebiet untersucht. Die Sedimente erbrachten Fossilfunde von großen Fischen der Gattung Clariidae – die größten Fische, die je entdeckt wurden – und von Land- und Frischwassermollusken in unterschiedlichen Morphopositionen. Ein jünger angeschnittener Nehrungshaken enthielt u. a. Fossilien von Sitatunga, ein klarer Hinweis auf perennierende Seeverhältnisse. Letztere konnten radiometrisch auf ca. 5000 BP datiert werden – ein Datum, welches mit der in der Literatur immer wieder beschriebenen frühholozänen Feuchtphase in Namibia ebenso gut korreliert, wie mit der jüngsten Bodenbildungsphase auf den Strandwällen. Innerhalb der geschilderten Befunde sind die früher als Lunette-Dünen beschriebenen Akkumulationskörper auf der West- und Nordseite der Pfanne ebenso als reliktische Strandwälle anzusprechen wie die identisch strukturierten, längsgestreckten, der heutigen Küste vorgelagerten Inseln, z. B. Logans Island. Letztere repräsentieren sehr wahrscheinlich das Niveau der Strandwälle einer vergangenen Seephase, als das heutige Pfannenbecken bereits bestand aber nicht komplett mit Wasser geflutet war. Sie wurden durch die nachfolgende Seephase, die vermutlich auf 5000 BP datierte, bis auf die Reliktinseln überformt. Die genannten Strandwälle aller Reliefgenerationen enthalten Mollusken der Art Xerocerastus burchelli und einige andere, ebenfalls häufig wechselnde oder feuchte Bedingungen bevorzugende Arten. In den älteren Strandwällen sind diese Fossilien mit carbonatischen Ausfällungen überzogen, teilweise auch vollständig verbacken, in den jüngeren Sedimenten, wie Logans Island oder dem datierten Nehrungshaken, stecken sie in frischer Erhaltung im Sedimentkörper. Lebende Exemplare konnten jedoch nicht aufgefunden werden. Ein weiteres Indiz für die Interpretation der Sedimentkörper als fossile Strandwälle ist darin zu sehen, dass dieselben infolge Bodenbildung fest liegen und lokal durch autochthone Niederschläge gullyartig zerschnitten werden. Indizien für eine rezente äolische Entstehung infolge der Auswehung vom Pfannenboden konnten nicht gefunden werden. Stattdessen konnte gezeigt werden, dass Auswehung allenfalls den Schwemm-bereich des westlichen Hauptzuflusses, den Ekuma, betraf. Insgesamt scheint der Anteil der äolischen Formung weit hinter dem der fluvial-lakustrinen zurückzutreten. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die Region des zentralen Nordnamibia mit der Etoscha-Pfanne als rezentem Hauptvorfluter in ihrer tektonisch-strukturellen Prädisposition eine wechselhafte jungkänozoische Relief-geschichte mit alternierenden Pluvialzeiten und Trockenphasen jeweils unterschiedlicher Dimension sowie Übergangsphasen aufweist. KW - Etoschapfanne KW - Geomorphologie KW - Etoscha KW - Pfanne KW - Namibia KW - endorheisch KW - Geomorphologie KW - Cuvelai KW - Etosha KW - Pan KW - Namibia KW - geomorphology KW - Cuvelai Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14351 ER - TY - THES A1 - Fekete, Alexander T1 - Massenbewegungen im Elbursgebirge, Iran - im Spannungsfeld zwischen natürlicher Stabilität und anthropogener Beeinflussung T1 - Mass Movements in Alborz Mountains, Iran - an area of conflict between natural stability and human impact N2 - Massenbewegungen (in englischer Literatur landslides, in französischer Literatur glissements de terre) sind das Symptom von Hanginstabilitäten in einem Naturraum. Die Wahl des Überbegriffs Massenbewegungen und die Untergliederung der einzelnen Stadien des Prozessablaufs wurden im Rahmen eines pragmatischen Ansatzes dieser Arbeit neu festgelegt. Im Untersuchungsgebiet im Elbursgebirge im Norden des Iran stellen Massenbewegungen ein Phänomen dar, welches die Kulturlandschaft bedroht, aber auch durch sie selbst bedingt ist. In dieser Arbeit wurden Abhängigkeitsbeziehungen zwischen menschlichem Eingriff und natürlichem Stabilitätspotential untersucht. In einem heuristischen Ansatz wurden Faktoren analysiert, welche Massenbewegungen bedingen oder auslösen. Faktoren wie geologischer Untergrund, Bodenauflage, Hangneigung, Exposition, Hydrologie, Vegetationsbedeckung oder Straßenbau wirken in unterschiedlicher Weise auf die Verursachung von Massenbewegungen ein. Die Analyse der Tragweite und Relevanz dieser Faktoren erfolgte mittels einer Faktorenüberlagerung in einem Geographischen Informationssystem (GIS). Das GIS bildete die Schnittstelle für Fernerkundungsdaten, Kartenmaterial, Geländeaufnahme und das digitale Geländemodell (DEM, bzw. DTM). Neben Photos, Beschreibungen, GPS-Punkten und Bodenproben aus der Geländeaufnahme im Iran wurden CORONA- und LANDSAT-ETM+ - Satellitendaten sowie Klimaaufzeichnungen, Topographische und Geologische Karten auf ihre Aussagekraft hin analysiert. Durch Verschneidung der Datenebenen konnten Gefährdungszonen hinsichtlich Massenbewegungen ausgewiesen werden. Die Ergebnisse wurden mit den vorhandenen Befunden über aufgetretene Massenbewegungen überprüft. Die Übereinstimmung der Gefährdungszonen mit der Verteilung vorgefundener Massenbewegungsformen bestätigte die Richtigkeit des methodischen Vorgehens. Bei der Auswahl und Bearbeitung von Daten und Methodik lagen die Schwerpunkte im Anwendungsbezug und in der Qualitätssicherung. Zur Erstellung des digitalen Höhenmodells wurde ein eigener Ansatz zur Extraktion von Höhenlinien aus Topographischen Karten verfolgt. Das Ergebnis der Arbeit ist ein kostengünstiger, pragmatischer und übertragbarer Ansatz zur Bewertung des Gefährdungspotentials von Massenbewegungen. N2 - Mass movements (in English literature often referred to as landslides, in French Literature as glissements de terre) are symptoms of instability in natural environments. Within the scope of a pragmatic approach the key word 'mass movements' and its processual steps were newly defined. Mass movements are a phenomenon in the study area in Alborz mountains, Iran. They threaten human environments while at the same time they display results of human activity. The focus of this paper is directed on interdependences between human impact and areas that are prone to slope instability. In a heuristic approach factors that influence or trigger mass movements were analysed. These determining factors include the geology, soil cover, slope, aspect, hydrology, vegetationcover and roads. Analysis of intensity, extent and relevance was compiled by factor overlay technique in a Geographical Information System (GIS). Under the GIS environment, CORONA and LANDSAT-ETM+ satellite images, climatic data, topographical and geological maps, ground truth data and the digital elevation model (DEM) could be integrated. This resulted in a hazard zonation map of mass movements. The hazard zonation map was cross referenced with a sample of real occurences of mass movements. This step served to validate the derived model for mass movement hazard. Data and methods were selected and tested on the basis of quality and application ability. Extraction of contour lines from topographical maps was used as a faster and better way of creating the digital elevation model compared to digitalization. All methodical ways resulted into a pragmatic cost-effective and transferable approach of evaluating the hazard of mass movements. KW - Elbursgebirge KW - Massenbewegung KW - Massenbewegungen KW - Rutschungen KW - Gefahrenkarten KW - GIS KW - Höhenmodell KW - landslides KW - digital elevation model KW - Landsat KW - remote sensing KW - Iran Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-13576 ER - TY - THES A1 - Djouka-Fonkwé, Merline Laure T1 - Association of S-type and I-type granitoids in the Neoproterozoic Cameroon orogenic belt, Bafoussam area, West Cameroon : geology, geochemistry and petrogenesis T1 - Zusammenhang von S-Typ und I-typ Granitoiden im Neoproterozoic Cameroon orogenic Belt im Bafoussam Region, Westliches Kamerun N2 - The Bafoussam area in west Cameroon is located within the Cameroon Neoproterozoic orogenic belt (north of the Congo craton) which is part of the Central African Fold Belt (CAFB).The evolution of the CAFB is related to the collision between the convergent West African craton, the São Francisco – Congo cratons and the Sahara Metacraton. The outcrop area stretches over a surface of ~1000 km2 and dominantly consists of granitoids which intruded wall-rocks of gneiss and migmatite during the Pan-African orogeny. The Bafoussam granitoid emplacement was influenced by the N 30 °E strike-slip shear zone in the prolongation of the Cameroon Volcanic Line, but also by the N 70 °E Central Cameroon Shear Zone. In the field, these two shear directions are expressed in the schistosity and foliation trajectories, fault orientation and the alignment of the volcanic cones as well. In the Bafoussam area, four types of granitoids can be distinguished, including: (i) the biotite granitoid, (ii) the deformed biotite granitoid, (iii) the mega feldspar granitoid, and (iv) the two-mica granitoid. These granitoids occur as elongated plutons hosting irregular mafic enclaves (amphibole-bearing, biotite-rich, and metagabbroic types) and are frequently cut by late pegmatites, aplite dykes and quartz veins. Petrographically, they range in composition from syenogranite (major), alkali-feldspar granite, granodiorite, monzogranite, quartz-syenite, quartzmonzonite to quartz-monzodiorite. Potassium feldspar, quartz, plagioclase and biotite are the principal phases, in cases accompanied by amphibole and accessory minerals such as apatite,zircon, monazite, titanite, allanite, ilmenite and magnetite. Sericite, epidote and chlorite are secondary minerals. In addition, the two-mica granitoid contains primary muscovite and sometimes igneous garnet. In the granitoids, potassium feldspar is orthoclase (microcline and orthoclase: Or81–97Ab19–3), and plagioclase is mainly oligoclase with some albite and andesine (An3–35Ab96–64).Biotite is Fe-rich (meroxene and lepidomelane, with some siderophyllite), having high Fe2+/(Fe2+ + Mg) ratios of 0.40–0.80. It is a re-equilibrated primary biotite and suggests calc-alkaline and peraluminous nature of the host granitoids. Amphibole is edenitic and magnesian hastingsitic hornblende, with high Mg/(Mg + Fe2+) ratios of 0.50–0.62. The evolution of the hornblende was dominated by the edenitic, tschermakitic, pargasitic and hastingsitic substitution types. Primary muscovite is iron-rich [Fe2+/(Fe2+ + Mg) = 0.52–0.82] and has experienced celadonite and paragonite substitutions. Igneous garnet is almandine–spessartine (XFe = 0.99 and XMn = 0.46–0.56). The euhedral grain shapes of garnet crystals and the absence of inclusions coupled with the high Mn and Fe2+contents (2.609–3.317 a.p.f.u and 2.646–3.277 a.p.f.u,respectively) and low Mg contents (0.012–0.038 a.p.f.u) clearly point to its plutonic origin. The Mn-depletion crystallization model is suggested for the origin of the analyzed garnet, i.e. initial crystallization of garnet inducing early decrease of Mn in the original melt. Aluminum-in-hornblende and phengite barometric estimates show that the granitoids crystallized at 4.2 ± 1.1 to 6.6 ± 1.0 kbar, corresponding to emplacement depths of 15–24 km.Zircon and apatite saturation temperature calibrations and hornblende–plagioclase thermometry yielded emplacement temperatures between 772 ± 41 and 808 ± 34 °C. Except the two-mica granitoid, the titanite–magnetite–quartz assemblage gives oxygen fugacities ranging from 10–17 to 10–13, suggesting that the granitoids were produced by an oxidized magma. Since the twomica granitoid lacks magnetite, it was originated from a magma under reducing conditions, below the quartz–fayalite–magnetite buffer. Fluid inclusions in quartz from hydrothermal veins are secondary in nature and are found in trails along healed microcracks or in clusters. Two types of fluid inclusion have been recognized, mixed aqueous–non-aqueous volatile fluid inclusions subdivided into aqueous-rich mixed and non-aqueous volatile-rich mixed fluid inclusions, and pure aqueous fluid inclusions.The non-aqueous volatile-rich mixed fluid inclusions are one-, two-, or three-phase inclusions, whereas the aqueous-rich mixed fluid inclusions are exclusively three-phase inclusions. Both have similar low to moderate salinities (1 to 10 equiv. wt. %). The total homogenization temperatures of the aqueous-rich mixed fluid inclusions are slightly lower than those of the nonaqueous volatile-rich mixed fluid inclusions, ranging from 150 to 250 °C and 170 to 300 °C,respectively. They contain nearly pure CO2, or CO2 with addition of 4.1–13.5 mole % CH4 as volatile constituents. Pure aqueous fluid inclusions are two-phase with lower total homogenization temperatures (130–150 °C) and salinities ranging from 3 to 8 equiv. wt. %. They display mixing salt system characteristics, having NaCl as the dominant salt and considerable amounts of other divalent cations. Aqueous-rich mixed fluid inclusions and pure aqueous fluid inclusions exhibit a low geothermal gradient value of 18 °C/km, whereas the non-aqueous volatiles-rich mixed fluid inclusions have a high density which correspond to high geothermal gradient of 68 °C/km. The studied granitoids are intermediate to felsic in compositions (56.9–74.6 wt. % SiO2)and have high contents of alkalis K2O (1.73–7.32 wt. %) and Na2O (1.25–5.13 wt. %) but low abundances in MnO (0.01–0.20 wt. %), MgO (0.10–3.97 wt. %), CaO (0.37–4.85 wt. %), P2O5(up to 0.90 wt. %). They display variable contents in TiO2 (0.07–0.91 wt. %), Fe2O3* (total Fe = 0.96–7.79 wt. %) and Al2O3 (12.0–17.6 wt. %) contents. The granitoids show a wide range of high-field-strength elements (HFSE) and large ion lithophile elements (LILE) contents, with felsic granitoids being enriched in HFSE and the intermediate granitoids displaying in contrast high LILE concentrations. They exhibit chemical characteristics of non-alkaline to mid-alkaline, alkali-calcic, calc-alkaline, K-rich to shoshonitic, ferriferous affinities. Chondrite-normalized rare earth element (REE) patterns are characterized by a strong enrichment in light compared to heavy REEs [(La/Sm)N = 3.23–9.65 and (Ga/Lu)N = 1.45–5.54, respectively], with small to significant negative Eu anomalies (Eu/Eu* = 0.28–1.08). Ocean ridge granites (ORG)normalized multi-elements spidergrams display typical collision-related granites pattern, with characteristic negative anomalies of Ba, Nb and Y, and positive anomalies in Rb, Th and Sm. The granitoids under study are genetically I-type granitoids (biotite granitoid, deformed biotite granitoid and mega feldspar granitoid) and one S-type granitoid (two-mica granitoid). The I-type granitoids are metaluminous (ASI: 0.70–1.00) or moderately peraluminous if highly fractionated (ASI: 1.01–1.06). The geochemistry and petrological features of these I-type granitoids argue for close genetic relationships and it is suggest that they originated from a single parent magma. The observed variability in mineralogy and major and trace element compositions in these granitoids are then the reflection of the fractional crystallization that evolved separation of plagioclase, biotite, K-feldspar and accessory minerals at the level of emplacement. The two mica S-type granitoid is exclusively peraluminous (ASI: 1.07–1.25) and classified as a peraluminous leucocratic granitoid or leucogranite. It is marked in its CIPW normative composition by the permanent presence of corundum, ranging between 0.12 and 3.03. The Bafoussam granitoids were emplaced in a syn- to post-collisional tectonic environment. The observed deformational features and the concentrations in Y, less than 40 ppm, confirm that they are related to an orogenesis. Whole-rock Rb–Sr isochrons defines an igneous crystallization ages of 540 ± 27 Ma for the biotite granitoid and 587 ± 41 Ma for the mega feldspar granitoid. These ages fit with the range of Pan-African granitoid ages (650–530 Ma) in West Cameroon and correspond to the Pan-African D2 deformation event in the Neoproterozoic Cameroon orogenic belt. The two-mica granitoid yields an older Rb–Sr isochron age of 663 ± 62 Ma which is considered to be probably a mixing age. The Nd–Sr isotopic compositions indicate that the I-type granitoids have been produced by partial melting of a tonalite–granodiorite source in the lower crust. This is supported by their initial 87Sr/86Sr(600 Ma) ratios (0.705–0.709) and by their WNd(600 Ma) values (0.2 to –6.3, mainly < 0). The two-mica granitoid was generated by partial melting of a greywacke-dominated source involving biotite-limited, biotite dehydration melting. Chemical data of the two-mica granitoid that support this hypothesis are low CaO/Na2O (0.11–0.38) and Sr/Ba (0.20–0.30), the high Rb/Sr (2.26–7.00), the high initial 87Sr/86Sr(600 Ma) ratios ranging from 0.708 to 0.720, the large range in Al2O3/TiO2 (47–204) and the negative WNd(600 Ma) values (–9.9 to –14.0). Moreover,the higher initial 87Sr/86Sr(600 Ma) ratios of the two-mica granitoid are consistent with an upper crust origin. The depleted mantle Nd model ages (TDM) of 1.3–2.3 Ga indicate that the studied granitoids originated by partial melting of Paleoproterozoic and Mesoproterozoic crust, with limited mantle-derived magma contribution. The high initial 87Sr/86Sr(600 Ma) ratios of these granitoids coupled with the wide negative WNd(600 Ma) values strongly suggest a very long residence time in the crust of their protoliths before the melting event. The petrologic signatures of the Bafoussam granitoids are similar to those described in other Pan-African belts of western Gondwanaland such as the neighbouring provinces of Nigeria and the Central African Republic, as well as in the Borborema Province of northeastern Brazil. This supports the previous hypothesis that the Central African fold Belt including Cameroon, Nigeria and the Central African Republic provinces has a continuation in Brazil. N2 - Die Region Bafoussam im westlichen Kamerun ist Teil des "Cameroon Neoproterozoic orogenic belt" (nördlich des Kongo Kratons), welcher zum "Central African Fold Belt" (CAFB)gehört. Die Entstehung des CAFB hängt ursächlich mit der Kollision zwischen dem konvergierenden Westafrikanischen Kraton, dem Sao Francisco – Kongo Kraton und dem Sahara Megakraton zusammen. Die untersuchten Gesteine, im wesentlichen Granitoide, die während der pan-afrikanischen Orogenese in Migmatite und Gneisse intrudierten, sind auf einer Fläche von ca. 1000 km2 aufgeschlossen. Die Platznahme der Bafoussam Granitoide wurde zum einen durch die N 30 °E verlaufende transversale Störungszone entlang der Verlängerung der "Cameroon Volcanic Line" beeinflusst, zum anderen durch die N 70 °E verlaufende "CentralCameroon Shear Zone". Im Gelände finden diese beiden Richtungen Ausdruck in der Schieferung und Foliation der Gesteine, der Orientierung von Störungen, sowie der Anordnung von vulkanischen Kegeln.Das untersuchte Gebiet in der Umgebung von Bafoussam beherbergt vier Typen von Granitoiden: (i) Biotit-Granitoid, (ii) deformierter Biotit-Granitoid, (iii) Mega-Feldspat-Granitoid und (iv) Zwei-Glimmer-Granitoid. Generell sind die Granitoide als ausgelängte Plutone mit eingeschlossenen Enklaven von Mafiten (amphibolführende, biotitreiche und metagabbroide Typen) aufgeschlossen und werden teilweise von jüngeren Quarz-, Pegmatit- und Aplitdykes durchzogen. Petrographisch reichen die Granitoide von dominierendem Syenogranit über Alkali-Feldspat-Granit, Granodiorit, Monzogranit, Quarz-Syenit, Quarz-Monzonit bis zu Quarz-Monzodiorit. Hauptgemengteile sind Kalifeldspat, Quarz, Plagioklas und Biotit, die zusammen mit teilweise vorhandenem Amphibol und Akzessorien wie Apatit, Zirkon, Monazit,Titanit, Allanit, Ilmenit und Magnetit auftreten. Serizit, Epidot und Chlorit sind Sekundärminerale. Der Zwei-Glimmer-Granitoid enthält zusätzlich primären Muskovit und gelegentlich magmatischen Granat. Die Granitoide enthalten als Kalifeldspat generell Orthoklas (Mikroklin und Orthoklas:Or81–97Ab19– 3), Plagioklas ist hauptsächlich Oligoklas mit etwas Albit und Andesin (An3–35Ab96–64). Biotit ist Fe-reich (Meroxene und Lepidomelan mit etwas Siderophyllit) mit hohen Fe2+/(Fe2++ Mg) Verhältnissen zwischen 0.40–0.80. Es handelt sich um reequilibrierten primären Biotit, der ein kalk-alkalines, peraluminöses Ausgangsgestein für die Granitoide anzeigt. Amphibol ist edenitische und magesium-hastingsitische Hornblende mit hohem Mg/(Mg + Fe2+) Verhältnis von 0.50–0.62. Die Entstehung der Hornblende wurde durch edenitische, tschermakitische,pargasitische und hastingsitische Substitutionen bestimmt. Primärer Muskovit ist eisenreich [Fe2+/(Fe2+ + Mg) = 0.52–0.82] und hat Celadonit- und Paragonit-Substitutionen erfahren. Granat ist Almandin-Spessartin (XFe = 0.99 und XMn = 0.46–0.56). Die idiomorphe Ausbildung des Granats und das Fehlen von Einschlüssen in Kombination mit hohen Mn und Fe2+ Gehalten(2.609–3.317 a.p.f.u und 2.646–3.277 a.p.f.u) und niedrigen Mg-Gehalten (0.012–0.038 a.p.f.u)liefern deutliche Hinweise für den plutonischen Ursprung des Granats. Für die Sprossung des Granats wird das Mn-Verarmungsmodell angenommen; danach wächst initialer Granat, was eine frühe Mn-Verarmung der Schmelze zur Folge hat. Aluminium-in-Hornblende- und Phengit-barometrische Abschätzungen zeigen, dass die Granitoide bei 4.2 ± 1.1 bis 6.6 ± 1.0 kbar kristallisierten, was einer Platznahmetiefe von 15–24 km entspricht. Temperaturbestimmungen über die Zirkon- und Apatit-Sättigung und Hornblende-Plagioklas Thermometrie ergeben Platznahmetemperaturen von 772 ± 41 bis 808 ± 34 °C. Mit Ausnahme des Zwei-Glimmer-Granitoids liefert die Paragenese Titanit-Magnetit-Quarz eine Sauerstoff-Fugazität zw. 10-17 und 10-13, was darauf schliessen lässt, dass die Granitoide einem oxidierten Magma entstammen. Da dem Zwei-Glimmer-Granitoid Magnetit fehlt, entstand er aus einem Magma unter reduzierenden Bedingungen unterhalb des Quarz-Fayalit-Magnetit Puffers. Fluideinschlüsse in Quarz aus hydrothermalen Gängen sind sekundärer Natur und als Spuren entlang verheilter Mikrorisse oder als Cluster zu finden. Zwei Sorten von Fluideinschlüssen wurden unterschieden, gemischte wässrige-nicht-wässrige volatile Fluideinschlüsse, die wiederum in wässrige gemischte und nicht-wässrige volatilreiche gemischte Fluideinschlüsse unterteilt werden und zweitens rein wässrige Einschlüsse. Die nichtwässrigen volatilreichen gemischten Fluideinschlüsse sind ein-, zwei-, oder drei-phasige Einschlüsse. Beide Sorten besitzen ähnlich niedrige bis mittlere Salinitäten (1 bis 10 equiv. wt.%). Die Homogenisierungstemperatur der wässrigen gemischten Fluideinschlüsse ist geringfügig niedriger als die der nicht-wässrigen volatilreichen, mit Werten zw. 150 bis 250 °C bzw. 170 bis 300 °C. Sie enthalten nahezu reines CO2, oder CO2 mit 4.1–13.5 mol % CH4 als flüchtigen Bestandteil. Reine wässrige Fluideinschlüsse sind zwei-phasig mit niedrigerer Homogenisierungstemperatur (130–150 °C) und Salinitäten zw. 3 und 8 equiv. wt. %. Sie zeigen Salzmischungscharakteristika mit NaCl als dominantem Salz sowie gewissen Mengen an anderen divalenten Kationen. Wässrige gemischte Fluideinschlüsse und reine wässrige Einschlüsse zeigen einen niedrigen geothermalen Gradienten von 18 °C/km, wohingegen nichtwässrige gemischte Fluideinschlüsse eine hohe Dichte aufweisen, was einem hohen geothermalen Gradienten von 68 °C/km entspricht. Die untersuchten Granitoide besitzen eine intermediäre bis saure Zusammensetzung(56.9–74.6 wt. % SiO2) und zeigen hohe Alkali-Gehalte (K2O = 1.73–7.32 wt. %, Na2O = 1.25–5.13 wt. %), aber niedrige Gehalte an MnO (0.01–0.20 wt. %), MgO (0.10–3.97 wt. %), CaO(0.37–4.85 wt. %) und P2O5 (bis zu 0.90 wt. %), zudem besitzen sie variable Gehalte an TiO2(0.07–0.91 wt. %), Fe2O3* (total Fe = 0.96–7.79 wt. %) und Al2O3 (12.0–17.6 wt. %). Die Granitoide zeigen ein weites Spektrum bezogen auf ihren Gehalt an high-field-strenght elements(HFSE) und large-ion-litophile elements (LILE), wobei saure Granitoide an HFSE angereichert sind und intermediäre Granitoide hohe Konzentrationen von LILE aufweisen. Die Granitoide zeigen chemische Signaturen nicht-alkaliner bis mittel-alkaliner, alkali-kalziumreicher, kalkalkaliner,K-reicher bis shoshonitischer und eisenreicher Magmatite. Chondrit-normalisierte Seltene Erden Element (SEE)-Verteilungsmuster sind durch eine starke Anreicherung der leichten SEE [(La/Sm)N = 3.23–9.65] verglichen mit schweren SEE [(Ga/Lu)N = 1.45–5.54]gekennzeichnet sowie durch geringe bis signifikante negative Eu Anomalien (Eu/Eu* = 0.28–1.08). Auf die Zusammensetzung von Ocean Ridge Granit (ORG) normalisierte Multielement-Spiderdiagramme zeigen Verteilungsmuster, die typisch sind für Granite aus Kollisionsorogenen,mit charakteristischen negativen Anomalien von Ba, Nb und Y sowie positiven Anomalien von Rb, Th, Sm. Die untersuchten Granitoide sind genetisch I-Typ Granitoide (Biotit-Granitoid, deformierter Granitoid und Mega-Feldspat-Granitoid) mit einem S-typ Granitoid (Zwei-Glimmer-Granitoid). Die I-Typ Granitoide sind metaluminös (ASI: 0.70–1.00) oder schwach peraluminös bei starker Fraktionierung (ASI: 1.01–1.06). Die geochemischen und petrologischen Merkmale dieser I-Typ Granitoide sprechen für eine enge genetische Verwandtschaft der Gesteine untereinander und lassen somit eine einzige Quelle als Ausgangsmagma vermuten. Die beobachteten Unterschiede in der Mineralogie und in Haupt- und Spurenelementzusammensetzung spiegeln somit die fraktionierte Kristallisation wieder, welche für die Trennung von Plagioklas, Biotit, K-Feldspat und Akzessorien während der Platznahme verantwortlich ist. Der S-Typ Zwei-Glimmer-Granitoid ist ausschliesslich peraluminös (ASI:1.07–1.25) und wird als peraluminöser leukokrater Granitoid oder Leukogranit klassifiziert. In der normativen CIPW Zusammensetzung ist er durch die durchgehende Präsenz von Korund gekennzeichnet, mit Werten zw. 0.12 und 3.03. Die Platznahme der Bafoussam Granitoide fand in einem tektonischen syn- bis post-Kollisions-Umfeld statt. Die beobachteten Deformationsmerkmale und die Konzentration an Y mit Werten meist unter 40 ppm bestätigen, dass die Granitoide mit einer Orogenese verbunden sind. Rb–Sr Gesamtgesteins-Isochronen ergeben ein Kristallisationsalter von 540 ± 27 Ma für den Biotit-Granitoid und 587 ± 41 Ma für den Mega-Feldspat-Granitoid. Diese Alter entsprechen denen anderer pan-afrikanischer Granitoide (650–530 Ma) in West-Kamerun und stimmen mit dem pan-afrikanischen D2 Deformationereignis im "Cameroon Neoproterozoic Orogenic Belt" überein. Der Zwei-Glimmer Granitoid liefert ein Rb–Sr Isochronenalter von 663 ± 62 Ma, was wahrscheinlich als Mischungsalter zu deuten ist. Die Zusammensetzung der Nd–Sr Isotope zeigt an, dass die I-Typ Granitoide durch partielles Schmelzen einer tonalitisch-granodioritischen Quelle entstanden sind. Dies wird gestützt durch ihr initiales 87Sr/86Sr Verhältnis (0.705–0.709) sowie durch ihre WNd(600 Ma) Werte(0.2 bis –6.3, meist <0). Der Zwei-Glimmer-Granitoid entstand durch partielles Aufschmelzen einer Grauwacken-dominierten Quelle mit Biotit-Entwässerungs-Schmelzen. Chemische Daten des Zwei-Glimmer-Granitoids, die diese Hypothese bestätigen, sind niedrige CaO/Na2O (0.11–0.38) und Sr/Ba (0.20–0.30) Gehalte, hohe Rb/Sr (2.26–7.00) Gehalte, sowie die grosse Spanne im Al2O3/TiO2 Verhältnis (47–204) und negative WNd(600 Ma) Werte (–9.9 bis –14.0). Desweiteren sprechen die höheren initialen 87Sr/86Sr(600 Ma) Verhältnissse des Zwei-Glimmer-Granitoids für einen Urspung aus der oberen Kruste. Die Nd-Modellalter eines verarmten Mantels (TDM) von 1.3–2.3 Ga geben Hinweise auf die Entstehung der untersuchten Granitoide durch partielles Aufschmelzen paläozoischer und mesoproterozoischer Kruste, mit eingeschränkter Zufuhr von Mantelmagma. Die hohen initialen 87Sr/86Sr(600 Ma) Werte der Granitoide, verbunden mit negativen WNd(600 Ma) Werten sprechen stark dafür, dass der Protolith dieser Granitoide eine sehr lange Zeit in der Kruste verbrachte, bevor es zum Schmelzereignis kam. Die petrologischen Signaturen der Bafoussam Granitoide ähneln denen von bereits beschriebenen Granitoiden des pan-afrikanischen Gürtels in West-Gondwana, z. B. aus den angrenzenden Provinzen von Nigeria und der Zentral Afrikanischen Republik sowie der Borborema Provinz im nordöstlichen Brasilien. Dies unterstützt die Hypothese, dass der "Central African Fold Belt" von Kamerun, Nigeria und der Zentral Afrikanischen Provinz seine Fortsetzung in Brasilien findet. KW - Kamerun KW - Granitoid KW - Geologie KW - Geochemie KW - Gesteinsbildung KW - Panafrikan KW - Granitoiden KW - Geochemie KW - Petrogenesis KW - Kamerun KW - Pan-African KW - S- and I-type granitoids KW - geochemistry KW - petrogenesis KW - Cameroon Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14526 ER - TY - THES A1 - Borgstedt, Ariane T1 - Grundwasserneubildung im Einzugsgebiet des Ouham, Zentralafrikanische Republik : Bestimmung mit klassischen Methoden und einer computergestützten Modellierung T1 - Groundwaterrecharge in the cathmentarea of the river Ouham, Central African Republic. Determination with classical evaluation methods and a computer bades modelisation N2 - Ziel dieser Arbeit war es, die Grundwasserneubildung im Einzugsgebiet des Ouham mit den vorhandenen zum Teil sehr lückenhaften Daten zu bestimmen. Hierbei sollten unterschiedliche Methoden in der wechselfeuchten, subtropischen Klimazone verglichen und bewertet werden. Das Arbeitsgebiet umfasst das Einzugsgebiet des Oberlaufes des Ouham, eines Flusses im Nordwesten der Zentralafrikanischen Republik. Das hier untersuchte Flussnetz gehört zum Einzugsgebiet des Chari und fließt dem abflusslosen Tschadbecken zu. Das Einzugsgebiet des Ouham liegt in der sahel-sudanischen Klimazone. Zwischen November und März bzw. April herrschen hier trockene Nordostwinde vor, d.h. messbarer Oberflächenabfluss findet in der Trockenzeit lediglich in den Flüssen erster Ordnung statt. Von Mai bis Oktober bestimmen feuchte Südwestwinde das Wetter, es bilden sich zusätzlich zu den Abflüssen erster Ordnung Abflüsse dort, wo es Morphologie und Bodenverhältnisse zulassen. Das Abflussverhalten des Ouham wird im Untersuchungsgebiet an fünf Flusspegeln gemessen. Die größten Abflussspenden treten im Westen auf, mit der Abnahme des Niederschlags nach Osten nimmt auch die Abflussspende der einzelnen Einzugsgebiete ab. Die maximalen Abflussmengen der einzelnen Pegel werden in den westlicheren Teileinzugsgebieten im September gemessen, in den östlicheren Teileinzugsgebieten erstreckt sich das Maximum über September und Oktober bzw. Oktober. Der Niederschlag nimmt von Südwesten nach Nordosten kontinuierlich ab, dieser allgemeine Trend wird durch die Steigungsregen am Massiv von „Bakoré“ modifiziert. Niederschlagsreiche Jahre sind 1951 bis 1952, 1954 bis 1955, 1957, 1960, 1962, 1963 und 1969, ausgeprägt niederschlagsarme Jahre sind 1972, 1973, 1977, 1982 bis 1984 und 1986 bis 1987. Das Untersuchungsgebiet besteht zum größten Teil aus einem proterozoischen Granit-Gneis-Sockel, der im äußersten Südwesten von mesozoischen Sandsteinen bedeckt ist. Das gesamte Grundgebirge ist von einer Vielzahl von Störungen durchzogen, deren Hauptstörungsrichtung Nordwest – Südost, bzw. senkrecht dazu verläuft. Innerhalb großer Störungs- und Intrusionsbereiche ist das Gestein stärker geklüftet. Die Grundwasserneubildung wurde mit unterschiedlichen Methoden berechnet, zum erst auf der Basis von Abflussdaten nach drei unterschiedlichen Verfahren (WUNDT, KILLE, MAILLET), dann mit der Wasserhaushaltsgleichung und durch eine Modellierung der Wasserbilanz mit dem Programm MODBIL . Die ermittelten unterirdischen Abflüsse differieren deutlich. Am höchsten sind die Abflussmengen nach WUNDT, am niedrigsten sind die nach MAILLET berechneten. Für das Einzugs¬gebiet des Ouham, mit der vorhandenen, im Westen deutlich ausgeprägten Topo¬graphie und den heftigen schub¬weise erfolgenden Niederschlägen, wurde die nach KILLE ermittelten Grundwasserneubildungsraten als realistisch gegenüber den Grundwasserneubildungsraten nach WUNDT angesehen. Die Grundwasserneubildung nimmt aufgrund des unterschiedlichen Wasserdargebotes von Westen nach Osten ab, im Westen werden in niederschlagsreichen Jahren 150 mm/Jahr, während es im Osten lediglich 79 mm/Jahr sind. In niederschlagsarmen Jahren nimmt die Grundwasserneubildung von 106 mm/Jahr im Westen auf 64 mm/Jahr im Osten ab. Nach MAILLET wird eine Grundwasserneubildungsrate von 50 mm/Jahr im Westen und 26 mm/Jahr im Osten berechnet, sie stellt ein Mindestmaß an Grundwasserneubildung dar. Die Bestimmung der Grundwasserneubildung mit der Wasserhaushaltsgleichung wurde als Plausibilitätskontrolle der aus Abflussdaten ermittelten Werte durchgeführt. Die ermittelten Grundwasserneubildungsraten liegen deutlich über denen nach dem Verfahren von KILLE und MAILLET berechneten. In einem weiteren Verfahren wurde die Berechnung der Grundwasserneubildung durch Modellierung der Wasser¬bilanz mit dem Programm MODBIL durchgeführt. Hierbei werden vorhandene Punktdaten wie Niederschlag, Temperatur und Verdunstung mit primär existierenden Raumdaten wie Topographie, Morphologie, Landnutzung und Geologie in Raumdaten umgewandelt und auf Grundlage des Bodenwasserhaushaltes die aktuelle Verdunstung, der Abfluss und die Grundwasserneubildung berechnet. Die berechneten Mittelwerte von effektivem Niederschlag, potentieller und aktueller Verdunstung der einzelnen Teileinzugsgebiete lassen einen deutlichen West-Ost-Trend erkennen. Der höchste effektive Niederschlag fällt im westlichsten Einzugsgebiet und nimmt weiter nach Osten weiter ab. Potentielle und aktuelle Verdunstung nehmen von Westen nach Osten zu, wobei bei der aktuellen Verdunstung dieser Trend nicht sehr stark ausgeprägt ist. Das mittlere Abflussverhalten der Teileinzugsgebiete folgt keinem deutlichen West-Ost-Trend. Im Gegensatz dazu nimmt die Grundwasserneubildung von Westen nach Osten ab. N2 - The main object of this work was to determine the groundwater recharge in the catchment area of the river Ouham, Central African Republic, with the existing partially fragmentary data by using different methods. The different approaches have been tested and evaluated for their applicability in subtropical areas. The river Ouham flowing in the Northwest of the Central African Republic is part of the catchment area of the river Chari and drains into the Lake Chad Basin. The area under investigation is part of the humid alternating tropics, therefore hot and dry winds coming from the Northeast are predominant from November to March or April. In this time surface runoff is taking place only in rivers of first order. From Mai to October humid winds coming from the Southeast dominate the weather. Surface runoff is formed not only in rivers of first order but everywhere the morphology and the soil characteristics admits it. The surface runoff is measured with the five staff gauges. The western part of catchment area shows the highest specific discharge, while this decreases to the east due to lower precipitation. The maximum rate of runoff is measured in September in the western catchment area, in the eastern part of the catchment areas this occurs in October. Precipitation is continuously decreasing from Southwest to Northeast with the exception of the mountainous region of “Bakoré”. Years with high of precipitation were 1951, 1952, 1954 to 1955, 1957, 1960, 1962, 1963 and 1969, whereas 1972, 1973, 1977, 1982 to 1984 and 1986 to 1987 were years with low precipitation. The area of investigation consists mainly of a proterozoic basement build of granite and gneiss, which is overlaid in the Southwest with mesozoic sandstones. The whole basement area is crossed by many faults running mainly Northwest – Southeast or perpendicular to it. Within big areas of faulting and intrusion the rock is highly fissured. The groundwater recharge is calculated first with runoff data, secondly with the “hydrological book-keeping equation” and than with a computer-based program called MODBIL. The calculation based on runoff data was carried out with the methods of WUNDT, KILLE and MAILLET. The results differ clearly. The maximum groundwater recharge was calculated with WUNDT, the minimum recharge is the one of MAILLET. For the catchment area of the river Ouham with a highly pronounced topography in the West and heavy and batch-wise precipitation, the groundwater recharge calculated with KILLE seems to be the most realistic one. The groundwater recharge decreases with the decreasing available water supply from West to East. In the West it amounts to 150 mm/year in years with lots of precipitation, whereas in the East it only comes to 79 mm/year. In years of poor of precipitation the calculated groundwater recharge is 106 mm/year in the West and 64 mm/year in the East. The results of the MAILLET-method show a recharge rate of 50 mm/year in the West and of 26 mm/year in the East which is a minimum of the groundwater recharge. The determination of the recharge with “hydrological book-keeping equation” is done as a plausibility control of the results obtained with runoff data. The recharge rates of the “hydrological book-keeping equation” are clearly higher than the one calculated with the methods of KILLE and MAILLET. With the computer-based program MODBIL point data such as precipitation, temperature and evaporation are transferred into space data using primary existing space data as topography, morphology, land use and geology. The actual evaporation, the runoff and the groundwater recharge is calculated on the basis of soil water household. The averages of the effective precipitation, potential and actual evaporation show a clear West-East-tendency. The highest effective precipitation is falling in the westernmost part of the catchment area and decreases to the East. Potential and actual evaporation increases from West to East, but this tendency is only slightly visible for the actual evaporation. The average runoff behaviour does not show any tendency. Contrary to this, the groundwater recharge decreases clearly from West to East. The rates of recharge are in the same dimension as the ones calculated with KILLE. KW - Ouham KW - Grundwasserbildung KW - Grundwasserneubildung KW - Zentralafrika KW - Modellierung Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10892 ER - TY - THES A1 - Sackmann, Andreas T1 - Schwachstellengenese an Erddämmen als Resultat sedimentär-diagenetischer Alterungsprozesse N2 - In der vorliegenden Arbeit werden Dämme und Deiche als geologische Körper betrachtet, die in einen natürlichen geologischen Rahmen eingebettet sind, einer Diagenese unterliegen und mit geowissenschaftlichen Methoden zu erkunden sind. Dem gemäß werden alle geologischen Prozesse und umweltbedingte Einflussfaktoren erörtert, die für die Alterung von Dämmen und die Entwicklung von Schwachstellen von Bedeutung sind. Entscheidende Einflussgrößen sind geogene, aber auch biogene, anthropogene und klimatische Faktoren. Aus der Erkenntnis diesbezüglicher Zusammenhänge wird ein konzeptioneller Ansatz zu einer rein zerstörungsfreien Erkundung von Erddämmen bezogen, die neben visuellen Erkundungen und hydrogeologischen Methoden vor allem geophysikalische Verfahren, insbesondere die Widerstandsgeoelektrik nutzt. Der große Nutzen solcher Widerstandsmessungen ist vielfach belegt worden, wobei die Anwendungen aber selten den akademischen Rahmen verlassen haben. Ungeeignete apparative Ausstattungen und fehlende Messkonzepte für die speziellen Anforderungen einer wirtschaftlich sinnvollen Dammerkundung sind als Hauptgründe für die geringe Praxisnähe anzusehen. Um die zwischen theoretischer Eignung und tatsächlicher Anwendbarkeit klaffende Lücke zu schließen, wurde sowohl für die großräumige als auch zur detaillierten Erkundung von Dämmen optimiertes Zubehör entwickelt, mit dessen Hilfe zerstörungsfreie Untersuchungen mit hoher Wirtschaftlichkeit möglich sind. Von dieser Entwicklung betroffen sind mechanisch belastbare Multielektrodenkabel, verschiedene Erderkonstruktionen, Zubehör für die Aufnahme geoelektrischer Profile und für die Widerstandskartierung, sowie insbesondere auch geoelektrische Messsysteme für Untersuchungen zu Wasser. Neue Messkonzepte und Ausrüstungsbestandteile für die Eigenpotentialmethode und die Adaption der Mise-à-la-masse-Methode an die Dammerkundung vervollständigen den instrumentell/ methodischen Komplex. Als Fallbeispiele für die Umsetzung dieser neuen Konzeption dienen geophysikalische Komplex-Messungen in Verbindung mit der Aufnahme visueller Befunde. Die Untersuchungen wurden, exemplarisch für Stauhaltungsdämme, am östlichen Rheinseitendamm sowie, exemplarisch für Deiche, an einem Kanaldeich im nordöstlichen Ruhrgebiet durchgeführt. KW - Erddamm KW - Deich KW - Diagenese KW - Schwachstellenprüfung Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4827 ER - TY - THES A1 - Hassouneh, Mohammed H. T1 - Interpretation of Potential Fields by Modern Data Processing and 3-dimensional gravity Modeling of the Dead Sea Pull-Apart Basin / Jordan Rift Valley (JRV) N2 - This work presents the analysis, 3D modeling and interpretation of gravity and aeromagnetic data of Jordan and Middle East. The potential field data delineate the location of the major faults, basins, swells, anticlines, synclines and domes in Jordan. The surface geology of Jordan and the immediate area east of the Rift is dominated by two large basins, the Al-Jafr basin in the south and the Al-Azraq-Wadi as Sirhan basin to the northeast. These two basins strike southeast-northwest and are separated by an anticlinal axis, the Kilwah-Bayir swell. The Karak Wadi El Fayha fault system occurs along the western flank of the swell. The Swaqa fault occurs on the southwest hinge of Al-Azraq basin and the Fuluq fault occurs on its northeast hinge. In the south west of Jordan, Wadi Utm-Quwaira and Disi-Mudawara fault zones are shown clearly in the aeromagnetic and gravity maps. The previous major faults are well correlated with the structural map of Jordan published by Bender (1968). 3D modeling of gravity data in the Dead Sea basin (DSB) was used together with existing geological and geophysical information to give a complete structural picture of the basin. The 3D models of the DSB show that the internal structure of the Dead Sea basin (DSB) is controlled by longitudinal faults and the basin is developed as a full graben bounded by sub-vertical faults along its long sides. In the northern planes of the 3D model, the accumulation of Quaternary (salt and marl) and Mesozoic (pre-rift) sediments are thinner than in the central and southern planes of the model. In the northern planes, the thickness of the Quaternary sediments is about 4 km, 5 km in the southern planes and it exceeds 8 km in the central planes of the DSR. The thickness of the pre-rift sediments reaches 10-12 km in the northern and southern planes and exceeds 15 km in the central planes of the DSR. The planes of the 3D models show that the depth to the crystalline basement under the eastern shoulders of the DSR is shallower than those beneath the western shoulders. It is about 3-5 km beneath the eastern shoulders and 7-9 km under the western shoulder of the DSR. The gravity anomaly maps of residual and first derivative gravity delineate the subsurface basins of widely varying size, shape, and depth along the Rift Valley. The basins are created by the combination of the lateral motion along a right-tending step over and normal faulting along the opposite sides. Al Bakura basin occupies the upper Jordanian River valley and extends into the southern Tiberias Lake. Bet Shean basin to the south of Al Bakura basin plunges asymmetrically toward the east. The Damia basin, comprising the central Jordan Valley and Jericho areas to the north of the Dead Sea is shallow basin (~600-800m deep). The Lisan basin is the deepest basin in the Rift. The 3D gravity models indicate a maximum of ~12 km of basin fill. Three basins are found in Wadi Araba area, Gharandal, Timna (Qa'-Taba) and Aqaba (Elat) basin. The three basins become successively wider and deeper to the south. The three regional gravity long E-W profiles (225 km) from the Mediterranean Sea crossing the Rift Valley to the east to the Saudi Arabia borders, show the positive correlation between topography and free air anomaly and strong negative Bouguer anomaly under the central part of the Dead Sea Basin (DSB) and normal regional Bouguer anomaly outside of the DSB in the transform valley. Depth to the top of the bedrock in the under ground of Jordan was calculated from potential field data. The basement crops out in the south west of Jordan and becomes deeper to northwards and eastwards to be about ~ 8 km below ground surface in the Risha area. N2 - In der vorliegenden Arbeit wird die Analyse gravimetrischer und aeromagnetischer Daten aus dem Gebiet Jordaniens und des umgebenden Teils des mittleren Ostens mittels 3D Modellierung vorgestellt. Die Variationen der Potentialfelder folgen systematisch den Hauptstörungen, Becken, Schwellen, Faltenstrukturen und Dome in Jordanien. Die Oberflächengeologie Jordaniens und der Gebiete unmittelbar östlich der Riftzone werden von zwei großen Beckenstrukturen dominiert: Das Al-Jafr Becken im Süden und das Al-Azraq-Wadi (auch Sirhan Becken) im Nordosten. Diese Becken streichen SE-NW und sind durch eine Antiklinalstruktur, die Kilwah-Bayir Schwelle separiert. Das Karak Wadi El Fayha Störungssystem liegt im Bereich der westlichen Flanke der Schwelle. Im Südwesten grenzt die Swaqa Störung, im Nordosten die Fuluq Störung das Al al-Azraq Becken ab. Im Südwesten Jordaniens können auf den erstellten aeromagnetischen und gravimetrischen Plänen klar die prominenten Stö- rungszonen Wadi Utm-Quwaira und Disi-Mudwara nachgewiesen werden. Alle diese geophysikalisch indizierten tektonischen Elemente korrelieren gut mit den geologischen Aufnahmen von Bender (1968). 3D Modellierung der gravimetrischen Anomalie des Toten Meer Beckens (DSB) im GIS mit geologischer, seismischer und (Bohrloch) geophysikalischer Information wurde eingesetzt, um eine komplette Darstellung der Strukturen des Beckens zu erzielen. Die 3D-Modelle des DSB zeigen, dass die interne Beckenstruktur von Längsstörungen kontrolliert werden und das Becken als Vollgraben ausgebildet ist. Beide Grabenflanken werden von subvertikalen Randbrüchen begrenzt. In den Nord- Schnitten des Modells ergeben sich für die Akkumulation der Quartären Grabenfüllung (Salz und Mergel) mit etwa 4 km ebenso wie der der Mesozoischen (prä-Rift) Sedimente mit etwa 10 km geringere Mächtigkeiten als in den südlichen Schnitten. Hier liegen die Mächtigkeiten der Quartären Grabenfüllung bei etwa 5 km und die des Mesozoikums bei über 12 km. Die maximale Mächtigkeiten werden allerdings in zentralen Schnittlagen des Modells errechnet, wo das Quartär mit über 8 km und das mesozoikum mit über 15 km modelliert wurde. Im Modell des DSB liegt das kristalline Basement in der östlichen Grabenschulter mit 3-5 km deutlich flacher als mit 7-9 km unter der westlichen Grabenschulter. Die Anomaliepläne der Schwere, sowie die der ersten Ableitung weisen auf viele, oberflächlich nicht erkennbare Teilbeckenstrukturen im Verlauf des Riftes hin. Diese Becken werden durch die Kombination der Blattverschiebung mit dextralem "Stepp over" und Abschiebungen erklärt. Das Al Bakura Becken nimmt den oberen Bereich des Jordan Tales ein und dehnt sich bis in den Bereich des Tiberias See aus. Das südlich anschließende Bet Shean Becken taucht assymetrisch nach Ost ab. Das Damia Becken, im zentralen Jordan Tal und im Gebiet von Jericho, oberhalb des Toten Meeres gelegen, ist mit einer Tiefe von 600-800m eine sehr flache Struktur. Im nach Süden anschließenden Lisan Becken kann nach der Modellierung eine Sedimentfüllung von etwa 12 km angenommen werden. Im Bereich des Wadi Araba konnten drei weitere Becken wurden aus der Modellierung abgeleitet werden (Gharandal, Timna (Qa-Taba) und Aqaba (Elat), die alle zum Süden hin weiter und tiefer werden. Die drei regionalen E-W Schwereprofile (225 km Gesamtlänge) vom Mittelmeer über das Tote Meer bis zur Grenze von Saudi Arabien zeigen eine positive Korrelation zwischen der Topographie und der Freiluftanomalie sowie eine starker negative Bougueranomalie im Bereich des zentralen DSB. Außerhalb des DSB im Rifttal ist die Bouguerschwere normal. Die Tiefenlage der Kristallinbasis im Untergrund von Jordanien wurde aus den Daten der Aeromagnetik berechnet. Das Basement ist im Südwesten Jordanien aufgeschlossen und seine Tiefenlage nimmt sukzessive nach Norden und Osten auf etwa 8 km im Raum von Risha zu. KW - Jordantal KW - Grabenbruch KW - Becken KW - Dreidimensionale Rekonstruktion KW - Totes Meer Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4834 ER - TY - THES A1 - Löwe, Peter T1 - Methoden der Künstlichen Intelligenz in Radarmeteorologie und Bodenerosionsforschung T1 - Artificial Intelligence Methods in Radar-Meteorology and Soil Erosion Research N2 - Die Dissertation "Methoden der Künstlichen Intelligenz in Radarmeteorologie und Bodenerosionsforschung" beschäftigt sich mit der Erfassung des Parameters der potentiellen Erosivität vor dem Hintergrund der Bodenerosionsproblematik Südafrikas. Basierend auf der Betrachtung der Erosivität einzelner Niederschlagsereignisse wird demonstriert, wie durch wissensbasierte Ansätze aus Wetterradardatensätzen flächendeckende Niederschlagsinformationen gewonnen werden können. Diese dienen als Eingangsdaten für ein Erosivitätsmodell, das aus Zellulären Automaten aufgebaut wird. Die Ergebnisse des Erosivitätsmodells werden vorgestellt und diskutiert. N2 - The dissertation "Artificial Intelligence Methods in Radarmeteorology and Soil Erosion Research" discusses the assessment of potential rainfall erodibility in regard to soil erosion processes in South Africa. Knowledge-based approaches are used to derive rainfall information from weather radar data for the recording of erosivity pulses from individual rainfall events. This precipitation data is used as input for a erosivity modell consisting built out of cellular automata. The results generated by the modell are presented and discussed. KW - Südafrika KW - Bodenerosion KW - Radarmeteorologie KW - Künstliche Intelligenz KW - GRASS KW - Bodenerosion KW - Radarmeteorologie KW - Künstliche Intelligenz KW - GRASS GIS KW - Südafrika KW - Soil Erosion KW - Radar-Meteorology KW - Artificial Intelligence KW - GRASS GIS KW - South Africa Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7594 ER - TY - THES A1 - Philipp, Andreas T1 - Zirkulationsdynamische Telekonnektivität des Sommerniederschlags im südhemisphärischen Afrika T1 - Teleconnectivity of summer rainfall in southern hemispheric Africa due to circulation dynamics N2 - Die Arbeit befasst sich mit den durch Telekonnektionen etablierten Zusammenhängen zwischen der globalen troposphärischen Zirkulation der Atmosphäre und der sommerlichen Niederschlagsvariabilität im südhemisphärischen Afrika auf interannueller Zeitskala. Ziel der Arbeit ist die Erfassung maßgeblicher Telekonnektionen sowie deren Überprüfung hinsichtlich kausal nachvollziehbarer zirkulationsdynamischer Erklärungsmodelle, die - über formalstatistische Signifikanzkriterien hinausgehend - eine Beurteilung der Fernkopplungen in Hinblick auf ihre Bedeutung für den Niederschlag im südhemisphärischen Afrika gestattet. Die hierzu durchgeführten Arbeitsschritte umfassen im Wesentlichen: i.) hauptkomponentenbasierte Regionalisierung des Niederschlags im südhemisphärischen Afrika, ii.) Entwurf einer sog. multisaisonalen Analysemethode zur Ermittlung der intrasaisonalen Persistenz der Kopplungen, iii.) intensive Nutzung und Weiterentwicklung bivariater Techniken der Telekonnektionsanalyse, iv.) Anwendung und Ergebnisvergleich verschiedener multivariater Methoden (SFPCA, CCA, SVD), v.) Neuentwicklung einer dreistufigen Methodenkombination zur Extraktion sog. Hauptkopplungsmodi, vi.) zirkulationsdynamische Analyse der Hauptkopplungsmodi hinsichtlich plausibler Kopplungsmechanismen. Für acht Hauptkopplungsmodi konnten Erklärungsmodelle für den Transport von Anomaliesignalen zwischen den jeweils involvierten Telekonnektionszentren des globalen Druckfeldes und den korrelierten Niederschlagsschwankungen in den Regionen des südlichen Afrikas aufgezeigt werden, die sich sowohl hinsichtlich der räumlichen Verteilung der Zentren als auch prozessual in vier Hauptgruppen zusammenfassen lassen: 1.) ENSO-Telekonnektionen: Das pazifische ENSO-System stellt sich als dominierender Modus hinsichtlich der Telekonnektionen des südhemisphärischen Niederschlags in Afrika dar. Während eine positive Abhängigkeit des frühsommerlichen Niederschlags in Ostafrika durch Variationen der tropischen Walkerzirkulation des Indischen Ozeans etabliert wird, werden die insgesamt stärksten Kopplungen im südwestlichen Kontinetalbereich im Spätsommer festgestellt. Als Kopplungsmechanismus wird hier eine höhenkonvergente Strömungskonfiguration über dem Südostatlantik und Südafrika erkannt, die über Anomalieimpulse der Walkerzirkulation des Atlantiks mit den pazifischen ENSO-Anomalien verknüpft ist. 2.) Wellendynamik der südhemisphärischen Westwinddrift: Zwei Hauptkopplungsmodi beschreiben die Einbindung der Höhentrogaktivität über dem südlichen Afrika in Telekonnektionsmuster der Südhemisphäre. Beide beeinflussen die Niederschlagsvariabilität im Süden Afrikas durch die Modifikation von Höhentroglagen über der Südostküste Südafrikas, die in ihrem westlichen Rückseitenbereich konvektionshemmend wirken und einen Impuls zu anomal trockenen Verhältnissen in den betroffenen Niederschlagsregionen ausüben. 3.) Auftrittshäufigkeit und Intensität tropischer Zyklonen im südwestlichen Indischen Ozean: Die auf saisonaler Zeitskala mit tropischen Zyklonen assoziierten großskaligen Zirkulationsanomalien überwiegen bzw. kompensieren Effekte der Niederschlagserhöhung durch Starkregenereignisse im südöstlichen Afrika. Sowohl eine Verlagerung des Hauptkonvektionsgebietes als auch die Auswirkungen auf die Luftmassenadvektion über dem Subkontinent verursachen tendenziell trockenere Verhältnisse in Regionen des südöstlichen und zentralen südhemisphärischen Afrikas bei verstärkter Zyklonalaktivität im Spätsommer. 4.) Telekonnektionen mit der Zirkulation der subtropischen und mittleren Breiten der Nordhemisphäre: Vier Hauptkopplungsmodi repräsentieren Zusammenhänge v.a. der frühsommerlichen Niederschlagsvariabilität in Ostafrika. Die Schlüsselrolle bei der prozessualen Verzahnung der außertropischen Zirkulation mit innertropischen Konvektionsanomalien nimmt die Höhenströmung im Bereich des Subtropenjetstreams über Südwestasien ein, welche mit der Variabilität der Meridionalströmung im hochtroposphärischen Strömungsast der Hadleyzelle über Nordostafrika verknüft ist. Diese wiederum ist mittels Horizontaldivergenzanomalien an die Konvektionstätigkeit über dem äquatornahen Ostafrika gekoppelt. ; Neben Telekonnektionen des südafrikanischen Niederschlags bezüglich der atmosphärischen Zirkulation wurden Zusammenhänge mit der Variabilität der Meeresoberflächentemperaturen untersucht. Bis auf das ENSO-System und den sog. Dipolmodus im Indischen Ozean, konnten keine weiteren bedeutenden, auf der interannuellen Zeitskala wirksamen ozeanischen Einflüsse auf die Atmosphäre festgestellt werden, die zur weiteren Erklärung von Niederschlagstelekonnektionen beitragen. Die Ergebnisse der Arbeit lassen den Einsatz der Methoden bei der Analyse zeitversetzter Telekonnektionen im Rahmen prognostischer Modellierung der telekonnektiv beeinflussten Niederschlagsvariabilität im südhemisphärischen Afrika als aussichtsreich erscheinen. N2 - The study deals with relationships between the global tropospheric circulation and the summer rainfall in southern hemispheric Africa caused by teleconnections on interannual timescales. Objectives are the identification of important teleconnections as well as their examination concerning physically plausible explanations in order to confirm their relevance for rainfall variability in southern hemispheric Africa beyond pure formal statistics. The implemented procedures include essentially: i.) regionalisation of southern African rainfall based on principal component analysis, ii.) design of a so-called multi-seasonal analysis scheme in order to examine the intraseasonal persistence of teleconnections, iii.) extensive use and further development of bivariate methods for teleconnection analysis, iv.) application and comparison of various multivariate methods (SFPCA, CCA, SVD), v.) development of a novel three-stage combination of methods for extracting so-called comprehensive teleconnection modes, vi.) analysis of circulation dynamics of these modes in order to reveal decisive mechanisms responsible for these teleconnections. Eight comprehensive teleconnection modes allow to explain the transport of anomaly signals between remote teleconnection centers in the global pressure field and the related rainfall time series in southern Africa. Concerning dynamic processes as well as geographical locations of the involved remote centers they may be condensed to four principal types: 1.) ENSO teleconnections: the Pacific ENSO system is the leading mode of southern African rainfall teleconnections. While there is a positive correlation of early summer rainfall in eastern Africa caused by variations of the tropical Walker circulation over the Indian Ocean, the overall strongest (negative) linkage is found in the southeast of the subcontinent during the late summer season. The mechanism for this teleconnection is made up by high level convergence above the southeast Atlantic and South Africa being linked to the Pacific ENSO system by anomaly signals in the Atlantic Walker circulation cell. 2.) Wave dynamics of the southern hemisphere westerlies: two modes describe the integration of upper trough activity over southern Africa into teleconnection patterns of the southern hemisphere. Both of them show impacts on rainfall variability by means of modifications in the upper trough configuration, supressing convection on the western rear. 3.) Frequency and intensity of tropical cyclones and depressions in the southwestern Indian Ocean: the large-scale circulation anomalies associated with tropical cyclones on the seasonal time scale outbalance the short-term effects of intense rainfall in southeastern Africa. The dislocation of major convection centers, but also modified air mass advection due to enhanced cyclone activity induce tendentiously drier conditions in southeastern and central parts of southern hemispheric Africa. 4.) Teleconnections to the circulation of northern hemispheric mid- and high latitudes: four modes represent teleconnections of early summer rainfall variability in eastern Africa. The key role of the dynamic interlocking between extratropical circulation and tropical convection anomalies consists in high tropospheric flow anomalies in the vicinity of the subtropical jetstream above southwest Asia which is connected to the upper level branch of the Hadley cell in northeast Africa. This cell in turn is linked to convective activity over eastern Africa by upper level divergence anomalies. ; Furthermore, relations of southern African rainfall to the variability of sea surface temperatures have been examined. Apart from the dominant ENSO system and the so-called Indian Ocean Dipole mode, no further oceanic influences onto the atmosphere could be identified that contribute to the understanding of rainfall teleconnections on the interannual time scale. The results of this study are promising concerning applications of the methods with respect to time-lag teleconnections within the scope of seasonal forecast modelling of rainfall variability in southern hemispheric Africa. KW - Südafrika KW - Niederschlag KW - Telekonnektion KW - Allgemeine atmosphärische Zirkulation KW - Telekonnektionen KW - südliches Afrika KW - Niederschlag KW - Zirkulationsdynamik KW - ENSO KW - teleconnections KW - southern Africa KW - rainfall KW - circulation dynamics KW - ENSO Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8106 ER - TY - THES A1 - Bertram, Silke T1 - Late Quaternary sand ramps in south-western Namibia - Nature, origin and palaeoclimatological significance T1 - Quartäre Sandrampen in Südwest-Namibia - Charakteristik, Entstehung und paläoklimatische Bedeutung N2 - Sand ramps have been (and still are) neglected in geomorphological research. Only recently any awareness of their potential of being a major source of palaeoenvironmental information, thanks to their multi-process character, has been developed. In Namibia, sand ramps were terra incognita. This study defines, classifies and systematizes sand ramps, investigates the formative processes and examines their palaeoenvironmental significance. The study region is located between the coastal Namib desert and the Great Escarpment, between the Tiras Mountains to the north and the Aus area to the south. Two lines of work were followed: geomorphological and sedimentological investigations in the field, assisted by interpretation of satellite images, aerial photographs and topographic maps, and palaeopedological and sedimentological analytical work in the laboratory. Two generations of sand ramps could be identified. The older generation, represented by a single sand ramp within the study region, is characterized by the presence of old basal sediments. The bulk of the sand ramps is assigned to the young generation, which is divided into three morpho-types: in windward positions voluminous ramps are found, in leeward positions low-volume ramps exist, either of very high or very low slope angle. The most distinct characteristic of sand ramp sediments is their formation by interacting aeolian deposition and fluvial slope wash. The last period of deposition, which shaped all the entire young sand ramps, but also the upper part of the old ramp, is suggested to have occurred after c. 40 ka BP, implying a highly dynamic climatic system during that time, with seasonal aridity and low-frequency, but high-intensity rainfall. A phase of environmental stability followed, most likely around 25 ka BP, supporting growth of vegetation, stabilization and consolidation of the sediments as well as soil formation. Subsequently, the profile was truncated and a desert pavement formed, under climatic conditions comparable to those of the present semi-desert. The ramps were then largely cut off from the bedrock slopes, implying a change towards higher ecosystem variability. As the final major process, recent and modern aeolian sands accumulated on the upper ramp slopes. A luminescence date for the recent sand places their deposition at about 16 ka BP, close to the Last Glacial Maximum. Regarding the source of the sands, a local origin is proposed. For the sand ramp of the old generation the "basic cycle" of initial deposition, stabilization and denudation occurred twelve times, including a phase of calcrete and/or root-cast formation in each of them, adding up to around 60 changes in morphodynamics altogether. At least nine of these cycles took place between 105 ka BP and the LGM, indicating that the general cooling trend during the Late Pleistocene was subject to a high number of oscillations of the environmental conditions not identified before for southern Namibia. Due to the high resolution obtained by the study of sand ramp sediments, but also due to the very special situation of the study area in a desert margin, 100 km from the South Atlantic and in the transition zone between summer and winter rainfall, correlation with stratigraphies (of mostly lower resolution) established for different regions in southern Africa did not appear promising. In conclusion, sand ramps generally serve as a valuable tool for detailed deciphering of past morphodynamics and thereby palaeoenvironmental conditions. For south-west Namibia, sand ramps shed some more light on the Late Quaternary landscape evolution. N2 - In der geomorphologischen Forschung haben Sandrampen bislang wenig Beachtung gefunden, erst in jüngster Zeit ist auf ihr Potential als Speicher von Paläoumweltbedingungen hingewiesen worden. In Namibia waren Sandrampen terra incognita. Die vorliegende Studie definiert, klassifiziert und systematisiert Sandrampen in Südwest-Namibia, sie entschlüsselt ihre Bildungsprozesse und untersucht ihre paläoklimatische Bedeutung. Das Arbeitsgebiet liegt zwischen der küstenparallelen Namib und der Großen Randstufe, zwischen den Tirasbergen im Norden und der Gegend um Aus im Süden. Methodisch standen geomorphologische und sedimentologische Untersuchungen im Gelände im Vordergrund, unterstützt durch die Interpretation von Satellitenbildern, Luftbildern und topographischen Karten. Zahlreiche Substratproben wurden im Labor paläopedologisch und sedimentologisch analysiert. Es konnten zwei Sandrampen-Generationen identifiziert werden. Die ältere Generation, im Arbeitsgebiet durch nur eine Rampe vertreten, zeichnet sich durch das Vorkommen alter basaler Sedimente aus. Alle anderen Rampen sind der jüngeren Generation zuzuordnen und lassen sich in drei Morpho-Typen unterteilen: In Luv-Positionen finden sich voluminöse Rampen, während im Lee geringmächtige Rampen von entweder extrem steiler oder sehr geringer Hangneigung ausgebildet sind. Das auffälligste Merkmal der Sandrampen ist ihre Bildung durch die Interaktion von äolischer Deposition und Hangspülung. Die letzte Depositionsphase, in der die gesamten Körper der jungen Sandrampen abgelagert und die basalen Sedimente der alten Generation überlagert wurden, hat vermutlich nach 40 ka BP stattgefunden. Dies impliziert ein hochdynamisches klimatisches System zu dieser Zeit, mit saisonaler Aridität und seltenen, aber intensiven Regenfällen. Es folgte eine Phase der Ökosystemstabilität, vermutlich um 25 ka BP, in der es zu Vegetationsentwicklung und Bodenbildung sowie zu Stabilisierung und Konsolidierung der Sedimente kam. Eine anschließende Profilkappung mit Wüstenpflasterbildung geschah dann unter ähnlichen klimatischen Bedingungen wie in der heutigen Halbwüste. Danach wurden die Sandrampen fast überall von den Hängen abgeschnitten, was einer Änderung zu höherer Variabilität im Ökosystem zuzusprechen wäre. Die jüngste wesentliche Überprägung bestand in der Ablagerung subrezenter und moderner äolischer Sande in den obersten Bereichen der Sandrampen. Lumineszenzdatierungen stellen die subrezenten Sande ins letzte Hochglazial (~ 16 ka BP). Dem Sandrampensand wird eine lokale Herkunft zugesprochen. Für die Sandrampe der älteren Generation wiederholte sich der Zyklus von Deposition, Stabilisierung und Denudation insgesamt zwölfmal, inklusive je einer Phase von Kalkkrusten- und/oder Wurzelpseudomorphosenbildung. Insgesamt sind rund 60 Prozesswechsel dokumentiert. Mindestens neun dieser Zyklen verliefen zwischen 105 ka BP und dem letzten Hochglazial. Der generelle Abkühlungstrend während des Spätpleistozäns war also einer bedeutenden Anzahl von Schwankungen unterworfen, die bislang für Südnamibia nicht bekannt waren. Aufgrund der hohen zeitlichen Auflösung, die sich aus den Sandrampensedimenten erschließt, aber auch durch die besondere Lage des Arbeitsgebietes in einer Wüstenrandregion, 100 km vom Südatlantik entfernt und in der Übergangszone von Sommer- und Winterniederschlag, wurden Korrelationen mit Stratigraphien (von meist geringerer Auflösung), die für andere Regionen im südlichen Afrika aufgestellt worden sind, als wenig sinnvoll erachtet. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass sich Sandrampen generell sehr gut zur Entschlüsselung paläomorphodynamischer Prozesse eignen und damit wesentlich zur Rekonstruktion von Paläoumweltbedingungen beitragen. Für Südwest-Namibia liefern Sandrampen neue, detaillierte Informationen zur spätquartären Landschaftsgeschichte. KW - Namibia KW - Sand KW - Rampe KW - Geomorphologie KW - Sandrampen KW - Namibia KW - Geomorphologie KW - Landschaftsgeschichte KW - Trockengebiete KW - Sand ramps KW - Namibia KW - Geomorphology KW - Landscape evolution KW - Drylands Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6176 ER - TY - THES A1 - Hansch, Ralf T1 - Optimierung des PbO-Haushaltes in undotierten und SKN-substituierten PZT-Fasern: Gefüge und Eigenschaften T1 - Optimisation of the PbO-content of undoped and SKN doped PZT fibers: Microstructure and functional properties N2 - Ziel der vorliegenden Arbeit war eine Optimierung des Mikrogefüges und der funktionalen Eigenschaften von undotierten und substituierten Bleizirkonat-Bleititanat-Fasern (PZT), die über die Sol-Gel-Route hergestellt worden waren. Die Kontrolle der Gefügeausbildung und der damit zusammenhängenden funktionalen Eigenschaften in den Fasern erfolgte über drei Wege: (1) über eine Optimierung des PbO-Gehaltes im Spinnsol, (2) über eine Anpassung der bei der Sinterung eingesetzten PbO-haltigen Puffersysteme sowie (3) über Variationen der Sinterzeit. Durch eine geeignete Kombination all dieser Präparationsparameter gelang es, phasenreine PZT-Fasern mit einem vollständig verdichteten Mikrogefüge und guten di- und ferroelektrischen Eigenschaften herzustellen. Sinterexperimente an undotierten PZT-Fasern zeigten, daß eine Grobjustage des PbO-Haushaltes durch einen PbO-Überschuß im Spinnsol für ein vollständig verdichtetes Mikrogefüge notwendig ist. Ergänzend dazu ist die Feinjustage des PbO-Haushaltes durch ein geeignetes Puffersystem während der Sinterung ein effektives Werkzeug zur gezielten Einstellung des Mikrogefüges. Mit Hilfe dieser Sinteroptimierung konnte beispielsweise die Sinterzeit für dichtgesinterte Fasern von 5 h auf 15 min erniedrigt werden. Dies führt zu einem kostengünstigeren und damit wirtschaftlicheren Herstellungsprozeß. Röntgenographische Phasenanalysen mittels XRD zeigten, daß alle PbO-Überschuß-Fasern nach der Sinterung aus phasenreinem Bleizirkonat-Bleititanat mit einem Zr/Ti-Verhältnis im Bereich der morphotropen Phasengrenze bestanden. In PbO-Überschuß-Fasern konnte jedoch mittels TEM-EDX-Untersuchungen eine amorphe Sekundärphase mit stellenweise kristallinen PbO-Einschlüssen im Bereich von Korntripelpunkten nachgewiesen werden. Das Auftreten dieser Sekundärphase und die sehr schnelle Verdichtung unterstützen den im System Bleizirkonat-Bleititanat ohnehin naheliegenden Schluß, daß die Verdichtung der PbO-Überschuß-Fasern vorwiegend über einen Flüssigphasensintermechanismus erfolgt. Dagegen resultiert die Verdichtung in PbO-Defizit-Fasern durch einen Festphasensintermechanismus. Die mechanischen Eigenschaften der PZT-Fasern konnten durch eine Vereinzelung der Fasern aus dem Faserbündel vor der thermischen Prozeßführung sowie durch eine Beschlichtung deutlich verbessert werden. So konnte an optimierten Fasern Zugfestigkeiten im Bereich von 125 MPa gemessen werden. Die dielektrischen Eigenschaften von undotierten PZT-Fasern sind mit denen von Mixed-Oxide-Keramiken vergleichbar. Nicht verdichtete PZT-Fasern mit Korngrößen von ca. 1 µm zeigten relative Dielektrizitätskonstanten um 600, wohingegen dichtgesinterte Fasern mit Korngrößen von bis zu 4 µm relative Dielektrizitätskonstanten von ca. 1000 bis 1200 aufwiesen. Die Großsignaleigenschaften waren relativ unabhängig vom Fasergefüge, typische Werte lagen für die Koerzitivfeldstärken bei 2,1 V/µm und für die maximale Polarisation bei 36 µC/cm2; die remanente Polarisation lag bei 22 µC/cm2. Die Großsignaldehnungen betrugen ca. 0,1 % bei Feldstärken von 6 kV/mm. Zyklierungsexperimente an undotierten PZT-Fasern zeigten, daß bis ca. 10000 Zyklen eine Art „Entalterung“ auftritt, die mit der von undotierten PZT-Bulkmaterialien vergleichbar ist. Die Ermüdung der PZT-Fasern ab 100000 Zyklen, kann hingegen eindeutig auf einen Interface-Effekt an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Komposit zurückgeführt werden. In einem weiteren Schritt wurden die an den undotierten PZT-Fasern gewonnenen Erkenntnisse auf PZT/SKN-Fasern übertragen, bei denen eine partielle Substitution durch Strontium, Kalium und Niob vorgenommen wurde. Hier konnte gezeigt werden, daß die zusätzlich eingebrachten Substitutionselemente als Kornwachstumsinhibitoren wirken. Eine vollständige Verdichtung des Gefüges kann bei diesen Fasern im Gegensatz zu den undotierten PZT-Fasern nicht durch einen PbO-Überschuß, sondern nur durch eine Erhöhung der Sintertemperatur erreicht werden. Bei Temperaturen von 950 °C reicht dann allerdings bereits ein geringer PbO-Überschuß von 4 Mol-% für eine vollständige Verdichtung der Faser aus. In Analogie zu den undotierten PZT-Fasern wird auch hier die Gefügeverdichtung von einem Flüssigphasensintermechanismus dominiert. Erste Untersuchungen der Großsignaleigenschaften der PZT/SKN-Fasern sind charakteristisch für ein weichferroelektrisches Verhalten. In den Kleinsignaleigenschaften zeigen die substituierten PZT/SKN-Fasern eine deutliche Abhängigkeit von der Korngröße: Mit einer Zunahme der Korngröße um 50% auf 4?5 µm konnte ein Anstieg der Dielektrizitätskonstante von 600 auf 1000 korreliert werden. Messungen des Dickenkopplungsfaktors ergab Werte um 40%; sie sind somit vergleichbar mit denen, die an Bulk-Keramiken festgestellt wurden. N2 - The aim of the present work was the optimisation of the microstructure and the functional properties of undoped und doped lead zirconate-titanate (PZT) fibers, which were produced via the sol-gel-route. The control of the microstructure and the linked functional properties has been carried out via interaction of (1) varying the PbO-content in the spinning sol, (2) different PbO-bearing buffer systems for controlling the sintering atmosphere as well as (3) by an adaption of the soaking time. With this new approach full densification of the fiber microstructure can be achieved without sacrificing a 100 % PZT yield, resulting in good di- and ferroelectric properties. Sintering experiments conducted on undoped PZT-fibers showed that a coarse adjustment of the PbO-content via excess PbO in the spinning sol is essential for a fully densified microstructure. The sintering experiments also confirm, that fine-tuning of the PbO-partial pressure by buffer systems defines a necessary and highly effective tool that complements to the conventional approach of establishing a well-defined net PbO level in the spinning sol. With the help of these optimisation steps it was possible to debase the dwelling time of the PZT-fibers from 5 h up to 15 min. These results give rise to a cost-effective and economic production process. Investigations of the phase content showed that all PZT-fibers with an excess PbO-content in the spinning consist of perowskite phase, devoid of crystalline secondary phases. A PbO-bearing non-crystalline phase was identified at triple grain junctions from PbO excess batches by small probe microanalysis in the TEM, supporting that liquid-phase sintering is promoted in such systems. Densification of PbO-deficient batches is controlled by solid state sintering. The mechanical properties of the PZT-fibers were improved by isolating the fibers from each other during the sintering process. A tensile strength level of 125 MPa was obtained for those fibers stabilized with a thin polyvinylalkohol coating. Typical values of the relative permittivity for the fibers are in good agreement with the data for bulk ceramics with comparable stoichiometry. PZT-fibers with a porous microstructure and grain sizes of about 1 µm showed a relative permittivity of 600, whereas fibers with a dense microstructure and grain sizes of about 4 µm exhibited values in the range of 1000. For all samples no unambiguous correlation could be established between the ferroelectric properties and the microstructure. All PZT-fibers exhibit remanent polarisation and maximum polarisation values of 22 µC/cm2 and 36 µC/cm2, respectively; with coercivities of about 2.1 V/µm. Electromechanical strains in the order of 0.10 % were obtained. Cycling experiments conducted on 1-3 composites with undoped PZT-fibers showed a kind of deaging effect after 10000 cycles, which is familiarly known from undoped PZT bulk ceramics. The fatigue of the composites after 100000 cycles can be traced back to effects on the interface between the electrode and the surface of the composite. In an second step the results from the undoped PZT-fibers should be transferred to PZT/SKN-fibers which were partial doped with strontium, potassium and niobium. These doping elements caused an inhibition of grain growth during the sintering of the fibers. However a fully densified microstructure could not be achieved by an excess PbO-content in the spinning sol but by the use of a higher sintering temperature. Using a sintering temperature of about 950 °C a PbO-content of 4 mole-% is adequate to get a fully densified microstructure via a liquid phase sintering process. Preliminary investigations of the ferroelectric behaviour show hysteresis loops with high polarisation values and a quite rectangular shape, which is typical for soft doped PZT-ceramics. From measurements of the relative permittivity it was observed that there is a strong tendency of increasing of the relative permittivity with an increasing grain size. Fibers with grain sizes between 4 and 5 µm yielded values of about 1000. Thickness coupling factors in the order of 40 % were obtained, which were in good agreement with values from bulk ceramics with a identical stoichiometry. KW - PZT-Fasern KW - 1-3 Komposite KW - Mikrostruktur KW - ferroelektrische Eigenschaften KW - PbO-Gehalt KW - PZT fibers KW - 1-3 composites KW - microstructure KW - ferroelectric properties KW - excess PbO Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6651 ER - TY - THES A1 - Krapf, Carmen T1 - Ephemeral river systems at the Skeleton Coast, NW-Namibia - Sedimentological and geomorphological studies on the braided river dominated Koigab Fan, the Cenozoic succession in the Uniabmond area and comparative studies on fluvio-aeolian interaction between ephemeral rivers and the Skeleton Coast Erg T1 - Ephemere Fluss-Systeme an der Skelettküste, NW Namibia N2 - The Skeleton Coast forms part of the Atlantic coastline of NW Namibia comprising several ephemeral rivers, which flow west-southwest towards the Atlantic Ocean. The area is hyper-arid with less than 50 mm average annual rainfall and a rainfall variability of 72%. Therefore, the major catchment areas of the rivers are about 100-200 km further inland in regions with relatively high annual rainfall of 300-600 mm. The coastal plain in the river downstream areas is characterized by a prominent NNW trending, 165 km long belt of 20-50 m high, locally compound, barchanoid and transverse dunes. This dune belt, termed Skeleton Coast Erg, starts abruptly with a series of barchans and large compound dunes 15 km north of the Koigab River and extends from 2-5 km inland sub-parallel to the South Atlantic margin of NW Namibia over a width of 3-20 km. As the SSE-NNW trending dune belt is oriented perpendicular to river flow, the dunefield dams and interacts with the west-southwestward flowing ephemeral river systems. This study focused on three main topics: 1) investigation and classification of the Koigab Fan, 2) the investigation of the Cenozoic succession in the Uniabmond area and 3) comparative studies of fluvio-aeolian interaction between five ephemeral rivers and the Skeleton Coast Erg. Sedimentological and geomorphological investigations show that the Koigab Fan represents a yet undocumented type of a braided fluvial fan system, which operates in an arid climatic, tropical latitude setting, is dominated by ephemeral mixed gravel/sand braided rivers, lacks significant vegetation on the fan surface, has been relatively little affected by human activity, is a perfect study site for recording various types of fluvio-aeolian interaction and thereby acts additionally as a model for certain Precambrian and Early Palaeozoic fan depositional systems deposited prior to the evolution of land plants. The Cenozoic succession in the Uniabmond area consists of three major unconformity-bounded units, which have been subdivided into the Red Canyon, the Whitecliff, and the Uniabmond Formation. The Tertiary Red Canyon Fm. is characterized by continental reddish sediments documenting an alluvial fan and braided river to floodplain depositional environment. The Whitecliff Fm. displays a wide variety of continental and marine facies. This formation provides the possibility to examine fluvio-aeolian interactions and spectacular, steep onlap relationships towards older sediments preserved in ancient seacliffs. The Whitecliff Fm. has been subdivided into four sedimentary cycles, which resulted from sea level changes during the Plio- to Middle Pleistocene. The following Uniabmond Fm. provides a unique insight into the depositional history of the NW Namibian coast during the Last Pleistocene glacial cycle. The formation has been subdivided into four units, which are separated by unconformities controlled by sea level changes. Unit 1 represents deposits of an Eemian palaeo-beach. The overlying Units 2-4 build up the sedimentary body of the Uniab Fan, again a braided river dominated fan, which is nowadays degraded and characterized by deeply incised valleys, deflation surfaces and aeolian landforms. The Uniabmond Fm. is overlain by the dunes of the Skeleton Coast Erg, whose development is related to the Last Glacial Maximum (LGM). The damming of river flow by aeolian landforms has been previously recognized as one of several principal types of fluvio-aeolian interaction. Five ephemeral rivers (from S to N: Koigab, Uniab, Hunkab, Hoanib, Hoarusib), which variously interact with the Skeleton Coast Erg, were chosen for the purpose of this study to consider the variability of parameters within these fluvio-aeolian systems and the resulting differences in the effectiveness of aeolian damming. The fluvio-aeolian interactions between the rivers and the dune field are controlled by the climate characteristics and the geology of the river catchment areas, the sediment load of the rivers, their depositional architecture, the longitudinal river profiles as well as the anatomy of the Skeleton Coast Erg. Resulting processes are 1) aeolian winnowing of fluvially derived sediments and sediment transfer into and deposition in the erg; 2) dune erosion during break-through resulting in hyperconcentrated flow and intra-erg mass flow deposits; 3) the development of extensive flood-reservoir basins caused by dune damming of the rivers during flood; 4) interdune flooding causing stacked mud-pond sequences; and 5) the termination of the erg by more frequent river floods. N2 - Das hyperaride Gebiet der Skelettküste im NW Namibias ist durch eine Vielzahl ephemerer Flußsysteme und einen über 165 km langen, NNW-streichenden Dünengürtel, den Skelettküsten-Erg, charakterisiert. Der Erg verläuft nahezu orthogonal zu den westwärts, zum Atlantik entwässernden ephemeren Flußsystemen, deren Haupteinzugsgebiete etwa 150-300 km östlich der Küste liegen. Bei ihrem unregelmäßigen Abkommen auf dem Weg zum Atlantischen Ozean müssen die meisten dieser westwärts entwässernden Riviere den Dünengürtel passieren. Aus diesem Grund wurde dieses Gebiet ausgewählt, um vergleichende sedimentologische und geomorphologische Studien durchzuführen, die sich auf folgende frei Schwerpunkte konzentrierten: 1) die Untersuchung und Klassifizierung des Koigab Fans und dessen Rolle für den Sedimenteintrag in den Skelettküsten Erg; 2) die detaillierte Aufnahme und Untersuchung der känozoischen Sedimente im Mündungsbereich des Uniab Riviers und deren Rolle bei der Interpretation von Plio- und Pleistozänen Meeresspiegelschwankungen; und 3) die Erlangung eines grundlegenden Verständnis der zugrundeliegenden Kontrollparameter für die Variabilität von fluvio-äolischen Interaktionen und der daraus resultierenden Sedimentkörpergeometrien. Im Mündungsbereich des Koigab Riviers befindet sich der Koigab Fan. Dieser ist mit einer Länge von 15 km und einer Breite von 21 km der größte aktive Fan der Skelettküste, der durch einen der westsüdwestwärts entwässernden ephemeren Flußsystemen gebildet wurde. Sedimentologische und geomorphologische Studien an dessen Ablagerungen ergaben, dass es sich bei ihm um einen bis jetzt noch nicht dokumentierten Fan-Typ innerhalb der bestehenden Fan-Klassifikationen handelt. Der Koigab Fan repräsentiert einen von verflochtenen ephemeren Flußrinnen aufgebauten Fan, der keine Anzeichen von Schuttstömen (debris flows) oder mäandrierenden Flußrinnen aufweist. Der Koigab-Fan stellt daher ein Endglied innerhalb des von Stanistreet & McCarthy (1993) zur Fan-Klassifikation aufgestellten Dreieckdiagramms dar. Dem Koigab-Fan kommt eine besondere Bedeutung zu, da er in Bezug auf Größe und Gradienten eine Brücke zwischen der Gruppe kleiner, steil abfallender Fans und den mit nur geringem Gefälle versehenen Mega-Fans schlägt. Trotz seiner Position in den Tropen liegt der Koigab-Fan in einem ariden Gebiet und ist durch eine ausgeprägte Vegetationsarmut gekennzeichnet. Sedimentologische Untersuchungen an seinen Ablagerungen können daher auch als Analogbeispiele für vegetationsfreie früh-proterozoische und früh-paläozoische Fan-Systeme verwendet werden. Zudem stellt der Koigab Fan eine wesentliche Sedimentquelle für den Skelettküsten Erg dar, was mit Hilfe von Schwermineral- und Korngrößenanalysen nachgewiesen werden konnte. Die im Mündungsbereich des Uniab Riviers anstehenden Sedimente stellen die am vollständigsten erhaltene und am besten aufgeschlossene känozoische Sedimentabfolge entlang der Küste NW-Namibias dar. Im Rahmen des Promotionsprojektes wurde diese Abfolge erstmals vollständig sedimentologisch bearbeitet und anhand markanter Diskordanzen in drei Formationen unterteilt: die Red Canyon, Whitecliff und Uniabmond Formation. Die tertiäre Red Canyon Fm. ist durch Rotsedimente charakterisiert, die in einem alluvial-fluvialen Milieu abgelagert wurden. Die überlagernde Whitecliff Fm. wird aus vier sedimentären Einheiten aufgebaut. Die älteste und die jüngste Einheit enthalten marine und äolische Ablagerungen, in denen fossile Strandniveaus überliefert sind. Diese können herangezogen werden um die Whitekliff Fm. in das späte Pliozän bis ins mittlere Pleistozän einzustufen. Mit den Sedimenten der Uniabmond Fm. ist höchst wahrscheinlich der letzte glaziale Zyklus des Pleistozäns überliefert. Die jüngsten Sedimente der Uniabmond Fm. werden direkt von dem Skelettküsten Erg überlagert, dessen Bildung mit dem letzten glazialen Meeresspiegel-Tiefstand zusammenfällt. Das Aufstauen von Flüssen durch Dünen stellt einen Haupttyp fluvio-äolischer Interaktion dar. Fünf ephemeren Flusssystemen, die unterschiedlich mit dem Skelettküsten Erg in Interaktion treten, wurden innerhalb dieser Studie eingehen untersucht, um die Bandbreite fluvio-äolischer Interaktionen und deren zugrundeliegenden Kontrollparameter zu erfassen. Die fluvio-äolischen Interaktionen zwischen den Flüssen und dem Dünenfeld werden kontrolliert durch Klimacharakteristika, die Geologie des Einzugsgebietes, die Sedimentfracht der Flüsse, ihre Ablagerungsarchitektur und die Anatomie des Skelettküsten Ergs. Die zu beobachtenden Prozesse sind 1) äolische Verfrachtung von fluvial antransportiertem Sediment und dessen Ablagerung in dem Erg; 2) die Erosion und Aufarbeitung von Dünen während Durchbruchsereignissen; 3) die Bildung ausgedehnter Stauseen; 4) die Flutung von Interdünenbereichen mit der Ablagerung von Ton-Silt-Abfolgen; und 5) die Termination des Ergs durch häufiger auftretende Fluten. KW - Namibia KW - Flusssystem KW - Fluviale Sedimentation KW - Geomorphologie KW - ephemere Fluss-Systeme KW - Skelettküste KW - Koigab Fan KW - Uniabmond KW - fluvio-äeolische Interaktion KW - Ephemeral rivers KW - Skeleton Coast KW - Koigab Fan KW - Uniabmond succession KW - fluvio-aeolian interaction Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6013 ER - TY - THES A1 - Koopmann, Anselm T1 - Magma mingling : Die hydrodynamische Genese magmatischer Dispersionen T1 - Magma mingling: The hydrodynamic genesis of magmatic dispersions N2 - Interaktion und Vermischung kompositionell unterschiedlicher Silikatschmelzen treten im gesamten Spektrum magmatischer Aktivität auf. Dabei kann es sowohl zu Magma mingling-, als auch zu Magma mixing-Prozessen kommen. Magmatische Enklaven und Dispersionen sind dabei Zeugen der ehemaligen Interaktion und Vermischung der beteiligten Schmelzen. Diese Arbeit präsentiert ein neuartiges Modell zur Genese magmatischer Dispersionen, das auf hydrodynamischen Mischungsprozessen der beteiligten Schmelzen beruht. Es geht davon aus, dass es bei geeigneten, an der Grenzfläche zwischen zwei Schmelzen wirkenden Scherkräften zu mechanischen Mischungsprozessen unter Ausbildung von Dispersionen kommen kann. Die dafür relevanten Parameter umfassen die jeweiligen Viskositäten der Schmelzen, die zwischen ihnen herrschende Grenzflächenspannung, die anliegenden Scherraten bzw. Fließgeschwindigkeiten und die zur Verfügung stehende Zeitspanne. Die praktische Anwendbarkeit und die generelle Gültigkeit für georelevante Silikatschmelzen des Modells zur hydrodynamischen Genese magmatischer Dispersionen wurde experimentell durch Laborversuche und durch die Anwendung auf natürliche Fälle magmatischer Mischungsprozesse bestätigt. Somit steht auch ein tool im Sinne der Geospeedometrie zur Verfügung, mit dem die damaligen Temperaturen, Viskositäten und relativen Strömungsgeschwindigkeiten der beteiligten Magmen zum Zeitpunkt ihrer Vermischung berechnet und rekonstruiert werden können. Es liefert wichtige Daten zur Erfassung der kinematischen Eigenschaften von Silikatschmelzen und trägt so zur weiteren Aufklärung der komplexen magmatischen Systeme bei. N2 - Interaction and comingling of contrasting silicate magmas is a frequent phenomenon occurring in the entire spectrum of magmatic activity. Thereby both magma mingling and mixing processes are to be found. Magmatic enclaves and dispersions appear as a witness for the former interaction and mingling of the involved melts. This work presents a new model for the genesis of magmatic dispersions, which is based on hydrodynamic mingling processes of the participating melts. It is due to the attempt that under suitable shear rates mechanical mingling processes at the interface of two melts can be initiated to form dispersions. The parameters relevant to this process include the viscosities, the interacting interfacial tension, the applied shear rates resp. flow velocities and the available time span. The practical applicability and the general validity for geo-relevant silicate melts of the proposed model was confirmed by experimental laboratory tests and by the application on natural cases of magmatic mingling processes. Thus a tool in the sense of geo-speedometry is available which allows calculation and reconstruction of the former temperatures, viscosities and relative flow velocities of the melts at the time of their conjunction. In doing so it provides important data on the kinematic features of silicate melts and provides insights into the complex magmatic systems. KW - Magma KW - Dispersion KW - Hydrodynamik KW - Magma mingling KW - Dispersionen KW - Enklave KW - Magma KW - magma mingling KW - dispersions KW - enclave KW - magma Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8791 ER - TY - THES A1 - Raue, Johannes Georg T1 - Magmenfragmentation im bruchhaften Regime : ein neues Modell zur Energiebilanzierung am Beispiel der Phlegräischen Felder/Italien T1 - Magma fragmentation in the brittle field: a new model for the energy budget for a typical phlegrean eruption N2 - Die bruchhafte Fragmentation von höherviskosem Magma ist ein bedeutender Prozess im explosiven Vulkanismus. Deren Fragmentationsenergie ist linear an die Entstehung neugebildeter Bruchfläche gekoppelt. Aus diesem Grund ist es wichtig, die mechanische Energie der Schmelzefragmentation zu quantifizieren, um die physikalischen Vorgänge während dieses vulkanologischen Vorgangs besser verstehen zu können. Deshalb war es das Ziel der vorliegenden Arbeit eine Kenngröße der Fragmentationsleistung von vulkanischen Schmelzen der Phlegräischen Felder (Neapel/Italien) zu definieren und somit ihren vulkanischen Ablagerungen spezifische Fragmentationsenergien zuzuweisen. Das Vulkangebiet der Phlegräischen Felder ist durch langanhaltenden explosiven Vulkanismus gekennzeichnet. Die bruchhaft entstandenen Feinaschen-Ablagerungen intermediärer Zusammensetzung bedecken ein Gebiet von ca. 1000 km2. Dieses Gebiet wird heute von ca. 2 Millionen Menschen bevölkert. Diese Arbeit stellt eine Methodik vor, mit der die Fragmentationsenergie von solchen höher-viskosen Schmelzen intermediärer Zusammensetzung durch Laborexperimente und Granulometrie der erzeugten Partikel ermittelt werden kann. Die Materialparameter der kritischen Schubspannung und des kritischen Scherstress wurden mit einem sogenannten Gasdruck-Fragmentations-Versuch (GFV) experimentell bestimmt. Ferner konnten durch den GFV Erkenntnisse über das Fragmentationsverhalten dieser Schmelzen unter verschiedenen treibenden Gasdrücken gewonnen werden. Dieser spezielle Versuchsaufbau basiert auf Fragmentation von Schmelze durch Druckluft, die von unten in einen Tiegel geleitet wird. Ein individuell einstellbarer Gasdruckluftstoß führt in der Schmelze zu einer Zunahme der Schubspannung und einem Druckaufbau, der vergleichbar mit der Kraftrampe eines Biegeversuchs ist. Während dieser Zeit kommt es zur Mikrobruchbildung, die sich von der Schmelzeoberfläche nach unten fortsetzt. Nach dem Überschreiten der Bruchgrenze relaxiert das Schmelzematerial durch Ausbildung von Sprödbrüchen und wird nach oben ausgeworfen. Die Aufzeichnung der physikalischen Parameter und die optische Versuchsüberwachung erlaubten eine komplette Energiebilanzierung des Vorgangs. Die neugebildete Bruchfläche der entstandenen Partikel wird durch Granulometrie und Anwendung der Methode von Brunnauer-Emmet-Teller (BET) bestimmt. Somit kann die Fragmentationsenergie auf die Bruchfläche bezogen und als Materialparameter des kritischen Scherstresses ausgedrückt werden. Der GFV wurden durch normierte Laborexperimente an dem selben Schmelzematerial ergänzt. Dabei dienten statische Biegeversuche unter Raumtemperatur zur Überprüfung der über GFV bilanzierten Scherstresse. Die Rotationsviskosimetrie zeigte, dass der Materialparameter der Viskosität nicht geeignet ist, um Rückschlüsse über Materialverhalten im bruchhaften Regime zu ziehen. Anschließend wurde einer definierten Tephraschicht der Phlegräischen Felder eine spezifische Fragmentationsenergie zugeordnet, indem die experimentellen Ergebnisse auf Felddaten bezogen wurden. Diese spezifische Energie von ca. 8*1010 kJ entspricht der Sprengkraft von ca. 20.000 Tonnen Trinitrotoluol (TNT). Die Qualität eines hazard assessment gefährdeter Vulkangebiete wie z.B. der Phlegräischen Felder wird durch die Kenntnis der Energieaufteilung während des Eruptionsprozesses (Fragmentationsenergie, Auswurfenergie etc.) wesentlich verbessert. Die Kenntnis der Energien dient beispielsweise der Skalierung ballistischer Modelle, mit deren Hilfe dichtbevölkerte Zonen ausgewiesen werden können, die bei künftigen Eruptionen der Phlegräischen Felder durch den Niedergang von Pyroklastika bedroht sind. N2 - The brittle fragmentation of highly viscous melt is a major part of explosive eruptions. It is important to quantify the mechanical energy needed for the melt-fragmentation in order to assess this volcanic physical process. The Phlegrean Volcanic Field (Naples/Italy) is characterized by long-term explosive volcanism. Fine-ash deposits of brittle origin and intermediate composition cover an area of about 1000 km2. Nowadays this area is inhabitated by about 2 Million people. This thesis presents a method to determine the fragmentation energy of such highly viscous melts of intermediate composition, using laboratory experiments and granulometry data of the produced particles. The rock parameters critical shear stress and fragmentation energy were determined, using the so called “Gas-Fragmentation-Test“ (GFV). Further, the GFV was useful to determine the fragmentation behaviour of these melts under varying driving pressures. This special fragmentation setup is based on a gas pressure blow (applying compressed air) which leads to a shear tension increase in the melt volume. The pressure built-up is comparable to a load force of a centre-loading flexural test. During this time microcrack propagation migrates from the upper melt surface downward. After exceeding the fragmentation limit the melt relaxes, resulting in brittle fractures. The monitoring of the partition of energies as well as the highspeed video recording of the process allows the calculation of the total fragmentation energy. The total fracture area of particles was quantified, using granulometry and the multipoint Brunnauer-Emmett-Teller method. Thus the fragmentation energy was related to the total fracture area and expressed as critical shear stress, which represents a material parameter. The GFV were complemented by standardised laboratory experiments. Static centre-loading flexural tests were carried out on the same material to check the ambient temperature shear stress values. Moreover measurements showed that determination of the melts viscosity this parameter is not useful to describe fragmentation in the brittle field. Afterwards the fragmentation energy needed to produce one tephra layer of the Phlegrean material was calculated, using the experimental results and field data. This energy value of approx. 8*1010 kJ corresponds to the explosive power of approx. 20.000 tons of trinitrotoluene (TNT). Finally, the knowledge of energy-partitioning is a useful tool to scale numerical models of the eruption and to improve the quality of hazard assessment in vulnerable volcanic regions like the Phlegrean Volcanic Field. In this way densely urbanized regions, which are threatened by the deposit of pyroclastics, were determined. KW - Phlegräische Felder KW - Magma KW - Fragmentierung KW - Fragmentation KW - Magma KW - Energiebilanzierung KW - Plegäische Felder KW - Fragmentation KW - magma KW - energy budget KW - Phlegrean Fields Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8782 ER - TY - THES A1 - Hertig, Elke T1 - Niederschlags- und Temperaturabschätzungen für den Mittelmeerraum unter anthropogen verstärktem Treibhauseffekt T1 - Assessment of Mediterranean precipitation and temperature under increased greenhouse warming conditions N2 - Unter Einbezug von modellsimulierten großskaligen Geopotential-, Feuchte- und Meeresoberflächentemperaturfeldern für Szenarien eines anthropogen verstärkten Treibhauseffekts wird der Niederschlag bzw. die Temperatur im Mittelmeerraum für das 21. Jahrhundert mit der Methode des statistischen Downscalings abgeschätzt. Die als Gitterfelder mit 0.5° räumlicher Auflösung vorliegenden Niederschlags- und Temperaturdaten des CRU-(Climatic Research Unit in Norwich) Datensatzes werden jeweils mittels s-modaler Hauptkomponentenanalyse in Regionen unterteilt. Die resultierenden Zeitreihen der regionalen Variationszentren offenbaren dabei unterschiedliche Niederschlags- und Temperaturverhältnisse in den verschiedenen mediterranen Teilregionen im Untersuchungszeitraum 1948-1998. Als großskalige Einflussgrößen dienen Reanalysedaten des NCEP/NCAR (National Centers for Environmental Prediction/ National Center for Atmospheric Research) der geopotentiellen Höhen der 1000hPa-und 500hPa-Niveaus und der spezifischen Feuchte im 1000hPa-Niveau. Als ozeanische Einflussgrößen werden Meeresoberflächentemperaturdaten des Nordatlantiks und des Mittelmeers verwendet. Zur Dimensionsreduktion und zur Beseitigung linearer Abhängigkeiten gehen die verschiedenen Prädiktorfelder ebenfalls, jeweils getrennt, in s-modale Hauptkomponentenanalysen ein. Anschließend wird der Verlauf des Niederschlags bzw. der Temperatur der regionalen Variationszentren in den Monaten Oktober bis Mai 1948-1998 mit der großräumigen atmosphärischen und ozeanischen Variabilität im gleichen Zeitraum verknüpft. Dies geschieht in mehreren Kalibrierungsabschnitten unter Verwendung von Kanonischen Korrelationsanalysen und multiplen Regressionsanalysen. Die erstellten statistischen Zusammenhänge werden dann in von der Kalibrierung unabhängigen Verifikationszeiträumen überprüft. Die erzielten Modellgüten in den Verifikationsperioden werden herangezogen, um die besten statistischen Modelle für die Zukunftsabschätzungen auszuwählen. Dabei zeigt sich, dass für den mediterranen Niederschlag die besten Modellgüten im Allgemeinen mit der Prädiktorenkombination 1000hPa-/500hPa-Geopotential und spezifische Feuchte erzielt werden können. Die Temperatur im Mittelmeerraum lässt hingegen den stärksten Zusammenhang mit Werten der 1000hPa-/500hPa-geopotentiellen Höhen erkennen. Durch Einsetzen von modellsimulierten Werten der Prädiktoren in die Regressions-bzw. Kanonischen Korrelationsgleichungen wird schließlich die Reaktion der regionalen Klimavariablen Niederschlag bzw. Temperatur auf Veränderungen der großskaligen Zirkulations-, Feuchte- und Meeresoberflächentemperaturanomalien unter Bedingungen eines anthropogen verstärkten Treibhauseffektes abgeschätzt. Je nach verwendeter Methode und einbezogener Prädiktorenkombination zeigen sich teils erhebliche Unterschiede in den Abschätzungsergebnissen. So wird zum Beispiel bei den bedingten Abschätzungen für das 21. Jahrhundert der zukünftige Niederschlagsverlauf zum Teil erheblich abgewandelt, wenn modellsimulierte Feuchtewerte zusätzlich zu den Geopotentialinformationen einbezogen werden. Für die bedingten Abschätzungen des regionalen Klimas im Mittelmeerraum im 21. Jahrhundert werden Prädiktoren-Modellergebnisse zweier verschiedener IPCC- (Intergovernmental Panel on Climate Change) Emissionsszenarien herangezogen. Zum einen werden modellsimulierte Werte nach IS92a- Szenario herangezogen, zum anderen solche nach jüngstem SRESB2-Szenario. Aus beiden verwendeten Szenarienrechnungen gehen im Allgemeinen gleichförmige Tendenzen bei der Entwicklung der Niederschlagssummen im Mittelmeerraum unter anthropogener Verstärkung des Treibhauseffektes im 21. Jahrhundert hervor. Unter Verwendung von Prädiktorenwerten des Hamburger Klimamodells ECHAM4 nach SRESB2-Szenario (großskalige Einflussgrößen: 1000hPa-/500hPa-geopotentielle Höhen und 1000hPa-spezifische Feuchte) ergibt sich für den westlichen und nördlichen Mittelmeerraum bei einer anthropogenen Verstärkung des Treibhauseffektes eine Verkürzung mit gleichzeitiger Intensitätszunahme der "feuchten" Jahreszeit. Dies äußert sich darin, dass im Winter in diesen Regionen Niederschlagszunahmen im Zeitraum 2071-2100 im Vergleich zu 1990-2019 abgeschätzt werden, während im Herbst und Frühjahr Niederschlagsrückgänge überwiegen. In den östlichen und südlichen Teilen des Mittelmeerraumes zeigen sich hingegen für die Monate Oktober bis Mai fast ausschließlich negative Niederschlagstendenzen unter Bedingungen eines anthropogen verstärkten Treibhauseffektes. Für die Temperatur wird unter Verwendung von Modellwerten der großskaligen Einflussgrößen 1000hPa-/500hPa-geopotentielle Höhen unter SRESB2-Szenariobedingungen ein Temperaturanstieg im gesamten Mittelmeerraum für alle untersuchten Monate (Oktober bis Mai) im Zeitraum 2071 bis 2100 im Vergleich zum Abschnitt 1990-2019 abgeschätzt. Die Erhöhung ist im Herbst und zu Beginn des Frühjahrs insgesamt am stärksten ausgeprägt. N2 - Mediterranean precipitation and temperature are assessed for the 21st century under enhanced greenhouse warming conditions by means of statistical downscaling from simulated large- scale predictor fields of 1000hPa-/500hPa- geopotential heights, 1000hPa- specific humidity and sea surface temperatures of the North Atlantic and the Mediterranean. Based on highly resolved gridded data covering the Mediterranean area homogeneously (CRU05 dataset, Climatic Research Unit in Norwich), precipitation and temperature regions are derived by s-mode principal component analyses (PCA). Resulting time series of the regional centres of variation reveal different precipitation and temperature conditions in the various Mediterranean regions for the period 1948-1998. As large-scale predictors 1000hPa-/500hPa-geopotential heights, as well as 1000hPa-specific humidity grids are selected from the NCEP/NCAR-reanalysis project (National Centers for Environmental Prediction/ National Center for Atmospheric Research). Sea surface temperatures of the North Atlantic and of the Mediterranean operate as oceanic predictors. S-mode PCA is also applied to the different predictor fields to remove linear dependencies between variables and to reduce the dimensions of the data. In a next step precipitation/temperature time series of the regional centres of variation for October to May 1948-1998 are linked to the large-scale atmospheric and oceanic circulation in the same period. Canonical correlation analysis and multiple regression analysis are used to establish predictor- predictand- relationships in different calibration periods. Independant periods of time are used to verify the quality of the statistical models. The different quality of the models in the verification periods is used to select the best-performing models for the assessment of future precipitation and temperature. Thereby it is revealed that for Mediterranean precipitation the best performance is achieved with the predictor combination 1000hPa-/500hPa- geopotential heights and specific humidity, whereas Mediterranean temperature shows the strongest connection to the 1000hPa-/500hPa-geopotential heights. The established statistical relationships are subsequently used to predict the response of future precipitation and temperature in the Mediterranean region from climate model changes of the large- scale circulation, humidity, and sea surface temperature anomalies. Considerable differences appear, depending on statistical methods and types of predictors used. Thus the additional inclusion of model-simulated specific humidity values into the predictor fields can result in a substantially modified progression of future precipitation amounts. Model results based on two different IPCC- (Intergovernmental Panel on Climate Change) emission scenarios are used for the conditional assessment of Medi-terranean climate changes in the 21st century. On the one hand model-simulated values according to the IS92a- scenario are used, on the other hand latest SRESB2- scenario values. Both scenario computations yield uniform tendencies of future precipitation amounts in the Mediterranean under increased greenhouse warming conditions. Using ECHAM4- model data according to the SRESB2- scenario (large-scale predictors: 1000hPa-/500hPa-geopotential heights and 1000hPa-specific humidity), a shortening and at the same time an intensity increase of the wet season arises for the western and northern Mediterranean regions. Thus the models predict precipitation increases in winter for the period 2071-2100 compared to 1990-2019, whereas precipitation decreases dominate in fall and spring. The eastern and southern parts of the Mediterranean exhibit mainly negative precipitation tendencies from October to May under enhanced greenhouse warming conditions. Mediterranean temperature shows an increase for the whole Mediterranean area in all analysed months from October to May for the period 2071-2100 compared to 1990-2019 under SRESB2- scenario conditions. Overall the temperature rise is most pronounced during fall and at the beginning of spring. KW - Mittelmeerraum KW - Treibhauseffekt KW - Niederschlag KW - Temperatur KW - Prognose KW - Mediterraner Niederschlag KW - Mediterrane Temperatur KW - Statistisches Downscaling KW - anthropogener Treibhauseffekt KW - Mediterranean precipitation KW - Mediterranean temperature KW - Statistical Downscaling KW - increased greenhouse warming Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8740 ER - TY - THES A1 - Harzer, Edgar T1 - Grundwasserneubildungsdynamik im Buntsandstein des Spessarts - Ermittlung über die Durchströmung der ungesättigten Zone T1 - Dynamics of Groundwater Recharge in the Buntsandstein of the Spessart - Investigations Based on the Percolation of the Unsaturated Zone N2 - Mit Hilfe eines eindimensionalen Strömungsmodells für die ungesättigte Zone wird die Grundwasserneubildung in einem Poren-Kluftgrundwasserleiter berechnet. Als Untersuchungsgebiet wurde das Einzugsgebiet der Hafenlohr im Buntsandsteinspessart gewählt. Grundlage der Berechnungen sind Kenntnisse über die Wassergehalts-Saugspannungsbeziehungen und über die hydraulischen Durchlässigkeiten von Kluft- und Porenraum. Der Modellraum wird als Zwei-Porositäts-Medium interpretiert wobei Poren- und Kluftraum über Austauschterme miteinander verknüpft sind. Mit dem gewählten Modell ist es möglich neben der Grundwasserneubildung auch Oberflächenabfluss, Evapotranspiration und an Schichtgrenzen auftretende Zwischenabflüsse zu berechnen. Der Übergang vom Bodenhorizont zum Festgestein hat den größten steuernden Einfluss auf die Grundwasserneubildung. Die Neubildungshöhe beträgt durchschnittlich etwa 66 bzw. 100 mm, je nachdem, ob die Zwischenabflüsse im Festgestein berücksichtigt werden. Die Schwankung der Grundwasserneubildung ist auch in Jahren mit extremen Niederschlagshöhen gering. Eine Simulation des Abflussverhaltens der Hafenlohr mit den berechneten Daten stimmt gut mit gemessenen Werten überein. N2 - With the help of a one dimensional flow modell for the unsaturated zone the groundwater recharge for a fractured, porous aquifer is calculated. The Hafenlohr basin area in the Buntsandsteinspessart was chosen as the study area. The calculation is based on the knowledge of the relation between water content and water tension and of the hydraulic permeability of the fractured rock mass and the porous matrix. The modelled medium is interpreted as a double-porosity-medium with fractured rock mass and porous matrix connected by exchange terms. With the chosen model it is possible to calculate the groundwater recharge just as surface runoff, evapotranspiration and interflow at stratigraphic boundaries. The passage from the soil to the solid rock has the most controlling influence on the groundwater recharge. The recharge averages 66 and 100 mm respectively, depending on the consideration of interflow in the solid rock. Even in years with extrem high or low precipitation the fluctuation of the groundwater recharge is low. A simulation of the Hafenlohr discharge based on the calculated data gives good results compared to measured values. KW - Spessart KW - Grundwasserbildung KW - Grundwasserneubildung KW - Buntsandstein KW - Strömungsmodell KW - ungesättigte Zone KW - groundwater recharge KW - Buntsandstein KW - flow modell KW - unsaturated zone Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10079 ER - TY - THES A1 - Wille, Sven E. T1 - Die Gold-Kupfer-Mineralisationen südlich von Rehoboth, Namibia T1 - The gold-copper mineralisation south of Rehoboth, Namibia N2 - Die sechs untersuchten Au-Cu-Vorkommen südlich von Rehoboth befinden sich im östlichen Bereich des Rehoboth Inliers, dessen Geologie durch Kibarische Granitoide und Rhyolite der Gamsberg Granit Suite, Eburnische Granitoide der Piksteel Intrusiv Suite und prä-Piksteel Metasedimente der Rehoboth Sequenz dominiert wird, die grünschieferfaziell überprägt wurden. Au-Cu-Mineralisationen sind an spröd-duktile Scherzonen gebunden, die mit variablem Streichen nach NW, N oder NE einfallen. Die Scherzonen orientieren sich entlang von deformierten mafischen Gängen oder Einheiten von Metasedimenten, die in Eburnischen Granitoiden vorliegen. Imprägnationen mit Au- oder Cu-führenden Mineralen sind auf Bereiche von wenigen Metern um die Hauptvererzungen begrenzt. Während der Kompression der Damara Orogenese wurde ein zylindrischer Faltenbau mit ENE-WSW-streichenden Achsenebenen und eine parallel dazu verlaufende Foliation angelegt. Daraufhin bewirkte eine Schleppfaltung mit dextraler Komponente eine Rotation von Faltenachsen, Streckungslinearen und Faserharnischen in nordwestliche Richtungen. Vielerorts lassen Planare anhand von Faserharnischen eine dextrale Aufschiebung und/oder eine spätere Abschiebung mit sinistralen Charakter erkennen, die vereinzelt mit Zerrklüften von tauben Quarz, Karbonat und Chlorit assoziiert sind. Mylonite der Scherzonen sind durch Albitisierung, Serizitisierung und teils durch eine Illitisierung gekennzeichnet. Es liegen zwei Arten der Au-Cu-Mineralisation vor. Bei der Vererzung der Swartmodder Kupfer Mine handelt es sich um eine Eisenoxid-Cu-Au-Mineralisation (IOCG-Typ) mit einer massiven Magnetit-Mineralisation mit einer diese verdrängenden Sulfidmineralisation. Typisch für erstere sind eine Assoziation von Magnetit mit Apatit (±Monazit) und erhöhte Gehalte an U und LSEE. Die folgende Sulfidmineralisation beinhaltet Chalkopyrit und Carrollit. Innerhalb dieses Vorkommens treten keine mineralisierten Quarzadern, die für die Au-Cu-Mineralisation der übrigen untersuchten Minen charakteristisch sind. Die Au-führenden Quarzadern zeigen deutliche Merkmale der Deformation und Rekristallisation und orientieren sich entlang der Mylonite, die die Scherzonen charakterisieren. Die Au-Cu-Quarzmineralisationen sind an das Auftreten von Chalkopyrit gebunden. Dieser tritt im Erz der Golden Valley Mine mit Pyrit auf und enthält Einschlüsse von gediegenem Au, Petzit, Hessit, Stützit, Galenit/Clausthalit, Sphalerit und anderen Ag-Cu-Seleniden und Ag-Cu-Se-Sulfiden. Für diese Paragenese lässt sich eine minimale Bildungstemperatur von 300°C bei Te-Fugazitäten von logfTe2= -11 bis -6,5 und S-Fugazitäten von logfS2 = -7,5 bis -6,8 für das hydrothermale Fluid abschätzen. Der Chalkopyrit im Erz der Neuras Mine enthält Pyrit und Sphalerit und wurde teils durch eine komplexe Galenit-Bi-Ag-Sulfosalzparagenese verdrängt, die neben Galenit Wittichenit, Aikinit, Berryit, Emplektit und gediegen Bi enthält, die in Spuren Au führen. Isoliert im Quarz treten auch Aikinit, Berryit, Matildit, Akanthit/Argentit und mindestens eine unbekannte Ag-reiche Phase (Ag8Bi5Cu5S16) auf. Diese Paragenesen indizieren eine Verdrängung von Chalkopyrit bei Temperaturen zwischen 271 und 320°C bei niedrigen S- (logfS2 ≤ -11) und O2-Fugazitäten (logfO2 ≤ -37) aus einem Fluid, welches reich an Pb, Bi und Ag (+Au) gewesen sein muss. Bei der Golden Valley Mine und der Neuras Mine weisen Magnetit-Imprägnationen und einige Elementkorrelationen auf eine Ähnlichkeit mit einer IOCG-Lagerstättenbildung hin. Unabhängig von der texturellen Assoziation, der Lithologie bzw. deren Mylonitisierung variieren die Bildungstemperaturen von Chlorit zwischen 230 und 405°C. In den meisten Gesteinen zeigt Biotit Anzeichen einer Chloritisierung. Aus der Rücksetzung des K/Ar-Isotopensystems und den Si-Gehalten von Muskoviten ergeben sich minimale P-T-Bedingungen von 350±50°C und ca. 3,5 kbar für die Damara Metamorphose. Biotite und Muskovite in den Myloniten sind meist illitisiert. Dieses spiegelt sich auch in niedrigeren Illit-Kristallinitäten von Glimmerpräparaten wider, die Damara bzw. post-Damara Alter (Feinfraktionen) ergeben. Der Grad der Argillitisierung lässt sich durch die Evolution der Infiltration von niedrigtemperierten moderat-salinaren Fluiden bis hin zu hochsalinaren Fluiden mit höheren Ca/Na-Verhältnissen erklären, die sich aus der Untersuchung von Fluideinschlüssen ableiten lässt. Ein Zusammenhang zwischen den untersuchten Fluideinschlüssen in Quarzadern und Nebengesteinen und der primären Au-Cu-Mineralisation kann ausgeschlossen werden. Für die Exploration auf Lagerstätten des IOCG-Typs bieten sich P, LSEE, U, Th, Cu, Co, Au, Ag, Pb und Se als Pfadfinder-Elemente an. Vorkommen dieses Typs lassen sich mit Methoden der Magnetik und Radiometrie auffinden. Für die Aufsuchung von Au-Cu-Quarzmineralisationen legen Erzmineralogie und Elementkorrelationen Ag, Te, Se, Pb und Bi als Pfadfinder neben As als klassischem Pfadfinder für Gold nahe. N2 - The six investigated Au-Cu occurrences south of Rehoboth are situated within the Rehoboth Inlier, which consists of Kibarian granitoids and rhyolites of the Gamsberg Granite Suite, Eburnian granitoids belonging to the Piksteel Intrusive Suite and pre-Piksteel metasediments of the Rehoboth Sequence, which underwent greenschist facies metamorphism. Au-Cu mineralisation is bound to ductile-brittle shear zones with variable strikes dipping towards the NW, N and NE. The orientations of the shear zones follow the trend of deformed basic dykes or rafts of metasediments within the Eburnian granitoids. Wall rock impregnation with disseminated Au- and Cu-minerals is generally restricted to a few meters around the ore bodies. In the north of the study area cylindrical folds with ENE-WSW-striking axial planes and a parallel foliation were developed during the compression of the Damara orogeny. Subsequently fold axis as well as stretching lineations and slickensides were rotated towards northwestern directions during a phase of drag folding. Slickensides on planes of foliation or shear foliation indicate dextral thust faulting and/or sinistral normal faulting in many places, the latter occasionally associated with tension gashes containing barren quartz, carbonates and chlorite. Mylonites of the shear zones are characterised by albitisation, sericitisation, and locally argillic alteration. There are two types of Au-Cu mineralisation. The mineralisation hosting the Swartmodder Copper Mine belongs to the group of iron-oxide-copper-gold deposits (IOCG-deposits) with a typical early stage massive magnetite mineralisation also containing apatite (+monazite) and increased contents of U and LREE. This paragenesis is partly replaced by a sulfide mineralisation dominated by chalcopyrite with inclusions of carrollite. Mineralised quartz veins or lenses occurr with neither type of the ore. Those are an idiosyncrasy of the Au-Cu-quartz mineralisations of the other studied occurrences, in which auriferous quartz veins and lenses essentially confined to the shear zones show articulate features of deformation and recrystallisation. Generally the Au-Cu-quartz mineralisation is linked to the occurrence of chalcopyrite. In the ore of the Golden Valley Mine chalcopyrite is joined by pyrite and encloses native Au, petzite, hessite, stützite, galena/clausthalite, sphalerite and other Ag-Cu-selenides and Ag-Cu-Se-sulfides. The paragenesis allows for an estimation of minimum temperatures of 300°C at Te-fugacities between logfTe2 = -11 and -6.5 and S-fugacities between logfS2 = -7.5 and -6.8 for the mineralising hydrothermal fluid. Chalcopyrite in the ore of the Neuras Mine incorporates pyrite and sphalerite and is in parts replaced by a complex galena-Bi-Ag-sulfosalt assemblage comprising wittichenite, aikinite, berryite, emplectite, native Bi, and galena some of which carrying Au. Isolated in gangue quartz aikinite, berryite, matildite, argentite/acanthite, and at least one unknown Ag-rich mineral with an empirical formula of Ag8Bi5Cu5S16 are present. These mineral assemblage constrains the temperature of formation (replacement of chalcopyrite) to 271°C - 320°C at comparably low S-fugacities (logfS2 ≤ -11) and oxygen fugacities (logfO2 ≤ -37) for a fluid rich in Pb, Bi and Ag (and Au). In both mines, the Golden Valley Mine and the Neuras Mine, wall rock impregnations with magnetite being partially replaced by a subsequent sulfide mineralisation and element correlations hint at similarities with the genesis of IOCG-deposits. Independent of their textural arrangement, lithology or degree of its mylonitisation, chlorite yields formation temperatures of 230 - 405°C for all applied calibrations. In most investigated rock samples biotite displays alteration to chlorite. From resetting temperatures of the K/Ar-isotope system and the silica content of muscovite minimum P-T conditions of the metamorphic Damara overprint are 350±50°C and ca 3.5 kbar. In many mylonitic samples biotite and muscovite are transformed to illite and/or smectite. This is also reflected by lower illite crystallinities of mica concentrates giving Damara or post-Damara K/Ar-ages. The degree of argillic alteration can be explained with the evolution of fluids infiltrating into the basement from low-temperature moderate saline fluids to hypersaline brines with increased Ca/Na ratios as inferred from fluid inclusion studies. The investigated fluid inclusions quartz vein and host rock samples do not represent a primary ore forming fluid. The exploration for deposits of the IOCG-type might be assisted by pathfinders such as P, LREE, U, Th, Cu, Co, Au, Ag, Pb and Se. Deposits of this type generally show good response to magnetic and radiometric surveys. In search for Au-Cu-quarz mineralisations ore mineralogy and element correlations recommend the application of pathfinders such as Ag, Te, Se, Pb, and Bi additionally to As in the context of geochemical surveys. KW - Rehoboth KW - Golderz KW - Kupfererz KW - Rehoboth KW - Gold KW - Lagerstätten/Vorkommen KW - Rehoboth KW - gold KW - ore deposits/occurrences Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10813 ER - TY - THES A1 - Kukulus, Matthias T1 - A quantitative approach to the evolution of the central Walvis Basin offshore NW-Namibia : structure, mass balancing, and hydrocarbon potential T1 - Die quantitative Entwicklung des zentralen Walvis Beckens in Nordwest-Namibia: Struktur, Massenbilanz und Kohlenwasserstoffpotential N2 - Rifting and breakup of Westgondwana in the Late Jurassic/ Early Cretaceous initiated the formation of the South Atlantic and its conjugated pair of passive continental margins. The Walvis Basin offshore NW-Namibia is an Early Cretaceous to recent depositional centre with a typically wedge-shaped postrift sedimentary succession covering an area of 105000km2. A 2D model transect across the central Walvis Basin and adjacent onshore areas is used as a case study to investigate quantitatively the denudational history of the evolving passive margin and the related contemporaneous depositional postrift evolution offshore. The database for both the onshore and offshore part of the model traverse is well constrained by own field work, published data as well as by seismic and well data supported by samples. The ultimate goal of this project is to present an integrated approach towards a quantitative link between surface processes and internal processes in terms of a mass and process balance. N2 - Die Entstehung des Südatlantiks und seiner konjugierten passiven Kontinentalränder begann im späten Jura und der frühen Kreide mit dem Rifting und Auseinanderbrechen Westgondwanas. Das Walvis Becken vor der Küste NW-Namibias ist seitdem Sedimentationsraum und nimmt eine Fläche von 105000km2 ein. Die Sedimente dieses passiven Kontinentalrands weisen den für Postrift Ablagerungen typischen keilförmigen Querschnitt auf. Eine 2D Traverse über das zentrale Walvis Becken und die angrenzenden Küstenbereiche dient als Fallbeispiel, um die Abtragungsgeschichte des sich entwickelnden Kontinentalrands quantitativ mit der zeitgleichen Schelfsedimentation zu verknüpfen. Sowohl für den Schelfbereich als auch für den kontinentalen Bereich der Modelltraverse besteht eine solide Datenbasis, die sich aus Ergebnissen eigener Geländearbeit, publizierten Daten und aus seismischen Schnitten und Bohrungsdaten zusammensetzt, die zudem durch Bohrlochproben ergänzt werden. Ziel vorliegender Arbeit ist es, einen integrativen Ansatz für eine quantitative Verknüpfung von Oberflächenprozessen mit krustalen Prozessen im Sinne einer Massen- und Prozessbilanz zu liefern. KW - Namibia KW - Walfischrücken KW - Sedimentologie KW - Südatlantik KW - Walvis Becken KW - passive Kontinentalränder KW - Massenbilanz KW - Kohlenwasserstoffpotential KW - South Atlantic KW - Walvis Basin KW - passive margins KW - mass balance KW - hydrocarbon potential Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11075 ER - TY - THES A1 - Brandt, Sönke T1 - Metamorphic evolution of ultrahigh-temperature granulite facies and upper amphibolite facies rocks of the Epupa Complex, NW Namibia T1 - Metamorphe Entwicklung von ultrahochtemperatur-granulitfaziellen und amphibolitfaziellen Gesteinen des Epupa-Komplexes, NW Namibia N2 - The high-grade metamorphic Epupa Complex (EC) of north-western Namibia constitutes the south-western margin of the Archean to Proterozoic Congo Craton. The north-eastern portion of the EC has been geochemically and petrologically investigated in order to reconstruct its tectono-metamorphic evolution. Two distinct metamorphic units have been recognized, which are separated by ductile shear zones: (1) Upper amphibolite facies rocks (Orue Unit) and (2) ultrahigh-temperature (UHT) granulite facies rocks (Epembe Unit). The rocks of the EC are transsected by a large anorthosite massif, the Kunene Intrusive Complex (KIC). The Orue Unit and the Epembe Unit were affected by two distinct Mesoproterozoic metamorphic events, as is evident from differences in their metamorphic grade, in the P-T paths and in the age of peak-metamorphism: (1) The Orue Unit consists of a Palaeoproterozoic volcano-sedimentary sequence, which was intruded by large masses of I-type granitoids and by rare mafic dykes. During the Mesoproterozoic (1390-1318 Ma) the Orue Unit rocks underwent upper amphibolite facies metamorphism. The volcano-sedimentary sequence is constituted by interlayered basaltic amphibolites and rhyolitic felsic gneisses, with intercalations of migmatitic metagreywackes, migmatitic metapelites, metaarkoses and calc-silicate rocks. The Orue Unit was subdivided into three parts, which record similar heating-cooling paths but represent individual crustal levels: Heating led to the partial replacement of amphibole, biotite and muscovite through dehydration melting reactions. The peak-metamorphic P-T conditions of c. 700°C, 6.5 +/- 1.0 kbar (south-eastern part), c. 820°C, 8 +/- 0.5 kbar (south-western part) and c. 800°C, 6.0 +/- 1.0 kbar (northern part) correlate well with the mineral assemblage in the metapelites, i.e. Grt-Bt-Sil gneisses and schist in the south-eastern and south-western region and (Grt-)Crd-Bt gneisses in the northern part. Peak-metamorphism was followed by retrograde cooling to middle amphibolite facies conditions. Contact metamorphism, related with the intrusion of the anorthosites, is restricted to the direct contact to the KIC and recorded by massive metapelitic Grt-Sil-Crd felses, formed under upper amphibolite facies conditions (c. 750°C, c. 6.5 kbar). (2) The Epembe Unit consists of a Palaeoproterozoic volcano-sedimentary succession, which was intruded by small bodies of S-type granitoids and by andesitic dykes. All these rocks underwent UHT granulite facies metamorphism during the early Mesoproterozoic (1520-1447 Ma). The volcano-sedimentary succession is dominated by interlayered basaltic two-pyroxene granulites and rhyolitic felsic granulites. Migmatitic metapelites and metagreywackes are intercalated in the metavolcanites. Sapphirine-bearing MgAl-rich gneisses occur as restitic schlieren in the migmatitic metagreywackes. Reconstructed anti-clockwise P-T paths are subdivided into several distinct stages: During prograde near-isobaric heating to UHT conditions at c. 7 kbar biotite- or hornblende-bearing mineral assemblages were almost completely replaced by anhydrous mineral assemblages through various dehydration melting reactions. A subsequent pressure increase of 2-3 kbar led to the formation of the peak-metamorphic mineral assemblages Grt-Opx and (Grt-)Opx-Cpx in the orthogneisses and Grt-Opx, Grt-Sil and (Grt-)(Spr-)Opx-Sil-Qtz in the paragneisses. UHT-Metamorphism is proved by conventional geothermobarometry (970 +/- 70°C; 9.5 +/- 2.5 kbar), by the very high Al content of peak-metamorphic orthopyroxene (up to 11.9 wt.% Al2O3) in many paragneisses and by Opx-Sil-Qtz assemblages in the MgAl-rich gneisses. Post-peak decompression is recorded by several corona and symplectite textures, formed at the expense of the peak-metamorphic phases: Initial UHT decompression of about ca. 2 kbar to 940 +/- 60°C at 8 +/- 2 kbar is mainly evident from the formation of sapphirine-bearing symplectites in the Opx-Sil gneisses. Subsequent high-temperature decompression to 6 +/- 2 kbar at 800 +/- 60°C resulted in the formation of Crd-Opx-Spl, Crd-Opx and Spl-Crd symplectites. Subsequent near-isobaric cooling to upper amphibolite conditions of 660 +/- 30°C at 5 +/- 1.5 kbar led to the re-growth of biotite, hornblende, sillimanite and garnet. During continued decompression orthopyroxene and cordierite were formed at the expense of biotite in several paragneisses. In a geodynamic model UHT metamorphism of the Epembe Unit is correlated with the formation of a large magma chamber at the mantle-crust boundary, which forms the source for the anorthosites of the KIC. In contrast, amphibolite facies metamorphism of the Orue Unit is ascribed to a regional contact metamorphic event, caused by the emplacement of the anorthositic crystal mushes in the middle crust. N2 - Epupa-Komplex (EK) Nordwest-Namibias bildet den südwestlichen Rand des archaischen bis proterozoischen Kongo-Kratons. Der nordöstliche Teil des EK wurde geochemisch und petrologisch untersucht, um seine tektono-metamorphe Entwicklung zu rekonstruieren. Hierbei wurden zwei unterschiedliche metamorphe Einheiten erkannt, die durch duktile Scherzonen getrennt sind: (1) Gesteine der oberen Amphibolitfazies (Orue-Einheit) und (2) Ultrahochtemperatur (UHT)-granulitfazielle Gesteine (Epembe-Einheit). Die Gesteine des EK werden von einem gewaltigen Anorthosit-Massiv, dem Kunene-Intrusiv-Komplex (KIK), durchschlagen. Unterschiede im Metamorphosegrad, in den P-T Pfaden und den Metamorphose-Altern belegen, dass die Orue-Einheit und die Epembe-Einheit von zwei unterschiedlichen mesoproterozoischen Metamorphosen erfasst wurden: (1) Die Orue-Einheit setzt sich aus einer paläoproterozoischen vulkano-sedimentären Abfolge zusammen, die von I-Typ Granitoiden und Basaltgängen intrudiert wurde. Während des Mesoproterozoikums (1390-1318 Ma) wurde die Orue-Einheit unter Bedingungen der oberen Amphibolitfazies metamorph überprägt. Die vulkano-sedimentäre Abfolge wird von einer Wechsellagerung von basaltischen Amphiboliten und rhyolitischen felsischen Gneisen aufgebaut, in die migmatitische Metagrauwacken, migmatitische Metapelite, Metaarkosen und Kalksilikate eingeschaltet sind. Die Orue-Einheit wurde in drei Regionen untergliedert, die ähnliche Aufheizungs-Abkühlungs-Pfade aufweisen, aber unterschiedliche Krustenbereiche repräsentieren: Aufheizung führte zur partiellen Verdrängung von Amphibol, Biotit und Muskovit durch Dehydratations-Schmelz-Reaktionen. Die höchstgradigen P-T Bedingungen von ca. 700°C, 6.5 +/- 1.0 kbar (südöstlicher Teil), ca. 820°C, 8 +/- 0.5 kbar (südwestlicher Teil) und ca. 800°C, 6.0 +/- 1.0 kbar (nördlicher Teil) stimmen mit den jeweiligen Mineralparagenesen der Metapelite überein (Grt-Bt-Sil-Gneise und –Schiefer im südöstlichen und –westlichen Teil und (Grt-)Crd-Bt-Gneise im nördlichen Teil). Abkühlung erfolgte unter Bedingungen der mittleren Amphibolitfazies. Kontaktmetamorphose, verbunden mit der Intrusion der Anorthosite, ist auf den direkten Kontaktbereich zum KIK beschränkt und durch undeformierte metapelitische Grt-Sil-Crd Felse überliefert, die unter Bedingungen der oberen Amphibolitfazies (ca. 750°C, ca. 6.5 kbar) gebildet wurden. (2) Die Epembe-Einheit besteht aus einer paläoproterozoischen vulkano-sedimentären Abfolge, die von kleinvolumigen S-Typ Granitoiden und Andesitgängen intrudiert wurde. Die Gesteine wurden im frühen Mesoproterozoikum (1520-1447 Ma) von einer UHT-granulitfaziellen Metamorphose erfasst. Die vulkano-sedimentäre Abfolge wird durch wechsellagernde basaltische Zwei-Pyroxen Granulite und rhyolitische felsische Granulite dominiert. Migmatitische Metapelite und Metagrauwacken sind in die Metavulkanite eingeschaltet. Sapphirin-führende MgAl-reiche Gneise treten als restititische Schlieren in den migmatitischen Metagrauwacken auf. Die rekonstruierten P-T Pfade verlaufen entgegen des Uhrzeigersinnes und sind in mehrere Stufen gegliedert: Während annähernd isobarer Aufheizung zu UHT-Bedingungen bei ca. 7 kbar wurden Biotit- und Hornblende-führende Mineralparagenesen weitgehend oder vollständig im Zuge von Dehydratations-Schmelzreaktionen verdrängt. Ein anschließender Druck-Anstieg um 2-3 kbar führte zur Bildung der höchstgradigen Mineralparagenesen Grt-Opx und (Grt-)Opx-Cpx in den Orthogneisen und Grt-Opx, Grt-Sil und (Grt-)(Spr-)Opx-Sil-Qtz in den Paragneisen. UHT-Metamorphose ist durch konventionelle Geothermobarometrie (970 +/- 70°C; 9.5 +/- 2.5 kbar), den sehr hohen Al-Gehalt von höchstgradigem Orthopyroxen (bis zu 11.9 Gew.% Al2O3) in zahlreichen Paragneisen und die Paragenese Opx-Sil-Qtz in den MgAl-reichen Gneisen belegt. Anschließende Dekompression ist durch zahlreiche Korona- und Symplektit-Gefüge um die höchstgradigen Minerale überliefert. Initiale UHT-Dekompression um ca. 2 kbar (940 +/- 60°C; 8 +/- 2 kbar) ist hauptsächlich durch Sapphirin-führende Symplektite in den MgAl-reichen Gneisen belegt. Anhaltende Dekompression unter granulitfaziellen Bedingungen (800 +/- 60°C; 6 +/- 2 kbar) führte zur Bildung von Crd-Opx-Spl, Crd-Opx und Spl-Crd Symplektiten. Anschließende annähernd isobare Abkühlung zu Bedingungen der oberen Amphibolitfazies (660 +/- 30°C; 5 +/- 1.5 kbar) führte zum Wiederwachstum von Biotit, Hornblende, Sillimanit und Granat. Während anhaltender Dekompression wurde in den Paragneisen Orthopyroxen und Cordierit auf Kosten von Biotit gebildet. In einem geodynamischen Model wird die UHT-Metamorphose wird mit der Bildung einer Magmenkammer an der Kruste-Mantel-Grenze in Zusammenhang gebracht, welche zugleich die Magmenquelle für die Anorthosite des KIK darstellt. Die amphibolitfazielle Metamorphose der Orue-Einheit wird dagegen mit einer regionalen Kontaktmetamorphose während der Platznahme der anorthositischen Magmen in Verbindung gebracht. KW - Namibia KW - Granulit KW - Metamorphose KW - Namibia KW - Petrologie KW - Metamorphose KW - Granulite KW - Epupa-Komplex KW - Namibia KW - Petrology KW - Metamorphism KW - Granulite KW - Epupa Complex Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10930 ER - TY - THES A1 - Delvene Ibarrola, Graciela T1 - Middle and Upper Jurassic bivalves from the Iberian Range (Spain) T1 - Taxonomie und Palökologie der Bivalven im Mittel- und Oberjura der Keltiberischen Ketten (Spanien) N2 - Previous work on Jurassic bivalves from the Iberian Range is reviewed, whereby emphasis is placed on Callovian-Kimmeridgian species. The taxonomy, distribution pattern and ecology of the bivalve fauna occurring in Middle and Upper Jurassic rocks of the Aragonian Branch of the Iberian Range have been analysed. For this purpose 14 sections and 5 additional outcrops, selected according to the abundance of bivalves, were measured in detail and sampled. The rocks studied belong to the Chelva, Yátova, Sot de Chera and Loriguilla formations of Callovian-Kimmeridgian age. The distribution of species of bivalves is given for each section. More than 3000 specimens of bivalves representing 83 species that belong to 46 genera and subgenera of the subclasses Palaeotaxodonta, Pteriomorphia, Isofilibranchia. Palaeoheterodonta, Heterodonta and Anomaldesmata have been used for the taxonomic analysis. One species is new: Plagiostoma fuersichi from the Callovian of the Chelva Fm. The autecology (trophic group and life habit) of each bivalve has been discussed. 49 samples of four sections habe been selected for a quantitative palaeoecological analysis of the bivalve fraction of the benthic fauna. Five bivalve associations and two assemblages are recognised by a Q-mode hierarchical cluster analysis (Ward method). The main environmental factors controlling bivalve associations are thought to be substrate, water energy and distribution of organic matter. The bivalves exhibit a distinct spatial and temporal distribution pattern within the Aragonian Branch. Four of the bivalve associations occur in the Upper Oxfordian (Sot de Chera Fm) and one association in the Lower Callovian (Chelva Fm). In the Sot de Chera and Loriguilla formations, the abundance of bivalves decreases from NW to SE i.e., from relatively close to the shore line towards the distal-most part of the carbonate platform. In the Chelva Fm. bivalves are abundant in the Ariño region, interpreted as a palaeogeographic high. The distribution of bivalves might have been largely controlled by the availability of nutrients. N2 - Die Bivalvenfauna des Mittel- und Oberjura des Aragonesischen Abschnitts der Keltiberischen ketten wird nach taxonomischen, stratigraphischen, geographischen und palökologischen Gesichtspunkten analysiert. Dabei wurden frühere Arbeiten über Bivalven des Jura, insbesondere über Formen aus dem Callov im Oberjura, evaluiert. Es wurden 14 Detailprofile und fünf weitere Profile, die nach der Häufigkeit der Bivalven ausgewählt wurden, aufgenommen und beprobt. Das bearbeitete Material stammt aus den Formationen Chelva, Yátova, Sot de Chera und Loriguilla des Zeitabschnitts Callov-Kimmeridge. Für jedes Profil wird die stratigraphische Verteilung der Muschel-Taxa angegeben. Für die taxonomische Analyse wurden mehr als 3000 Individuen herangezogen. Sie repräsentieren 83 Taxa, die zu 46 Gattungen und Untergattungen der Unterklassen Palaeotaxodonta. Pterimorphia, Isofilibranchia, Palaeoheterodonta, Heterodonta und Anomalodesmata gehören. Eine Art, Plagiostoma fuersichi aus dem Callov der Chelva Formation, wird neu beschrieben. Für alle Bivalven wird ihre Autökologie (Ernährungsweise, Lebensweise) diskutiert. Aus vier Profilen wurden 49 Proben für eine quantitative palökologische Analyse des Bivalvenanteils des Makrobenthos ausgewählt. Mit Hilfe einer Q-mode Clusteranalyse ließen sich fünf Assoziationen und zwei Vergesellschaftungen ausscheiden. Die wichtigsten Umweltfaktoren, welche die Assoziationen beeinflussen, sind Substrabeschaffenheit, Wasserenergie und die Verteilung von organischen Material. Die Bivalven zeigen ein charakterisches zeitliches und räumliches Verteilungsmuster innerhalb der Aragonesischen Ketten. Vier Assoziationen treten im Ober-Oxford (Sot de Chera Formation) und eine Assoziation im Unter-Callov auf. In den Formationen Sot de Chera und Loriguilla nimmt die Häufigkeit der Bivalven von NW nach SE, bzw. von den proximalen Bereichen der Plattform zu den distalen Bereichen hin, ab. Die Bivalven der Chelva-Formation treten vermehrt im Gebiet von Ariño auf, das als Hochgebiet interpretiert wird. Die räumliche Verteilung der Bivalven wurde vermutlich zum größten Teil durch die Verfügbarkeit von Nahrung bestimmt. KW - Keltiberisches Gebirge KW - Jura KW - Fossile Muscheln KW - Systematik KW - Stratigraphie KW - Palökologie KW - Aragonien KW - Bivalven KW - Jura KW - Keltiberischen Ketten (Spanien) KW - Taxonomie KW - Palökologie KW - Bivalves KW - Jurassic KW - Iberian Range (Spain) KW - Taxonomy KW - Palaeoecology Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3119 ER - TY - THES A1 - Kus, Günter T1 - GIS-gestützte Standortanalyse zur Differenzierung der Ablagerungseignung verschiedener Naturräume Unterfrankens gegenüber Müllverbrennungsschlacken T1 - GIS-supported site analysis to differentiate the suitability of different natural areas of Lower Franconia for municipal solid waste incineration ash deposition N2 - Die Müllverbrennung hat sich in der BRD als wichtiges Glied in der Entsorgungskette etabliert. Bei der thermischen Verwertung fällt als Restprodukt u. a. Müllverbrennungsschlacke (MV-Schlacke) an, die deponiert oder wiederverwertet wird. Eine vollständige Abtrennung umweltrelevanter Schadstoffe (vorwiegend Schwermetalle) kann mit dem Verfahren der Müllverbrennung jedoch nicht erreicht werden. Eine nachhaltig umweltbewußte Entsorgung der Schlacke setzt daher voraus, daß sich das Schlacke-Material nach Ablagerung weitestgehend neutral in seiner natürlichen Umgebung verhält. Zahlreiche Untersuchungen verschiedener Autoren haben gezeigt, daß das Auslaugungsverhalten der Schlacke und damit auch das Freisetzen von Schadstoffen bei Ablagerung, sehr stark von den Umgebungsbedingungen abhängt. Wesentlich dabei sind vor allem der Wasserumsatz und die hydrogeochemischen Milieubedingungen im gesamten Ablagerungssystem. Geringe Wasserumsätze und spezielle pH-Bedingungen des Carbonatpufferbereichs bedingen besonders günstige und stabile Verhältnisse. Daraus ist abzuleiten, daß hauptsächlich dort gegenüber MV-Schlacken langfristig ablagerungsfreundliche Bedingungen herrschen, wo einerseits geringe Wasserumsätze und andererseits hohes Puffervermögen durch carbonatische Phasen und prinzipiell geringes Wasserleitvermögen vorausgesetzt werden können. Unter diesen Gesichtspunkten wurden relevante naturräumliche Standortfaktoren definiert, die im Rahmen einer modellhaften Standortanalyse für den Raum Unterfanken (Nordbayern) eingesetzt wurden. Die Haltung, Analyse und Bewertung der vielfältigen, raumbezogenen Daten zu den einzelnen Faktoren erfolgte dabei in einem Geoinformationssystem (GIS) mit Datenbankanbindung. In einer abschließenden Synthese wurden alle Faktoren zusammengeführt und hinsichtlich der Ablagerungsfreundlichkeit unterschiedlicher Naturräume Unterfrankens gegenüber MV-Schlacke bewertet. Im Modell Standortanalyse wurden Bewertungsansätze gewählt, die auf Grundlagen der FUZZY-Logik beruhen. Als wesentliches Ergebnis der Arbeit kann festgehalten werden, daß vorwiegend die Talräume als Ablagerungsstandorte langfristig ungeeignet erscheinen sowie die sandsteindominierten (Spessart, Südrhön, Odenwald) oder vorwiegend von Kristallingestein eingenommenen (Vorspessart) Gebiete mit vergleichsweise hohen Gesamtabflußraten, hohen Durchlässigkeiten sowie geringem Puffervermögen in den Deckschichten. Aufgrund der klimatisch günstigen Position und der geeigneten Deckschichtenverhältnisse erscheinen besonders weite Teile der Mainfränkischen Platten als ablagerungsfreundlich. N2 - Waste incineration in the Federal Republic of Germany has become an important and environmental conscious link within the waste disposal systems. The thermal process generates a residue called municipal solid waste incineration ash, which has to be disposed or recycled. A complete separation of relevant pollutants (primarily heavy metals) trough the thermal waste treatment is impossible. A environmentally (sustainable) acceptable disposal requires that the incineration ash behaves vastly neutral in a it’s new depositional milieu. Leaching and mobilization of pollutants from the incineration ash mainly depends on environmental conditions. Water budget and hydrogeochemical conditions in the entire depositional system are of fundamental importance. Low water budgets, pH-conditions of carbonate buffer systems and in principle lower hydraulic conductivity provide favorable and stable relations. Therefore, disposal of incineration ash is presumably advantageous where these conditions occur naturally within geological surface lithologies. Using relevant natural site parameters such as average annual runoff or surface carbonate content, several regions of Lower Franconia (Northern Bavaria) were analyzed. Assessment, management, and processing of the spatially diversified data was accomplished using a Geographic Information System (GIS) with database connection. Suitability modeling was achieved by incorporating FUZZY-LOGIC computations. The principle result of the investigation shows that valleys and areas with predominating sandstone lithologies (Spessart, Südrhön, Odenwald) or crystalline rocks (Vorspessart) of high run-off, low carbonate buffering capa-cities and high permeability are not suitable for incineration ash disposal. In contrast, the greater part of the Mainfränkische Platten are tends to be expedient for disposal due to promising surface geologies and clima. KW - Unterfranken KW - Müllverbrennungsschlacke KW - Deponie KW - Naturraum KW - Umweltverträglichkeit KW - GIS KW - Ablagerungseignung KW - Unterfranken KW - Fuzzy-Logik KW - Müllverbrennungsschlacke KW - GIS KW - suitability for deposition KW - Lower Franconia KW - Fuzzy-Logic KW - municipal solid waste incineration ash Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1180603 ER - TY - THES A1 - Seyferth, Michael T1 - Numerische Modellierungen kontinentaler Kollisionszonen T1 - Numerical modelling of continental collision zones N2 - Orogene Prozesse in kontinentalen Kollisionszonen werden in zwei- und dreidimensionalen numerischen Modellen auf Basis der Finite-Elemente Methode (FEM) untersucht. Dabei stehen die Verteilung der Deformation innerhalb der Modellkruste, die korrespondierenden Spannungsfelder und die aus Temperaturfelddaten und Partikelpfaden abgeleitete metamorphe Entwicklung von Krustengesteinen im Vordergrund. Die Studie gliedert sich in einen methodischen Teil, umfangreiche Parameterstudien und spezielle Anwendungen auf fossile und rezente Orogene. Kontinentale Kollisionszonen sind - insbesondere in den tieferen Krustenstockwerken – durch hohe Beträge penetrativer Deformation gekennzeichnet. Im methodischen Teil der Arbeit wird eine Technik vorgestellt, mit deren Hilfe Verformungen des beobachteten Umfangs mit dem auf rein LAGRANGEscher Formulierung basierenden kommerziellen FE-Programmpaket ANSYS® modelliert werden können. Die speziell für Fragestellungen orogener Krustendynamik entwickelten Programmpakete OROTRACK bzw. OROTRACK3D umfassen Neuvernetzungs- und Ergebnisverwaltungsalgorithmen, die eine Modellierung von Konvergenzbeträgen bis zu mehreren hundert Kilometern erlauben. Zusätzlich können mittels einer Schnittstelle zu Oberflächenmodellen die Folgen exogener Prozesse auf die orogene Dynamik berücksichtigt werden. Weitere Charakteristika der Modellierungstechnik sind eine vollständige thermomechanische Kopplung, die Anwendung differenzierter Materialeigenschaften für verschiedene Krustenstockwerke sowie die Möglichkeit, die Deformation - den lokal herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen entsprechend - entweder durch spröde oder duktile Materialgesetze zu approximieren. Die zur Beschreibung eines Kollisionsszenarios aufgebrachten Randbedingungen basieren auf den Grundlagen eines Mantelsubduktionsmodells (Willett et al. 1993). In 2D-Modellen wird ebene Verformung in einem Schnitt durch die kontinentale Kruste zweier kollidierender Platten modelliert, die basal einer vom lithosphärischen Mantel aufgeprägten Verschiebung unterliegen. Wird der lithosphärische Mantel der linken Platte an einem Punkt S unter die rechte Platte subduziert, ergibt sich für den linken Modellteil eine horizontale Verschiebung der Modellbasis nach rechts, während im rechten Modellteil keine Verschiebung der Modellbasis erlaubt ist. Im Bereich des Punktes S kommt es zu einer Diskontinuität der basalen Geschwindigkeit und somit zu maximaler Deformation. In publizierten Kollisionsmodellen, die auf ähnlichen Ansätzen beruhen, wird häufig rein sprödes Materialverhalten angenommen oder der duktile Anteil der Kruste durch geringe Krustentemperaturen klein und hochviskos gehalten. Unter diesen Bedingungen kann eng auf das Orogenzentrum lokalisierte Deformation mit einem typischerweise bivergenten Strukturmuster abgebildet werden (Willett et al. 1993 u.a.). Demgegenüber beweist eine erste Reihe zweidimensionaler Parameterstudien eine starke Abhängigkeit des beobachteten Deformationsmusters von den herrschenden Krustentemperaturen und der Konvergenzrate. Bei höheren Krustentemperaturen bildet sich demnach ein Entkopplungshorizont an der Krustenbasis, der für die oberen Krustenstockwerke eine verbreiterte und diffuse Deformationszone bedingt und die erzielte Krustenverdickung limitiert. Über die Verformungsratenabhängigkeit des duktilen Materialverhaltens und den unterschiedlichen Grad thermischer Reequilibrierung innerhalb der verdickten Kruste haben Variationen der Konvergenzrate ähnliche Auswirkungen auf das orogene Deformationsmuster. Verbesserte Modelle mit Neuvernetzungstechnik werden in Parameterstudien getestet, die den Einfluss unterschiedlicher Temperatur-Viskositätsfunktionen auf die Lokalisierung der Deformation und die resultierende synkonvergente Exhumierung metamorpher Gesteine quantifizieren. Ein rheologisches Verhalten, das eine effiziente mechanische Kopplung innerhalb des Krustenprofils gewährleistet, ist demzufolge nicht nur Voraussetzung für lokalisierte Krustenverdickung, sondern auch für rasche Exhumierung von Unterkrustengesteinen durch ein Zusammenspiel von Erosion und isostatischer Hebung. Die Modelle zeigen weiter, dass maximale Exhumierungsbeträge bei rheologisch vergleichsweise festem Verhalten der Unterkruste erzielt werden. Im Einzelnen kann die Variabilität der Versenkungs- und Exhumierungsgeschichte von Materialpunkten im Modellschnitt aus synthetischen PT-Pfaden ersehen werden. Der Wirkungskomplex um Krustentemperaturen, orogene Deformationslokalisierung und synkonvergente Exhumierung ist für die Kollisionsphase der variscischen Orogenese in Mitteleuropa von besonderer Bedeutung. Hochtemperaturmetamorphose und weitverbreitete granitoide Intrusionstätigkeit sind hier Ausdruck hoher Krustentemperaturen; dennoch sind an den Grenzen der klassischen tektonometamorphen Einheiten - im Bereich von Schwarzwald und Vogesen sowie der Mitteldeutschen Kristallinschwelle (MDKS) - eng lokalisierte Teilorogene mit bivergentem Strukturmuster sowie eine rasche synkonvergente Exhumierung amphibolitfazieller Gesteine dokumentiert. Ein solches Nebeneinander ist aus Sicht der Parameterstudien nur durch eine vergleichsweise hochviskose Unterkrustenrheologie zu erklären. In einer Fallstudie zur MDKS kommen in neueren experimentellen Arbeiten bestimmte Kriechparameter (Mackwell et al. 1998) zur Anwendung, mit denen ein derartiges Materialverhalten simuliert werden kann. Der in den reflexionsseismischen Profilen DEKORP 2N und 2S dokumentierte großmaßstäbliche Strukturbau im Bereich des rhenohercynischen Falten- und Überschiebungsgürtels, der MDKS und des saxothuringischen Beckens, sowie die an heute exhumierten Gesteine bestimmten metamorphen Maximalbedingungen können auf dieser Grundlage numerisch reproduziert werden. Eine Erweiterung der Modellierungstechnik auf dreidimensionale FE-Modelle dient der Berücksichtigung orogenparalleler Deformation, die im Randbereich von Kollisionszonen in effektivem Materialtransport resultieren kann; diese Prozesse sind u.a. als „tectonic escape“ (Burke & Sengör 1986) oder „lateral extrusion“ (Ratschbacher et al. 1991b) beschrieben worden. Unter der Annahme orthogonaler Konvergenz wird im 3D-Modell der Mantelsubduktionsansatz der 2D-Modelle zunächst in orogenparalleler Richtung extrudiert (Randbereich des Kollisionsorogens). Im angrenzenden, hinteren Teil des Modells (laterales Vorland des Kollisionsorogens) ist die Modellbasis dagegen keiner Verschiebung oder Fixierung unterworfen. Die Modellränder unterliegen hier einer sogenannten „no-tilt“-Bedingung, die eine differentielle Horizontalverschiebung initial übereinanderliegender Knoten verbietet. In einer Reihe von Parameterstudien werden das kinematische Muster, die räumliche Verteilung der Deformation und die zeitlichen Variationen des oberflächlichen Spannungsfelds untersucht, die sich bei modifizierten Randbedingungen ergeben. Laterale Extrusion ist demnach im Randbereich von Kollisionsorogenen trotz unterschiedlichster Modellszenarien stets präsent. Da die Lateralbewegungen zeitgleich mit der Kollision einsetzen und im Laufe der weiteren konvergenten Krustenverkürzung nur wenig beschleunigt werden, ist der von horizontalen Kräften ausgelöste „tectonic escape“ der dominierende Prozess, während gravitativ induzierte Bewegungen nur eine sekundäre Rolle spielen. Rigide Modellränder in Teilen des lateralen Vorlands modifizieren sowohl Umfang als auch Verteilung der Horizontalbewegungen, ihre Auswirkungen auf das Orogen selbst sind dagegen vergleichsweise gering. Variationen der Krustentemperaturen, der Konvergenzrate und der Unterkrustenrheologie beeinflussen dagegen sowohl die orogene Deformation als auch die des lateralen Vorlands. Unter der Annahme einer festen, isotropen Kopplung zwischen der Krustenbasis und dem bewegten lithosphärischen Mantel werden Extrusionsraten simuliert, die 30% der Konvergenzrate nicht überschreiten. Bis zu 70% können dagegen erreicht werden, wenn eine orogenparallele Beweglichkeit der Modellbasis gestattet wird. Die überragende Bedeutung dieser basalen Randbedingung erlaubt eine Interpretation des miozänen lateralen Extrusionsereignisses in den Ostalpen (z.B. Ratschbacher et al. 1991a). Wenn im Bereich der heutigen Ostalpen zu Beginn der lateralen Extrusion noch kein orogene Topographie bestand (Frisch et al. 1998), fand laterale Extrusion zeitgleich mit bedeutender Krustenverdickung statt; dies spricht für eine Dominanz des von horizontalen Kräften induzierten Prozesses „tectonic escape“ über gravitatives Kollabieren. In jedem Fall legt das in etwa ausgeglichene Verhältnis zwischen Plattenkonvergenz und lateraler Extrusion die Existenz eines basalen Entkopplungshorizonts nahe. Andere Faktoren, die zur Erklärung des Extrusionsereignisses herangezogen werden, z.B. die Indentation der Südalpen oder ein extensives Regime im Bereich des Pannonischen Beckens, können das Deformationsmuster beeinflusst haben, die beobachteten Verschiebungsbeträge sind damit jedoch aus Sicht der Modellstudien nicht plausibel zu machen. Aufgrund ihres großen Maßstabs lassen sich die Verhältnisse bei der Kollision Indiens mit der Eurasischen Platte bislang nur phänomenologisch mit den Modellergebnissen vergleichen. Eine skalierte Fallstudie bleibt somit eine Herausforderung für zukünftige FE-Modelle. N2 - Orogenic processes in continental collision zones are studied by means of two- and three-dimensional numerical models based on the finite-element method (FEM). Special emphasis is laid on the crustal strain distribution, the corresponding stress field, and the metamorphic evolution of crustal rocks which can be determined by analyzing particle paths and temperature field data. The study comprises the description of a new modelling approach based on commercial software, extensive parameter studies and implications for fossil and recent orogens. The methodical part of the work focuses on the task to handle large penetrative deformation observed during orogenies using the commercial FE software package ANSYS® which is based on an updated Lagrangian formulation. Limitations inherited by this approach are overcome by using a remeshing technique. The software package OROTRACK and OROTRACK3D is developed to model orogenic deformation and comprises remeshing, mapping and tracking algorithms. Combined with ANSYS® they are capable of describing total plate convergence up to amounts of several hundreds of kilometers. A surface model inteface allows taking into consideration the effect of erosion on collisional mechanics. Additionally, the models presented in this study are characterized by full thermomechanical coupling, specific material properties describing different crustal layers, and the capability to switch between brittle and ductile material laws depending on current stress and temperature conditions. 2d models represent a vertical section cutting the continental crust of two colliding plates at an orientation perpendicular to the evolving orogen. Based on the mantle subduction approach (Willett et al. 1993) the lithospheric mantle which is not a part of the model itself exerts a basal velocity boundary condition on the crustal scale model. Assuming an asymmetric subduction of the lithospheric mantle of the left plate beneath the right plate’s mantle taper occurring at a point S, the basal FE nodes of the left model half are moved by a horizontal displacement whereas the right part basal nodes are fixed horizontally. The discontinuity of the basal boundary condition at S typically results in a local high strain area. Published modelling studies with similar boundary conditions frequently are based on the assumption of purely brittle deformation (analog models) or keep the ductile domain small and highly-viscous by low crustal temperatures. Under these conditions, orogenic deformation is highly localized and typically shows a bivergent pattern rooting in S and forming the boundary of a central pop-up structure. In contrast, a number of model runs performed without applying the remeshing option demonstrates that raised crustal temperatures result in a decoupling layer at the base of the crust, a widened and indistinct zone of mid to upper crustal deformation, and, subsequently, in only small amounts of crustal thickening. Variations of convergence rates show a similar effect on strain localization which is caused by the strain rate dependence of power law creep and variable degrees of thermal reequilibration in the thickened domain. Improved models with remeshing technique are evaluated during parameter variations quantifying the influence of different temperature-viscosity functions on strain localization and the resulting syncollisional exhumation of metamorphic rocks. It is shown that a rheological behaviour which promotes efficient mechanical coupling all over the crustal profile is a requirement not only for localized crustal thickening but also for rapid exhumation of lower crustal rocks by an interaction of isostatic forces and surface erosion. Exhumation becomes most powerful when a relatively low-viscous upper crust is combined with a relatively stiff lower crust. In detail, systematic variations of the burial and exhumation history of different marker points along the model section can be illustrated by synthetic PTt data. The correlation between crustal temperatures, orogenic strain localization and syncollisional exhumation is of great importance for the late collisional events in the Variscan orogeny in Central Europe. There, high temperature/ low pressure metamorphism and widespread granitoid intrusions document high crustal temperatures. On the other hand, localized bivergent orogenic structures mark the boundaries between the tectonometamorphic units at the region of Schwarzwald and Vosges as well as the Mid German Crystalline Rise (Mitteldeutsche Kristallinschwelle, MDKS). Strain localization and synconvergent exhumation of amphibolite grade metamorphic rocks in these areas can be only explained by assuming a lower crustal rheology much stiffer than previously estimated. Creep parameters determined in recent laboratory studies (Mackwell et al. 1998) are capable of supporting rheologies of that kind and are applied in a case study focusing on the MDKS. Under these assumptions, metamorphic peak pressures and temperatures from the Rhenohercynian fold and thrust belt, the MDKS itself, and the Saxothuringian basin as well as the main structural pattern derived from the reflection seismic profiles DEKORP 2N and 2S are well reproduced by the numerical model. An expansion of the modelling technique to 3d FE models aims at taking orogen-parallel deformation into consideration which can result in prominent transport of rocks towards the lateral foreland areas of collisional belts; these processes have been described as tectonic escape (Burke & Sengör 1986) or lateral extrusion (Ratschbacher et al. 1991b). Given the assumption of orthogonal convergence, the 2d mantle subduction model is extruded in orogen-parallel direction to build a three-dimensional crustal block (marginal area of the collision zone). In the adjacent rear part of the model (lateral foreland of the collison zone), basal nodes are no longer object of the velocity boundary condition or fixation, respectively. The model margins obey a no-tilt-requirement preventing differential horizontal displacements of nodes initially on top of each other. Depending on the geodynamic scenario characterizing the marginal area, further boundary conditions like plate boundary forces or rigid buttresses can be defined. A set of model runs is used to gain quantitative insight into the effect of different parameters and boundary conditions on the resulting kinematic pattern, the spatial distribution of strain as well as temporal variations of the surface stress field. According to the modelling results, lateral extrusion is a common process in the marginal area of orogenic belts since it is present in all modelled scenarios. As lateral motions start contemporaneously with the onset of collision and are only slightly accelerated during further convergence, tectonic escape driven by horizontal forces seems to be a more powerful process than gravitational spreading. Rigid model margins surrounding parts of the lateral foreland modify the amount as well as the distribution of horizontal motions but their effect on the orogen itself is rather small. Variations in crustal temperatures, convergence rates, and lower crustal rheology effect both orogenic and lateral foreland deformation. Assuming an isotropic coupling mechanism between the crust and the lithospheric mantle, extrusion rates no higher than 30% of the current convergence rate can be modelled. As much as 70% are reached when the model base is allowed to move laterally. The significance of this basal boundary condition allows to interpret the Miocene lateral extrusion event in the Eastern Alps (z.B. Ratschbacher et al. 1991a). If there was no mountaineous topography in the Eastern Alps area before the onset of lateral movements (Frisch et al. 1998), the lateral extrusion was contemporaneous with prominent crustal thickening and should be induced rather by tectonic escape than by gravitational collapse. In each case, the almost 1:1 ratio of convergence vs. lateral extrusion implies the existence of a basal decoupling horizon. Other proposed causes like the indentation of the Southern Alps or an extensive regime in the Pannonian basin could have modified the resulting structural pattern but fail to explain the dimension of lateral motions by a factor of 2. Due to the large scale of the Indian-Eurasian collision, modelling results can only be compared phenomenologically with tectonic escape in Eastern Asia. A scaled case study therefore remains a great challenge for future FE modelling. KW - Subduktion KW - Orogen KW - Numerisches Modell KW - Finite-Elemente-Methode KW - ANSYS KW - Numerische Modellierung KW - Finite-Elemente-Methode KW - Remeshing KW - Orogenese KW - Strainpartitionierung KW - Exhumierung KW - numerical modelling KW - finite element method KW - remeshing KW - orogeny KW - strain partitioning KW - exhumation Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3220 ER - TY - THES A1 - Gruner, Birgit T1 - Metamorphoseentwicklung im Kaokogürtel, NW-Namibia T1 - Metamorphic evolution of the Kaoko belt, NW-Namibia N2 - Der Kaokogürtel in NW-Namibia gehört zu den panafrikanischen Orogensystemen Westgondwanas. Er besteht aus präpanafrikanischen Grundgebirgseinheiten und panafrikanischen vulkano-sedimentären Deckgebirgseinheiten, die einer grünschiefer- bis granulitfaziellen Metamorphose unterlagen. Für Metapelite lassen sich Metamorphosezonen mit aufsteigender Metamorphose von Ost nach West aushalten: Granat-Zone, Staurolith-Zone, Disthen-Zone, ky-sill-mu-Zone, sill-mu-Zone, sill-ksp-Zone, g-cd-sill-ksp-Zone. Mit Hilfe geothermobarometrischer und moderner phasenpetrologischer Methoden (z.B. P-T- Pseudoschnitte) wurden die P-T-Bedingungen ermittelt, die die Metapelite während ihrer tektono-metamorphen Entwicklung durchlaufen haben. Es zeigt sich eine MT-HT/MP Barrow-type Metamorphoseentwicklung im östlichen und zentralen Kaokogürtel sowie eine HT/LP Buchan-type Entwicklung im westlichen Kaokogürtel. Die geodynamische Relevanz dieser Entwicklungen wird diskutiert. N2 - The Kaoko belt in NW-Namibia is part of the Pan-African mobile belt system of western Gondwana. It consists of pre-Pan-African basement rocks as well as Pan-African volcano-sedimentary sequences, wich were subjected to greenschist facies to granulite facies metamorphism. It was possible to distinguish different metamorphic zones for metapelites increasing in grade from east to west: garnet zone, staurolite zone, kyanite zone, ky-sill-mu zone, sill-mu zone, sill-ksp zone, g-cd-sill-ksp zone. To reconstruct the P-T conditions experienced by the metapelites during their tectono-metamorphic evolution conventional geothermobarometry as well as phase petrological methods (e.g. P-T pseudosections) were used. Consequently, two different types of metamorphic evolution can be distinguished: a MT-HT/MP Barrovian-type evolution in the eastern and central Kaoko belt and a HT/LP Buchan-type evolution in the western Kaoko belt. The geodynamic significance of this results is discussed. KW - Kaoko-Gürtel KW - Metapelit KW - Metamorphose KW - panafrikanische Metamorphoseentwicklung KW - Metapelite KW - Barrow-Zonen KW - Buchen-type Metamorphose KW - Geothermobarometrie KW - P-T-Pseudoschnitte KW - Pan-African metamorphic evolution KW - metapelitic rocks KW - Barrovian sequence KW - Buchan-type metamorphic evolution KW - geothermobarometry KW - P-T pseudosections Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2486 ER - TY - THES A1 - Klock, Heike T1 - Hydrogeology of the Kalahari in north-eastern Namibia T1 - Die Hydrogeologie der Kalahari im Nordosten Namibias N2 - This study has focused on hydrogeological and hydrochemical settings of the Northern Namibian Kalahari Catchment which is the Namibian part of the Makgadikgadi-Kalahari-Catchment. Recharge has been the subject of process-understanding, quantification and regionalisation. Within the semiarid study area a bimodal surface constitution is prominent: hardrocks areas allow for fast infiltration along karsts and joints, whereas areas covered by unconsolidated sediments receive minor diffuse recharge and locally some preferred flow path recharge develops along shrinkage cracks and rootlets. Five substratum classes have been soil physically studied: Pans and vleis, brown to red soils, dune sand, soil with an aeolian influence, and calcrete. Aeolian sands are most promising for the development of direct diffuse recharge. Recharge by preferred flow might occur in all soil classes either due to joints in calcrete or structures and rootlets in soils. All soil classes contribute to indirect recharge because even the dune sand allows, albeit very locally, the generation of runoff. The occurrences of recharge through the unconsolidated soil and the hardrocks have been confirmed by hydrograph interpretation and by a study of hydrochemical data which identified groundwater of flood water and flood water after soil passage composition. Other prominent hydrochemical processes in the Kalahari are associated with the carbonate-equilibrium-system, mixing with highly mineralised water that is either sulphate (central area) or chloride dominated (fringe area) and development of sodium hydrogencarbonate water types. The latter is mostly generated by feldspar weathering. Variations of the hydrochemical compositions were observed for shallow groundwaters. They do not only reflect the recharge amount but also the recharge conditions, e.g. a wetter year is allowing more vegetation which increases the hydrogencarbonate content. Inverse determination of recharge by the chloride mass balance method gives recharge amounts between 0.2 and locally more than 100 mm/a. The least favoured recharge conditions are found for Kalahari covered areas, the largest amount occurs in the Otavi area. The distribution of recharge areas within the catchment is rather complex and regionalisation of recharge for the entire catchment was done by a forward approach using satellite images and by an inverse approach using hydrochemical data. From the inverse hydrochemical approach a basin-wide balanced recharge amount of 1.39 mm/a is achieved. The forward approach gave a basin-wide figure of 0.88 (minimum assumption) to 4.53 mm/a (maximum assumption). A simplistic groundwater flow model confirmed the results from the minimum recharge regionalisation by satellite images and the result from the hydrochemical approach. Altogether a mutually verified basin-wide recharge figure of ca. 1 mm/a turns out. N2 - Diese Studie hat sich mit den hydrogeologischen und hydrochemischen Gegebenheiten im nordnamibischen Kalahari-Einzugsgebiet befaßt. Dabei sind Prozeßverständnis, Quantifizierung und Regionalisierung für die Grundwassserneubildung erarbeitet worden. Das semiaride Arbeitsgebiets ist durch eine bimodale Oberflächenbeschaffenheiten gekennzeichnet: Festgesteinsgebiete erlauben schnelle Infiltration entlang von Klüften und Karsthohlräumen, während Gebiete die mit Lockersedimenten überdeckt sind, wenig Neubildung über die Matrix erfahren und Makroporen nur lokal eine schnellere Neubildung erlauben. Fünf Bodenklassen sind bodenphysikalisch untersucht worden: Pfannen und Vleis, Rote und Braune Böden, Dünensande, Böden mit äolischem Einfluß und Kalkkrusten. Äolische Sand sind am vielversprechendsten für die Entwicklung von direkter Neubildung über die Matrix. Alle Bodenklassen tragen zur indirekten Neubildung bei, da sie -lokal allerdings sehr begrenzt- zum oberflächlichen Abfluß beitragen. Durch die Interpretation von Grundwasserganglinien und hydrochemischer Daten ist die Neubildungserscheinung bestätigt worden. Die dominanten hydrochemischen Prozesse in der Kalahari stehen im Zusammenhang mit dem Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht, der Mischung mit stärker mineralisierten Wässern (im zentralen Einzugsgebiet sulfatreich, am Rand eher chloridreich) und der Entwicklung von Natriumhydrogenkarbonatwässern (häufig durch Feldspatverwitterung). Die zeitlichen Variationen der hydrochemischen Parameter in flachen Grundwasser spiegeln nicht nur die Neubildungsmenge, sondern auch die Neubildungsbedingungen wider; in relative niederschlagsreichen Jahren steigt der Hydrogenkarbonatgehalt deutlich an in folge der üppigeren Vegetation. Die inverse Bestimmung der Grundwasserneubildung mit der Chloridbilanzmethode ergibt Neubildungswerte zwischen 0,2 und 100 mm/a. Die geringsten Werte treten dabei in Kalahari-Lockersedminet bedeckten Bereichen auf, die größten Werte treten im Otavi-Gebiet auf. Die Verteilung der Neubildung innerhalb des Arbeitsgebiets ist sehr komplex. Die Regionalisierung erfolgte mit einem fernerkundlichen und einem hydrochemischen Ansatz. Die Ergebnisse liegen für den hydrochemischen Ansatz bei 1,39 m/a und der fernerkundliche Ansatz gibt eine einzugsgebietsweite Neubildung von 0,89 (Minimumansatz) bis 4,53 mm/a (Maximumansatz). Ein vereinfachtes Grundwasserströmungsmodell bestätigt die Ergebnisse der hydrochemischen Regionalisierung und des minimalen fernerkundlichen Ansatzes. Daraus ergibt sich abschließend eine Gebietsneubildung von ca. 1 mm/a für das Arbeitsgebiet. KW - Kalahari KW - Hydrogeologie KW - Grundwasser KW - Strömung KW - Hydrogeologie KW - Grundwasserneubildung KW - Kalahari KW - semi-arid KW - Strömungsmodellierung KW - Hydrochemie KW - hydrogeology KW - recharge KW - Kalahari KW - semi-arid KW - flow modelling KW - hydrochemistry Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1181287 ER - 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 ER - TY - THES A1 - Beyer, Ulrike T1 - Regionale Niederschlagsänderungen in Namibia bei anthropogen verstärktem Treibhauseffekt T1 - Regional rainfall changes in Namibia under conditions of man-made enhanced greenhouse warming N2 - Diese Dissertation präsentiert Ergebnisse regionaler Niederschlagsabschätzungen für Namibia bei anthropogen verstärktem Treibhauseffekt, die mit der Methode des Statistischen Downscaling erzielt wurden. Über statistische Transferfunktionen werden Beziehungen zwischen großskaliger atmosphärischer Zirkulation und Namibischen Sommerregen aufgestellt. Dazu werden in einer 30-jährigen Kalibrierungsperiode Hauptkomponenten von Geopotentiellen Höhen verschiedener atmosphärischer Niveaus (300, 500, 1000hPa) mit den Niederschlagsmonatssummen (November bis März) von 84 Namibischen Stationen durch multiple Regressionsanalysen verknüpft, die für jede Station oder alternativ für Gitternetzniederschlagsdaten berechnet werden. Nach der Verifikation der statistischen Zusammenhänge in einem unabhängigen Zeitraum werden Regressionsmodelle jener Stationen bzw. Gitterpunkte selektiert, die mit signifikanten Korrelationen von r>0.4 zwischen beobachteten und modellierten Werten ausreichende Qualität garantieren. Diese Modelle werden eingesetzt, um unter Verwendung simulierter ECHAM3-T42 und ECHAM4tr-T42 Geopotentialdaten den lokalen Niederschlag für die jeweiligen Treibhauseffekt-Szenarien abzuschätzen. Als zusätzliche Methode, um die großskalige atmosphärische Zirkulation mit lokalen Stationsdaten zu verknüpfen, werden kanonische Korrelationsanalysen durchgeführt. Unabhängig von der Verfahrensweise resultieren für Klimabedingungen dreifacher bzw. transient ansteigender CO2-Konzentrationen im Vergleich zu einem Referenzzeitraum (1961-90) zunehmende Niederschläge in den nördlichen und östlichen Teilen Namibias von Dezember bis Februar. In den südlichen und südwestlichen Regionen sind von November bis Januar geringe Abnahmen zu verzeichnen. Die Abschätzungen für März zeigen einen deutlichen Rückgang der Niederschläge in ganz Namibia. Diese Ergebnisse weisen auf eine intensivierte, akzentuiertere Regenzeit hin, auch wenn die Gesamtmenge der Niederschläge unter Bedingungen des anthropogen verstärkten Treibhauseffekts mehr oder weniger gleich bleibt. Daher ist es von besonderer Bedeutung, die Abschätzungen der Niederschlagsänderungen auf monatlicher Ebene durchzuführen. Weitere Untersuchungen beinhalten die Trennung thermischer und dynamischer Effekte in den zur Abschätzung herangezogenen ECHAM3 und ECHAM4 Zirkulationsdaten. Durch die globale Erwärmung kommt es zu einer Anhebung der Geopotentiellen Höhen der Treibhauseffekt-Szenarien. Durch die Korrektur des Uplifting-Prozesses werden dynamisch induzierte Auswirkungen auf das Niederschlagsgeschehen erfasst. Áus der Verwendung uplifting-korrigierter Geopotentialdaten als Prädiktoren in der Downscaling-Prozedur resultieren sowohl im positiven als auch negativen Bereich geringere Änderungsraten in den Abschätzungsergebnissen. Ohne Zweifel reagiert das Klimasystem auf den anthropogen verstärkten Treibhauseffekt. In Bezug auf zukünftige Namibische Sommerregen ist es von besonderer Bedeutung die Auswirkungen des Treibhauseffekts regional und temporal zu differenzieren. N2 - This thesis presents results of regional rainfall assessments in Namibia, under conditions of man-made enhanced greenhouse warming. The results are obtained by statistical downscaling procedures. Relations between large-scale atmospheric circulation and Namibian summer rainfall are established by statistical transfer functions. For this purpose, principle components of geopotential heights of different atmospheric levels (300, 500, 1000hPa) and monthly rainfall data of 84 Namibian stations are linked by stepwise multiple regression analyses for every station, or alternatively for gridded rainfall data. The analyses were done on a monthly basis (November – March) during a 30-year calibration period. After verifying these statistical relations in an independent period, stations, or grids, with regression models of sufficient quality (significant correlation r>0.4 between observed and modeled data) are selected and used to assess local rainfall for greenhouse gas-scenarios from simulated ECHAM3-T42 and ECHAM4tr-T42 geopotential height data. As additional method to connect large scale circulation features with local station rainfall data, canonical correlation analyses are applied. Independent of the procedure, results for climate conditions of threefold respectively transient increase in CO2-concentrations, compared to a reference period (1961-90), show an increase of rainfall in northern and eastern parts of Namibia for December to February. Slight decreases in southern and southwestern regions from November to January are seen. Assessments for March indicate a distinct decrease over the whole country. These findings point to an intensified, more accentuated rainy season, however, the amount of rainfall remains more or less the same under conditions of enhanced greenhouse warming. Therefore it is of special importance to assess rainfall changes on a monthly basis. Further investigations consist of the separation of thermal and dynamical effects in ECHAM3 and ECHAM4 circulation data. Global warming produces a thermal uplifting of the geopotential heights used in climate change scenarios. By correction of this uplifting process, dynamical induced effects of rainfall events are captured. The use of uplifting corrected geopotential heights as predictors in the downscaling procedure in general leads to smaller changes of rainfall in the assessment results, both in positive and negative range. There is no doubt that the climate system reacts to man-made enhanced greenhouse warming. With regard to future Namibian summer rainfall, it is important to differentiate the effects of greenhouse warming on a regional and temporal scale. KW - Namibia KW - Niederschlag KW - Treibhauseffekt KW - Treibhausgas KW - Anthropogene Klimaänderung KW - Skalierbarkeit KW - Niederschlag KW - Namibia KW - Treibhauseffekt KW - Statistisches Downscaling KW - Regionale Klimamodellierung KW - Multiple Regressionsanalyse KW - Klimawandel KW - Rainfall KW - Namibia KW - greenhouse warming KW - statistical downscaling KW - regional climate modeling KW - multiple regression analyse KW - climate change KW - Africa Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1181615 ER - TY - THES A1 - Blüm, Martina T1 - Reaktivation and stabilization phases of eolian deposits under climatic and anthropogenic influences in the Rolling Plains of Texas, U.S.A. T1 - Reaktivierungs- und Stabilisierungsphasen der eolischen Sande unter klimatischen und anthropogenem Einfluss in den Rolling Plains von Texas, U.S.A N2 - There are ample sand dune and sand sheets in the Texas Rolling Plains, U.S.A. Their varied location, morphology and paleosol content pointed to differnces in their historical develpment throughout the Holocene. Younger dunes, so called fence line dunes have been identified as remnants of unsound agricultural practices which just recently formed at the beginning of this century. Correspondingly soils were eroded, in parts, down to the C-horizon in some of these areas. More mature sand were dated with the radiocarbon method and identified having formed during the Altithermal warming period. This study identifies major eolian anthropogenic and climatic reactivation and stabilisation phases in the Rolling Plains of Texas during the Holocene, but also ties them into the existing Southern High Plains and Great Plains climatic record. This study also researched the reasons for the regional and local sand reactivation phases and contributes to the eolian history in the Great Plains region. The outline of this dissertation is oriented towards a comprehensive regional approach in cultural and physical geography. Chapter 1 covers the physiographic setting of the Rolling Plains region including geology, geomorphology, climate and vegetation. Here the prerequisites for eolian activity in the area are explained, followed by the criteria for the selection of the individual study sites. In chapter 2 selected dune fields and sand sheets are introduced. Chapter 3 outlines the methodology as a combination of field research, laboratory analysis and remote sensing techniques, along with a brief interpretation of their application and success rate. Chapter 4 investigates interactive processes between the cultural development and the physical landscape of the region. The next 4 chapters are focusing on research results and interpretation. Chapter 5 interprets the youngest eolian episodes resulting from the cultural de-velopment of the area, including a description and definition of so called "fenceline dunes" and "shinnery motts". Other dunes with very young buried horizons are also described in this chapter, and a comparison with outcrops in the Nebraska Sand Hills is performed. Chapter 6 interprets short-term, cyclic, drought related sand reactivations several hundred years ago by means of a Post Oak (Quercus stellata) tree ring record as established by STAHLE and CLEAVELAND (1988). In chapter 7 older Holocene reactivation cycles are introduced, investigating the idea of the existence of a warmer period, previously named the Altithermal, which so far has only been identified in the Southern High Plains. The last chapter (8) includes a brief statement of the study’s purpose along with the summary and discussion of results presented. This chapter will end with further implications of this research. N2 - In den Rolling Plains von Nordtexas, U.S.A. existieren zahlreiche Dünen und Flugsandvorkommen, die aufgrund unterschiedlicher Lage und Morphologie, sowie durch zwischengeschaltete Paläoböden ihre unterschiedliche Genese erkennen lassen. Anthropogene und klimatisch ausgelöste Desertifikation spielten dabei eine wichtige Rolle. Die für das nordtexanische Klima typischen trockenen Winter und hohen Windgeschwindigkeiten im Frühjahr waren und sind dafür ideale Vorraussetzungen. C14-Datierungen der Paläoböden erlauben die Rekonstruktion einer zeitliche Abfolge der Sandtransportphasen bei diesem Geschehen. Die jüngsten eolischen Reaktivierungen wurde durch die kulturlandschaftliche Entwicklung des Gebietes zum Beginn dieses Jahrhunderts verstärkt. Zeugen dieser Reakivierungen sind sogennante Zaun- und Pseudodünen in der Nähe der Stadt Post. Sie sind Zeugen einer verstärkten anthropogenen Desertifikation. Diese Arbeit identifiziert aber auch ältere Bodenbildungsphasen während des Mittel-Holozäns, die zeitlich ins “Altithermal” fallen. Das Altithermal, nachgewiesen von HOLLIDAY (1995) in den Southern High Plains, wies im Vergleich zu heute größere jährliche Klimaschwankungen und wahrscheinlich auch zahlreichere und ausgeprägtere Dürren auf. Radiocarbondaten von zwei Lokalitäten, die für diese Arbeit untersucht wurden, fallen in den zeitlichen Rahmen des Altithermals. Die verschiedenen Profile des Studiengebietes zeigen, daß die rezenten Böden im allgemeinen auch im Grad des Stadiums der Bodenbildung variieren. Dies könnte darauf hinweisen, das Dürrezeiten immer mit Sandreaktivierungen verbunden sind, jedoch nicht all Gebiete gleichzeitig von derselben Reaktivierungphase beeinflußt werden. Unangepaßte Viehzucht und Ackerbau Techniken, die große Teile der Vegetationsdecke zerstören, tragen dazu bei Sand- reaktivierungen auszulösen. Die in dieser Arbeit erarbeiteten eolischen Reaktivierungs- und Stabilisierungsphasen in den Rolling Plains of Texas können mit eolischen Studien in der Great Plains und High Plains Regionen verglichen werden. Bis zu diesem Zeitpunkt gibt es noch keine umfassende Arbeit, die diese eolischen Reaktivierungsphasen der einzelnen Gebiete im Midwesten der U.S.A. vergleicht. Diese Arbeit ist die erste und einzige Studie dieser Art, die Sandreaktivierungs- und Stabilisierungphasen in den Rolling Plains in Texas erarbeitet hat. Diese Studie ergründet ebenfalls die Ursachen fur eine Reaktivierung auf regionaler als auch auf lokaler Ebene während des Holozäns. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen Vergleiche mit anderen Reaktivierungphasen in Gebieten der gesammten Great Plain Region zu, was zur Holozänen Klimaforschung in diesem Gebiet beitragen kann. KW - Texas KW - Düne KW - Flugsand KW - Bodenerosion KW - Reaktivierung KW - Holozän KW - Eolisch KW - Sand KW - Reaktivierungphase KW - Radiocarbon KW - Pollen KW - Rolling Plains KW - U.S.A. KW - Anthropogen KW - Desertification KW - Holocene KW - eolian KW - sand KW - reactivation KW - radiocarbon KW - pollen KW - Rolling Plains KW - U.S.A. KW - anthropogenic KW - desertification Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1179360 ER - TY - THES A1 - Brätz, Helene T1 - Radiometrische Altersdatierungen und geochemische Untersuchungen von Orthogneisen, Graniten und Granitporphyren aus dem Ruhlaer Kristallin, Mitteldeutsche Kristallinzone T1 - Geochronology and Geochemistry on Granitoides from the Ruhla Crystalline Complex, Mid-German Crystalline Rise N2 - Das Ruhlaer Kristallin (RK) ist Teil der NE-streichenden, variszisch angelegten Mitteldeutschen Kristallinzone. Das RK liegt am Nordwestrand des Thüringer Wald Horstes und wird von der NW-streichenden, variszisch bis rezent aktiven Fränkischen Linie durchschnitten. Die vier strukturell-metamorphen Einheiten (Truse Formation, Ruhla Formation, Brotterode Formation und Zentrales Kristallin) werden von Graniten, Dioriten und subvulkanischen Gängen intrudiert. Zirkondatierungen ergaben, daß das RK vom Silur bis zum Perm von mindestens fünf magmatischen Ereignissen betroffen war. Das älteste magmatische Ereignis um 425 Ma zeigen Zirkone zweier Orthogneise aus der Ruhlaer Formation. Geochemisch ähneln diese Orthogneise Granitoiden, die im Bereich vulkanischer Inselbögen (VAG) intrudieren. Dagegen zeigen die Orthogneise aus dem Zentralen Kristallin ein zweites, deutlich jüngeres magmatisches Ereignis um 405 Ma an. Die spätsilurischen Orthogneise sind I-Typ Granitoide mit Ähnlichkeiten zu VAG, der frühdevonische Orthogneis ist ein A-types Gestein mit Intraplatten-Granit (WPG) Signatur. Nahezu alle Orthogneise haben Zirkone mit deutlich höheren, proterozoischen Alterswerten, die Orthogneis-Protolithe haben demnach bei der Platznahme älteres Krustenmaterial assimiliert und/oder wurden daraus erschmolzen. Das dritte magmatische Ereignis wird mit der kompressiven Phase der Variszischen Gebirgsbildung in Verbindung gebracht und ist durch die Intrusion des Thüringer Hauptgranits um 350 Ma angezeigt. Es handelt sich um einen I-Typ Granit ähnlich denen die an kontinentalen Inselbögen intrudieren. Während der extensionalen Phase der Gebirgsbildung kam es im späten Karbon/ frühen Perm (um 295 Ma) zur Intrusion von zahlreichen Magmatiten. Geochemisch handelt es sich bei den Granitoiden des vierten magmatischen Ereignisses um post-kollisionale A-Typ Granite. Diese werden von Gängen rhyolithischer Zusammensetzung durchschnitten. Die Gänge können dem Spätkarbon/Rotliegend Vulkanismus im Thüringer Wald zugeordnet werden und repräsentieren das fünfte magmatische Ereignis (um 280 Ma) im RK. Die NNE-SSW-streichenden Gänge sind dabei älter als die NW-SE-streichenden Gänge. Eine geochemisch bearbeitete Probe besitzt alkaligranitische Zusammensetzung und zeigt Ähnlichkeit mit WPG. N2 - The Ruhla Crystalline Complex (RCC) is part of the NE-trending Mid-German Crystalline Rise formed during the Variscan Orogeny. It is situated at the northwestern margin of the Thuringian forest horst block and is transected by a late Variscan to recently active NW-trending transcurrent fault system, the Franconian line. The RCC can be subdivided into four structural-metamorphic units (Truse Formation, Ruhla Formation, Brotterode Formation and Central Gneiss Unit) intruded by granitic, dioritic and subvolcanic magmatism. Age determinations on zircons indicate that the RCC was affected by at least five magmatic events between the Silurian and Permian. The first and oldest magmatic event is recorded by zircons from orthogneisses of the Ruhla Formation at about 425 Ma. They belong to the calc-alkaline series and show similarities to volcanic arc granites (VAG). Orthogneisses from the Central Gneiss Unit point to a second, significantly younger magmatic event at about 405 Ma. While late Silurian orthogneisses are I-type granitoides comparable to VAG the early Devonian orthogneiss is an A-type granitoid showing Within-Plate-Granite (WPG) signature. Nearly all orthogneisses contain zircons which yield significantly older, proterozoic ages, indicating assimilation and/or derivation by partial melting of Proterozoic crust. A third magmatic event at about 350 Ma, assumed to be related to the compressive phase of the Variscan Orogeny, is represented by the intrusion of the Thuringian Hauptgranite, an I-type granite similar to continental island arc granites. During the Late Carboniferous to Early Permian at about 295 Ma the RCC was again affected by voluminous magmatism, related to extensional tectonism. The granites are A-type granites and their geochemical pattern display similarities to post-collision granites. Plutonic rocks of the fourth magmatic event are transected by dykes of rhyolitic composition, related to Late Carboniferous and the Rotliegend volcanism in the Thuringian Forest horst block (fifth magmatic event at about 280 Ma). The NNE-SSW-trending dykes are older than the NW-SE-trending dykes. One sample investigated geochemically is alkaligranitic and shows affinities to WPG. KW - Ruhlaer Kristallin KW - Orthogneis KW - Granit KW - Geochemie KW - Geochronologie KW - Mitteldeutsche Kristallinzone KW - Fränkische Linie KW - Ruhlaer Kristallin KW - Einzelzirkonevaporation KW - SHRIMP KW - Mid-German Crystalline Rise KW - Franconian line KW - Ruhla Crystalline Complex KW - Single zircon evaporation KW - SHRIMP Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2320 ER - TY - THES A1 - Drüppel, Kirsten T1 - Petrogenesis of the Mesoproterozoic anorthosite, syenite and carbonatite suites of NW Namibia and their contribution to the metasomatic formation of the Swartbooisdrif sodalite deposits T1 - Petrogenese der mesoproterozoischen Anorthosite, Syenite und Karbonatite NW-Namibias und ihr Einfluss auf die metasomatische Bildung der Sodalith-Vorkommen von Swartbooisdrif N2 - During the Mesoproterozoic large volumes of magma were repeatedly emplaced within the basement of NW Namibia. Magmatic activity started with the intrusion of the anorthositic rocks of the Kunene Intrusive Complex (KIC) at 1,385-1,347 Ma. At its south-eastern margin the KIC was invaded by syenite dykes (1,380-1,340 Ma) and younger carbonatites (1,140-1,120 Ma) along ENE and SE trending faults. Older ferrocarbonatite intrusions, the ‘carbonatitic breccia’, frequently contain wallrock fragments, whereas subordinate ferrocarbonatite veins are almost xenolith-free. Metasomatic interaction between carbonatite-derived fluids and the neighbouring and incorporated anorthosites led to the formation of economically important sodalite deposits. Investigated anorthosite samples display the magmatic mineral assemblage of Pl (An37-75) ± Ol ± Opx ± Cpx + Ilm + Mag + Ap ± Zrn. Ilmenite and pyroxene are surrounded by narrow reaction rims of biotite and pargasite. During the subsolidus stage sporadic coronitic garnet-orthopyroxene-quartz assemblages were produced. Thermobarometry studies on amphiboles yield temperatures of 985-950°C whereas the chemical composition of coronitic garnet and orthopyroxene indicate a subsolidus re-equilibration of the KIC at conditions of 760 ± 100°C and 7.3 ± 1 kbar. In the syenites Kfs, Pl, Hbl and/or Cpx crystallized first, followed by a second generation of Kfs, Hbl, Fe-Ti oxides and Ttn. Crystallization of potassium feldspar occurred under temperatures of 890-790°C. For the crystallization of hastingsite pressures of 6.5 ± 0.6 kbar are obtained. In order to constrain the source rocks of the two suites, oxygen isotope analyses of feldspar as well as geochemical bulk rock analyses were carried out. In case of the anorthosites, the general geochemical characteristics are in excellent agreement with their derivation from fractionated basaltic liquids, with the d18O values (5.88 ± 0.19 ‰) proving their derivation from mantle-derived magmas. The results obtained for the felsic suite, provide evidence against consanguinity of the anorthosites and the syenites, i.e. (1) compositional gaps between the geochemical data of the two suites, (2) trace element data of the felsic suite points to a mixed crustal-mantle source, (3) syenites do not exhibit ubiquitous negative Eu-anomalies in their REE patterns, which would be expected from fractionation products of melts that previously formed plagioclase cumulates and (4) feldspar d18O values from the syenites fall in a range of 7.20-7.92 ‰, which, however, is about 1.6 ‰ higher than the average d18O of the anorthosites. Conformably, the crustal-derived felsic and the mantle-derived anorthositic suite are suggested to be coeval but not consanguineous. Their spatial and temporal association can be accounted for, if the heat necessary for crustal melting is provided by the upwelling and emplacement of mantle-derived melts, parental to the anorthosites. In order to constrain the source of the 1,140-1,120 Ma carbonatites and to elucidate the fenitizing processes, which led to the formation of the sodalite, detailed mineralogical and geochemical investigations, stable isotope (C,O,S) analyses and fluid inclusion measurements (microthermometrical studies and synchrotron-micro-XRF analyses) have been combined. There is striking evidence that carbonatites of both generations are magmatic in origin. They occur as dykes with cross-cutting relationships and margins disturbed by fenitic aureoles, and contain abundant flow-oriented xenoliths. The mineral assemblage of both carbonatite generations of Ank + Cal + Ilm + Mag + Bt ± Ap ± pyrochlore ± sulphides in the main carbonatite body and Ank + Cal + Mag ± pyrochlore ± rutile in the ferrocarbonatite veins, their geochemical characteristics and the O and C isotope values of ankerite (8.91 to 9.73 and –6.73 to –6.98, respectively) again indicate igneous derivation, with the 18O values suggesting minor subsolidus alteration. NaCl-rich fluids, released from the carbonatite melt mainly caused the fenitization of both, the incorporated and the bordering anorthosite. This process is characterized by the progressive transformation of Ca-rich plagioclase into albite and sodalite. Applying conventional geothermobarometry combined with fluid-inclusion isochore data, it was possible to reconstruct the P-T conditions for the carbonatite emplacement and crystallization (1200-630°C, 4-5 kbar) and for several mineral-forming processes during metasomatism (e.g. formation of sodalite: 800-530°C). The composition and evolutionary trends of the fenitizing solution were estimated from both the sequence of metasomatic reactions within wallrock xenoliths in the carbonatitic breccia and fluid inclusion data. The fenitizing solutions responsible for the transformation of albite into sodalite can be characterised as of NaCl-rich aqueous brines (19-30 wt.% NaCl eq.), that contained only minor amounts of Sr, Ba, Fe, Nb, and LREE. N2 - Die mesoproterozoische Entwicklung Namibias ist durch wiederholte magmatische Aktivität gekennzeichnet. Zunächst erfolgte vor 1385-1347 Ma die Platznahme von Anorthositen des Kunene-Intrusiv-Komplexes (KIK) innerhalb von hochgradig metamorphen Gesteinen des Epupa-Komplexes. Der KIK wurde nahe seiner südöstlichen Begrenzung von zahlreichen Störungen durchschlagen. In diese SE-NW und ENE-WSW streichenden Schwächezonen intrudierten Syenite (ca. 1380-1340 Ma) sowie jüngere Karbonatite (ca. 1140-1120 Ma). Hierbei erfolgte zunächst die Platznahme einer ersten Ferrokarbonatit-Generation, die in hohem Maße durch Anorthosit-Xenolithe kontaminiert ist („karbonatitische Brekzie“). Diese wird von jüngeren und annähernd Xenolith-freien Ferrokarbonatit-Adern durchschlagen. Metasomatische Wechselwirkungen den Karbonatit-Magmen und angrenzenden Anorthositen und Anorthosit-Xenolithen führten zur Bildung ökonomisch bedeutsamer Sodalith-Vorkommen. Die typische primär-magmatische Mineralogie in den Gesteinen des KIK umfasst: Pl (An37-75) ± Ol ± Opx ± Cpx + Fe-Ti-Oxide + Ap ± Zrn. Säume von Amphibol und Biotit umgeben Pyroxen und Ilmenit. Geothermometrische Untersuchungen ergaben Temperaturen von 985-950°C für die Kristallisation von Amphibol. Eine Reequilibrierung der Anorthosite unter granulit- bis amphibolitfaziellen Bedingungen (760 ± 100°C; 7.3 ± 1 kbar) wurde für Orthopyroxen-Granat-Quarz-Koronen um Olivin festgestellt. In den Syeniten kristallisierten zunächst Kfs, Pl, Cpx und Hbl, gefolgt von einer zweiten Generation von Kfs, Hbl, Fe-Ti-Oxiden und Ttn. Die Kristallisation von K-Feldspat fand unter Temperaturbedingungen von 890-790°C statt. Für die Kristallisation von Hastingsit wurden Drucke von 6.5 ± 0.6 kbar ermittelt. Mit dem Ziel, die Natur der Magmenquelle der Anorthosite und Syenite zu charakterisieren wurden geochemische Untersuchungen durchgeführt, sowie die Sauerstoff-Isotopie von Feldspat-Separaten bestimmt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen belegen, dass es sich bei den Stamm-Magmen der Anorthosite um fraktionierte basaltische Magmen handelt. Die d18O-Daten (5.61-6.13 ‰) legen nahe, dass diese Schmelzen durch partielle Aufschmelzung des Erdmantels entstanden sind. Die für die Syenite ermittelten Ergebnisse belegen, dass es sich bei Anorthositen und Syeniten um chemisch unabhängige Systeme handelt, da (1) keine chemische Kontinuität zwischen Anorthositen und Syeniten vorliegt, (2) die Spurenelementgehalte der Syenite auf eine gemischte Kruste-Mantel-Quelle hindeuten, (3) Chondrit-normierte Seltenerd-Element-Muster der Syenite keine negative Eu-Anomalie aufweisen, und (4) die d18O-Werte von Feldspat der Syenite mit 7.20-7.92 ‰ etwa 1.6 ‰ höher liegen als die der Anorthosite. Dementsprechend liegt die enge räumliche und zeitliche Assoziation von Anorthosite und Syeniten vermutlich darin begründet, dass der Aufstieg und die Platznahme der Stamm-Magmen der Anorthosite zum partiellen Aufschmelzen der Unterkruste und somit zur Bildung potentieller Stamm-Magmen der Syenite führten. Um eine umfassende Vorstellung über die genetische und zeitliche Stellung der Karbonatite und über die Sodalith-bildenden Vorgänge zu gewinnen, wurden verschiedene Untersuchungsmethoden angewendet (petrographische und Mikrosonden-analytische Bearbeitung von Dünnschliffen, Bestimmung der Gesamtgesteins-Geochemie, mikrothermometrische Untersuchungen sowie Synchrotron-XRF(SRXRF)-Untersuchungen von Fluid-Einschlüssen, Laser-ICPMS und SRXRF-Analysen der Spurenelement-Gehalte ausgesuchter Minerale sowie O-, C- und S-Isotopenanalytik). Die für die Karbonatite gewonnenen Ergebnisse belegen eindeutig, dass es sich hierbei um magmatische Kristallisationsprodukte fraktionierter Mantelschmelzen darstellen: Die Karbonatite treten als Gänge auf, welche ältere Gesteinseinheiten durchschlagen. Gesteine im Kontakt zu den Karbonatiten haben eine metasomatische Überprägung erfahren; Nebengesteinsklasten werden von Karbonat-reichen Lagen umflossen. Die Mineralogie beider Karbonatit-Generationen, i.e. (1) Ank + Cal + Mag + Bt ± Ilm ± Ap ± Pyrochlor ± Sulfide in der karbonatitischen Brekzie und (2) Ank + Cal + Mag ± Pyrochlor ± Rutil der Ferrokarbonatit-Adern, ihre geochemischen Signaturen sowie die O- und C-Isotopie von Ankerit (8.91-9.73 ‰ d18O und –6.73 bis –6.98 ‰ d13C) bestätigen diese Interpretation, wobei die O-Isotopendaten eine schwache hydrothermale Alteration der Karbonatite nahe legen. Die Ergebnisse von konventioneller Geothermometrie in Kombination mit den für Fluid-Einschlüsse kalkulierten Isochoren belegen, dass die Platznahme der Karbonatite unter P-T-Bedingungen von 4-5 kbar und 1200-630°C erfolgte. Unter Temperaturen von 800-530°C bewirkte die Zirkulation NaCl-reicher wässriger Fluide (19-30 Gew.% NaCl äquivalent) die Umwandlung von Albit der eingeschlossenen Anorthosit-Bruchstücke in Sodalith. Wie SRXRF-Analysen belegen, enthielten die fenitisierenden Fluide zudem geringe Konzentrationen an Sr, Ba, Fe, Nb und SEE. KW - Namibia KW - Mesoproterozoikum KW - Anorthosit KW - Syenit KW - Karbonatit KW - Gesteinsbildung KW - Anorthosit KW - Karbonatit KW - Namibia KW - Sodalith KW - Syenit KW - anorthosite KW - carbonatite KW - Namibia KW - sodalite KW - syenite Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6987 ER - TY - THES A1 - Esch, Thomas T1 - Automatisierte Analyse von Siedlungsflächen auf der Basis höchstauflösender Radardaten T1 - Automated analysis of urban areas based on high resolution SAR images N2 - Städtische Agglomerationen zeichnen sich durch eine zunehmende Dynamik ökologischer, ökonomischer und sozialer Veränderungen aus. Um eine nachhaltige Entwicklung urbaner Räume zu gewährleisten, bedarf es verstärkt innovativer Methoden zur Erfassung der raumwirksamen Veränderungen. Diesbezüglich hat sich die satellitengestützte Erdbeobachtung als kostengünstiges Instrumentarium zur Erhebung planungsrelevanter Informationen erwiesen. Dabei wird in naher Zukunft eine neue Generation von Radarsatelliten zur Verfügung stehen, deren Leistungsvermögen erstmals die operationelle Analyse von Siedlungsflächen auf Grundlage von Radardaten ermöglicht. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel der Dissertation, auf der Basis einer nutzerorientierten Methodik das Potential hochauflösender SAR-Daten zur automatisierten Erfassung und Analyse von Siedlungsflächen zu untersuchen. Die Methodik setzt auf dem objektorientierten Bildanalysekonzept der Software eCognition auf. Dabei haben sich der SAR-Speckle sowie Schwächen hinsichtlich der Güte der Bildsegmentierung bzw. der Bestimmung geeigneter Segmentierungseinstellungen als Limitierungen erwiesen. Folglich liegt ein erster Schwerpunkt auf der Optimierung und Stabilisierung einer segmentbasierten Auswertung von Radardaten. Hier hat sich gezeigt, dass mit Blick auf Siedlungsareale weiterhin Optimierungsbedarf hinsichtlich einer strukturerhaltenden Bildglättung besteht. Daher wird zunächst ein neuer Filteransatz entwickelt, der gegenüber den etablierten Techniken eine konsequentere Reduzierung des Speckle in homogenen Bildarealen gewährleistet und dabei gleichsam die hochfrequente Information in stark strukturierten Aufnahmebereichen bewahrt. Die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Güte und Übertragbarkeit der Bildsegmentierung werden ebenso wie die Schwächen im Hinblick auf die zielgerichtete Definition der optimalen Segmentierungsparameter durch die Entwicklung eines klassenbasierten Ansatzes zur Segmentoptimierung in der Software-Umgebung von eCognition reduziert. Der zweite Schwerpunkt dieser Dissertation widmet sich der Entwicklung von Konzepten zur automatisierten Analyse der regionalen und lokalen Siedlungsstruktur. Im regionalen Kontext liegen die Identifizierung von Siedlungsflächen und die Erfassung einfacher Landnutzungsklassen im Fokus der Arbeiten. Dazu wird ein Regelwerk zur Auswertung einfach-polarisierter SAR-Aufnahmen erstellt, das sich maßgeblich auf räumlich und zeitlich robuste textur-, kontext- und hierarchiebezogene Merkmale stützt. Diese Wissensbasis wird anschließend so erweitert, dass sie die Analyse dual-polarisierter, bifrequenter oder kombinierter optischer und SAR-basierter Bilddaten ermöglicht. Wie die Ergebnisse zeigen, können Siedlungsflächen und Landnutzungsklassen bereits über einfach-polarisierte SAR-Aufnahmen mit Genauigkeiten von rund 90 Prozent erfasst werden. Durch die Einbindung einer weiteren Polarisation, Frequenz oder optischer Daten lässt sich diese Güte auf Werte von bis zu 95 Prozent steigern. Die lokalen Analysen zielen auf die thematisch und räumlich differenzierte Erfassung der Landnutzung innerhalb bebauter Areale ab. Die Untersuchung basiert auf der synergetischen Auswertung einer hochauflösenden Radaraufnahme und eines bedeutend geringer aufgelösten optischen Datensatzes. Die isolierte Analyse von SAR-Aufnahmen reichte hingegen selbst bei der Kombination verschiedener Frequenzen oder Polarisationen nicht zur Charakterisierung der kleinteiligen, heterogenen Stadtlandschaft aus. Im Kontext der synergetischen Auswertung dient die SAR-Aufnahme vornehmlich zur Extraktion der urbanen Topografie, während der optische Datensatz wichtige Merkmale zur Differenzierung der erfassten Struktureinheiten in die Kategorien Gebäude, versiegelte Freifläche, unversiegelte Freifläche und Baumbestand beisteuert. Das Resultat zeigt, dass sich trotz des synergetischen Ansatzes lediglich eine Genauigkeit von 65 Prozent erzielen lässt. Dennoch können Gebäude dabei mit einer Güte von 72 Prozent vergleichsweise akkurat erfasst werden. Im Hinblick auf die Demonstration des siedlungsbezogenen Anwendungspotentials höchstauflösender SAR-Daten lässt sich resümieren, dass eine automatische Ableitung siedlungsstruktureller Merkmale im komplexen städtischen Umfeld aufgrund der eingeschränkten spektralen Aussagekraft und der starken Geometrieabhängigkeit des Signals mit signifikanten Schwierigkeiten verbunden ist. Dennoch hat sich gezeigt, dass diese Limitierungen in gewissem Umfang über den Ansatz der multiskaligen, objektorientierten Klassifizierung kompensiert werden können. Dabei lassen sich die regionalen Siedlungs- und Landnutzungsmuster mit überzeugenden Genauigkeiten erfassen, während die Betrachtung der lokalen Siedlungsstruktur eindeutig die Grenzen der Radartechnik im Hinblick auf die Analyse komplex strukturierter Stadtlandschaften aufzeigt. N2 - Urban areas feature an increasing dynamic of ecological, economic and social changes. This trend increases the demand for innovative methods to detect and monitor the resulting effects on the urban environment. In this context space borne earth observation has proven to be a cost-effective tool to gain profitable geo-information on various phenomena that concern spatial planning. Withal, in the near future new radar satellite systems will provide a basis for the operational and detailed analysis of settlements for the first time in history. In view of these satellite missions this dissertation investigates the capabilities of high resolution SAR imagery with respect to an automated analysis of urban characteristics. The underlying methodology is based on the object-oriented image analysis software eCognition. In this context the investigations have shown that both the effect of radar speckle and deficiencies regarding the quality of image segmentation as well as the definition of appropriate segmentation settings restrict the efficiency of a segment-based approach. Hence, this dissertation initially focuses on the development of concepts to optimise and stabilise the process of an object-oriented analysis of radar data. This study could show that there is still an ongoing demand for an effective and texture-preserving reduction of image speckle in dissected urban environments. Therefore, an innovative filtering algorithm is developed which allows for a more potent reduction of speckle noise in homogeneous areas while still preserving the texture information in highly structured regions of the SAR image. The difficulties associated with the accuracy and robustness of image segmentation are addressed by the development of a classification-based object-refinement procedure. At the same time this procedure allows for a more transparent and target-oriented definition of the image segmentation settings. However, the main focus of this dissertation is put on the development of concepts for an automated analysis of the regional and local structure of settlements. In the regional context the work aims at both identifying built-up areas and deriving land use categories such as settlement, open area, forest and water bodies. Thereby a rule base is first created which allows for the analysis of single-polarised SAR data. These rules mainly involve spatially and temporally robust, textural, hierarchical and context-related features. Next, this knowledge base is modified in order to facilitate the analysis of dual-polarised, dual-frequency or combined optical and radar-based imagery. The results of this study show that the settlements and the defined land use classes can be identified with an overall accuracy of around 90 percent – even on the basis of single-polarised SAR data. By considering an additional polarisation, frequency or optical data set this accuracy can be increased significantly to values of up to 95 percent. The local analyses aim at a spatially and thematically more detailed description of the land use pattern within built-up areas. Since an isolated analysis of SAR-data – even when combining different polarisations or frequencies – could not suffice to characterise the highly dissected urban environment, this investigation is based on the synergetic use of a high-resolution SAR image and a medium resolution optical data set. In this context the radar image is mainly employed to describe the urban topography, while the optical data provides important features for the detailed differentiation of the extracted structural units into the categories building, sealed surface, unsealed surface and trees. The result of this study exemplifies that the synergetic analysis of a high resolution SAR image and a medium resolution optical data set enables the survey of the defined urban land use classes with a comparably limited accuracy of 65 percent. Nevertheless, within the scope of this classification the category “building” could be identified with an accuracy of 72 percent. This dissertation aimed at demonstrating the suitability of high resolution SAR data for the characterisation of urban environments based on an established image analysis approach. With regard to this objective the dissertation has demonstrated that an automated analysis of built-up areas encounters significant difficulties due to the limited spectral resolution and the strong dependency of backscatter on the viewing and target geometry. Nevertheless, the functionality of the multiscale object-oriented classification approach could compensate for these limitations to some degrees. Thereby, the regional analyses – including the identification of built-up areas and the analysis of land use – led to convincing results. In contrast, the characterisation of the local urban land use pattern pointed out the limitations of radar remote sensing for classifying complex urban environments. KW - Fernerkundung KW - Siedlungsstruktur KW - Stadtlandschaft KW - Bildanalyse KW - Radarbild KW - Fernerkundung KW - SAR KW - Siedlungsflächen KW - Objektorientierte Bildanalyse KW - remote sensing KW - SAR KW - urban areas KW - object-oriented image analysis Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18863 ER - TY - THES A1 - Conrad, Christopher T1 - Fernerkundungsbasierte Modellierung und hydrologische Messungen zur Analyse und Bewertung der landwirtschaftlichen Wassernutzung in der Region Khorezm (Usbekistan) T1 - Remote sensing based modeling and hydrological measurements for the assessment of agricultural water use in the Khorezm region (Uzbekistan) N2 - Die Bewässerungslandwirtschaft in Mittelasien ist geprägt von schwerwiegenden ökologischen und ökonomischen Problemen. Zur Verbesserung der Situation auf dem hydrologischen Sektor wird daher seitens der mittelasiatischen Interstate Commission for Water Coordination (ICWC) die Einführung des Integrated Water Resource Management (IWRM) gefordert. Wichtige Herausforderungen zur Optimierung der Wassernutzung im Aralsee-Becken sind dabei die Schaffung von Transparenz sowie von Möglichkeiten zur Überwachung der Landnutzung und der Wasserentnahme in den Bewässerungssystemen. Im Detail fokussierte diese Arbeit auf das Bewässerungssystem der Region Khorezm im Unterlauf des Amu Darya südlich des Aralsees. Die Arbeit zielte darauf ab, (1) objektive und konsistente Datengrundlagen zum Monitoring der Landnutzung und des Wasserverbrauchs innerhalb des Bewässerungslandes zu schaffen und (2) auf Basis dieser Ergebnisse die Funktionsweise des Bewässerungssystems zu verstehen sowie die Land- und Wassernutzung der Region zu bewerten. Um diese Ziele zu erreichen, wurden Methoden der Fernerkundung und der Hydrologie miteinander kombiniert. Fernerkundliche Schlüsselgrößen der Arbeit waren die Kartierung der agrarischen Landnutzung und die Modellierung der saisonalen tatsächlichen Evapotranspiration. Es wurde eine Methode vorgestellt, die eine Unterscheidung verschiedener Landnutzungen und Fruchtfolgen der Region durch die temporale Segmentierung von Zeitserien aus 8-tägigen Kompositen von 250 m-Daten des MODIS-Sensors ermöglicht. Durch die mehrfache Anwendung von Recursive Partitioning And Regression Trees auf deskriptive Statistiken von Zeitseriensegmenten konnte eine hohe Stabilität erzielt werden (overall accuracy: 91 %, Kappa-Koeffizient: 0,9). Täglich von MODIS aufgezeichnete Landoberflächentemperaturen (LST) bildeten die Basis zur fernerkundungsbasierten Modellierung der saisonalen tatsächlichen Evapotranspiration (ETact) für die sommerliche Vegetationsperiode. Aufgrund der hohen zeitlichen und groben räumlichen Auflösung der verwendeten MODIS-Daten von 1 km waren leichte Modifikationen des zur Modellierung eingesetzten Surface Energy Balance Algortihm for Land (SEBAL) erforderlich. Zur Modellierung von ETact wurden MODIS-Produkte (LST, Emissionsgrad, Albedo, NDVI und Blattflächenindex) und meteorologische Stationsdaten aus Khorezm verwendet. Die Modellierung des fühlbaren Wärmeflusses, einer Komponente der Energiebilanzgleichung an der Erdoberfläche, erfolgte mittels METRIC (High Resolution and Internalized Calibration), einer Variante des SEBAL. Die Landnutzungsklassifikation fungierte als zentraler Eingangsparameter, um eine automatisierte Auswahl der Ankerpunkte des Models sicherzustellen. Da innerhalb der MODIS-Auflösung aufgrund der Mischpixelproblematik keine homogen feuchten oder trockenen Bedingungen im Bewässerungsgebiet gefunden werden konnten, wurden die Landnutzungsklassifikation, der NDVI und die ASCE-Referenz-Evapotranspiration zur Abschätzung des tatsächlichen Zustands an den Ankerpunkten herangezogen. Weiterhin wurden umfassende Geländemessungen durchgeführt, um in der Vegetationsperiode 2005 die Zu- und Abflussmengen des Wasser von und nach Khorezm zu bestimmen. Die abschließende Bewertung der Land- und Wassernutzung basierte letztendlich auf der Bildung von Wasserbilanzen und der Berechnung anerkannter Performanceindikatoren wie der Ratio aus Drainage und Wasserentnahme oder der depleted fraction. Für die landwirtschaftliche Nutzung im Rayon Khorezm wurde für die Sommersaison 2005 eine Wasserentnahme von 5,38 km3 ermittelt. Damit übertrafen die Messergebnisse die offiziell verfügbaren Daten der ICWC um durchschnittlich 37 %. Auf die landwirtschaftliche Fläche bezogen ergab sich für Khorezm im Jahr 2005 eine mittlere Wasserentnahme von 22.782 m3/ha. In den Subsystemen schwankten diese Werte zwischen 17.000 m3/ha und 30.000 m3/ha. Allerdings konnte an den Systemgrenzen, an denen die Messungen durchgeführt werden, der aus den fernerkundungsbasierten Modellierungen auf WUA-Level erwartete abnehmende Gradient der Wasserentnahme zwischen Oberlauf und Unterlauf nicht nachvollzogen werden. Als Ursache für diese Diskrepanz sind vor allem die Versickerungsverluste im Kanalsystem zu nennen, die den Grundwasserkörper großräumig auffüllen und auf Feldebene nicht zur oberflächlichen Bewässerung zur Verfügung stehen. Monatliche Bilanzierungen und die Analyse der Performanceindikatoren führten zu denselben Ergebnissen. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass sich mit Methoden der Fernerkundung objektive und konsistente Daten der agrarischen Landnutzung und des Wasserverbrauchs für ein regionales Monitoring erstellen lassen. Da in den benachbarten Regionen gleiche atmosphärische Bedingungen und ähnliche Anbausorten anzutreffen sind, ist anzunehmen, dass beide Verfahren auch auf der Planungsebene in einem IWRM für die übrigen Mittel- und Unterläufe von Amu Darya und Syr Darya ein hohes Anwendungspotenzial besitzen. N2 - The recently founded states of Middle Asia face serious economical and ecological problems in irrigated agriculture. Thus, the introduction of the Integrated Water Resource Management (IWRM) is one of the major aims of the Interstate Commission for Water Coordination (ICWC) of Middle Asia. This study focuses on the irrigation and drainage systems of Khorezm, located in the lower Amu Darya Basin. The scientific gaols were (1) to generate objective and consistent data to measure agricultural land use and water consumption in irrigated areas of the Khorezm region and (2) to analyze the functioning of the irrigation system to assess the use of land and water. Remote sensing in combination with hydrological measurements and irrigation performance indicators were found suitable to achieve these aims. A method was developed to classify agricultural land use for the entire Khorezm region by temporal segmentation of 8-day 250 m MODIS time series. The application of Recursive Partitioning And Regression Tree (RPART) on temporal segments of the time series enabled stable results and portability with 91% overall accuracy and a Kappa coefficient of 0.9. Daily MODIS 1 km Land Surface Temperature (LST) data were used for modeling seasonal actual evapotranspiration (ETact) of the summer vegetation period. The Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) was slightly modified to account for the coarse spatial resolution of MODIS data and for semi-operational purposes. MODIS 1 km land products (LST, emissivity, albedo, NDVI, and leaf area index), and meteorological data were combined for modeling ETact. The sensible heat flux was calculated according to the METRIC (Mapping EvapoTranspiration at High Resolution and Internalized Calibration) variant of SEBAL. Aggregated to MODIS 1 km scale, the land use classification was the determining parameter to select hot and cold anchor points needed to model sensible heat fluxes automatically. The probability to find completely dry or wet conditions within a 1 km grid is very low. Thus, classification results, NDVI, and ASCE-EWRI reference evapotranspiration (ETref) were used to adjust the estimations of the vertical temperature gradient at the best fitting anchor points (similar to METRIC). Furthermore, flow measurements were recorded for 2005 to generate a hydrological data set for balancing. The water balance was achieved by integrating the remotely sensed evapotranspiration. Additionally, widely accepted irrigation performance indicators such as relative evapotranspiration, drainage over inflow ratio, and depleted fraction were calculated on a monthly base to investigate the functioning of the canal network in Khorezm on regional scale. For agricultural use, withdrawals of 5.38 km3 were measured in the vegetation period 2005. The values were on average 37% higher than the official data of the ICWC. Within the system boundaries water amounts of 22,782 m3/ha were available for irrigation. Comparisons between subsystems showed regional disparities of withdrawals ranging from 17,000 m3/ha to 30,000 m3/ha. The upstream-downstream gradient of irrigation water supply expected from the remote sensing modeling results could not be found at the regional water distribution level. In comparison with the remote sensing results it can be summarized that water consumption at the field level (MODIS pixel) or WUA level does not reflect the water intake at the upstream distribution nodes. Monthly water balances and performance indicators highlighted similar results. During the leaching and the main irrigation period in 2005, an increase of soil moisture and groundwater was recorded. The discharge of groundwater followed the irrigation phase in September. However, even in the main irrigation season (July and August), the average drainage over intake ratio is 45% and in the upper part of the irrigation system almost reaches 60%. This concludes a high potential for water saving. Although high discharges in the regional drainage system were found poor drainage systems are reported at the field level. Evidently the main drainage canals of the region work as large scale groundwater collectors rather than fulfill their designated use to collect saline water from the field level. The study proofed the importance to collect reliable and consistent data for hydrological analyses in Middle Asia. For the Khorezm region the presented remote sensing methods indicated their ability to supply data for hydrological monitoring on a regional scale. Remotely sensed crop rotation patterns and water consumption offered the view on field and WUA levels inside the irrigation water distribution administrations. Both methods are portable to regions with similar crops and good climatic conditions, for instance the middle and lower course of the Amu Darya and Syr Darya River. KW - Charism KW - Fernerkundung KW - Wassernutzung KW - Landwirtschaft KW - Fernerkundung KW - Hydrologische Modellierung KW - Geographische Informationssysteme KW - Landnutzungsklassifikation KW - Usbekistan KW - remote sensing KW - hydrological modelling KW - geographical information systems KW - land use classification KW - Uzbekistan Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-20790 ER - TY - THES A1 - Klawitter, Ruth T1 - Theoriegeleitete praxisorientierte Lehrerausbildung im Fach Geographie. Eine wissenschaftliche Untersuchung am Standort Studienhaus Geographie im Schullandheim Bauersberg in der Rhön N2 - Diese Studie entwickelt und testet ein Ausbildungskonzept für die Lehrerausbildung im Fach Geographie am Beispiel der Bildungseinrichtung Studienhaus Geographie des Schullandheims Bauersberg bei Bischofsheim a.d. Rhön. Die theoretischen Überlegungen beinhalten einen Überblick über die bestehenden pädagogischen Zielsetzungen, die administrativen Grundlagen, die aufgezeigten Defizite der universitären Lehrerausbildung wie die daraus resultierenden Reformansätze und Forderungen an eine qualifizierte Lehrerausbildung. Für das fallbeispielhaft entwickelte Konzept einer Lehrerausbildung im Fach Geographie stellen die professionstheoretischen Ansätze zu einer kompetenzorientierte Lehrerausbildung die Basis dar, auf der die pädagogischen Zielsetzungen einer auf Professionalität ausgerichteten Lehrerausbildung formuliert werden. Schwerpunktmäßig basiert das Ausbildungskonzept auf dem bildungstheoretischen Dreieck zur Neustrukturierung der Lehrerbildung von BAYER/CARLE/WILDT, welches die Vernetzungsmöglichkeiten der die Lehrerausbildung kennzeichnenden Bezugssysteme Wissenschaft (im Sinne von Theorie), Praxis (im Sinne von Berufsfeldbezug) und Person (im Sinne von Professionalität) beschreibt. Grundlage des Ausbildungskonzeptes stellen ebenfalls die administrativen Vorgaben der bayerischen Lehrerausbildung dar. Eine wesentliche Rolle für die Konzeption dieser Form der Ausbildung am Standort Studienhaus Geographie spielen neben den strukturellen Voraussetzungen dieser Einrichtung die geäußerten Defizite der universitären Lehrerausbildung, die jeweils in der Aussage einer zu wenig an der Praxis orientierten Ausbildung gipfeln. Untersuchungen zur Qualität der universitären Geographielehrerausbildung geben Hinweise zu einer intensiveren Vermittlung von Methodenkompetenz bezüglich des Unterrichtsprinzips Handlungsorientierung und des Einsatz von geographischen Arbeitstechniken wie Experimente, Exkursionen/Arbeiten im Gelände etc.. Unterstützt werden die sich daraus ableitenden Optimierungsvorschläge durch die Realisierung verschiedener Reformansätze im Fach Geographie wie fächerübergreifendes, projektorientiertes, in der Zusammenarbeit mit der Schulpraxis stattfindendes Arbeiten an außerschulischen Lernorten und durch die von den jeweiligen Fachvertretern formulierten Richtlinien zur Optimierung der Lehrerausbildung. Das Ausbildungskonzept basiert auf interdisziplinär angelegten Lehrveranstaltungen, die in Kooperation der Geographiedidaktik mit der Physischen Geographie, der Humangeographie, der Geologie, der Mineralogie und der Schulpraxis und zur Erarbeitung unterrichtsrelevanter geographischer Ausbildungsinhalte stattfinden. Kennzeichnend ist die Veranstaltungsstruktur Blockveranstaltung, welche handlungs- und projektorientierte, auf Teamarbeit ausgerichtete Arbeitsformen fördert und die gemeinsame Erarbeitung von Ausbildungsinhalten aus fachdidaktischer und fachwissenschaftlicher Perspektive in der Theorie mit anschließender Anwendung bei Geländearbeiten. Eine Umsetzung der theoretischen Kenntnisse in fachadäquates, didaktisch-methodisches Unterrichtsmaterial/-vorhaben wie deren Erprobung mit Schülern schließt sich an. Den Abschluss dieser Ausbildungsform bildet eine gemeinsame Evaluation und Reflexion der gesetzten fachdidaktischen, fachwissenschaftlichen und hochschuldidaktischen Zielsetzungen bezüglich der Ausbildungsinhalte und -methode. In der qualitativen Studie wurde die Eignung des Standortes Studienhaus Geographie für Lehrveranstaltungen, die gemäß dem Konzept der theoriegeleiteten praxisorientierten Lehrerausbildung stattfinden, evaluiert. Lehrende der Geographie/Geologie/Mineralogie, Studierende und Lehrkräfte wurden in Leitfadeninterviews befragt. In der quantitativen Studie evaluierten alle teilgenommenen Studierende mittels eines Fragebogens dieses Ausbildungskonzept. Sowohl aus der Perspektive der Lehrenden der Fachwissenschaft als auch aus derjenigen der Geographiedidaktik und der Studierenden stellt diese Einrichtung aufgrund ihrer Lage und räumlichen wie materiellen Ausstattung einen geeigneten Ausbildungsort für eine universitäre Lehrerausbildung, die nach pädagogischen, fach- und hochschuldidaktischen Kriterien organisiert ist, dar. KW - Lehrerausbildung KW - Geographie KW - Praxisorientierung KW - Außerschulische Bildung KW - Schullandheim Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-20075 ER - TY - THES A1 - Jung, Jürgen T1 - GIS-gestützte Rekonstruktion der neogenen Reliefentwicklung tektonisch beeinflusster Mittelgebirgslandschaften am Beispiel des Spessarts (NW-Bayern, SE-Hessen) T1 - GIS-based reconstruction of early tertiary landscape evolution of a tectonic modified upland region shown by the example of the Spessart (NW-Bayern, SE-Hessen) N2 - Klimatische wie auch strukturelle Einflüsse haben in einem sich wandelnden Wirkungsgefüge an der Reliefentwicklung des Spessarts mitgewirkt. Seit dem ausgehenden Jura wurde die mesozoische Gesteinsauflage zunächst unter tropoiden Bedingungen von undifferenzierten Verwitterungs- und Abtragungsprozessen sukzessive aufgearbeitet. Eine zunehmend differenzierte Formung und Inwertsetzung des strukturellen Inventars ist mindestens seit dem Untermiozän feststellbar. Klimatische Veränderungen, unterstützt von tektonischen Aktivitäten haben sich früher als in anderen Mittelgebirgsregionen auf die Reliefgestaltung ausgewirkt. Rheinische Elemente tektonischer Deformationen setzen sich bereits im Oligozän durch, wie Untersuchungen der Tonlagerstätte Klingenberg belegen. Die untermiozäne Reliefdifferenzierung wird anhand der Sedimente und Vulkanite des Schlüchterner Beckens deutlich. Sedimente der Hanau-Seligenstädter Senke liefern Hinweise über die Ausräumung der Sandsteinschichten im Vorderen Spessart und die Entwicklung der Sandsteinstufe. Durch restriktive Flächenbildung im Stufenvorland wurde die Sandsteinstufe lagekonstant herauspräpariert. Der im Bereich des Stufenhanges und der Auslieger-Inselberge verbreitete Sandstein-Saprolit belegt den morphogenetischen Zusammenhang mit der tropoiden Verwitterungsdynamik. Die jungtertiäre und pleistozäne Formung hat zu einer Akzentuierung, die holozänen Prozesse zu einer lokalen Nivellierung des Reliefs beigetragen. Mit Hilfe des Geographischen Informationssystems (GIS) wurden morphogenetisch relevante Parameter, z.B. das Formeninventar, tertiäre Verwitterungsbildungen oder die Tektonik erfasst und thematisch überlagert. Eine morphologische Landschaftsdifferenzierung des Spessarts wurde anhand Geomorphologischer Raumeinheiten erarbeitet. N2 - The continuously changing interplay of climatic and structural influences participated in the origin of the Spessart landscape. Since the Jurassic period the Mesozoic layers were deformed by undifferentiated alteration and denudation processes under tropoid conditions.An increasing landform differentiation and accentuation of structural elements is detectable for the lower Miocene period. Much earlier than in other upland regions climatic change, supported by tectonic activities, affected the shaping of landforms. Rhenish elements were already prominent in the Oligocene as demonstrated by analysis of the clay deposits of Klingenberg. The landform differentiation of the lower Miocene is indicated by deposits and volcanic rocks of the Schlüchtern basin. Deposits of the Hanau-Seligenstadt basin provide the information base for erosive processes in the western Spessart, which removed the sandstone layers and led to the development of an escarpment. By restrictive planation processes in the foreland the escarpment was modelled out stationary from the sandstone. Relicts of a deep reaching weathering mantle (Sandstone Saprolite) around inselbergs and on slopes demonstrate a morphological correlation with a tropoid climate. Morphological processes in the younger Tertiary and in the Pleistocene period are characterized by accentuation, following by periodical levelling-of in the relief in the Holocene. By using a geographical information system (GIS) important morphological parameters, e.g. landforms, relicts of weathering and tectonic were databased and analysed. A morphological classification of the geomorphologic landscape units in the Spessart has been created. KW - Spessart KW - Geomorphogenese KW - Geoinformationssystem KW - Spessart KW - Mittelgebirge KW - Tertiär KW - GIS KW - Geomorphologie KW - Spessart KW - upland region KW - Tertiary KW - GIS KW - Geomorphology Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-20961 ER - TY - THES A1 - Werner, Mario T1 - The stratigraphy, sedimentology, and age of the Late Palaeozoic Mesosaurus Inland Sea, SW-Gondwana : new implications from studies on sediments and altered pyroclastic layers of the Dwyka and Ecca Group (lower Karoo Supergroup) in southern Namibia T1 - Stratigraphie, Sedimentologie und Alter des spätpaläozoischen Mesosaurus-Inlandmeeres: neue Ergebnisse von Studien an Sedimenten und alterierten Pyroklastika der Dwyka und Ecca Gruppe (untere Karoo Supergruppe) im südlichen Namibia N2 - The Mesosaurus Inland Sea covered, in the Late Paleozoic, vast areas (~5 Mio km2) of the SW-Gondwanan continental interior. Major depocentres are represented by the Karoo basins of SW-Africa and the Paraná Basin in South America. These areas were interconnected prior to the break-up of Gondwana and the subsequent opening of the South Atlantic Ocean. In Namibia and South Africa deposits of the Mesosaurus Inland Sea are preserved in the successions of the glacial Dwyka Group and the postglacial Ecca Group (Karoo Supergroup). These deposits comprise the major part of a 60-70 Ma depositional cycle and are the main focus of this study. The large-scale transgressive part of this cycle started in the Late Carboniferous with continental glacial deposits followed by marine glacial and postglacial inland sea deposits. During the Early Permian the Mesosaurus Inland Sea reached its greatest extent, which was accompanied by widespread deposition of Corg-rich sediments. The large scale regressive part is recorded by successions ranging from deep water offshore pelites and turbidite sandstones to shallow water shoreface and deltaic sandstones, deposited in a brackish environment. Shallow water inland sea sediments are in turn overlain by fluvio-lacustrine deposits, which are assigned to the Beaufort Group and form the upper part of the cycle. This successive change in the depositional environment from marine to brackish to freshwater is also reflected in the fossil record. During Dwyka times a marine association of the Gondwana faunal province was able to colonize parts of the Mesosaurus Inland Sea. Later, during lower Ecca times, the connection to the Panthalassan Ocean became insufficient to retain normal marine conditions, leading to strong faunal endemism in an isolated and brackish inland sea environ¬ment. The most well-known and widespread representatives of this endemic fauna are mesosaurid vertebrates and megadesmid bivalves. Numerous altered tuffs occur as interlayers within argillaceous sediments of the Dwyka and Ecca Group of southern Namibia. The vast majority of these altered tuffs are represented by soft and crumbly to hard and indurated, clay-mineral-rich, bentonitic layers. Another, much rarer type is represented by very hard, chert-like tuff layers, which are predominantly albitic in composition. Furthermore, tuff layers within the Gai-As Formation of the Huab area are rich in potassium feldspar and have a porcelain-like appearance. The diagenetically modified matrix is mainly crypto- to microcrystalline. Polished tuff specimen show, in some tuffs, plane lamination or bedding with two or more subunits forming a tuff layer. Some display a weakly developed lamination. Only in very rare cases were structures reminiscent of sedimentary micro-cross lamination observed. The sedimentary textures and structures of the tuffs indicate that they have been deposited mainly as distal ash-fall layers by suspension settling in water. Some may have also been deposited or modified under the influence of weak bottom currents. The primary, pyroclastic macro-components of the tuffs are mainly represented by crystals of quartz, plagio¬clase, and biotite. In some thin sections pseudo¬morphs after pyroxene or hornblende were observed. Euhedral zircon and apatite crystals were observed in almost every tuff. Vitric or formerly vitric macro-components are very rare. The matrix of the majority of the investigated tuffs is predominantly composed of clay minerals. However, the matrix of the tuffs originally consisted most probably of fine vitric ash particles. Soon after deposition the volcanic ash was diagenetically altered to smectitic clay minerals. At a later stage smectite was progressively replaced by illite under prograde conditions. Nowadays the matrix of the bentonitic tuffs is strongly illite-dominated and only in the softer tuff layers a minor smectite content can be detected. Both the primary macrocrystic components as well as the geochemistry of the altered tuffs indicate that their source magmas were mainly of intermediate composition. The abundance of splintery quartz and feldspar crystal fragments within the tuffs hints at a highly explosive plinian or phreatoplinian eruption style of the source volcanoes, which were most probably located within a subduction-related volcanic arc region along the southern margin of Gondwana. New single zircon U-Pb SHRIMP datings of tuff layers provide a much more reliable age control of the investigated sedimentary succession. U-Pb SHRIMP ages for tuff layers from the glaciogenic Dwyka Group in southwestern Africa range from 302.0 ± 3.0 to 297.1 ± 1.8 Ma. The basal part of the early post-glacial Prince Albert Formation is dated at around 290 Ma. SHRIMP ages for tuff layers from the upper part of the Prince Albert Formation, the Whitehill Formation, and the middle part of the Collingham Formation indicate that the Mesosaurus Sea reached its greatest extent at around 280 Ma. N2 - Während des Spätpaläozoikums waren riesige Areale (~5 Mio km2) Südwest-Gondwanas vom Mesosaurus Inlandmeer bedeckt. Die Karoo Becken Südwest-Afrikas sowie das Paraná Becken Südamerikas stellen dabei die Hauptablagerungsbereiche dar. Diese Gebiete waren vor dem Auseinanderbrechen Gondwanas und der darauf folgenden Öffnung des Südatlantiks miteinander verbunden. In Namibia und Südafrika sind die Ablagerungen des Mesosaurus Inlandmeeres in den Abfolgen der glazialen Dwyka Gruppe und der postglazialen Ecca Gruppe überliefert. Diese Sedimente umfassen den größten Teil eines etwa 60-70 Ma langen Ablagerungszyklus. Der transgressive Teil dieses Zyklus begann im späten Karbon mit der Ablagerung von kontinentalen Glazialsedimenten, auf die marine Glazial- und Post-Glazialablagerungen des Mesosaurus Inlandmeeres folgten. Während des frühen Perms erreichte dieses Inlandmeer seine größte Ausdehnung. Der regressive Teil ist durch Abfolgen gekennzeichnet, die von Tiefsee-Peliten und Turbiditen zu Küsten- und Delta-Sandsteinen reichen, welche in einem brackischem Milieu abgelagert wurden. Auf die Flachwasser-Sedimente dieses Inlandmeeres folgen fluvial-lakustrine Ablagerungen, die in die Beaufort Gruppe gestellt werden und die den oberen Teil des Ablagerungszyklus bilden. Diese Wechsel in den Ablagerungsmilieus von Salzwasser über Brackwasser zu Süßwasser spiegeln sich auch in den Fossilfunden wider. Zur Zeit der Dwyka konnten marine Vertreter der Gondwana-Faunenprovinz Teile des Mesosaurus Inlandmeeres besiedeln. Später, während der frühen Ecca-Zeit, konnten die marinen Bedingungen aufgrund der stark eingeschränkten Verbindung zum Panthalassischen Ozean nicht aufrecht erhalten werden, was schließlich zu einem ausgeprägten Faunen-Endemismus in einem nahezu abgeschnittenen Brackwasser-Inlandmeer führte. Die bekanntesten Vertreter dieser endemischen Fauna sind mesosauride Wirbeltiere und megadesmide Muscheln. In der Dwyka und Ecca Gruppe treten im südlichen Namibia zahlreiche alterierte Tuffe als Zwischenlagen auf. Die überwiegende Anzahl dieser Tuffe bilden tonmineralreiche, bentonitische Lagen. Sie können sowohl weich und bröckelig als auch stärker verfestigt und härter ausgebildet sein. Ein viel seltenerer Typ ist durch harte, chert-artige, albitische Tufflagen gekennzeichnet. Desweiteren treten in der Gai-As Formation des Huab Gebietes porzellanartige, weiße Tufflagen auf, die reich an Kalifeldspat sind. Die diagenetisch veränderte Matrix der Tuffe ist hauptsächlich krypto- bis mikrokristallin. Polierte Handstücke lassen in einigen Fällen Horizontal-Schichtung oder eine oft undeutliche Lamination erkennen. Die Sedimentgefüge der Tuffe lassen darauf schliessen, daß diese hauptsächlich subaquatische Suspensionsablagerungen distalen Aschenfalls darstellen. Einige wenige können auch unter dem Einfluss schwacher Bodenströmungen ab- oder umgelagert worden sein. Quarz-, Plagioklas- und Biotitkristalle bilden den Hauptteil der primären, pyroklastischen Makrokomponenten der Tuffe. In einigen Dünnschliffen konnten auch Pseudomorphosen nach Pyroxen oder Hornblende beobachtet werden. Idiomorphe Zirkon- und Apatitkristalle wurden in nahezu jedem Tuff beobachtet. Glasige oder entglaste Makrokomponenten sind dagegen sehr selten. Die Matrix der meisten untersuchten Tuffe ist überwiegend aus Tonmineralen aufgebaut. Ursprünglich setzte sich die Matrix der Tuffe jedoch wahrscheinlich aus feinkörnigen, glasigen Aschenpartikeln zusammen, die schon bald nach Ablagerung diagenetisch zu smektitischen Tonmineralen umgewandelt wurden. Zu einem späteren Zeitpunkt wurde dann Smektit zunehmend von Illit unter höhergradigen Bedingungen verdrängt. Heute ist die Matrix der bentonitischen Tuffe stark Illit-dominiert und nur in den weicheren Tufflagen lassen sich noch geringe Smektitgehalte nachweisen. Sowohl die primär-pyroklastischen Makrokristallkomponenten als auch die Geochemie der alterierten Tuffe weisen darauf hin, daß ihre Ursprungsmagmen hauptsächlich von intermediärer Zusammensetzung waren. Das zahlreiche Auftreten von splittrigen Quarz- und Feldspat-Kristallfragmenten weist auf einen hochexplosiven, plinianischen oder phreatoplinianischen Eruptionsstil der Herkunftsvulkane hin, die höchstwahrscheinlich in einer vulkanischen Bogenregion am Südrand Gondwanas gelegen waren. Neue U-Pb Einzelzirkon SHRIMP-Datierungen von vulkanischen Aschenlagen ermöglichen nun eine wesentlich verlässlichere Alterskontrolle der untersuchten Sedimentabfolge. U-Pb SHRIMP-Alter für Tufflagen aus der glazialgeprägten Dwyka Gruppe aus Südnamibia und SW-Südafrika reichen von 302.0 ± 3.0 to 297.1 ± 1.8 Ma. Der Basalbereich der früh-postglazialen Prince Albert Formation ist auf etwa 290 Ma datiert. SHRIMP-Alter von Tufflagen im oberen Bereich der Prince Albert Formation, innerhalb der Whitehill Formation und im mittleren Teil der Collingham Formation belegen, daß das Mesosaurus Inlandmeer seine größte Ausdehnung vor etwa 280 Ma erreichte. KW - Karru KW - Stratigraphie KW - Sedimentologie KW - Paläozoikum KW - Karoo KW - Namibia KW - Sedimente KW - Tuffe KW - Mesosaurus KW - Karoo KW - Namibia KW - sediments KW - tuffs KW - Mesosaurus Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21757 ER - TY - THES A1 - Nitzsche, Thomas T1 - Origin of magnetic anomalies in pyroclastic rocks of the Messel volcano : insights into a maar-diatreme-structure T1 - Die Herkunft magnetischer Anomalien in Pyroklastika des Messel Vulkans: Einblicke in eine Maar-Diatrem-Struktur N2 - Im Jahre 2001 wurde im Zentrum der Grube Messel, ca. 25 km südlich von Frankfurt gelegen, eine 433 m tiefe Bohrung abgeteuft. Geowissenschaftliche Ergebnisse, die durch die Bohrung gewonnen wurden, konnten die Herkunft des rundlichen Beckens durch eine Maar-Diatrem-Struktur erklären. Die erbohrten Kerne sind vom Hangenden zum Liegenden durch lakustrine Sedimente (0-240 m) und vulkaniklastische Gesteine gekennzeichnet, letztere werden durch Lapillituffe (240-373 m) and der Diatrem-Brekzie (373 433 m) beschrieben. Die Lapillituffe, auf die hier das Hauptaugenmerk gelegt wurde, sind makro- und mikroskopisch schwer differenzierbar und erscheinen als ein einzig massig auftretender, unsortierter vulkaniklastischer Körper, der hauptsächlich aus millimeter- bis zentimeter-großen juvenilen Klasten und Nebengesteinsbruchstücken aufgebaut ist. Die hier vorliegende Arbeit präsentiert die gesteinsmagnetischen Eigenschaften von Kernproben der Messel Vulkaniklastika und erklärt die Herkunft der magnetischen Anomalien, die während des Bohrprojekts 2001 detektiert wurden. Das magnetische Verhalten des eruptierten Materials bezieht sich auf feinkörnige und eisenreiche (Titano) Magnetite, die verteilt in den juvenilen Lapilli auftreten. Experimente der temperaturabhängigen Suszeptibilität sowie isothermale remanente Magnetisierungs- und Hystereseuntersuchungen an den vulkaniklastischen Proben zeigen im Sinne der Zusammensetzung, Koerzivität und Korngröße (Pseudo-Einbereichsteilchen) sehr ähnliche ferrimagnetische Eigenschaften. Das eruptierte Material mit seinen ferrimagnetischen Mineralen besaß bei der Ablagerung ein sehr ähnliches Potential zum primären Remanenzerwerb. Entmagnetisierungsversuche offenbaren Unterscheide im magnetischen Stabilitätsverhalten der erworbenen natürlich remanenten Magnetisierung (NRM). Aufheizexperimente beweisen die Akquisition einer thermisch remanenten Magnetisierung durch Temperatureffekte, die bei der Eruption und der Ablagerung des vulkanischen Gesteins im Diatrem auftraten. Die obere Lapillituffhälfte wurde bei relativ niedrigen Temperaturen (<300 °C), die unter Hälfte bei hohen Temperaturen (>>300 °C) abgelagert. Um den gesteinsmagnetischen Charakter der Messel Maar-Diatrem-Fazies besser zu verstehen, sind zusätzlich die Partikelkorngröße, der relative Anteil und die Form der juvenilen Fragmente sowie deren chemische Zusammensetzung näher untersucht und analysiert worden. Die Methodik der Bildanalyse sowie der Haupt- und Spurenelementanalyse des juvenilen Anteils ermöglicht eine klare Unterteilung der Lapillituffe. Die Kombination der Resultate der Partikelanalytik mit den gesteinsmagnetischen Befunden begünstigt die Einteilung der Vulkaniklastika in eine relativ heiße, geochemisch undifferenzierte und eine kältere, differenzierte Eruptionsphase. Somit liegt am Ende der vulkanischen Aktivität von Messel ein bivalentes Stadium zugrunde. Dabei sind die juvenilen Fragmente für die Temperaturentwicklung und Wärmebedingungen innerhalb des vulkaniklastischen Materials verantwortlich und tragen zur Herkunft der magnetischen Feldanomalien bei. Basierend auf gravimetrischen Parametern und den Ergebnissen der Magnetisierungs-eigenschaften der Pyroklastika ermöglicht ein 3D Potentialfeld-Modell der Messel Maar-Diatrem-Struktur die an der Erdoberfläche gemessenen negativen Anomalien zu erklären, sowie die Massen und Volumina der erbohrten Lithozonen zu berechnen. N2 - In 2001 the 433 m deep Messel 2001 borehole was drilled in the centre of the Messel Pit, 25 km south of Frankfurt (Germany). Geoscientific results from this drilling clarified the origin of the circular-shaped basin as a maar-diatreme-structure. Recovered deposits consist of lacustrine sediments (0-240 m) and volcaniclastic rocks such as lapilli tuffs (240-373 m) as well as rocks of the underlying diatreme breccia (373 433 m). The lapilli tuffs, as main interest here, show little differentiation on a macro- and microscopic scale and appear as a massive and unsorted volcaniclastic body with dominating juvenile lapilli and accidental clasts mostly in the range of (sub)millimetres to centimetres in diameter. This study presents rock magnetic properties measured on core samples of the volcaniclastic units and explains the origin of downhole magnetic anomalies detected during the drilling project in 2001. Magnetic behaviour of the erupted material is related to fine-grained, Fe-rich (titano)-magnetites, which are dispersed within the juvenile lapilli. Temperature-dependent susceptibility experiments, isothermal remanent magnetisation and hysteresis investigations demonstrate similar ferrimagnetic properties throughout the volcaniclastic material, in terms of composition, coercivity and grain size (pseudo-single-domain particles) of the ferrimagnetic minerals. Thus, during emplacement of the erupted material, the ferrimagnetic minerals had the same remanence acquisition potential. However, demagnetisation experiments show different magnetic stability behaviour of the acquired natural remanent magnetisation (NRM). Heating experiments prove the acquisition of thermal remanent magnetisation (TRM) dominated by temperature effects which could have been occurred during eruption and deposition of volcanic material, forming the Messel maar-diatreme. It is assumed that the upper half of the lapilli tuffs was deposited at relatively low depositional temperatures (<300 °C), whereas the material of the lower half took advantage of higher temperatures (>>300 °C). To understand the rock magnetic character within the Messel maar-diatreme-facies, particle grain sizes, the degree of the relative fraction dominance and the shape of the juvenile fragments have been studied in more detail. Image analytical methods as well as major and trace element analyses on the juvenile fraction support the clear subdivision of the lapilli tuffs. These findings in combination with rockmagnetic data indicate a separation into a relatively hot, geochemically undifferentiated eruption phase and a colder, differentiated phase. A two-condition eruption stage at the end of the Messel volcanic activity is suggested. The juvenile particles account for the temperature evolution and heat conditions during deposition of the Messel tuffs and contribute to the origin of magnetic field anomalies. Based on gravity parameters and the results of magnetisation properties, the potential field 3D-model of the Messel subsurface explains the negative ground anomalies, calculates the mass and volume parameters of the drilled lithozones and shows the asymmetric appearance of the diatreme-structure. KW - Messel Grube KW - Magnetische Anomalie KW - Pyroklastit KW - Maar Vulkane KW - Pyroklastika KW - Gesteinsmagnetik KW - maar volcanoes KW - pyroclastic rocks KW - rock magnetism Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23231 ER - TY - THES A1 - Allgaier, Axel T1 - Aeolian sand movement in an arid linear dune ecosystem, Nizzana, Western Negev, Israel T1 - Äolische Sandbewegung in einem ariden Lineardünen-Ökosystem, Nizzana, westliche Negev, Israel N2 - In a three-year study the current aeolian transportation processes were examined in a linear dune area previously used for grazing near Nizzana at the Israeli-Egyptian border. The research area was subject to heavy grazing across the border, which led to the total destruction of the natural vegetation in the period of 1967 to 1982. As a consequence, intensified aeolian activity and significant changes of the morphology of the dunes were observed. After the end of the grazingg on the Israeli side, a rapid return of the vegetation in the interdune corridors and on the footslopes of the dunes took place. In addition also a reduction of obviously active areas on the dune crests was observed. The situation on Egyptian territory west the border remained unchanged until today. This study is aimed at understanding the changed aeolian morphodynamics east the border. The emphasis was placed on the investigation of the spatial and temporal distribution of aeolian sand transport as well as on the influencing factors morphology, surface condition and vegetation. N2 - In einer dreijährigen Studie wurden die aktuellen äolischen Transportprozesse in einem vormals beweideten Lineardünengebiet nahe Nizzana an der israelisch-ägyptischen Grenze untersucht. Das Untersuchungsgebiet unterlag im Zeitraum von 1967 bis 1982 grenzüberschreitend starkem Beweidungsdruck, welcher zur vollkommenen Zerstörung der natürlichen Vegetation führte. Als Folge kam es zu verstärkter äolischer Aktivität und signifikanten Veränderungen der Morphologie der Dünen. Nach dem Ende der Beweidung auf israelischer Seite erfolgte dort eine rasche Rückkehr der Vegetation in den Dünengassen und an den Fußbereichen der Dünen. Darüberhinaus wurde auch eine Abnahme der offensichtlich aktiven Bereiche auf den Dünenrücken beobachtet. Die Situation auf ägyptischem Gebiet westlich der Grenze blieb bis heute unverändert. Die vorliegende Untersuchung zielt darauf ab, die veränderte äolische Morphodynamik östlich der Grenze zu erfassen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Verteilung des äolischen Sandtransportes sowie der diesen beeinflußenden Faktoren Morphologie, Oberflächenbeschaffenheit und Vegetation. KW - Negev KW - Düne KW - Sandbewegung KW - Dünen KW - äolischer Sandtransport KW - Israel KW - Negev KW - Beweidung KW - dunes KW - aeolian sand transport KW - Israel KW - Negev KW - grazing Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14727 ER - TY - THES A1 - Schemionek, Christoph T1 - New urbanism in US-amerikanischen Stadtregionen : ein effektives Planungskonzept gegen Urban Sprawl? T1 - New Urbanism in US-American Urban Regions. An effective planning tool against Urban Sprawl? N2 - The research project examines Urban Sprawl in the United States and evaluates the alternative planning concept New Urbanism on a regional and local scale. The combination of qualitative and quantitative data sources explores the effectiveness of regional planning agencies on a macro level, as well as the success of mixed-use neighborhoods on a micro level. The results are based on three cities of the United States (Atlanta, Denver, and Portland), 80 qualitative interviews with urban experts, and over 160 questionnaires with residents of three New Urbanism neighborhoods (Riverside, Atlanta; Prospect, Denver; Orenco Station, Portland). The thesis shows and explains the challenges facing contemporary metropolitan areas and neighborhood development projects, the role and impact that public administrations and other policy makers have in this field, as well as how economic decisions on a local, regional, and global level can shape, change and develop urban landscapes. A central argument is that only superordinated regional planning authorities will be able to contain urban sprawl and to face its related complex socio-economic, administrative, and environmental problems. Also, New Urbanism neighborhoods can only be successful on a micro level when they are embedded in an all-embracing and socially well-balanced regional plan. This integrative two-way perspective from a macro and a micro level can enable us to understand urban structures, processes and problems in a more comprehensive way. KW - USA KW - Urbanität KW - Stadtplanung KW - Urban Sprawl KW - New Urbanism KW - Regionalismus KW - Stadtplanung KW - USA KW - Urban Sprawl KW - New Urbanism KW - metropolitanism KW - regional planning KW - urban planning Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-16074 ER - TY - THES A1 - Kackstaetter, Uwe R. T1 - Contaminant diffusion and sorption of an artificial leachate in selected geologic barriers of Frankonia, Bavaria, Germany T1 - Schadstoffdiffusion und Sorption eines künstlichen Sickerwassers in ausgewählten geologischen Barrieren aus dem Raum Franken N2 - The geologic barrier represents the final contact between a landfill and the environment. Ideally suited are clays and mudstones because of sufficient vertical and lateral extent, low hydraulic conductivities and high sorptive characteristics. Since hydraulic conductivity is no longer the single criteria to determine transport and retardation of contaminants in geologic landfill barrier materials, diffusive and sorptive characteristics of 4 different clay and mudstone lithologies in Northern Bavaria, were investigated. Cored samples from various depths were included in this study and subjected to evaluations of geochemistry, mineralogy, physical parameters, sorption and diffusion. A transient double reservoir with decreasing source concentration was designed and constructed using clear polycarbonate cylinders for undisturbed clay plugs of 2 to 4cm thickness. Samples were also fitted with internal electrical conductivity probes to determine the migration of the diffusive front. A multi chemical species synthetic landfill leachate was contrived to simulate and evaluate natural pollutant conditions. A computational method for determining mineralogy from geochemical data was also developed. It was found that sorptive processes are mostly controlled by the quality and type of fine grained phyllosilicates and the individual chemical species involved exhibited linear, Freundlich, as well as Langmuir sorption properties. Effective diffusion and sorption coefficients were also determined using POLLUTEv6 (GAEA, 1997) software and receptor reservoir concentrations for K, Na, Ca, Cu, NH4, Cl, NO3, SO4, and concentration totals at predetermined time intervals. Anion exclusion proved to be a major factor in the diffusion process and was used to explain many observed anomalies. Furthermore, diffusion coefficients were found not to be static with a multi chemical species leachate, but actually varied during the course of the experiment. Strong indications point toward the major role of pore space quality, shape, and form as control of diffusive properties of a geologic barrier. A correlation of CECNa of the samples with De may point to a possible deduction of diffusive properties for multi species leachates without extensive and time consuming laboratory tests N2 - Die geologische Barrier stellt die letzte Verbindung zwischen Mülldeponie und Umwelt dar. Ideal geeignet sind Tone und Tonsteine, da diese ausgedehnten horizontalen und vertikalen Mächtigkeiten, niedriger hydraulischen Koeffizienten, und hohen Sorptionskapazitäten aufweisen. Da hydraulische Konduktivitäten nicht länger alleine maßgebend sind, um Transport und Rückhaltevermögen verschiedener Kontaminanten in geologischen Deponiebarrieren zu beurteilen, wurden 4 verschieden Tonsteine des Nordbayerischen Raumes auf ihre Sorptions- und Diffusionseigenschaften hin untersucht. Dazu wurde ein zweikammer, zeitabhängiges Diffusionssystem für abnehmende Anfangskonzentrationen aus durchsichtigem Polykarbonat für 2 bis 4 zentimeter dicke ungestörte Tonproben entwickelt. Jede Probe wurde auch mit internen Sensoren zur elektrischen Leitfähigkeitsmessung bestückt, um das Fortschreiten der Diffusionsfront zu ergründen. Ein synthetisches Deponiesickerwasser wurde entworfen, das sich in Zusammensetzung den natürlichen Inhaltsstoffen und Konzentration authentischer Sickerwässer annähernd. Auch wurde eine Methode zur Berechnung der Mineralogie der Tonsteine anhand geochemischen Analysen entwickelt. Es zeigte sich, dass Sorptionsprozesses hauptsächlich durch die Eigenschaften der vorhandenen, feinkörnigen Phyllosilikate beeinflusst werden. Die gegebenen chemischen Inhaltsstoffe des Sickerwassers zeigen dabei lineare, Freundlich und Langmuir Sorptionseigenschaften. Effektive Diffusions- und Sorptionskoeffizienten wurden auch mit Hilfe des Computerprograms POLLUTEv6 (GAEA, 1997) und der Konzentrationsstärken von K, Na, Ca, Cu, NH4, Cl, NO3, SO4, und Konzentrationssummen zu bestimmten Zeiteinheiten ermittelt. Ausschluss von Anion stellte sich als grundlegender Einfluss während der Diffussions heraus und viele beobachtete Anomalien ließen sich dadurch erklären. Auch liefen die Diffusionsprozesse mit einem Gemisch chemischer Inhaltsstoffe keineswegs statisch ab, sondern variierten während des Versuchsdurchlaufs. Vieles weist auf den starken Einfluss der Porenraumeigenschaften und Charaktere hin, welche die Diffusionseigenschaften der geologischen Barrieren zu beeinflussen scheinen. Eine Verbindung von KAKNa und De könnte sich als mögliche zeitsparende Methode zur Ermittlung von Diffusionskoeffizienten herausstellen, ohne auf langwierige und ausgedehnte Laborversuche angewiesen zu sein. KW - Diffusion KW - Sorption KW - Tonsteine KW - Mineralogie KW - Schadstoffe KW - Diffusion KW - Sorption KW - Clay KW - Mineralogy KW - Contaminants Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-16151 ER - TY - THES A1 - Walz, Yvonne T1 - Measuring burn severity in forests of South-West Western Australia using MODIS N2 - Burn severity was measured within the Mediterranean sclerophyll forests of south-west Western Australia (WA) using remote sensing data from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). The region of south-west WA is considered as a high fire prone landscape and is managed by the state government’s Department of Conservation and Land Management (CALM). Prescribed fuel reduction burning is used as a management tool in this region. The measurement of burn severity with remote sensing data focused on monitoring the success and impact of prescribed burning and wildfire in this environment. The high temporal resolution of MODIS with twice daily overpasses in this area was considered highly favourable, as opportunities for prescribed burning are temporally limited by climatic conditions. The Normalised Burn Ratio (NBR) was investigated to measure burn severity in the forested area of south-west WA. This index has its heritage based on data from the Landsat TM/ETM+ sensors (Key and Benson, 1999 [1],[2]) and was transferred from Landsat to MODIS data. The measurement principally addresses the biomass consumption due to fire, whereas the change detected between the pre-fire image and the post-fire image is quantified by the ÄNBR. The NBR and the Normalised Difference Vegetation Index (NDVI) have been applied to MODIS and Landsat TM/ETM+ data. The spectral properties and the index values of the remote sensing data have been analysed within different burnt areas. The influence of atmospheric and BRDF effects on MODIS data has been investigated by comparing uncorrected top of atmosphere reflectance and atmospheric and BRDF corrected reflectance. The definition of burn severity classes has been established in a field trip to the study area. However, heterogeneous fire behaviour and patchy distribution of different vegetation structure made field classification difficult. Ground truth data has been collected in two different types of vegetation structure present in the burnt area. The burn severity measurement of high resolution Landsat data was assessed based on ground truth data. However, field data was not sufficient for rigorous validation of remote sensing data. The NBR index images of both sensors have been calibrated based on training areas in the high resolution Landsat image. The burn severity classifications of both sensors are comparable, which demonstrates the feasibility of a burn severity measurement using moderate spatial resolution 250m MODIS data. The normalisation through index calculation reduced atmospheric and BRDF effects, and thus MODIS top of at-mosphere data has been considered suitable for the burn severity measurement. The NBR could not be uniformly applied, as different structures of vegetation influenced the range of index values. Furthermore, the index was sensitive to variability in moisture content. However, the study concluded that the NBR on MODIS data is a useful measure of burn severity in the forested area of south-west WA. KW - Westaustralien KW - Waldbrand KW - Fernerkundung KW - MODIS KW - Waldbraende KW - Fernerkundung KW - Australien KW - MODIS KW - mediterranes Oekosystem KW - burn severity KW - MODIS KW - Normalised Burn Ratio (NBR) KW - Mediterranean sclerophyll forest KW - prescribed burning Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14745 ER - TY - THES A1 - Vogel, Melanie T1 - Erfassung von Vegetationsveränderungen in Namibia mit Hilfe von Fernerkundungs-Change-Detection-Verfahren und unter Berücksichtigung rezenter Niederschlagsereignisse T1 - Assessment of Vegetation Change in Namibia using Remote Change Detection Techniques considering Precipitation Data N2 - Die Dornbusch-Savannen Zentralnamibias unterliegen großen Veränderungen. Teilweise handelt es sich dabei um Degradationsprozesse, die zu einem Verlust an Artenvielfalt und auch ökonomischem Wert dieser überwiegend als Rinderweide genutzten Systeme führen. Die Degradation drückt sich in der Savannenlandschaft zum einen durch Verkahlung aus (Desertifikation), vor allem aber durch die massive Ausbreitung einzelner Dornbuscharten wie Acacia mellifera, die zur Umwandlung gemischter Savannenvegetation in artenarme Dominanzbestände führt (Verbuschung). Andere Veränderungen erfolgen spontan und stellen eine Reaktion der Vegetation auf aktuelle Niederschlagsereignisse dar. Diese phänologischen Änderungen sind in der Regel reversibel. Als typische Veränderungsmechanismen konnten nutzungsbedingter und natürlicher reversibler oder irreversibler Vegetationsverlust und die Wiederbesiedelung verkahlter Flächen identifiziert werden. Des Weiteren gibt es moderate Schwankungen der Vegetationsdichte, zu denen die Verbuschungsprozesse und die Buschsterbe gehören. Die Buschsterbe ist eine Pilzerkrankung, die zum flächenhaften Absterben von Akazienbüschen, vor allem von Ac. mellifera führt. Auch der Einfluss von Feuer kann eine Ursache für Veränderungen sein. Um insbesondere das Ausmaß der Degradationsprozesse in Zentralnamibia zu erfassen und zu quantifizieren, wurde in dieser Arbeit ein fernerkundliches Change-Detection-Verfahren auf der Basis von Landsat-TM und ETM-Daten entwickelt. Die methodische Basis hierfür stellten das Image-Differencing und die modifizierte selektive Hauptkomponentenanalyse (sPCA) dar. Um auch Formparameter der veränderten Flächen zur Unterscheidung von Veränderungstypen heranziehen zu können, wurden die Ergebnisse des Differencings segmentiert und das Maß der Kompaktheit(Compactness) der Segmente extrahiert. Die Klassifikation der charakteristischen Veränderungen erfolgte über Ratios und Schwellenwerte von Einzelkanälen dieser Change-Datendatensätze und der Compactness, die aus charakteristischen Veränderungssignaturen abgeleitet wurden. Diese wurden anhand von Referenzflächen ermittelt, die auf Felddaten basierten. Als Referenz zur Ableitung der Signaturen diente dabei der Veränderungsdatensatz aus dem Vergleich der Landsat- Szenen von Mai 2000 und April 2003. Diese bitemporale Change-Detection-Methode wurde für das Hauptuntersuchungsgebiet (A) in Zentralnamibia auf insgesamt 8 Kombinationen aus 7 Landsat-Szenen im Zeitraum von 1984 bis 2003 angewendet. Damit wurde die Übertragbarkeit der Methode auf verschiedene Zeitschnitte getestet. Zur Abschätzung der Übertragbarkeit auf andere Naturräume wurde die Methode zudem auch auf jeweils ein Szenenpaar in der ariden zwergstrauchdominierten Nama-Karoo in Südnamibia und in einem feuchteren Dornsavannen-Trockenwaldgebiet in der Kavango-Region Nordnamibias angewendet. Die Klassifikatoren zur Trennung der einzelnen Veränderungsklassen lieferten unterschiedlich gute Ergebnisse. Die Verkahlungs- und Wiederbesiedelungsprozesse wurden sehr zuverlässig detektiert, wobei allerdings die Unterscheidung von natürlicher und nutzungsbedingter Verkahlung anhand der Compactness-Werte den Anteil an anthropogen veränderten Flächen auffällig unterschätzte. Die Validierung anhand von Farmerauskünften bzw. vergleichenden Fotos zum Aufnahmezeitpunkt lieferte dabei in allen drei Untersuchungsgebieten ähnliche Ergebnisse. Moderate Veränderungen der Vegetationsdichte wurden in allen drei Untersuchungsgebieten überwiegend gut erkannt. Eine eindeutige Zuordnung auf Veränderungen des Busch- oder des Grasstratums war allerdings nicht immer möglich. Die Detektion von rezenten Brandflächen in Zentral- und Nordnamibia verlief zufrieden stellend. Mehrere Monate alte Brandflächen ließen sich mit dem dazu entwickelten Klassifikator jedoch nicht von anderen phänologisch und nutzungsbedingten Veränderungen trennen. Zur Analyse der Signifikanz der Change-Detektion-Ergebnisse wurden verschiedene Niederschlagsdaten und NDVI-Zeitreihen für den jeweiligen Beobachtungszeitraum hinzugezogen. Es zeigte sich, dass die Change-Detection-Ergebnisse stark mit den Niederschlagssummen korrelierten, die in der jeweiligen Regenzeit bis zum Aufnahmezeitpunkt der einzelnen Landsat-Szenen gefallen waren. War die Regenzeit zum ersten Vergleichszeitpunkt ergiebiger als zum zweiten, wurde überwiegend Vegetationsrückgang detektiert. War die zweite Regenzeit hingegen feuchter als die erste, wurde überwiegend Vegetationszunahme detektiert. Die Größe der Niederschlagsdifferenz zwischen beiden Zeitpunkten spiegelte sich zudem im Flächenanteil der einzelnen Veränderungsklassen wider. Durch diesen starken phänologischen, d.h. niederschlagsbedingten Veränderungsanteil wurden „echte“ Veränderungen z.T. verschleiert oder verstärkt. Dieses Ergebnis korrespondiert mit den Ergebnissen vieler anderer Change-Detection-Arbeiten im semiariden Raum. Als relevante Veränderungen wurden daher nur solche bewertet, die dem allgemeinen phänologischen Trend im Vergleichszeitraum entgegenstanden. So konnten z.B. Flächen, auf denen Vegetationszuwachs detektiert wurde, obwohl die Regenzeit zum zweiten Aufnahmezeitpunkt schwächer war als die erste, als tatsächlich verbuscht gelten. Unter Berücksichtigung dieser niederschlagsbedingten Einflüsse wurden im Untersuchungsgebiet in Zentralnamibia die Flächenanteile bestimmt, für die Degradation detektiert wurde. Demnach hat im Vergleich der Szenen von 1984 und 2003 auf etwa 681 km², entsprechend 2,8 % der Gesamtfläche des Untersuchungsgebietes, eine niederschlagsunabhängige Verdichtung der Vegetation, d.h. eine Verbuschung stattgefunden. Die Lage der betroffenen Gebiete korrespondiert mit der in der Literatur genannten Region (vgl. BESTER 1998/99). Des Weiteren wurde im Untersuchungszeitraum von 1984 bis 2003 auf ca. 0,53 km², entsprechend 0,002 % der Gesamtfläche des Untersuchungsgebietes irreversible Verkahlung, d.h. Desertifikation detektiert. Damit stellt in Zentralnamibia die Veränderung durch Verbuschung die flächenmäßig größte Bedrohung für Artenvielfalt und landwirtschaftliche Tragkraft der Savannen dar. Aufgrund der starken phänologischen Einflüsse konnten von der Buschsterbe betroffene Regionen im Untersuchungsgebiet nicht sicher erkannt und quantifiziert werden. Kleinräumig konnten im Untersuchungsgebiet in Zentralnamibia Farmen identifiziert werden, die in einem oder mehreren Ergebnisbildern durch besondere Veränderungsmuster auffielen. Zumeist handelte es sich um Degradationserscheinungen wie Verbuschung und Verkahlung, für die bei der Besichtigung während der Feldkampagne im Jahr 2004 oft ein Zusammenhang mit ungünstigen Landnutzungspraktiken, d.h. vor allem Überweidung hergestellt werden konnte. Des Weiteren wurden starke Veränderungen durch Entbuschungsmaßnahmen, kurzzeitige Weideeinflüsse und auch einzelne wiederhergestellte Bestände detektiert. Nutzungsbedingte Degradationserscheinungen treten im Untersuchungsgebiet in Zentralnamibia insgesamt nur kleinräumig auf einzelnen Farmen auf. Für das Untersuchungsgebiet in Südnamibia lagen zwei Landsat-Szenen für den kurzen Vergleichszeitraum von 2001 zu 2002 vor. Anhand dieser konnten unter Zuhilfenahme von Niederschlagsdaten stark degradierte Flächen identifiziert werden. Während auf den intakten Flächen aufgrund der besseren Regenzeit zum zweiten Aufnahmezeitpunkt wie erwartet Vegetationszuwachs detektiert wurde, führten ebendiese reichlichen Niederschläge im degradierten Gebiet zu einer großflächigen Erosion der Vegetationsdecke. Dies ist vermutlich auf die größere Geschwindigkeit des oberflächlich abfließenden Regenwassers in der spärlichen Vegetationsdecke der degradierten Fläche zurück zu führen. In den übrigen Gebieten reduzierte hingegen die dichtere Vegetation den Oberflächenabfluss, wodurch mehr Wasser versickerte und verstärktem Pflanzenwachstum zur Verfügung stand. Im Untersuchungsgebiet in Nordnamibia wurden zwei Landsat-Szenen von April 1991 und April 2000 verglichen. Die gravierendste Veränderung in diesem Zeitraum war nutzungsbedingte Verkahlung, die auf rund 4,4 % der Gesamtfläche, entsprechend 81 km² detektiert wurde. Ursache ist hier die Umwandlung von Dornbuschsavanne in Acker- oder Siedlungsraum. Demgegenüber wurde aber nur für 1,17 % der Gesamtfläche, entsprechend 21,76 km², Wiederbesiedelung detektiert. Dies sind zumeist Agrarflächen, die (kurzzeitig) aus der Nutzung genommen wurden. Das Ergebnis dokumentiert den zunehmenden Siedlungsdruck in der Kavango-Region. Die seit den 1970er Jahren verbesserte Infrastruktur ermöglicht hier immer mehr Menschen die Landnahme, Viehhaltung und Siedlung. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass mit der hier entwickelten Change-Detection-Methode unter Berücksichtigung der Niederschlagshistorie in den semiariden und ariden Testgebieten signifikante Veränderungen der Vegetation in verschiedenen Landschaftsräumen detektiert werden können. Weitere Anwendungen der Methodik auf andere Testgebiete im südlichen und westlichen Afrika am Rande dieser Arbeit zeigten ebenfalls gute Ergebnisse, die allerdings bislang aus Mangel an Referenzdaten nicht validiert werden konnten. Zur zukünftigen Operationalisierung der Methodik sollte vor allem eine verbesserte Trennbarkeit von nutzungsbedingten und natürlichen Verkahlungsprozessen angestrebt werden. Des Weiteren wird eine Anpassung der Klassifikatoren auf andere Sensoren wie z.B. ASTER angedacht, um auch nach dem Ausfall von Landsat 7 im Jahr 2003 aktuelle Daten vergleichen zu können. Um den phänologischen Einfluss von unterschiedlichen Niederschlagshistorien im Vorfeld der Eingangsdaten zu minimieren, wäre zudem die Implementierung eines Kalibrierungsfaktors denkbar, der auf Niederschlags- oder auch MODIS-NDVI-Daten der entsprechenden Zeit- und Untersuchungsräume basiert. Das Ergebnis wäre eine sichere Methode zur Detektion von regionalen Veränderungen im semiariden Raum. Die Identifizierung dieser Veränderungen, speziell von Degradationserscheinungen stellt die Basis dar, dort gezielt nach den Ursachen zu suchen und Handlungsempfehlungen zu entwickeln, um einer fortschreitenden Zerstörung von Lebensraum, Artenvielfalt und ökonomischem Potenzial der betroffenen Flächen entgegen zu wirken. N2 - Southern Africa’s semi arid regions are exposed to various alterations. Apart from episodic field fires, savannas are affected by a heavily increase of certain thorn bush species like Acacia mellifera (“bush encroachment”) or the appearance of “deserted” bare patches. Both degradation processes are supposed to be correlated to land use and/or climate change, and lead to a loss of habitats and species richness. As a base for analysis of this processes and the driving factors an accurate detection and quantification of the affected areas is necessary. Within this PhD thesis a remote sensing change detection (CD) technique was developed, which allows the observation of changes over large areas also in areas with restricted access and poor ground information. Based on multispectral, high resolution Landsat (E)TM data the observation of changes over a 20 years period back to the 1980ties was conducted on three study areas with different vegetation types: The dry forests of the Kavango Region (northern Namibia), thornbush savannas in central Namibia, and dwarf shrub savannas of the Nama Karoo (southern Namibia). With the developed CD technique spectral and shape information was used to extract and classify observed changes. For the interpretation of the detected changes long term regional rainfall data from the CRU (Climate Research Unit) and farmers’ data have been analysed. The combination of remote sensing CD results and these data allowed to distinct between spontaneous phenological vegetation reaction on highly variable rainfall, which may pretend or even obscure long term degradation processes. As a result it was shown that the mean degradation factor in the thorn bush savannas of central Namibia was bush encroachment, which affected about 2,8 % of the study site from 1984 to 2003. The amount and the localization of the affected areas corresponded to the results of other studies. In contrast, 0,002 % of the study area, where affected by irreversible vegetation loss in the same time period. For the study site in southern Namibia only two Landsat images from 2001 and 2002 were available. But also for this short time span the CD results served for the detection of degraded farm lands due to the different reaction of sparse annual vegetation to (documented) heavy rainfall events in comparison to intact perennial grass coverage. In northern Namibia from 1991 to 2000 logging of the forest to get agricultural field was identified to be the main changing factor. This result shows the increasing population pressure in the region, since an improved infrastructure facilitates the settlement and land use in the Kavango region. Furthermore, the detection of recent fires scars on the study areas in northern and central Namibia was conducted successfully. The results for the different study sites show the transferability of the developed CD technique to different vegetation coverage. The application to additional study areas within the BIOTA-project will be conducted subsequently KW - Namibia KW - Vegetation KW - Degradation KW - Fernerkundung KW - Fernerkundungs-Change-Detection KW - Degradation KW - Verbuschung KW - Savanne KW - Namibia KW - Remote Sensing Change Detection KW - Degradation KW - Bush encroachment KW - Namibia KW - Savanna Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-17176 ER - TY - THES A1 - Sieber, Jeannette T1 - Impacts of Extreme Hydro-Meteorological Events on Electricity Generation and Possible Adaptation Measures – A GIS-based Approach for Corporate Risk Management and Enhanced Climate Mitigation Concepts in Germany T1 - Einflüsse extremer hydro-meteorologischer Ereignisse auf Elektrizitätserzeugung und mögliche Anpassungsmaßnahmen – ein GIS-basierter Ansatz für ein betriebliches Umweltrisikomanagement und erweiterte Klimaschutzkonzepte in Deutschland N2 - This thesis on the “Impacts of extreme hydro-meteorological events on electricity generation and possible adaptation measures – a GIS-based approach for corporate risk management and enhanced climate mitigation concepts in Germany” presents an identification of hydro-meteorological extreme events in Germany and their effects on electricity generating units, i.e. on conventional thermal and nuclear power plants as well as on installations of the renewable energies of hydropower, wind energy and photovoltaic installations. In addition, adaptation measures and strategies are named that help power plant operators to prepare for a changing climate. Due to the different requirements of large facility operators and local planners and owners of renewable energies, the work contains the two approaches of corporate risk management and climate mitigation concepts. A changing climate not only consists of a shift in mean values of weather parameters such as global and regional air temperature and precipitation, but may also result in more frequent and more severe single events such as extreme precipitation, tornadoes and thunderstorms. In two case studies, these findings are implemented into an adjusted general risk management structure. This is enhanced by the use of Geographical Information Systems (GIS) to accomplish a localisation of events and infrastructure. The first example gives insight into the consequences of ice throw from wind turbines and how climate mitigation concepts can act as a framework for an adapted, sustainable energy planning. The second example on the other hand highlights a GIS-based flood risk management for thermal power plants and the benefits of an adjusted corporate risk management cycle. The described approach leads to an integrated management of extreme hydro-meteorological events at power plant site respectively district level by combining two cycles of site-related and local planning in addition to GIS-based analyses. This is demonstrated as an example by the comparison of two districts in Germany. The practical outcome is a comprehensive support for decision-making processes. N2 - Die vorliegende Arbeit zum Thema “Einflüsse extremer hydro-meteorologischer Ereignisse auf Elektrizitätserzeugung und mögliche Anpassungsmaßnahmen – ein GIS-basierter Ansatz für ein betriebliches Umweltrisikomanagement und erweiterte Klimaschutzkonzepte in Deutschland” identifiziert zunächst die relevanten hydro-meteorologischen Ereignisse und ihre Auswirkungen auf elektrizitätserzeugende Einheiten in Deutschland. Dies sind hier konventionelle thermische Kraftwerke und Kernkraftwerke sowie die Installationen der Erneuerbaren Energien Wasserkraft, Windenergie und Photovoltaik. Im Anschluss werden Anpassungsmaßnahmen und strategien aufgezeigt, die es den Betreibern von Kraftwerken ermöglichen, sich auf ein sich veränderndes Klima vorzubereiten. Durch die verschiedenen Voraussetzungen für Betreiber großer Anlagen und die Regionalplanung und Besitzer von Anlagen Erneuerbarer Energien werden zwei Ansätze verfolgt. Der eine Ansatz beinhaltet betriebliches Umweltrisikomanagement, der andere beleuchtet den Aspekt Anpassung als Erweiterung von Klimaschutzkonzepten. Der Klimawandel in diesem Sinne beinhaltet nicht nur die Veränderungen in Mittelwerten, wie zum Beispiel der regionalen und globalen Lufttemperaturen oder des Niederschlages, sondern auch ein verändertes Verhalten von extremen Einzelereignissen, wie häufigere und schwerere Extremniederschläge, Tornados und Gewitter. In zwei Fallbeispielen werden diese Ergebnisse in eine Risikomanagementstruktur eingebunden und durch die Verwendung von Geographischen Informationssystemen (GIS) lokalisiert und erweitert. Das erste Beispiel zeigt die Konsequenzen von Eiswurf von Windenergieanlagen und wie Klimaschutzkonzepte als Rahmen für eine angepasste, nachhaltige Energieplanung dienen können. Das zweite Beispiel hebt die Notwendigkeit von GIS-gestützten Hochwasserrisikoanalysen für thermische Kraftwerke und die Vorteile eines angepassten betrieblichen Umweltrisikomanagements hervor. Die beschriebene Vorgehensweise kombiniert zwei Managementzyklen. Dabei werden die standortspezifische Planung und Regionalplanung sowie GIS-basierte Analysen verknüpft. Dies wird am Beispiel zweier Landkreise verdeutlicht. Das Resultat ist ein umfassender Ansatz zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen. KW - Deutschland KW - Klimaänderung KW - Geoinformationssystem KW - Elektrizitätserzeugung KW - Unwetter KW - Umweltgefährdung KW - Klimaschutz KW - Extremwetterereignisse KW - Klimaschutzkonzept KW - Landkreis KW - Risikoindex KW - Entscheidungsprozess KW - Wärmekraftwerk KW - Wetter KW - Energie KW - Klimaschutz KW - extreme weather event KW - adaptation KW - climate action plan KW - renewable energies KW - district Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-79000 ER - TY - THES A1 - Schwindt, Daniel T1 - Permafrost in ventilated talus slopes below the timberline - A multi-methodological study on the ground thermal regime and its impact on the temporal variability and spatial heterogeneity of permafrost at three sites in the Swiss Alps T1 - Permafrost in ventilierten Hangschutthalden unterhalb der Waldgrenze – eine multi-methodische Studie zum thermalen Regime des Untergrundes und dessen Einfluss auf die zeitliche Variabilität und räumliche Heterogenität von Permafrost an drei Standorten in den Schweizer Alpen N2 - In the central Alps permafrost can be expected above 2300 m a.s.l., at altitudes where mean annual air temperatures are below -1 °C. Isolated permafrost occurrences can be detected in north-exposed talus slopes, far below the timberline, where mean annual air temperatures are positive. Driving factors are assumed to be a low income of solar radiation, a thick organic layer with high insulation capacities as well as the thermally induced chimney effect. Aim of this study is to achieve a deeper understanding of the factors determining the site-specific thermal regime, as well as the spatially limited and temporally highly variable permafrost occurrences in vegetated talus slopes. Three supercooled talus slopes in the Swiss Alps were chosen for investigation. Substantially different characteristics were a central criterion in the selection of study sites. Located in the Upper Engadin, climatic conditions, altitude as well as dimensions of the talus slopes are comparable for the study sites Val Bever and Val Susauna; major differences are rooted in the nature of talus substrate and in humus- and vegetation distribution. Characteristics of the Brüeltobel site, located in the Appenzeller Alps, diverge with regard to climatic conditions, altitude and dimensions of the talus slope; humus- and vegetation compositions are comparable to the Val Susauna site. Confirmation and characterisation of ground ice is accomplished by the application of electrical resistivity and seismic refraction tomography. The estimation of the spatial permafrost distribution is based on quasi-3D resistivity imaging. For the confirmation of permafrost and the analysis of its temporal variability electrical resistivity monitoring arrays were constructed and installed at all study sites, to allow year-round measurements. In addition to resistivity monitoring, the – up to now – first seismic refraction tomography winter monitoring was conducted at the Val Susauna to analyse the permafrost evolution during the winter half-year. Investigations of the ground thermal regime were based on the analysis of temperature logger data. Besides recording air- and ground surface temperatures, focus was set on the temperature evolution in vents and in the organic layer. To analyse the relationship between permafrost distribution on the one hand and humus- and vegetation distribution on the other hand, an extensive mapping of humus characteristics and vegetation composition was conducted at Val Susauna. The existence of permafrost could be proven at all study sites. Spatially, permafrost bodies show a narrow transition to neighbouring, unfrozen areas. As observed at Val Susauna, the permafrost distribution strongly correlates with areas with exceptionally thick organic layer, high percentages of mosses and lichens in the undergrowth and dwarf grown trees. The temporal variability of permafrost has proven to be exceptionally high, with the magnitude of seasonal variations distinctly exceeding intra-annual changes. Thereby, the winter season is characterised by a significant supercooling. During snowmelt a growth in volumetric ice content is induced by refreezing of percolating meltwater on the supercooled talus. The results confirmed the fundamental influence of the chimney effect on the existence and temporal variability of permafrost in talus slopes. Divergences in the effectiveness of the thermal regime were detected between the study sites. These are based on differences in the nature of talus material, humus characteristics and vegetation composition. During summer, the organic material is usually dry at the daytime, inducing a high insulation capability and a protection of the subsurface against high atmospheric temperatures. Bouldery talus slopes typically show an organic layer that is fragmented by large boulders, which induces a strongly reduced insulation capability and allows an efficient heat exchange by convective airflow and percolating precipitation water. In the winter half-year, the thermal conductivity of the organic layer increases massively under moist or frozen conditions, allowing an efficient, conductive cooling of the talus material. The convective cooling in bouldery talus slopes affects an earlier onset and a higher magnitude of supercooling than under consistent humus conditions. Here, conductive heat flow is dominant and the cooling in autumn is buffered by a prolonged zero curtain. The snow cover has proven to be incapable of prohibiting an efficient supercooling of the talus slope in winter, almost independent from thickness. N2 - In den zentralen Alpen kann oberhalb einer Höhe von 2300 m ü NN, bei mittleren Jährlichen Lufttemperaturen von weniger als -1 °C mit Permafrost gerechnet werden. Isolierte Permafrostvorkommen können jedoch in nordexponierten Hangschutthalden bei positiven Jahresmitteltemperaturen bis weit unterhalb der Waldgrenze gefunden werden. Ziel dieser Arbeit ist es ein tieferes Verständnis des Faktorenkomplexes zu erreichen, der das standortspezifische, kleinräumige thermale Regime bedingt und damit die räumlich begrenzten, zeitlich hochvariablen Permafrostvorkommen in Hangschutthalden unterhalb der Waldgrenze steuert und ermöglicht. Drei unterkühlte Hangschutthalden in den Schweizer Alpen wurden zur Untersuchung ausgewählt. Bei der Auswahl wurde im Speziellen auf fundamentale Unterschiede der Standortfaktoren Wert gelegt. Im Unterengadin gelegen sind die klimatischen Bedingungen, Höhenlage sowie die Dimensionen der Hangschutthalden an den Standorten Val Bever und Val Susauna vergleichbar; Eigenschaften des Hangschuttes, Charakteristik der organischen Auflage sowie der Vegetation unterscheiden sich. Der in den Appenzeller Alpen gelegenen Standort Brüeltobel unterscheidet sich in Bezug auf die klimatischen Bedingungen, der Höhenlage und der Ausmaße der Hangschutthalde deutlich, zeigt jedoch eine zum Val Susauna ähnliche Humus- und Vegetationscharakteristik. Der Nachweis und die Charakterisierung von Untergrundeis basiert auf der Kombination von elektrischer Widerstandstomographie und seismischer Refraktionstomographie. Zur Detektion der räumlichen Verbreitung von Untergrundeis wurden diese Methoden durch quasi-3D Widerstandstomographie ergänzt. Zum Nachweis von Permafrost und zur Analyse seiner zeitlichen Variabilität wurden Monitoringauslagen konstruiert und an den Standorten fest installiert. Widerstandsmessungen wurden ganzjährig durchgeführt. In Ergänzung zu dem Widerstandsmonitoring wurde im Val Susauna erstmalig seismische Refraktionstomographie zum Monitoring der Permafrostentwicklung im Winter durchgeführt. Die Analyse des thermalen Regimes basiert auf der Analyse von Temperaturlogger Daten. Dabei wurden neben Luft- und Bodentemperaturen vor allem die Temperaturentwicklung in den Schloten sowie in der Humusauflage berücksichtigt. Zur Untersuchung des Zusammenhangs der Permafrostverbreitung mit der Humus- und Vegetationscharakteristik wurde im Val Susauna eine Kartierung der Humuseigenschaften sowie der Vegetationszusammensetzung durchgeführt. An allen untersuchten Standorten konnte Permafrost nachgewiesen werden. Räumlich sind die Permafrostkörper sehr scharf von benachbarten Hangbereichen abgegrenzt. Am Standort Val Susauna konnte ein hoher räumlicher Zusammenhang zwischen der Permafrostverbreitung und Bereichen mit besonders mächtiger Humusauflage, einem hohen Anteil an Moosen und Flechten im Unterwuchs sowie einem ausgeprägtem Zwergwuchs nachgewiesen werden. Die zeitliche Variabilität des Permafrost hat sich an allen Standorten als außergewöhnlich hoch herausgestellt. Dabei übersteigt die Magnitude der saisonalen Variabilität die mehrjährigen Veränderungen deutlich. Das Winterhalbjahr zeigt sich durch eine effiziente Unterkühlung geprägt. Die Schneeschmelze im Frühling steht in Verbindung mit einem deutlichen Eiszuwachs, der durch ein wiedergefrieren des versickernden Schmelzwassers an dem unterkühlten Hangschutt verursacht wird. Die Ergebnisse haben den fundamentalen Einfluss des Chimney Effekt auf die Existenz und zeitliche Variabilität von Permafrost in Hangschutthalden bestätigt. Unterschiede in der Wirkungsweise des thermalen Regimes konnten herausgestellt werden, die in erster Linie auf die unterschiedliche Ausprägung der Humusauflage, Charakteristik des Hangschutts, und die Vegetationszusammensetzung zurückzuführen sind. Während des Sommers ermöglicht die sehr geringe thermische Leitfähigkeit der im oberflächennahen Bereich meist recht trockenen organischen Auflage eine ausgeprägte Isolation des Untergrundes gegenüber hohen Außentemperaturen. Die in grobblockigen Hangschutthalden zu findende ungleichmäßige, von Blockmaterial fragmentierte organische Auflage zeigt eine deutlich geringere Isolationsfähigkeit und ermöglicht einen effektiven, Wärmeaustausch durch Konvektion und perkolierendes Niederschlagswasser. Im Winterhalbjahr steigt die thermische Leitfähigkeit des organischen Materials unter durchfeuchteten sowie gefrorenen Bedingungen massiv an und ermöglicht eine effiziente Auskühlung der Hangschutts. Die Unterkühlung in grobblockigen Hangschutthalden zeigt aufgrund des auch im Winter ausgeprägten konvektiven Wärmeflusses eine höhere Magnitude und ein früheres Einsetzen als bei homogenen Humusauflagen, wo konduktiver Wärmefluss dominiert und eine Auskühlung im Herbst durch eine ausgeprägte zero-curtain Periode gepuffert wird. Der Einfluss der Schneedecke auf das thermale Regime ist insgesamt gering; ihre Isolationsfähigkeit ist, annähernd unabhängig von der Schneemächtigkeit, stark reduziert. KW - Engadin KW - Schutthalde KW - geophysical monitoring KW - Val Bever Val Susauna Brüeltobel KW - 3D-ERT electrical resistivity tomography KW - SRT seismic refraction tomography KW - ERT electrical resistivity tomography KW - chimney effect KW - humus cover organic material KW - ground thermal regime KW - scree slope KW - sporadic alpine permafrost KW - Dauerfrostboden KW - Monitorüberwachung KW - Permafrost KW - Geophysics Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-90099 ER - TY - THES A1 - Linder, Susanne T1 - Räumliche Diffusion von Photovoltaik-Anlagen in Baden-Württemberg T1 - Spatial diffusion of photovoltaic installations in the German federal state of Baden-Württemberg N2 - Seit dem Jahr 2000 ist die Anzahl an installierten Photovoltaik-Anlagen in Deutschland – dank günstiger politischer Rahmenbedingungen – rasant von 76 MWp auf 24.820 MWp in 2011 gestiegen. Trotz bundesweit einheitlicher finanzieller Förderbedingungen durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz existieren jedoch räumliche Unterschiede in der Anzahl an installierten Photovoltaik-Anlagen pro Einwohner, sowohl auf Ebene der Bundesländer, als auch zwischen einzelnen Gemeinden einer Region. In der vorliegenden Arbeit wird die räumliche Diffusion von Photovoltaik-Anlagen in Baden-Württemberg untersucht. Ziel ist zum einen die Ursachen für die räumlichen Unterschiede in der Photovoltaik-Diffusion aufzudecken. Zum anderen ist das Ziel zu überprüfen, ob ein Nachbarschaftseffekt der Photovoltaik-Diffusion existiert. Dies wird mit Hilfe quantitativer und qualitativer Methoden untersucht. Mit Hilfe der räumlichen Autokorrelationsanalyse wird gezeigt, dass sich die Anzahl an Photovoltaik-Anlagen pro Einwohner in den Gemeinden Baden-Württembergs signifikant unterscheidet. Es existieren Cluster von Gemeinden mit besonders hoher Photovoltaik-Nutzung (Hot Spots) und Cluster von Gemeinden mit besonders niedriger Photovoltaik-Nutzung (Cold Spots). Hot Spot-Gemeinden befinden sich zu 95% im ländlichen Raum und Cold Spot-Gemeinden zu 85% im Verdichtungsraum. Die Ergebnisse der räumlichen Regressionsanalyse und der Fallstudie in der Region Heilbronn-Franken zeigen, dass die Unterschiede in der Dichte der Photovoltaik-Anlagen pro Einwohner erstens auf Unterschiede in der Siedlungsstruktur zurückzuführen sind (Anteil an Ein- und Zweifamilienhäusern, Anteil an Neubauten, Anzahl an Viehbetrieben pro Einwohner), zweitens auf Unterschiede im Sozialgefüge (Anteil an Familien) sowie drittens auf den Nachbarschaftseffekt der Diffusion. Aus den Experteninterviews geht hervor, dass zudem weitere lokale Voraussetzungen gegeben sein müssen, damit es zu einer schnellen Photovoltaik-Diffusion kommt. Eine wichtige Rolle spielen die Landwirte, die häufig als Innovatoren auftraten, sowie sog. Change Agents, die den Diffusionsprozess anstoßen und bewusst fördern. Zu letzteren zählen auf lokaler Ebene aktive Bürgermeister, Solarvereine, Photovoltaik-Unternehmer oder Elektroinstallateure, auf regionaler Ebene Maschinenringe und Energieagenturen. Die Modellierung und Analyse der Photovoltaik-Diffusion in den einzelnen Gemeinden von 2000 bis 2030 zeigt für das Jahr 2009, dass die Gemeinden einer Raumkategorie unterschiedliche Diffusionsprofile aufweisen. Je ländlicher eine Gemeinde ist, desto weiter ist tendenziell der Diffusionsprozess fortgeschritten: In Gemeinden des ländlichen Raums befindet sich die Photovoltaik-Diffusion meist bereits im Early Majority-Stadium, in Gemeinden des Verdichtungsraums ist die Photovoltaik-Diffusion dagegen überwiegend erst am Ende des Early Adopter-Stadiums angelangt. Der Innovationseffekt, der angibt, wie stark die Anzahl an Photovoltaik-Anlagen unabhängig von den bereits installierten Anlagen zunimmt, ist im suburbanen Raum und im ländlichen Raum am höchsten. Der Imitationseffekt, der angibt, wie stark die Zunahme neu installierter Photovoltaik-Anlagen von bestehenden Anlagen in einer Gemeinde abhängt, steigt dagegen von der Stadt zum Land an. Durch den Vergleich der Hot Spot-Gemeinden mit den übrigen Gemeinden des ländlichen Raums wird deutlich, dass die Imitation in den Hot Spot-Gemeinden höher liegt. Dies lässt darauf schließen, dass ein Nachbarschaftseffekt der Photovoltaik-Diffusion zwischen den Gemeinden existiert, da die Lage innerhalb eines Hot Spots zu einer erhöhten Wahrnehmung von Photovoltaik-Anlagen und einem häufigeren Austausch mit Photovoltaik-Besitzern führt und damit die Photovoltaik-Diffusion fördert. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der knapper werdenden fossilen Ressourcen gilt in Deutschland das Ziel, die Nutzung erneuerbarer Energien und damit auch der Photovoltaik weiter voranzutreiben. Diese Arbeit zeigt, dass lokale Einflussfaktoren entscheidend für das Entstehen räumlicher Unterschiede in der Photovoltaik-Nutzung sind. Die Kenntnisse dieser Unterschiede, deren Ursachen sowie die Bedeutung des Nachbarschaftseffekts können eine Grundlage für gezielte Förderung oder Marketingmaßnahmen zur weiteren Diffusion von Photovoltaik-Anlagen bieten. N2 - Since 2000, the number of photovoltaic systems installed in Germany has significantly increased from 76 MWp to 24,820 MWp in 2011. This can be attributed to a favourable policy framework. Despite a nationaly uniform financial incentive scheme supported by the Renewable Energies Act (EEG), spatial differences in the number of photovoltaic systems installed per capita can be observed between the federal states as well as among individual municipalities. This study analyses the spatial diffusion of photovoltaic installations in the German federal state of Baden-Württemberg. The first aim of the study is to identify the reasons for spatial differences in diffusion. The second aim is to examine whether there is a neighbourhood effect in the spatial diffusion of photovoltaic installations. The study is based on quantitative and qualitative methods. The analysis of spatial autocorrelation shows that the number of photovoltaic installations per capita differs significantly among the municipalities in Baden-Württemberg. The analysis reveals the presence of clusters of municipalities with above average photovoltaic development (Hot Spots) and below average photovoltaic development (Cold Spots). The results show that 95 % of the Hot Spot municipalities are located in rural areas while 85 % of the Cold Spot municipalities are found in urban agglomerations. Both the results of the spatial regression analysis and the case study of the region Heilbronn-Franken, indicate that differences in the density of photovoltaic installations per capita arise for three main reasons: firstly, because of differences in the settlement structure (percentage of detached and semi-detached houses, percentage of new houses, percentage of livestock farms), secondly, because of differences in the social structure (percentage of families), and thirdly, because of the neighbourhood effect of diffusion. Expert interviews identified that additional local conditions play an important role in promoting the diffusion of photovoltaic installations. Particularly farmers play a crucial role in the diffusion as they often act as innovators. The photovoltaic diffusion process is often triggered and promoted by change agents. On a local level, change agents are active mayors, solar initiatives, photovoltaic entrepreneurs or electricians. On a regional level, these are machinery rings or energy agencies. The results of the model for the analysis (from 2000 to 2030) of the diffusion of photovoltaic installations in the municipalities show that in 2009 municipalities of different spatial categories display different diffusion profiles. The more rural a municipality is, the more advanced the diffusion process: municipalities in rural areas have mostly reached the point of inflection of the diffusion curve and adopters now belong to the Early Majority. Municipalities in urban areas still belong to the Early Adopters. The coefficient of innovation indicating the extent at which the number of photovoltaic installations increases independently from other installations, is highest in suburban and rural areas. The coefficient of imitation indicating the strength of dependence in the development of new photovoltaic installations from existing ones, increases from urban to rural areas. The comparison of Hot Spot municipalities with the remaining municipalities of the rural areas shows that the coefficient of imitation is higher in Hot Spot municipalities. Thus, one can conclude that there is a neighbourhood effect in the diffusion of photovoltaic installations among municipalities. The position within a Hot Spot advances the perception of photovoltaic installations and increases interaction and communication among photovoltaic owners promoting the diffusion of the technology. In the context of climate change and the limited availability of fossil fuels, the use of renewable energies e.g. photovoltaic installations should be further encouraged in Germany. This study shows that local conditions significantly impact the development of spatial differences in the use of photovoltaic technology. Understanding the reasons for these spatial differences and the neighbourhood effect can help to define well-directed incentives and to develop marketing strategies to further promote the diffusion of photovoltaic installations. T3 - Würzburger Geographische Arbeiten - 109 KW - Baden-Württemberg KW - Photovoltaikanlage KW - Räumliche Verteilung KW - Räumliche Diffusion KW - Nachbarschaftseffekt KW - Räumliche Autokorrelation KW - Bass-Modell KW - Diffusion von Innovationen KW - Photovoltaik KW - spatial diffusion KW - photovoltaic KW - neighbourhood effect KW - spatial autocorrelation KW - Bass Model KW - diffusion of innovation Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-77789 ER - TY - THES A1 - Fritsch, Sebastian T1 - Spatial and temporal patterns of crop yield and marginal land in the Aral Sea Basin: derivation by combining multi-scale and multi-temporal remote sensing data with alight use efficiency model T1 - Räumliche und zeitliche Muster von Erntemengen und marginalem Land im Aralseebecken: Erfassung durch die Kombination von multiskaligen und multitemporalen Fernerkundungsdaten mit einem Lichtnutzungseffizienzmodell N2 - Irrigated agriculture in the Khorezm region in the arid inner Aral Sea Basin faces enormous challenges due to a legacy of cotton monoculture and non-sustainable water use. Regional crop growth monitoring and yield estimation continuously gain in importance, especially with regard to climate change and food security issues. Remote sensing is the ideal tool for regional-scale analysis, especially in regions where ground-truth data collection is difficult and data availability is scarce. New satellite systems promise higher spatial and temporal resolutions. So-called light use efficiency (LUE) models are based on the fraction of photosynthetic active radiation absorbed by vegetation (FPAR), a biophysical parameter that can be derived from satellite measurements. The general objective of this thesis was to use satellite data, in conjunction with an adapted LUE model, for inferring crop yield of cotton and rice at field (6.5 m) and regional (250 m) scale for multiple years (2003-2009), in order to assess crop yield variations in the study area. Intensive field measurements of FPAR were conducted in the Khorezm region during the growing season 2009. RapidEye imagery was acquired approximately bi-weekly during this time. The normalized difference vegetation index (NDVI) was calculated for all images. Linear regression between image-based NDVI and field-based FPAR was conducted. The analyses resulted in high correlations, and the resulting regression equations were used to generate time series of FPAR at the RapidEye level. RapidEye-based FPAR was subsequently aggregated to the MODIS scale and used to validate the existing MODIS FPAR product. This step was carried out to evaluate the applicability of MODIS FPAR for regional vegetation monitoring. The validation revealed that the MODIS product generally overestimates RapidEye FPAR by about 6 to 15 %. Mixture of crop types was found to be a problem at the 1 km scale, but less severe at the 250 m scale. Consequently, high resolution FPAR was used to calibrate 8-day, 250 m MODIS NDVI data, this time by linear regression of RapidEye-based FPAR against MODIS-based NDVI. The established FPAR datasets, for both RapidEye and MODIS, were subsequently assimilated into a LUE model as the driving variable. This model operated at both satellite scales, and both required an estimation of further parameters like the photosynthetic active radiation (PAR) or the actual light use efficiency (LUEact). The latter is influenced by crop stress factors like temperature or water stress, which were taken account of in the model. Water stress was especially important, and calculated via the ratio of the actual (ETact) to the potential, crop-specific evapotranspiration (ETc). Results showed that water stress typically occurred between the beginning of May and mid-September and beginning of May and end of July for cotton and rice crops, respectively. The mean water stress showed only minor differences between years. Exceptions occurred in 2008 and 2009, where the mean water stress was higher and lower, respectively. In 2008, this was likely caused by generally reduced water availability in the whole region. Model estimations were evaluated using field-based harvest information (RapidEye) and statistical information at district level (MODIS). The results showed that the model at both the RapidEye and the MODIS scale can estimate regional crop yield with acceptable accuracy. The RMSE for the RapidEye scale amounted to 29.1 % for cotton and 30.4 % for rice, respectively. At the MODIS scale, depending on the year and evaluated at Oblast level, the RMSE ranged from 10.5 % to 23.8 % for cotton and from -0.4 % to -19.4 % for rice. Altogether, the RapidEye scale model slightly underestimated cotton (bias = 0.22) and rice yield (bias = 0.11). The MODIS-scale model, on the other hand, also underestimated official rice yield (bias from 0.01 to 0.87), but overestimated official cotton yield (bias from -0.28 to -0.6). Evaluation of the MODIS scale revealed that predictions were very accurate for some districts, but less for others. The produced crop yield maps indicated that crop yield generally decreases with distance to the river. The lowest yields can be found in the southern districts, close to the desert. From a temporal point of view, there were areas characterized by low crop yields over the span of the seven years investigated. The study at hand showed that light use efficiency-based modeling, based on remote sensing data, is a viable way for regional crop yield prediction. The found accuracies were good within the boundaries of related research. From a methodological viewpoint, the work carried out made several improvements to the existing LUE models reported in the literature, e.g. the calibration of FPAR for the study region using in situ and high resolution RapidEye imagery and the incorporation of crop-specific water stress in the calculation. N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung regionaler Erntemengen von Baumwolle und Reis in der usbekischen Region Khorezm, einem Bewässerungsgebiet das geprägt ist von langjähriger Baumwoll-Monokultur und nicht-nachhaltiger Land- und Wassernutzung. Basis für die Methodik waren Satellitendaten, die durch ihre großflächige Abdeckung und Objektivität einen enormen Vorteil in solch datenarmen und schwer zugänglichen Regionen darstellen. Bei dem verwendeten Modell handelt es sich um ein sog. Lichtnutzungseffizienz-Modell (im Englischen Light Use Efficiency [LUE] Model), das auf dem Anteil der photosynthetisch aktiven Strahlung basiert, welcher von Pflanzen für das Wachstum aufgenommen wird (Fraction of Photosynthetic Active Radiation, FPAR). Dieser Parameter kann aus Satellitendaten abgeleitet werden. Das allgemeine Ziel der vorliegenden Arbeit war die Nutzung von Satellitendaten für die Ableitung der Erntemengen von Baumwolle und Reis. Dazu wurde ein Modell entwickelt, das sowohl auf der Feldebene (Auflösung von 6,5 m) als auch auf der regionalen Ebene (Auflösung von 250 m) operieren kann. Während die Ableitung der Erntemengen auf der Feldebene nur für ein Jahr erfolgte (2009), wurden sie auf der regionalen Ebene für den Zeitraum 2003 bis 2009 modelliert. Intensive Feldmessungen von FPAR wurden im Studiengebiet während der Wachstumssaison 2009 durchgeführt. Parallel dazu wurden RapidEye-Daten in ca. zweiwöchentlichem Abstand aufgezeichnet. Aus den RapidEye-Daten wurde der Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) berechnet, der anschließend mit den im Feld gemessenen FPAR-Werten korreliert wurde. Die entstandenen Regressionsgleichungen wurden benutzt um Zeitserien von FPAR auf RapidEye-Niveau zu erstellen. Anschließend wurden diese Zeitserien auf die MODIS-Skala aggregiert um damit das MODIS FPAR-Produkt zu validieren (1 km), bzw. eine Kalibrierung des 8-tägigen 250 m NDVI-Datensatzes vorzunehmen. Der erste Schritt zeigte dass das MODIS-Produkt im Allgemeinen die RapidEye-basierten FPAR-Werte um 6 bis 15 % überschätzt. Aufgrund der besseren Auflösung wurde das kalibrierte 250 m FPAR-Produkt für die weitere Modellierung verwendet. Für die eigentliche Modellierung wurden neben den FPAR-Eingangsdaten noch weitere Daten und Parameter benötigt. Dazu gehörte z.B. die tatsächliche Lichtnutzungseffizienz (LUEact), welche von Temperatur- und Wasserstress beeinflusst wird. Wasserstress wurde berechnet aus dem Verhältnis von tatsächlicher (ETact) zu potentieller, feldfruchtspezifischer Evapotranspiration (ETc), die beide aus einer Kombination von Satelliten- und Wetterdaten abgeleitet wurden. Der durchschnittliche Wasserstress schwankte nur geringfügig von Jahr zu Jahr, mit Ausnahmen in den Jahren 2008 und 2009. Die Modellschätzungen wurden durch feldbasierte Ernteinformationen (RapidEye-Ebene) sowie regionale statistische Daten (MODIS-Ebene) evaluiert. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Modellskalen regionale Ernteerträge mit guter Genauigkeit nachbilden können. Der Fehler für das RapidEye-basierte Modell betrug 29,1 % für Baumwolle und 30,4 % für Reis. Die Genauigkeiten für das MODIS-basierte Modell variierten, in Abhängigkeit des betrachteten Jahres, zwischen 10,5 % und 23,8 % für Baumwolle und zwischen -0,4 % und -19,4 % für Reis. Insgesamt gab es eine leichte Unterschätzung der Baumwoll- (Bias = 0,22) und Reisernte (Bias = 0,11) seitens des RapidEye-Modells. Das MODIS-Modell hingegen unterschätzte zwar auch die (offizielle) Reisernte (mit einem Bias zwischen 0,01 und 0,87), überschätzte jedoch die offiziellen Erntemengen für die Baumwolle (Bias zwischen -0,28 und -0,6). Die Evaluierung der MODIS-Skala zeigte dass die Genauigkeiten extrem zwischen den verschiedenen Distrikten schwankten. Die erstellten Erntekarten zeigten dass Erntemengen grundsätzlich mit der Distanz zum Fluss abnehmen. Die niedrigsten Erntemengen traten in den südlichsten Distrikten auf, in der Nähe der Wüste. Betrachtet man die Ergebnisse schließlich über die Zeit hinweg, gab es Gebiete die über den gesamten Zeitraum von sieben Jahren stets von niedrigen Erntemengen gekennzeichnet waren. Die vorliegende Studie zeigt, dass satellitenbasierte Lichtnutzungseffizienzmodelle ein geeignetes Werkzeug für die Ableitung und die Analyse regionaler Erntemengen in zentralasiatischen Bewässerungsregionen darstellen. Verglichen mit verwandten Studien stellten sich die ermittelten Genauigkeiten sowohl auf der RapidEye- als auch auf der MODIS-Skala als gut dar. Vom methodischen Standpunkt aus gesehen ergänzte diese Arbeit vorhanden LUE-Modelle um einige Neuerungen und Verbesserungen, wie z.B. die Validierung und Kalibrierung von FPAR für die Studienregion mittels Feld- und hochaufgelösten RapidEye-Daten und dem Einbezug von feldfrucht-spezifischem Wasserstress in die Modellierung. KW - Fernerkundung KW - Modellierung KW - Ernte KW - Baumwollpflanze KW - Reis KW - Satellit KW - Erdbeobachtung KW - remote sensing KW - crop yield KW - modeling KW - light use efficiency KW - irrigation Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87939 ER - TY - THES A1 - Pollinger, Felix T1 - Bewertung und Auswirkungen der Simulationsgüte führender Klimamoden in einem Multi-Modell Ensemble T1 - Evaluation and effects of the simulation quality of leading climate modes in a multi-model ensemble N2 - Der rezente und zukünftige Anstieg der atmosphärischen Treibhausgaskonzentration bedeutet für das terrestrische Klimasystem einen grundlegenden Wandel, der für die globale Gesellschaft schwer zu bewältigende Aufgaben und Herausforderungen bereit hält. Eine effektive, rühzeitige Anpassung an diesen Klimawandel profitiert dabei enorm von möglichst genauen Abschätzungen künftiger Klimaänderungen. Das geeignete Werkzeug hierfür sind Gekoppelte Atmosphäre Ozean Modelle (AOGCMs). Für solche Fragestellungen müssen allerdings weitreichende Annahmen über die zukünftigen klimarelevanten Randbedingungen getroffen werden. Individuelle Fehler dieser Klimamodelle, die aus der nicht perfekten Abbildung der realen Verhältnisse und Prozesse resultieren, erhöhen die Unsicherheit langfristiger Klimaprojektionen. So unterscheiden sich die Aussagen verschiedener AOGCMs im Hinblick auf den zukünftigen Klimawandel insbesondere bei regionaler Betrachtung, deutlich. Als Absicherung gegen Modellfehler werden üblicherweise die Ergebnisse mehrerer AOGCMs, eines Ensembles an Modellen, kombiniert. Um die Abschätzung des Klimawandels zu präzisieren, wird in der vorliegenden Arbeit der Versuch unternommen, eine Bewertung der Modellperformance der 24 AOGCMs, die an der dritten Phase des Vergleichsprojekts für gekoppelte Modelle (CMIP3) teilgenommen haben, zu erstellen. Auf dieser Basis wird dann eine nummerische Gewichtung für die Kombination des Ensembles erstellt. Zunächst werden die von den AOGCMs simulierten Klimatologien für einige grundlegende Klimaelemente mit den betreffenden klimatologien verschiedener Beobachtungsdatensätze quantitativ abgeglichen. Ein wichtiger methodischer Aspekt hierbei ist, dass auch die Unsicherheit der Beobachtungen, konkret Unterschiede zwischen verschiedenen Datensätzen, berücksichtigt werden. So zeigt sich, dass die Aussagen, die aus solchen Ansätzen resultieren, von zu vielen Unsicherheiten in den Referenzdaten beeinträchtigt werden, um generelle Aussagen zur Qualität von AOGCMs zu treffen. Die Nutzung der Köppen-Geiger Klassifikation offenbart jedoch, dass die prinzipielle Verteilung der bekannten Klimatypen im kompletten CMIP3 in vergleichbar guter Qualität reproduziert wird. Als Bewertungskriterium wird daher hier die Fähigkeit der AOGCMs die großskalige natürliche Klimavariabilität, konkret die hochkomplexe gekoppelte El Niño-Southern Oscillation (ENSO), realistisch abzubilden herangezogen. Es kann anhand verschiedener Aspekte des ENSO-Phänomens gezeigt werden, dass nicht alle AOGCMs hierzu mit gleicher Realitätsnähe in der Lage sind. Dies steht im Gegensatz zu den dominierenden Klimamoden der Außertropen, die modellübergreifend überzeugend repräsentiert werden. Die wichtigsten Moden werden, in globaler Betrachtung, in verschiedenen Beobachtungsdaten über einen neuen Ansatz identifiziert. So können für einige bekannte Zirkulationsmuster neue Indexdefinitionen gewonnen werden, die sich sowohl als äquivalent zu den Standardverfahren erweisen und im Vergleich zu diesen zudem eine deutliche Reduzierung des Rechenaufwandes bedeuten. Andere bekannte Moden werden dagegen als weniger bedeutsame, regionale Zirkulationsmuster eingestuft. Die hier vorgestellte Methode zur Beurteilung der Simulation von ENSO ist in guter Übereinstimmung mit anderen Ansätzen, ebenso die daraus folgende Bewertung der gesamten Performance der AOGCMs. Das Spektrum des Southern Oscillation-Index (SOI) stellt somit eine aussagekräftige Kenngröße der Modellqualität dar. Die Unterschiede in der Fähigkeit, das ENSO-System abzubilden, erweisen sich als signifikante Unsicherheitsquelle im Hinblick auf die zukünftige Entwicklung einiger fundamentaler und bedeutsamer Klimagrößen, konkret der globalen Mitteltemperatur, des SOIs selbst, sowie des indischen Monsuns. Ebenso zeigen sich signifikante Unterschiede für regionale Klimaänderungen zwischen zwei Teilensembles des CMIP3, die auf Grundlage der entwickelten Bewertungsfunktion eingeteilt werden. Jedoch sind diese Effekte im Allgemeinen nicht mit den Auswirkungen der anthropogenen Klimaänderungssignale im Multi-Modell Ensemble vergleichbar, die für die meisten Klimagrößen in einem robusten multivariaten Ansatz detektiert und quantifiziert werden können. Entsprechend sind die effektiven Klimaänderungen, die sich bei der Kombination aller Simulationen als grundlegende Aussage des CMIP3 unter den speziellen Randbedingungen ergeben nahezu unabhängig davon, ob alle Läufe mit dem gleichen Einfluss berücksichtigt werden, oder ob die erstellte nummerische Gewichtung verwendet wird. Als eine wesentliche Begründung hierfür kann die Spannbreite der Entwicklung des ENSO-Systems identifiziert werden. Dies bedeutet größere Schwankungen in den Ergebnissen der Modelle mit funktionierendem ENSO, was den Stellenwert der natürlichen Variabilität als Unsicherheitsquelle in Fragen des Klimawandels unterstreicht. Sowohl bei Betrachtung der Teilensembles als auch der Gewichtung wirken sich dadurch gegenläufige Trends im SOI ausgleichend auf die Entwicklung anderer Klimagrößen aus, was insbesondere bei letzterem Vorgehen signifikante mittlere Effekte des Ansatzes, verglichen mit der Verwendung des üblichen arithmetischen Multi-Modell Mittelwert, verhindert. N2 - The recent and future increase in atmospheric greenhouse gases will cause fundamental change in the terrestrial climate system, which will lead to enormous tasks and challenges for the global society. Effective and early adaptation to this climate change will benefit hugley from optimal possible estimates of future climate change. Coupled atmosphere-ocean models (AOGCMs) are the appropriate tool for this. However, to tackle these questions, it is necessary to make far reaching assumptions about the future climate-relevant boundary conditions. Furthermore there are individual errors in each climate model. These originate from flaws in reproducing the real climate system and result in a further increase of uncertainty with regards to long-range climate projections. Hence, concering future climate change, there are pronounced differences between the results of different AOGCMs, especially under a regional point of view. It is the usual approach to use a number of AOGCMs and combine their results as a safety measure against the influence of such model errors. In this thesis, an attempt is made to develop a valuation scheme and based on that a weighting scheme, for AOGCMs in order to narrow the range of climate change projections. The 24 models that were included in the third phase of the coupled model intercomparsion project (CMIP3) are used for this purpose. First some fundamental climatologies simulated by the AOGCMs are quantitatively compared to a number of observational data. An important methodological aspect of this approach is to explicitly address the uncertainty associated with the observational data. It is revealed that statements concerning the quality of climate models based on such hindcastig approaches might be flawed due to uncertainties about observational data. However, the application of the Köppen-Geiger classification reveales that all considered AOGCMs are capable of reproducing the fundamental distribution of observed types of climate. Thus, to evaluate the models, their ability to reproduce large-scale climate variability is chosen as the criterion. The focus is on one highly complex feature, the coupled El Niño-Southern Oscillation. Addressing several aspects of this climate mode, it is demonstrated that there are AOGCMs that are less successful in doing so than others. In contrast, all models reproduce the most dominant extratropical climate modes in a satisfying manner. The decision which modes are the most important is made using a distinct approach considering several global sets of observational data. This way, it is possible to add new definitions for the time series of some well-known climate patterns, which proof to be equivalent to the standard definitions. Along with this, other popular modes are identified as less important regional patterns. The presented approach to assess the simulation of ENSO is in good agreement with other approaches, as well as the resulting rating of the overall model performance. The spectrum of the timeseries of the Southern Oscillation Index (SOI) can thus be regarded as a sound parameter of the quality of AOGCMs. Differences in the ability to simulate a realistic ENSO-system prove to be a significant source of uncertainty with respect to the future development of some fundamental and important climate parameters, namely the global near-surface air mean temperature, the SOI itself and the Indian monsoon. In addition, there are significant differences in the patterns of regional climate change as simulated by two ensembles, which are constituted according to the evaluation function previously developed. However, these effects are overall not comparable to the multi-model ensembles’ anthropogenic induced climate change signals which can be detected and quantified using a robust multi-variate approach. If all individual simulations following a specific emission scenario are combined, the resulting climate change signals can be thought of as the fundamental message of CMIP3. It appears to be quite a stable one, more or less unaffected by the use of the derived weighting scheme instead of the common approach to use equal weights for all simulations. It is reasoned that this originates mainly from the range of trends in the SOI. Apparently, the group of models that seems to have a realistic ENSO-system also shows greater variations in terms of effective climate change. This underlines the importance of natural climate variability as a major source of uncertainty concerning climate change. For the SOI there are negative Trends in the multi-model ensemble as well as positive ones. Overall, these trends tend to stabilize the development of other climate parameters when various AOGCMs are combined, whether the two distinguished parts of CMIP3 are analyzed or the weighting scheme is applied. Especially in case of the latter method, this prevents significant effects on the mean change compared to the arithmetic multi-model mean. KW - Modell KW - Klima KW - Statistik KW - Anthropogene Klimaänderung KW - El-Niño-Phänomen KW - multi-model ensemble KW - großskalige Klimavariabilität KW - Gewichtung von Klimamodellen KW - large scale climate variability KW - weighting of climate models KW - Allgemeine atmosphärische Zirkulation KW - Klimatologie KW - Klimaänderung KW - Modellierung KW - Mathematisches Modell Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-97982 ER - TY - THES A1 - Knauer, Kim T1 - Monitoring ecosystem health of Fynbos remnant vegetation in the City of Cape Town using remote sensing T1 - Erfassung der Ökosystemgesundheit von Fynbos-Vegetation im Großraum Kapstadt mit Hilfe der Fernerkundung N2 - Increasing urbanisation is one of the biggest pressures to vegetation in the City of Cape Town. The growth of the city dramatically reduced the area under indigenous Fynbos vegetation, which remains in isolated fragments. These are subject to a number of threats including atmospheric deposition, atypical fire cycles and invasion by exotic plant and animal species. Especially the Port Jackson willow (Acacia saligna) extensively suppresses the indigenous Fynbos vegetation with its rapid growth. The main objective of this study was to investigate indicators for a quick and early prediction of the health of the remaining Fynbos fragments in the City of Cape Town with help of remote sensing. First, the productivity of the vegetation in response to rainfall was determined. For this purpose, the Enhanced Vegetation Index (EVI), derived from Terra MODIS data with a spatial resolution of 250m, and precipitation data of 19 rainfall stations for the period from 2000 till 2008 were used. Within the scope of a flexible regression between the EVI data and the precipitation data, different lags of the vegetation response to rainfall were analysed. Furthermore, residual trends (RESTREND) were calculated, which result from the difference between observed EVI and the one predicted by precipitation. Negative trends may suggest a degradation of the habitats. In addition, the so-called Rain-use Efficiency (RUE) was tested in this context. It is defined as the ratio between net primary production (NPP) – represented by the annual sum of EVI – and the annual rainfall sum. These indicators were analysed for their suitability to determine the health of the indigenous Fynbos vegetation. Furthermore, the degree of dispersal of invasive species especially the Acacia saligna was investigated. With the specific characteristics of the tested indicators and the spectral signature of Acacia saligna, i.e. its unique reflectance over the course of the year, the dispersal was estimated. Since the growth of invasive species dramatically reduces the biodiversity of the fragments, their presence is an important factor for the condition of ecosystem health. This work focused on 11 test sites with an average size of 200ha, distributed over the whole area of the City of Cape Town. Five of these fragments are under conservation and the others shall be protected in the near future, too, which makes them of special interest. In January 2010, fieldwork was undertaken in order to investigate the state and composition of the local vegetation. The results show promising indicators for the assessment of ecosystem health. The coefficients of determination of the EVI-rainfall regression for Fynbos are minor, because the reaction of this vegetation type to rainfall is considerably lower than the one of the invasive species. Thus, a good distinction between indigenous and alien vegetation is possible on the basis of this regression. On the other hand, the RESTREND method, for which the regression forms the basis, is only of limited use, since the significance of these trends is not given for Fynbos vegetation. Furthermore, the RUE has considerable potential for the assessment of ecosystem health in the study area. The Port Jackson willow has an explicitly higher EVI than the Fynbos vegetation and thus its RUE is more efficient for a similar amount of rainfall. However, it has to be used with caution, because local and temporal variability cannot be extinguished in the study area over the rather short MODIS time series. These results display that the interpretation of the indicators has to be conducted differently from the literature, because the element of invasive species was not considered in most of the previous papers. An increase in productivity is not necessarily equivalent with an improvement in health of the fragment, but can indicate a dispersal of Acacia saligna. This shows the general problem of the term ‘degradation’ which in most publications so far is only measured by productivity and other factors like invasive species are disregarded. On the basis of the EVI-rainfall regression and statistical measures of the EVI, the distribution of invasive species could be delineated. Generally, a strong invasion of the Port Jackson willow was discovered on the test sites. The results display that a reasoned and sustainable management of the fragments is essential in order to prevent the suppression of the indigenous Fynbos vegetation by Acacia saligna. For this purpose, remote sensing can give an indication which areas changed so that specific field surveys can be undertaken and subsequent management measures can be determined. N2 - Zunehmende Urbanisierung stellt eine der größten Bedrohungen für die Vegetation im Großraum Kapstadt dar. Durch das schnelle Wachstum der Stadt bleibt immer weniger der ursprünglichen Vegetation in isolierten Fragmenten zurück. Diese sind in ihrer Funktion als Lebensraum für Flora und Fauna unter Anderem durch Luftverschmutzung, untypische Feuerzyklen und das Eindringen fremder Arten gefährdet. Besonders die Weidenblatt-Akazie (Acacia Saligna) verdrängt die einheimische Fynbos-Vegetation großflächig durch ihr schnelles Wachstum. Hauptziel dieser Arbeit war es, mit Hilfe der Fernerkundung Indikatoren zu finden, um eine schnelle und frühzeitige Aussage über die Gesundheit der verbliebenen natürlichen Vegetationsfragmente im Großraum Kapstadt zu ermöglichen. Zunächst wurde die Produktivität der Vegetation und deren Reaktion auf Niederschlag analysiert. Zu diesem Zweck wurden der Enhanced Vegetation Index (EVI) aus Terra-MODIS-Daten mit einer räumlichen Auflösung von 250m und Niederschlagsdaten von 19 Wetterstationen aus dem Zeitraum 2000 bis 2008 verwendet. Im Rahmen einer flexiblen Regression zwischen EVI und Niederschlagsdaten wurden verschiedene Verzögerungen der Reaktion der Vegetation auf den Niederschlag getestet. Des Weiteren wurden residuale Trends (RESTREND) berechnet, die sich aus der Differenz zwischen beobachtetem EVI und dem aus dem Niederschlag vorhergesagten EVI ergeben. Zusätzlich wurde die sogenannte Rain-use Efficiency (RUE) getestet. Diese ist definiert durch das Verhältnis zwischen Nettoprimärproduktion, repräsentiert durch die Jahressumme des EVI, und der Jahressumme des Niederschlags. Die angewandten Indikatoren wurden darauf untersucht, ob sie eine Aussage über die Gesundheit der einheimischen Fynbos-Vegetation ermöglichen. Des Weiteren wurde der Verbreitungsgrad invasiver Arten, besonders der der Weidenblatt-Akazie bestimmt. Auf Basis der spezifischen Charakteristika der getesteten Indikatoren und der spektralen Signatur von Acacia saligna, also ihrer besonderen Reflexion über den Jahresverlauf, wurde die Verbreitung ermittelt. Da das ungehinderte Wachstum invasiver Arten die Biodiversität der Fragmente stark verringert, ist ihre Anwesenheit ein wichtiger Faktor für die Gesundheit von Ökosystemen. Diese Arbeit konzentrierte sich auf 11 Testflächen mit einer durchschnittlichen Größe von 200ha, die über die gesamte Fläche des Großraums Kapstadt verteilt sind. Fünf dieser Fragmente stehen bereits unter Schutz, während die anderen in absehbarer Zeit folgen sollen; dies macht sie von besonderem Interesse. Im Januar 2010 wurden Geländearbeiten durchgeführt um den Zustand und die Zusammensetzung der Vegetation vor Ort festzustellen. Die Ergebnisse weisen aussichtsreiche Indikatoren zur Abschätzung der Ökosystemgesundheit auf. Die Werte des Bestimmtheitsmaßes der EVI-Niederschlags-Regression sind niedrig für Fynbos, da die Reaktion dieses Vegetationstyps auf Niederschlag wesentlich geringer ist als die der invasiven Arten. Daher ist auf Basis dieser Regression eine gute Unterscheidung zwischen einheimischer und invasiver Vegetation möglich. Auf der anderen Seite ist die RESTREND-Methode, für die diese Regression die Grundlage bildet, nur begrenzt von Nutzen, da die Signifikanzen dieser Trends für Fynbos-Vegetation nicht gegeben sind. Des Weiteren weist die RUE Potential für die Abschätzung von Ökosystemgesundheit im Testgebiet auf. Die Weidenblatt-Akazie hat einen wesentlichen höheren EVI als die Fynbos-Vegetation und daher ist deren RUE bei vergleichbarer Niederschlagsmenge effizienter. Dennoch muss diese mit Vorsicht angewandt werden, da die hohe lokale und temporale Variabilität der RUE im Testgebiet über die relativ kurze MODIS-Zeitserie nicht eliminiert werden kann. Die Ergebnisse verdeutlichen zudem, dass die Interpretation der Indikatoren anders als in der Literatur durchgeführt werden muss, da das Element der invasiven Vegetation in den meisten der vorangegangenen Arbeiten nicht berücksichtigt wurde. Ein Anstieg der Produktivität ist hier nicht gleichzusetzen mit einer Verbesserung der Gesundheit eines Fragments, sondern deutet viel mehr auf eine Verbreitung der Weidenblatt-Akazie hin. Dies verdeutlicht das generelle Problem des Begriffs ‚Degradation‘, welche in den meisten Veröffentlichungen nur über die Produktivität der Vegetation bestimmt wird während andere Faktoren wie zum Beispiel invasive Arten unberücksichtigt bleiben. Auf Basis der EVI-Niederschlags-Regression und der statistischen Messgrößen des EVI konnte die Verbreitung der invasiven Arten abgegrenzt werden. Generell wurde ein starker Befall der Testflächen durch die Weidenblatt-Akazie festgestellt. Die Ergebnisse machen deutlich, dass ein durchdachtes und nachhaltiges Management der Fragmente notwendig ist um die Verdrängung der einheimischen Fynbos-Vegetation durch Acacia saligna zu verhindern. Die Fernerkundung kann zu diesem Zweck Hinweise liefern, welche Flächen sich verändert haben um anschließend gezielte Begehungen vorzunehmen und Maßnahmen einzuleiten. KW - remote sensing KW - Fynbos KW - ecosystem health KW - degradation KW - greening KW - Remote Sensing KW - Fynbos KW - ecosystem health KW - degradation KW - greening KW - Fernerkundung KW - Ökosystemgesundheit KW - Degradation Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-92495 ER - TY - THES A1 - Rödder, Tobias T1 - Spatio-temporal assessment of dynamics in discontinuous mountain permafrost - Investigation of small-scale influences on the ground thermal regime and active layer processes during snow melt T1 - Die raum-zeitliche Analyse der Dynamiken in diskontinuierlichem Gebirgspermafrost - Untersuchungen zu kleinräumigen Einflüssen auf Untergrundtemperaturen und Prozesse in der Auftauschicht während der Schneeschmelze N2 - The discontinuous mountain permafrost zone is characterized by its heterogeneous distribution of frozen ground and a small-scale variability of the ground thermal regime. Large parts of these areas are covered by glacial till and sediments that were exposed after the recession of the glaciers since the 19th century. As response to changed climatic conditions permafrost-affected areas will lose their ability as sediment storage and on the contrary, they will act as source areas for unconsolidated debris. Along with modified precipitation patterns the degradation of the discontinuous mountain permafrost zone will (temporarily) increase its predisposition for mass movement processes and thus has to be monitored in a differentiated way. Therefore, the spatio-temporal dynamics of frozen ground are assessed in this study based on results obtained in three glacier forefields in the Engadin (Swiss Alps) and at the Zugspitze (German Alps). Sophisticated techniques are required to uncover structural differences in the subsurface. Thus, the applicability of advanced geophysical methods is tested for alpine environments and proved by the good 3D-delineation of a permafrost body and by the detection of detailed processes in the active layer during snow melt. Electrical resistivity tomography (ERT) approaches (quasi-3D, daily monitoring) reveal their capabilities to detect subsurface resistivity changes both, in space and time. Processes and changes in regard to liquid water content and ice content are observed to exist at short distances even though the active layer is not subject to a considerable thickening over the past 7 years. The stability of the active layer is verified by borehole temperature data. No synchronous trend is recognized in permafrost temperatures and together with multi-annual electrical resistivity data they indicate degradation and aggradation processes to occur at the same time. Different heat transfer mechanisms, especially during winter, are recognized by means of temperature sensors above, at, and beneath the surface. Based on surface and borehole temperature data the snow cover is assessed as the major controlling factor for the thermal regime on a local scale. Beyond that, the debris size of the substrate, which modifies the snow cover and regulates air exchange processes above the ground, plays a crucial role as an additional buffer layer. A fundamental control over the stability of local permafrost patches is attributed to the ice-rich transient layer at the base of the active layer. The refreezing of melt water in spring is illustrated with diurnal ERT monitoring data from glacier forefield Murtèl. Based on these ERT and borehole temperature data a conceptual model of active layer processes between autumn and spring is developed. The latent heat that is inherent in the transient layer protects the permafrost beneath from additional energy input from the surface as long as the refreezing of melt water in spring prevails and sufficient ice is build up each spring. Permafrost sites without a transient layer show considerably higher temperatures at their table and are more prone to degradation in the years and decades ahead. As main investigation area a glacier forefield beneath the summits of Piz Murtèl and Piz Corvatsch in the Swiss Engadin was chosen. It is located west of the well-known rock glacier Murtèl. Here, a permafrost body inside and adjacent to the lateral moraine was investigated and could be delineated very well. In the surrounding glacier forefield no further indications of permafrost occurrence could be made. Geophysical data and temperature values from the surface and from a permafrost borehole were compared with long-term data from proximate glacier forefield Muragl (Engadin). Results from both sites show a considerable stability of the active layer depth in summer while at the same time geophysical data demonstrate annual changes in the amount of liquid water content and ice content in the course of years. A third investigation area is located in the German Alps. The Zugspitzplatt is a high mountain valley with considerably more precipitation and thicker snow cover compared to both Swiss sites. In close proximity to the present glacier and at a large talus slope beneath the summit crest ground ice could be observed. The high subsurface resistivity values and comparable data from existing studies at the Zugspitze may indicate the presence of sedimentary ice in the subsurface of the karstified Zugspitzplatt. Based on these complementary data from geophysical and temperature measurements as well as geomorphological field mapping the development of permafrost in glacier forefields under climate change conditions is analyzed with cooperation partners from the SPCC project. Ground temperature simulations forced with long-term climatological data are modeled to assess future permafrost development in glacier forefield Murtèl. Results suggest that permafrost is stable as long as the ice-rich layer between the active layer and the permafrost table exists. After a tipping point is reached, the disintegration of frozen ground starts to proceed rapidly from the top. N2 - Die Zone des diskontinuierlichen Gebirgspermafrosts in den Europäischen Alpen ist durch das kleinräumige Auftreten von gefrorenem Untergrund und eine hohe Variabilität des thermischen Regimes gekenn\-zeichnet. Weite Bereiche dieser Zone sind mit glazialen Sedimenten und Felsschutt bedeckt, die mit dem Abschmelzen der Gletscher seit Mitte des 19.~Jahrhunderts freigelegt wurden. Im Zuge von klimatischen Veränderungen werden Gebiete, in denen Permafrost auftritt, ihre Funktion als Sedimentspeicher verlieren und stattdessen als Sedimentquelle für Lockermaterial wirken. Zusammen mit Änderungen im Niederschlagsregime kann sich dadurch die Disposition für Massenbewegungen (zeitweilig) erhöhen, so dass differenzierte Beobachtungsstrategien dieser lokalen Permafrostvorkommen erforderlich sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die raum-zeitliche Dynamik von Permafrost in drei Gletschervorfeldern im Engadin (Schweizer Alpen) und an der Zugspitze (Deutsche Alpen) untersucht. Um strukturelle Unterschiede im Untergrund zu erkennen ist der Einsatz von modernen, sich ergänzenden Techniken und Methoden unbedingt erforderlich. Mit der genauen dreidimensionalen Abgrenzung eines Permafrostkörpers sowie der Beobachtung von aktiven Prozessen während der Schneeschmelze in der Auftauschicht, konnte die Anwendbarkeit der geophysikalischen Methoden in unzugänglichem alpinen Gelände unter Beweis gestellt werden. Insbesondere die elektrische Widerstandstomographie (ERT), basierend auf einem quasi-3D Ansatz und einem täglichen Monitoring, erlaubt eine detaillierte Untersuchung von Widerstandsveränderungen (räumlich und zeitlich). Obwohl die Mächtigkeit der Auftauschicht über die letzten 7 Jahren kaum variierte, konnten Prozesse und Veränderungen im Permafrost beobachtet werden. Die Stabilität der Auftauschicht im Untersuchungszeitraum wird durch Temperaturmessungen in den Bohrlöchern bestätigt. Die Permafrosttemperaturen zeigen einen gleichlaufenden Trend. Zusammen mit den mehrjährigen ERT-Daten unterstreicht dies die Variabilität in der Zusammensetzung des Untergrunds in Bezug auf den jeweiligen Anteil von flüssigem bzw. gefrorenem Wasser. Mit Hilfe von Temperatursensoren oberhalb, auf und unterhalb der Erdoberfläche konnten verschiedene Wärmetransportprozesse, insbesondere im Winter, beobachtet werden. Auf Grundlage dieser Temperaturdaten wird die Schneedecke als der größte Einflussfaktor auf das thermische Regime des Untergrundes auf lokaler Ebene angesehen. Zusätzlich spielt die Größe des vorhandenen Schuttmaterials eine wesentliche Rolle, da zum einen die Schneedecke verändert und zum anderen die Luftaustauschprozesse an der Oberfläche stark reguliert werden. Dies bestätigt die bereits bekannte mikroklimatische Wirkung von grobem Blockschutt. Maßgeblich für die Stabilität der Auftauschicht ist der eisreiche Übergangsbereich zwischen Auftauschicht und Permafrost. Tägliche ERT-Daten aus dem Gletschervorfeld Murtèl zeigen das Wiedergefrieren von Schmelzwasser in diesem Bereich im Frühjahr. Auf Grundlage von Bohrlochtemperaturen und ERT-Daten wurde ein konzeptionelles Modell der Prozesse innerhalb der Auftauschicht für den Zeitraum Herbst bis Frühjahr erstellt. So lange der Eiszuwachs im Frühjahr dominiert, schützt die eisreiche Schicht durch die ge\-speicherte latente Wärme den Permafrost vor zusätzlichem Wärmeeintrag. Standorte mit einem niedrigen Eisgehalt an der Permafrosttafel unterliegen damit in größerem Maße dem Einfluss des Wärmetransports und sind in den kommenden Jahren und Jahrzehnten stärker anfällig für Degradationserscheinungen. Hauptuntersuchungsgebiet ist ein Gletschervorfeld unterhalb der Gipfel von Piz Murtèl und Piz Corvatsch im Schweizer Engadin westlich des gut untersuchten Blockgletscher Murtèl. Hier wurde ein Permafrostkörper am Rande bzw. innerhalb der Lateralmoräne untersucht und die Abgrenzung des Untergrundeises detektiert. Im übrigen Gletschervorfeld konnte Permafrost nicht nachgewiesen werden. Die geophysikalischen Daten und Temperaturdaten von der Oberfläche bzw.~aus einem Permafrostbohrloch wurden mit langjährigen Messreihen aus dem Gletschervorfeld Muragl (ebenfalls im Engadin) verglichen. Die Ergebnisse an beiden Standorten zeigen eine gewisse Stabilität der jährlichen Auftauschicht. Zur gleichen Zeit zeigen die geophysikalischen Ergebnisse Veränderungen im Verhältnis von flüssigen Wasser zu gefrorenem Eis im Untergrund an. Als drittes Untersuchungsgebiet wurde das Zugspitzplateau ausgewählt, ein alpines Hochtal mit deutlich mehr Niederschlag und größerer Schneedecke als an den beiden Standorten im Engadin. Hier konnten in unmittelbarer Nähe zum heutigen Gletscherrand und unter steilen Hangschuttkegeln durch Widerstandstomographie deutliche Hinweise auf Untergrundeis gegeben werden. Feldbeobachtungen und die bekannt hohen Widerstandswerte aus vergleichbaren Untersuchungen am Zugspitzgipfel lassen auf sedimentäres Eis im verkarsteten Untergrund schließen. Abschließend wurde die zukünftige Entwicklung am Standort Murtèl anhand von Simulationsläufen, die auf langfristigen Energiebilanzdaten von regionalen Klimamodellen beruhen, abgeschätzt. Auf Basis der umfangreichen Daten aus den Geländemessungen und der geomorphologischen Kartierung, wurde mit Hilfe einer Sensivitätsanalyse mit Partnern aus dem SPCC-Projekt die Termperaturentwicklung im Permafrost modelliert. Die Ergebnisse zeigen eine kurzfristige Stabilität des Permafrosts bis ein kritischer Schwellenwert erreicht ist, der vermutlich mit dem Tauen der eisreichen Zone verbunden ist. Nachdem dieser Zeitpunkt überschritten ist, setzt sich die Permafrostdegradation rasch in die Tiefe fort. KW - Engadin KW - Zugspitze KW - Gletschervorfeld KW - Dauerfrostboden KW - Klimaänderung KW - Mountain permafrost KW - Geophysics KW - Ground surface temperature KW - Glacier forefield KW - Transient layer KW - Auftauschicht KW - Gebirgspermafrost KW - Gletschervorfeld KW - Untergrundtemperaturen KW - Geophysikalische Methoden KW - Schneeschmelze KW - Monitorüberwachung KW - Massenbewegung KW - Sedimentation Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-90629 ER - TY - THES A1 - Dietz, Andreas T1 - Central Asian Snow Cover Characteristics between 1986 and 2012 derived from Time Series of Medium Resolution Remote Sensing Data T1 - Charakteristik der Schneebedeckung in Zentralasien zwischen 1986 und 2012 abgeleitet von Zeitreihen mittelaufgelöster Fernerkundungsdaten N2 - The eminent importance of snow cover for climatic, hydrologic, anthropogenic, and economic reasons has been widely discussed in scientific literature. Up to 50% of the Northern Hemisphere is covered by snow at least temporarily, turning snow to the most prevalent land cover types at all. Depending on regular precipitation and temperatures below freezing point it is obvious that a changing climate effects snow cover characteristics fundamentally. Such changes can have severe impacts on local, national, and even global scale. The region of Central Asia is not an exception from this general rule, but are the consequences accompanying past, present, and possible future changes in snow cover parameters of particular importance. Being characterized by continental climate with hot and dry summers most precipitation accumulates during winter and spring months in the form of snow. The population in this 4,000,000 km² vast area is strongly depending on irrigation to facilitate agriculture. Additionally, electricity is often generated by hydroelectric power stations. A large proportion of the employed water originates from snow melt during spring months, implying that changes in snow cover characteristics will automatically affect both the total amount of obtainable water and the time when this water becomes available. The presented thesis explores the question how the spatial extent of snow covered surface has evolved since the year 1986. This investigation is based on the processing of medium resolution remote sensing data originating from daily MODIS and AVHRR sensors, thus forming a unique approach of snow cover analysis in terms of temporal and spatial resolution. Not only duration but also onset and melt of snow coverage are tracked over time, analyzing for systematic changes within this 26 years lasting time span. AVHRR data are processed from raw Level 1B orbit data to Level 3 thematic snow cover products. Both, AVHRR and MODIS snow maps undergo a further post-processing, producing daily full-area mosaics while completely eliminating inherent cloud cover. Snow cover parameters are derived based on these daily and cloud-free time series, allowing for a detailed analysis of current status and changes. The results confirm the predictions made by coarse resolution predictions from climate models: Central Asian snow cover is changing, posing new challenges for the ecosystem and future water supply. The changes, however, are not aimed at only one direction. Regions with decreasing snow cover exist as well as those where the duration of snow cover increases. A shift towards earlier snow cover start and melt can be observed, posing a serious challenge to water management authorities due to a changed runoff regime. N2 - Die Bedeutung von Schneebedeckung hinsichtlich klimatischer, hydrologischer, anthropogener und ökonomischer Gesichtspunkte wurde in der wissenschaftlichen Literatur bereits umfassend diskutiert. Bis zu 50% der Nördlichen Hemisphäre sind zeitweise schneebedeckt. Abhängig von Niederschlag und Temperaturen unter dem Gefrierpunkt beeinflussen Veränderungen des Klimas zwangsläufig die Charakteristik der Schneeverteilung. Solche Veränderungen können weitreichende Folgen auf lokalem, nationalem und sogar globalem Maßstab haben. Zentralasien stellt in diesem Zusammenhang keine Ausnahme dar, denn die Konsequenzen vergangener, aktueller und möglicher zukünftiger Schneebedeckungsveränderungen sind hier besonders gravierend: Wegen des kontinentalen Klimas und den damit verbundenen trocken-heißen Sommern fällt der Hauptteil des verfügbaren Niederschlages in den Winter- und Frühlingsmonaten in Form von Schnee. Die Bevölkerung in der etwa 4.000.000 km² großen Region ist in besonderem Maße von Bewässerungslandwirtschaft abhängig. Darüber hinaus wird ein Großteil der Elektrizität durch Wasserkraftwerke erzeugt. Das für diese Zwecke verwendete Wasser generiert sich hauptsächlich durch Schneeschmelze im Frühling. Veränderungen im Schneehaushalt haben unmittelbare Auswirkungen auf die Menge des zur Verfügung stehenden Wassers sowie den Zeitpunkt, zu dem dieses frei wird. Die vorgestellte Arbeit wird der Frage nachgehen, wie sich die räumliche Ausdehnung schneebedeckter Flächen seit dem Jahr 1986 entwickelt hat. Diese Untersuchung basiert auf der Analyse mittelaufgelöster Fernerkundungsdaten der Sensoren MODIS und AVHRR, die mit der verbundenen zeitlichen und räumlichen Auflösung einen einmaligen Ansatz darstellen. Nicht nur die Schneebedeckungsdauer, sondern auch Beginn und Ende der Schneesaison werden über die Zeit hinweg verfolgt, um systematische Veränderungen innerhalb der 26 Jahre andauernden Zeitreihe analysieren zu können. Rohe AVHRR Daten werden in thematische Produkte überführt, die dann zusammen mit den MODIS Schneeprodukten prozessiert werden um tägliche, wolkenfreie Mosaike der kompletten Region zu erzeugen. Die Ergebnisse bestätigen Vorhersagen grob aufgelöster Klimamodelle: Die Schneebedeckung in Zentralasien verändert sich und stellt damit die Ökosysteme und Wasserplanungsbehörden vor neue Herausforderungen. Die Änderungen sind jedoch nicht ausschließlich negativ: Regionen mit reduzierte verringerter Schneebedeckung existieren neben solchen, in denen die Bedeckung zunimmt. Eine generelle Verschiebung der Schneebedeckung hin zu früherem Beginn und früherem Ende der Saison kann ebenfalls beobachtet werden. Gerade diese Verschiebung stellt die Behörden und Wasserplaner vor deutliche Herausforderungen, da mit diesen Verschiebungen auch eine Änderung des zugrundeliegenden Abflussregimes einhergeht. N2 - Значение снежного покрова с климатической, гидрологической, антропогенной и экономической точки зрения в научной литературе широко обсуждалось. До 50% северное полушарие временами покрытa снегом. Поэтому снег являетса, по крайней мере временно самым распространенным покрытием земли. В замисимости от осадков и температур ниже градуса звмерзения, изменения климата воздействуют на характеристику распределения снега. Такие изменения могут иметь далеко идущие последствия местного, регионального и дaже глобального масштаба. Центральная Азия в данном моменте не являетса исключенная, потому что последствия прошлых, настояших, и возможных будушщих изменений покрова снега значительны серьезные: из-за континентального климата и связанного с этим сухого жаркого лета, основная часть осадков падает на зимние и весенние месяцы в виде снега. Жители этого примерно 4.000.000 км² региона, в большой степени зависят от оросительной системы. Кроме того, большая часть электричества производится с помощью электростанций. Использумая для этого вода образуется от тайния снега весной. Изменение количества снега оказывает непосредственное влияние на каличество готовой для использования воды и на время её образования. Представленная работа рассматривает вопрос как развивалось пространственное расширение снежного покрова площадей с 1986 года. Эти иследования базироваться на процессиворании данных сеисоров MODIS и AVHRR которые представляют связанные временем и пространством показыват беспримерную методику. Не только время снежного покрова, но и начало и конец снежного сезана наблюдались в течение продолжительного времене, чтобы анализировать систематические изменения произошедшие в течение 26 лет. Результаты подтверждают предсказание модель климата с низким разрешением: снежный покров Центральной Азии изменяетса и ставит экологическую систему и управление водных планирования перед новыми задачами. Однако изменения направленн не только в одну сторону: регионы с уменьшением снежного покрова существовать рядом с такими, в которых величена снежного покрова увеличивается. Всеобщим сдвиг снежного покрова в сторону раннего начала и раннего окончания сезона так же наблюдается. Как раз эти сдвиги ставят а власти и хозяйства вода планирования перед сложные задачи, так как с этими сдвигами связаны и изменения в системе сточных вод. KW - Zentralasien KW - Satellitenfernerkundung KW - Schnee KW - Snow cover KW - MODIS KW - AVHRR KW - snow cover duration KW - Remote sensing of snow KW - Gletscherschwankung KW - Geschichte 1986 - 2012 Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-101221 ER - TY - CHAP A1 - Kreuzer, H. A1 - Henjes-Kunst, F. A1 - Seidel, E. A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Bühn, B. T1 - Ar-Ar spectra on minerals from KTB and related medium-pressure units N2 - No abstract available. KW - Kontinentales Tiefbohrprogramm Y1 - 1993 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-86731 ER - TY - JOUR A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Wilhelm, G. T1 - Mikrosondenanalytische Untersuchungen eines Kupfer-Rollsiegels des frühen 3. Jahrtausends v. Ch. vom Tell Karrana-3 bei Mosul, Irak N2 - No abstract available KW - Mikrosonde KW - Analyse Y1 - 1992 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-86747 ER - TY - CHAP A1 - Kreuzer, Hans A1 - Vejnar, Zdenek A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Okrusch, Martin A1 - Seidel, Eberhard T1 - K-Ar dating of the last metamorphic events in different tectonic units of the western margin of the Bohemian Massif N2 - K-Ar dating on hornblendes and micas from the TepläDomazlice zone revealed a pattern of dates which significantly deviates from the mid-Carboniferous to early Permian one that is found in the adjacent low-pressure metamorphic Moldanubian and Saxothuringian. Especially for the Mariänske Läzne metabasic complex, confirming early Czech determinations, the dates resemble the early Devonian pattern determined for the Münchberg Gneiss Massif and the Erbendorf-Vohenstrauß zone of northeastern Bavaria. This supports the idea that all three units are remnants of a huge complex which suffered a metamorphic overprint under medium-pressure conditions, probably in the early Devonian. Streng rejuvenation is found in the southern part of the Teplä-Domailice zone by which micas and even two hornblendes were reset to mid-Carboniferous ages. According to the geological setting, part of the apparently preDevonian dates may be explained by inherited argon from earlier metamorphic and magmatic events, e.g. the high-pressure metamorphism documented in eclogitic relics. However, excess argon, caused by the mid-Carboniferous overprint cannot be excluded. KW - Geochemie Y1 - 1988 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87527 ER - TY - JOUR A1 - von Gehlen, K. A1 - Matthes, S. A1 - Okrusch, Martin A1 - Richter, P. A1 - Röhr, C. A1 - Schüssler, Ulrich T1 - Metapyroxenite in der KTB-Vorbohrung N2 - No abstract available. KW - Kontinentales Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik Deutschland Y1 - 1990 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87539 ER - TY - CHAP A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Vejnar, Z. A1 - Okrusch, M. A1 - Rose, S. A1 - Seidel, E. T1 - Geochemistry of Metabasites and gabbroic rocks from the Tepla-Domazlice zone N2 - Various amphibolites, metagabbros and eclogitic relics of the Mariänske Läzne complex, and amphibolites from the Cernä Hora Massif exhibit an uniform geochemical character which compares weil with modern mid-ocean ridge basalts. Geochemically these metabasites are similar to the amphibolites of the Myto area and to schistose, partly striped amphibolites of the neighbouring Tirschenreuth-Mähring Zone and the Erbendorf-Vohenstrauss Zone (Bavaria). Greenschists and amphibolites from the Domazlice metamorphic complex show an alkaline-basaltic tendency conforming to modern within-plate basalts or basalts from anomalaus midocean ridge segments. In their chemical character, these metabasites compare weil with the flaseramphibolites of the Erbendorf-Vohenstrauss Zone. Fine-grained amphibolites in the Warzenrieth area and (gabbro-) amphibolites in the Blätterberg-Hoher Bogen area show normal MORB character. The metamorphosed gabbroic rocks in the southern part of the Neukirchen-Kdyne (meta-) igneous complex are subalkaline - tholeiitic and exhibit a magmatic differentiation trend. They differ from the neighbouring amphibolites by generally lower contents of incompatible elements. KW - Geochemie Y1 - 1988 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87511 ER - TY - JOUR A1 - Conrad, Christopher A1 - Fritsch, Sebastian A1 - Zeidler, Julian A1 - Rücker, Gerd A1 - Dech, Stefan T1 - Per-Field Irrigated Crop Classification in Arid Central Asia Using SPOT and ASTER Data N2 - The overarching goal of this research was to explore accurate methods of mapping irrigated crops, where digital cadastre information is unavailable: (a) Boundary separation by object-oriented image segmentation using very high spatial resolution (2.5–5 m) data was followed by (b) identification of crops and crop rotations by means of phenology, tasselled cap, and rule-based classification using high resolution (15–30 m) bi-temporal data. The extensive irrigated cotton production system of the Khorezm province in Uzbekistan, Central Asia, was selected as a study region. Image segmentation was carried out on pan-sharpened SPOT data. Varying combinations of segmentation parameters (shape, compactness, and color) were tested for optimized boundary separation. The resulting geometry was validated against polygons digitized from the data and cadastre maps, analysing similarity (size, shape) and congruence. The parameters shape and compactness were decisive for segmentation accuracy. Differences between crop phenologies were analyzed at field level using bi-temporal ASTER data. A rule set based on the tasselled cap indices greenness and brightness allowed for classifying crop rotations of cotton, winter-wheat and rice, resulting in an overall accuracy of 80 %. The proposed field-based crop classification method can be an important tool for use in water demand estimations, crop yield simulations, or economic models in agricultural systems similar to Khorezm. KW - Geologie KW - object-based classification KW - segmentation KW - tasselled cap KW - Uzbekistan KW - irrigated agriculture KW - multi-sensor Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-68630 ER - TY - THES A1 - Linder, Susanne T1 - Der Einfluss von Lebensstilen auf den Energieverbrauch in privaten Haushalten im Bereich Wohnen am Beispiel der Stadt Stuttgart T1 - The influence of lifestyle on residential energy consumption – a case study of the city of Stuttgart N2 - Aufgrund der weltweit steigenden Energienachfrage und den gleichzeitig knapper werdenden natürlichen Ressourcen, muss Energie in Zukunft effizienter genutzt werden. Auch im Sektor der privaten Haushalte stellt sich deshalb die Frage, von welchen Faktoren der Energieverbrauch abhängt. Der Einfluss von technischen Faktoren wie Wärmedämmung von Gebäuden oder der Effizienzklasse von elektrischen Geräten auf den Heizenergie- bzw. Stromverbrauch in privaten Haushalten ist bereits bekannt. Interessant zu wissen ist jedoch auch, welchen Einfluss unterschiedliche Eigenschaften und Verhaltensweisen der Bewohner und damit welchen Einfluss der Lebensstil auf den Energieverbrauch hat. Um den Einfluss des Lebensstils auf den Energieverbrauch in privaten Haushalten im Bereich Wohnen zu untersuchen, wurden Daten anhand einer schriftlichen Haushaltsbefragung in ausgewählten Stadtvierteln in Stuttgart erhoben. Bei der Befragung kam ein bereichsspezifischer Lebensstilansatz zur Anwendung d.h. es wurden Fragen zu den einzelnen Lebensstilbereichen „Lebensform“, „Sozialstruktur“, „Energiesparverhalten“ und „Umwelt- und Energiebewusstsein“ gestellt. Anhand ausgewählter Variablen dieser Lebensstilbereiche wurden die Haushalte mit Hilfe der Clusteranalyse in Lebensstilgruppen des Strom- und Heizenergieverbrauchs eingeteilt. Ein Vergleich der Lebensstilgruppen des Stromverbrauchs zeigte, dass der Unterschied im Stromverbrauch v.a. durch die Anzahl der Personen im Haushalt bedingt ist. Die anderen Lebensstilbereiche wirken sich zwar auch auf den Stromverbrauch aus, sie rufen jedoch nur zwischen wenigen Gruppen signifikante Unterschiede im Stromverbrauch hervor. Bei den Lebensstilgruppen des Heizenergieverbrauchs zeichnet sich ein Einfluss des Lebensstilbereichs des „Energiesparverhaltens“ auf den Heizenergieverbrauch ab. Aufgrund der geringen Fallzahlen konnten die Unterschiede im Heizenergieverbrauch zwischen den Gruppen jedoch nicht auf Signifikanz getestet werden. Aus den Ergebnissen der Untersuchung wird deutlich, dass der Lebensstil einen Einfluss auf den Energieverbrauch in privaten Haushalten im Bereich Wohnen hat. Eine Einteilung der Haushalte in Lebensstilgruppen könnte somit Ansatzpunkte für ein Lebensstil-spezifisches Energiesparmarketing bieten. Um den Einfluss des Lebensstils auf den Energieverbrauch tiefergehend zu untersuchen, sollte der Einfluss von technischen Faktoren ganz ausgeschlossen und die einzelnen Lebensstilbereiche (v.a. das Energiesparverhalten) in den Analysen mit mehr Variablen berücksichtigt werden. N2 - Due to the increasing energy consumption and the growing scarcity of fossil fuels, energy efficiency is a crucial issue. Private households account for 30% of the energy consumption in Germany and thus, the question arises how to reduce the energy demand in this sector. Influences of technical factors like insulation of buildings, or the energy efficiency class of electrical appliances on the energy demand are already well known. However, little information exists on the influence of lifestyle on the energy demand that is the characteristics and the energy behaviour of households. In order to analyse the influence of lifestyle on energy demand in residences, a survey was conducted in selected urban districts of the city of Stuttgart, Germany. In the lifestyle analysis, the domains “household type”, “social structure”, “energy saving behaviour” and “environmental awareness” were targeted. Based on selected variables of these domains and a cluster analysis, the households were classified into different lifestyle groups of electricity and heat energy demand. The results show that variations in electricity consumption in the lifestyle groups are mainly caused by differences in the number of household members. The other lifestyle domains also affect the electricity demand; however, no significant differences between the individual lifestyle groups can be identified. The lifestyle groups of heat energy consumption display differences in the energy saving behaviour. However, due to the small sample size, significance tests could not be applied. The results demonstrate that lifestyle has a measurable influence on the residential energy consumption. Thus, marketing campaigns for energy saving should be based on lifestyle specific concepts to improve their success. Future research should try to fully exclude the influence of technical factors on the energy demand to be able to further determine the influence of the individual lifestyle domains. KW - Elektrizitätsverbrauch KW - Lebensstilanalyse KW - Clusteranalyse KW - Energiesparverhalten KW - lifestyle analysis KW - cluster analysis KW - energy saving behaviour KW - electricity consumption Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-74727 ER - TY - JOUR A1 - Sponholz, Barbara T1 - Silicate karst in eastern Niger - a geomorphological study N2 - No abstract available. KW - Niger Y1 - 1990 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-86846 ER - TY - JOUR A1 - Schulz, Erhard A1 - Joseph, Alain A1 - Baumhauer, Roland A1 - Schultze, Ekkerhard A1 - Sponholz, Barbara T1 - Upper Pleistocene and Holocene history of the Bilma region (Kawar, NE-Niger) T1 - Evolution de la region de Bilma (Kawar, NE-Niger) au Pleistocene superier et a l'Holocene N2 - A 42 m drilling was pertormed in the depresalon of Bilma, Xawar, NE-Niger. The sediment and pollen records show that after an initial deposition of dune sands there were repeated lake phases which terminated by desiccation and consolidation of spring mounds. The pollen record indicates a continuous presence of savanna vegetation. The record probably covers the period between the Upper Pleistocene and the Late Holocene. The climate was characterised by a monssonal summer rain regime giving effective rain fall of about 450-500 mm per year. Groundwater recharge was possible but estimates of the amount of water resources are difficult because of the karstic system of the escarpment and the nearly unknown hydrogeological situation. N2 - Dans la dépression de Bilma, Kawar, NE-Niger, un forage de 42 m a été réalisé. La séquence couvre la période entre le Pléistocene supérieur et l'Holocéne tardif. Apres une phase initiale de dépôts des sables dunaires, trois phases lacustres sont visibles, chaque fois terminées par une période de dessiccation et formation de dépôts de sources en buttes. Les invertigations polliniques montrent que, pendant toute la période, une végétation de savane était dominante. Le paléoclimat était caractérisé par un régime de mousson et des précipitations effectives d'environ 450-500 mm par an ainsi que des invasions de dépressions atlantiques. Une recharge de la nappe phréatique était possible, mais la connaissance insuffisante de l'hydrologéologie et du systeme karstique rend une estimation des ressources en eau tres difficile. KW - Pleistozän KW - Holozän KW - Bilma Y1 - 1990 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-86828 ER - TY - JOUR A1 - Sponholz, Barbara T1 - Phénoménes karstiques dans les roches siliceuses au Niger oriental N2 - Dans le Niger oriental, des phénomenes karstiques sont fréquents dans les roches siliceuses: gres, silcretes, croûtes ferrugineuses, roches cristallines. A partir des études géomorphologiques et micromorphologiques, on peut conclure a une kartsification, au sense de production de formes par dissolution. Les résultats permettent de dater du Tertiaire inférieur la principale période de karstification. La répartition régionale des formes induites par cette karstification indique une dépendance probable des conditions paléoclimatiques. Actuellement le karst influe encore sur le développement des autres formes de relief. N2 - In North-Eastern Niger karstic features occur commonly in siliceous rocks (sandstones, silcretes, ironcrusts, crystalline). On the base of geomorphological field studies and micromorphological analyses karst forming caused by rock solution is verified. The results render possible the datation of the main karstification period in Early Tertiary. The widespread distribution of similar results indicates the dependance of karstification on palaeoclimatic conditions; actually the karstic systems influence significantly the development of othe landforms. KW - silicate karst KW - geomorphology KW - palaeoclimatology KW - Sahara KW - Sahel KW - Niger KW - karst siliceux KW - geomorphologie KW - paléoclimat KW - Sahara KW - Sahel KW - Niger Y1 - 1994 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-86833 ER - TY - THES A1 - Awoye, Oyémonbadé Hervé Rodrigue T1 - Implications of future climate change on agricultural production in tropical West Africa: evidence from the Republic of Benin T1 - Auswirkungen des zukünftigen Klimawandels auf die landwirtschaftliche Produktion im tropischen West Afrika: eine Fallstudie für die Republik Benin N2 - Environmental interlinked problems such as human-induced land cover change, water scarcity, loss in soil fertility, and anthropogenic climate change are expected to affect the viability of agriculture and increase food insecurity in many developing countries. Climate change is certainly the most serious of these challenges for the twenty-first century. The poorest regions of the world – tropical West Africa included – are the most vulnerable due to their high dependence on climate and weather sensitive activities such as agriculture, and the widespread poverty that limits the institutional and economic capacities to adapt to the new stresses brought about by climate change. Climate change is already acting negatively on the poor smallholders of tropical West Africa whose livelihoods dependent mainly on rain-fed agriculture that remains the cornerstone of the economy in the region. Adaptation of the agricultural systems to climate change effects is, therefore, crucial to secure the livelihoods of these rural communities. Since information is a key for decision-making, it is important to provide well-founded information on the magnitude of the impacts in order to design appropriate and sustainable adaptation strategies. Considering the case of agricultural production in the Republic of Benin, this study aims at using large-scale climatic predictors to assess the potential impacts of past and future climate change on agricultural productivity at a country scale in West Africa. Climate signals from large-scale circulation were used because state-of-the art regional climate models (RCM) still do not perfectly resolve synoptic and mesoscale convective processes. It was hypothesised that in rain-fed systems with low investments in agricultural inputs, yield variations are widely governed by climatic factors. Starting with pineapple, a perennial fruit crops, the study further considered some annual crops such as cotton in the group of fibre crops, maize, sorghum and rice in the group of cereals, cowpeas and groundnuts belonging to the legume crops, and cassava and yams which are root and tuber crops. Thus the selected crops represented the three known groups of photosynthetic pathways (i.e. CAM, C3, and C4 plants). In the study, use was made of the historical agricultural yield statistics for the Republic of Benin, observed precipitation and mean near-surface air temperature data from the Climatic Research Unit (CRU TS 3.1) and the corresponding variables simulated by the regional climate model (RCM) REMO. REMO RCM was driven at its boundaries by the global climate model ECHAM 5. Simulations with different greenhouse gas concentrations (SRES-A1B and B1 emission scenarios) and transient land cover change scenarios for present-day and future conditions were considered. The CRU data were submitted to empirical orthogonal functions analysis over the north hemispheric part of Africa to obtain large-scale observed climate predictors and associated consistent variability modes. REMO RCM data for the same region were projected on the derived climate patterns to get simulated climate predictors. By means of cross-validated Model Output Statistics (MOS) approach combined with Bayesian model averaging (BMA) techniques, the observed climate predictors and the crop predictand were further on used to derive robust statistical relationships. The robust statistical crop models perform well with high goodness-of-fit coefficients (e.g. for all combined crop models: 0.49 ≤ R2 ≤ 0.99; 0.28 ≤ Brier-Skill-Score ≤ 0.90). Provided that REMO RCM captures the main features of the real African climate system and thus is able to reproduce its inter-annual variability, the time-independent statistical transfer functions were then used to translate future climate change signal from the simulated climate predictors into attainable crop yields/crop yield changes. The results confirm that precipitation and air temperature governed agricultural production in Benin in general, and particularly, pineapple yield variations are mainly influenced by temperature. Furthermore, the projected yield changes under future anthropogenic climate change during the first-half of the 21st century amount up to -12.5% for both maize and groundnuts, and -11%, -29%, -33% for pineapple, cassava, and cowpeas respectively. Meanwhile yield gain of up to +10% for sorghum and yams, +24% for cotton, and +39% for rice are expected. Over the time period 2001 – 2050, on average the future yield changes range between -3% and -13% under REMO SRES–B1 (GHG)+LCC, -2% and -11% under REMO SRES–A1B (GHG only),and -3% and -14% under REMO SRES–A1B (GHG)+LCC for pineapple, maize, sorghum, groundnuts, cowpeas and cassava. In the meantime for yams, cotton and rice, the average yield gains lie in interval of about +2% to +7% under REMO SRES–B1 (GHG)+LCC, +0.1% and +12% under REMO SRES–A1B (GHG only), and +3% and +10% under REMO SRES–A1B (GHG)+LCC. For sorghum, although the long-term average future yield depicts a reduction there are tendencies towards increasing yields in the future. The results also reveal that the increases in mean air temperature more than the changes in precipitation patterns are responsible for the projected yield changes. As well the results suggest that the reductions in pineapple yields cannot be attributed to the land cover/land use changes across sub-Saharan Africa. The production of groundnuts and in particular yams and cotton will profit from the on-going land use/land cover changes while the other crops will face detrimental effects. Henceforth, policymakers should take effective measures to limit the on-going land degradation processes and all other anthropogenic actions responsible for temperature increase. Biotechnological improvement of the cultivated crop varieties towards development of set of seed varieties adapted to hotter and dry conditions should be included in the breeding pipeline programs. Amongst other solutions, application of appropriate climate-smart agricultural practices and conservation agriculture are also required to offset the negative impacts of climate change in agriculture. N2 - In vielen Entwicklungsländern gefährden Umweltprobleme wie die tiefgreifende Veränderung der Landoberfläche, Wasserknappheit, Bodendegradation und der anthropogene Klimawandel die Leistung¬sfähigkeit der Landwirtschaft und erhöhen so das Risiko von Nahrungs-mittelknappheit. Von diesen miteinander verwobenen Bedrohungen ist der Klimawandel im 21. Jahrhundert sicherlich die bedeutendste. Die höchste Vulnerabilität weisen die ärmsten Regionen der Welt – unter anderen Westafrika – auf, sowohl wegen der großen Bedeutung von klima- und wettersensitiven Wirtschaftsektoren wie der Landwirtschaft als auch wegen der verbreiteten Armut. Diese schränkt die staatlichen und wirtschaftlichen Anpassungs¬kapazitäten an die neuen Herausforderungen durch den Klimawandel ein. Westafrikanische Kleinbauern, deren Lebensunterhalt wesentlich vom traditionellen Regenfeldbau – dem Eckpfeiler der regionalen Wirtschaft – abhängt, bekommen die negativen Auswirkungen bereits zu spüren. Die Adaption der agroökonomischen Systeme an den Klimawandel ist eine unbedingte Notwendigkeit für die Sicherung der Lebensgrundlage dieser ländlichen Gebiete. Da Wissen die Basis für Entscheidungen darstellt, sind belastbare Informationen über das Ausmaß der Auswirkungen wichtig, um angemessene und nachhaltige Anpassungsstrategien zu entwickeln. Am Beispiel der Republik Benin untersucht diese Studie das Potenzial von makroskaligen klimatischen Prädiktoren zur Erfassung und Quantifizierung des potentiellen Einflusses von beobachteten und künftigen Klimaänderungen auf die landwirtschaftliche Produktion eines westafrikanischen Landes. Die Auswirkungen der großskaligen Zirkulation wurden herangezogen, da auch moderne Regionale Klimamodelle (RCMs) Schwierigkeiten haben, klein- oder mesoskalige synoptische und insbesondere konvektive Prozesse überzeugend zu simulieren. Zugrunde liegt die Annahme, dass Schwankungen des landwirtschaftlichen Ertrags in auf Regenfeldbau basierenden landwirtschaftlichen Systemen mit geringen Kapitaleinsatz zu weiten Teilen auf klimatische Faktoren zurückzuführen sind. Untersucht werden die Ananas als perennierende Pflanze sowie einige einjährige Feldfrüchte wie Baumwolle aus der Gruppe der Faserpflanzen, die Getreidearten Mais, Sorghumhirse und Reis, die Hülsenfrüchte Augenbohne und Erdnuss sowie die Knollen- und Wurzelfrüchte Maniok und Yams. Somit repräsentieren die ausgewählten Feldfrüchte die drei bekannten Photosynthese-Wege, nämlich CAM, C3 und C4. Die vorliegende Studie verwendet historische Ertragsstatistiken der Republik Benin, Beobachtungsdaten der Climate Research Unit für den monatlichen Niederschlag sowie die bodennahe Mitteltemperatur (CRU TS 3.1) und die entsprechenden Variablen simuliert durch das REMO RCM. Dieses Regionalmodell wird an seinen Rändern durch das globale Klimamodell ECHAM 5 angetrieben. Es werden Modellsimulationen mit unterschiedlichen Randbedingungen im Hinblick auf Treibhausgaskonzentrationen (die Szenarien SRES-B1 und SRES-A1B) und Veränderungen der Landbedeckung (LCC) berücksichtigt. Mittels Hauptkomponentenanalyse werden aus den CRU-Daten für den nordhemisphärischen Teil Afrikas Zeitreihen und räumliche Muster für großskalige Prädiktoren gewonnen. Um mit diesen konsistente Prädiktoren für die Simulationen zu erhalten, werden die Datenfelder des REMO RCMs auf die so gewonnenen Raummuster projiziert. Für die beobachteten Zeitreihen der Prädiktoren und die zeitliche Entwicklung der unterschiedlichen Feldfrüchte als Prädiktant werden mittels eines kombinierten Ansatzes aus kreuzvalidierten Model Output Statistics (MOS) und Bayesian Model Averaging (BMA) Techniken robuste statistische Zusammenhänge erfasst. Die resultierenden statistischen Modelle zeigen gute Performance, beispielsweise gilt für alle erzeugten Modelle 0,49 ≤ R² ≤ 0,99 und 0,28 ≤ Brier-Skill-Score ≤ 0,90. Da das REMO RCM die Hauptcharakteristika des beobachteten Klimas in Afrika erzeugt und daher die interannuelle Variabilität realistisch reproduziert, können mithilfe der zeitunabhängigen statistischen Transferfunktionen Klimaänderungssignale, gewonnen aus den simulierten Prädiktoren, in zu erwartende Veränderungen der Ernteerträge übersetzt werden. Die Ergebnisse bestätigen, dass Niederschlag und bodennahe Temperatur allgemein die landwirtschaftliche Produktion bestimmen und insbesondere die Schwankungen in den Ananas¬-erträgen primär thermisch bedingt scheinen. Weiterhin finden sich unter den simulierten künftigen Klimabedingungen projizierte Ertragsänderungen von bis zu -12,5% für Mais und Erdnuss und -11% , -29% und -33% für Ananas, Maniok und Augenbohne. Zugleich werden Ertragssteigerungen von +10% für Sorghumhirse und Yams, +24% für Baumwolle und +39% für Reis projiziert. Diese Änderungen sind abhängig von den Randbedingungen. Im Mittel betragen die simulierten Änderungen der Erträge während der Periode von 2001 bis 2050 zwischen -13% und -3% für SRES-B1 + LCC, -11% und -2% für SRES-A1B sowie -14% bis -3% für SRES-A1B + LCC für Ananas, Mais, Sorghumhirse, Erdnuss, Augenbohne und Maniok. Daneben finden sich für Yams, Baumwolle und Reis Zuwächse im Ernteertrag, die in Intervallen zwischen +2% bis +7% für SRES-B1 + LCC, +0.1% bis +12% für SRES-A1B und +3% bis +10% für SRES-A1B + LCC liegen. Obwohl die durchschnittliche Veränderung im Ertrag der Sorghumhirse negativ ist, lassen sich auch Tendenzen hin zu positiven Veränderungen feststellen. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass die projizierte Zunahme der mittleren Lufttemperatur die simulierten Ernteerträge stärker beeinflusst als Veränderungen in den Niederschlagsmustern. Weiterhin scheint im Fall der Ananas der simulierte Rückgang im Ertrag nicht auf Veränderungen bei Landnutzung oder Landoberflächenbedeckung im subsaharischen Afrika zurückführbar. Die Erdnuss- und insbesondere Yams- und Baumwollerzeugung werden von den Veränderungen in der Landoberflächenbedeckung, die für die übrigen Feldfrüchte nachteilige Effekte bedeuten, profitieren. Zukünftig sollten politische Entscheidungsträger wirksame Maßnahmen einleiten, um die fortschreitende Landdegradation sowie alle anderen anthropogenen Prozesse, die zur globalen Erwärmung beitragen, einzuschränken. Biotechnologische Verbesserungen der verwendeten Nutzpflanzen, um an heißere und trockenere Bedingungen angepasste Varianten zu erzeugen, sollten in die bestehenden Aufzuchtprogramme integriert werden. Weiterhin sind unter anderem die Anwendung von geeigneten, klimaintelligenten landwirtschaftlichen Verfahren sowie eine nachhaltige Agrarwirtschaft notwendig, um die Schäden des Klimawandels auf die Landwirtschaft auszugleichen. KW - Benin KW - Klimaänderung KW - climate change impact KW - large-scale climate circulation KW - West Africa KW - food security KW - agriculture KW - Agrarproduktion KW - Klimawandel KW - Landwirtschaft Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-122887 ER - TY - THES A1 - Taubenböck, Hannes T1 - Vulnerabilitätsabschätzung der erdbebengefährdeten Megacity Istanbul mit Methoden der Fernerkundung T1 - Vulnerability assessment of the earthquake prone mega city Istanbul utilizing remote sensing methods N2 - Urbane Räume zählen zu den dynamischsten Regionen dieser Erde. Besonders Megacities zeigen bereits heute Trends und Dimensionen der Urbanisierung, deren regionale und globale Folgen noch kaum vorhersehbar, und erst ansatzweise erforscht sind. Die enorme räumliche Konzentration von Menschen, Werten und Infrastruktur auf engem Raum ist für diese urbanen Räume die Grundlage einer hohen Verwundbarkeit (Vulnerabilität). Gerade im Kontext von Naturgefahren potenzieren sich die Risiken, die durch den schnellen strukturellen, sozioökonomischen und ökologischen Wandel entstehen. Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation ist daher die Analyse von Potentialen der Fernerkundung zur Abschätzung von Risiko und Vulnerabilität am Beispiel der erdbebengefährdeten Megacity Istanbul. Um die Zielstellung systematisch zu verfolgen, wird ein konzeptioneller, thematischer Leitfaden entwickelt. Dieser besteht aus einer Systematisierung der abstrakten Überbegriffe ‚Risiko’, ‚Vulnerabilität’ und ‚Gefährdung’ in einem Indikatorensystem. Konkrete, messbare Indikatoren für das System ‚urbaner Raum’ erlauben eine quantitative Abschätzung von Einzelaspekten, addieren sich aber auch zu einer ganzheitlichen Perspektive des Risikos. Basierend auf dieser holistischen Idee, erlaubt das Indikatorensystem Potentiale, aber auch Limitierungen der Fernerkundungsdaten und Bildverarbeitungsmethoden für die Abschätzung von Risiko und Vulnerabilität zu identifizieren. Anhand des Leitfadens werden zielgerichtet Methoden zur automatisierten Extraktion räumlicher Informationen aus Fernerkundungsdaten entwickelt. Ein objektorientierter, modularer Klassifikationsansatz ermöglicht eine Landbedeckungsklassifikation höchst aufgelöster Daten im urbanen Raum. Dieses modulare Rahmenwerk zielt auf eine einfache und schnelle Übertragbarkeit auf andere höchst auflösende Sensoren bzw. andere urbane Strukturen. Zur Anpassung der Methoden werden neben IKONOS Daten der Megacity Istanbul und der erdbeben- und tsunamigefährdeten Küstenstadt Padang in Indonesien, Quickbird Daten für die zukünftige Megacity Hyderabad in Indien getestet. Die Resultate zeigen die detaillierte und hochgenaue Erfassung kleinräumiger, heterogener urbaner Objekte mit Genauigkeiten von über 80 %. Auch mittel aufgelöste Landsat Daten werden mit einem objektorientierten modularen Rahmenwerk mit hohen Genauigkeiten klassifiziert, um komplementäre temporale und gesamtstädtische Analysen hinzuzufügen. Damit wird eine aktuelle, flächendeckende und multiskalige Informationsbasis generiert, die als Ausgangsprodukt zur Analyse urbaner Vulnerabilität dient. Basierend auf diesen Informationsebenen werden dem konzeptionellen Leitfaden folgend Indikatoren zur Abschätzung von Vulnerabilität und Risiko extrahiert. Der Fokus ist dabei die Entwicklung von Methoden zur automatisierten, interpreterunabhängigen Ableitung vulnerabilitäts- und gefährdungsrelevanter Indikatoren. Die physische Analyse des kleinräumigen urbanen Raums konzentriert sich dabei auf die Typisierung des Gebäudebestandes mit Parametern wie Dichte, Höhe, Alter, Größe, Form sowie Dachtyp. Indirekt wird zudem mittels dieser Parameter die Bevölkerungsdichteverteilung abgeleitet. Weitere Standortfaktoren ergeben sich aus Lageparametern wie Distanzen zu Hauptverkehrsachsen, Freiflächenanalysen oder der Geländeoberfläche. Schließlich führt die Vulnerabilitätsabschätzung den modellhaften, thematischen Leitfaden mit den abgeleiteten Indikatoren zusammen. Dazu erfolgt eine Normierung der unterschiedlichen abgeleiteten Indikatoren auf einen einheitlichen Vulnerabilitätsindex. Dieser zielt auf eine räumliche und zeitliche Vergleichbarkeit und die Möglichkeit, die vielfältigen Informationsebenen zu kombinieren. Damit wird das Zusammenspiel verschiedenster Indikatoren simuliert und erlaubt daraus Identifizierung und Lokalisierung von Brennpunkten im Desasterfall. Über das fernerkundliche Potential hinaus, werden die Resultate in einer interdisziplinären Methode zu einem synergetischen Mehrwert erhoben. Statt einer quantitativen Abschätzung der physischen Gebäudeparameter, ermöglicht eine Methode des Bauingenieurwesens in Kombination mit der fernerkundlichen Gebäudetypisierung eine Abschätzung der wahrscheinlichen Schadensanfälligkeit von Gebäuden im Falle eines Erdbebens. Exemplarisch wird das Potential der Resultate für Entscheidungsträger anhand eines Erdbebensszenarios aufgezeigt. Risiko und Vulnerabilität lassen sich dadurch räumlich sowohl nach betroffenen Häusern und betroffenen Menschen als auch nach räumlichen Standortfaktoren wie beispielsweise Zugänglichkeit quantifizieren. Dies ermöglicht gezielt präventiv zu agieren oder während und nach einem Desaster gezieltes Krisenmanagement zu betreiben. Im Hinblick auf die zentrale Fragestellung dieser Dissertation lässt sich resümieren, dass die Aktualität sowie die geometrische und thematische Qualität der Resultate aus Fernerkundungsdaten, den Anforderungen des komplexen, kleinräumigen und dynamischen urbanen Raums gerecht werden. Die Resultate führen zu der Erkenntnis, dass das Potential der Fernerkundung zur Abschätzung von Vulnerabilität und Risiko vor allem in der direkten Ableitung physischer Indikatoren sowie der indirekten Ableitung demographischer Parameter liegt. N2 - Urban areas are among the most dynamic regions on the planet. Specifically megacities show trends and dimensions of urbanization with hardly foreseeable regional or global consequences which have so far only been rudimentarily researched. The tremendous spatial concentration of people, financial value and infrastructure is the reason for the high vulnerability of urban areas. Especially in combination with natural hazards, risks emerging from rapid structural, socio-economic and ecological changes in the complex urban landscape increases dramatically. The central goal of the dissertation is therefore the analysis of the capabilities of remote sensing to assess risk and vulnerability in the case of the earthquake prone megacity Istanbul. Systematic analysis of the overall goal involves the development of a thematic, conceptual guideline. The concept leads to the concretization of abstract terms like ‘risk’, ‘vulnerability’ and ‘hazard’, resulting in a system of indicators which are capable of quantitative measurement. The indicators for the system ‘urban area’ enable a quantitative assessment of single aspects, but also add up to a holistic perspective of risks. By means of this concept the capabilities and limitations of remote sensing data and image processing methods to assess risk and vulnerability are identified. On the basis of this guideline the initial focus is on automated extraction of spatial information from remote sensing data. An object-oriented, modular classification approach produces a land-cover classification from high resolution satellite data in complex urban areas. The modular framework enables fast and easy adjustments to apply the algorithm to different high resolution data as well as to different urban structures. The transfer of methodology has been tested on IKONOS data for the megacity Istanbul and for the earthquake prone coastal town of Padang, Indonesia, as well as for Quickbird data for the incipient megacity Hyderabad, India. The results show the highly-detailed and high-precision coverage of small-scale, heterogeneous objects for the manifold urban landscapes with accuracies higher than 80 %. In addition, medium resolution Landsat data sets are classified with high accuracy also using an object-oriented and modular classification approach for a complementary temporal and area-wide analysis. The derived results provide an up-to-date, area-wide and multiscale information basis, usable as a starting point to analyze vulnerability.Based on this information, indicators of the conceptual guideline are extracted. The development of methods for an automated and interpreter-independent derivation of indicators relevant for assessing vulnerability and hazards is the focus. The physical perspective of vulnerability centers on an analysis of the building stock, classified by parameters like density, height, age, size, form and roof type. These parameters are indirectly used to derive the spatial population density distribution. Further location factors result from distances to main infrastructure, an open spaces analysis, or surface slope. Eventually the assessment of vulnerability and risks combines the thematic guideline with the derived indicators. The standardization of the diverse indicators leads to a consistent index. This enables spatial and temporal comparability as well as the combining of the different information layers. This simulates the interaction of the various indicators and enables identification and localization of focal points in the disaster case. Beyond the capabilities of remote sensing an interdisciplinary method elevates the results to a synergistic value-added product. Instead of a quantitative assessment of the physical parameters of structures, civil engineering, using an area-wide classification of buildings, enables a probabilistic assessment of damage grades for various building types in case of an earthquake. An earthquake scenario exemplifies the capabilities of the results to support decisionmakers. Risk and vulnerability are quantified showing with spatial reference affected houses and affected people as well as location factors, such as accessibility. This makes possible specific preventive measures or crisis management during and after a disaster. The résumé of the central goal of this dissertation concludes, that timeliness, high geometric resolution and thematic quality of the results from remote sensing data, fully achieve the requirements posed by the complex, heterogeneous and fast changing urban environment. The performance shows that the potential of remote sensing to assess risk and vulnerability centres on the direct derivation of physical parameters and the indirect derivation of demographic information. KW - Fernerkundung KW - Entscheidung bei Risiko KW - Stadt KW - urbane Räume KW - Vulnerabilität KW - Remote Sensing KW - urban areas KW - risk management KW - vulnerability assessment Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28045 ER - TY - THES A1 - Breitkreuz, Hanne-Katarin T1 - Solare Strahlungsprognosen für energiewirtschaftliche Anwendungen - Der Einfluss von Aerosolen auf das sichtbare Strahlungsangebot T1 - Solar Irradiance Forecasts for Energy Applications - the Influence of Aerosols on the Visible Range N2 - Für eine dauerhaft gesicherte und umweltgerechte Energieerzeugung kommt den erneuerbaren Energien in Zukunft eine immer größere Bedeutung zu. Dies stellt eine große Herausforderung für die Entwicklung zukünftiger Energiesysteme dar, da erneuerbare Energieträger zeitlich und räumlich zumeist hoch variabel zur Verfügung stehen. Eine effiziente Integration solar erzeugter Energie in das bestehende Energieversorgungsnetz ist daher nur möglich, wenn verlässliche Nahe-Echtzeit-Vorhersagen der am Erdboden verfügbaren Einstrahlung und ein- bis dreitägige Vorhersagen von Energieproduktion und -nachfrage zur Verfügung stehen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Vorhersage der solaren Strahlung für die nächsten Tage und Stunden im Hinblick auf Anwendungen in der Energiewirtschaft. Der dominante Atmosphärenparameter für die Abschwächung der solaren Einstrahlung ist die Bewölkung. Das größte wirtschaftliche Potential der Solarenergie liegt jedoch in Zeiträumen und Regionen, in denen wenig Bewölkung auftritt. Im wolkenlosen Fall beeinflussen vor allem Aerosole, feste und flüssige Partikel in der Atmosphäre, die direkte und diffuse Strahlung am Erdboden. Aerosole sind durch eine hohe zeitliche und räumliche Variabilität gekennzeichnet, die die Bestimmung ihrer raumzeitlichen Verteilung und damit ihres Einflusses auf die Strahlung erschwert und einen hohen Aufwand zu ihrer Prognose erforderlich macht. Am Beispiel eines fünfmonatigen europäischen Datensatzes (Juli-November 2003) werden Prognosen der aerosoloptischen Tiefe bei 550 nm (AOT550) untersucht, die aus Aerosolvorhersagen eines Chemie-Transport-Modells stammen. Es zeigt sich, dass im Vergleich mit Bodenmessungen die Aerosolprognosen mit einer mittleren Unterschätzung von -0,11 und einem RMSE von 0,20 die geforderte Genauigkeit nicht ganz erreichen. Dabei stellen insbesondere die unregelmäßig auftretenden Saharastaubausbrüche über dem zentralen Mittelmeer eine im Modell bisher nicht erfassbare Quelle großer Ungenauigkeiten in der AOT- und damit auch in der Strahlungsvorhersage dar. Entsprechend der hohen regionalen Aerosol-Variabilität finden sich zudem signifikante Unterschiede zwischen den Regionen, zum Beispiel eine deutliche Unterschätzung des Aerosolaufkommens in der stark industriell belasteten Po-Ebene Norditaliens sowie gute Entsprechungen in abgelegenen Gegenden Nordeuropas. Basierend auf dieser Aerosol-Prognose und unter Einbeziehung weiterer Fernerkundungsdaten (Bodenalbedo, Ozon) und Parametern aus der numerischen Wetterprognose (Wasserdampf, Wolken) wird ein Prototyp für ein Vorhersagesystem der Solarstrahlung konzipiert und vorgestellt: das AFSOL-System (Aerosol-based Forecasts of Solar Irradiance for Energy Applications). An Hand der fünfmonatigen Testepisode wird das AFSOL-System mit Vorhersagen des Europäischen Zentrums für Mittelfrist-Wettervorhersage (ECMWF), mit satellitenbasierten Beobachtungen der Solarstrahlung (Meteosat-7) und mit Bodenmessungen der Solarstrahlung verglichen. Für den wolkenlosen Fall erzielt das AFSOL-Modellsystem eine deutliche Verbesserung der Direktstrahlungsprognosen gegenüber den ECMWF-Vorhersagen, mit einer Reduktion des relativen Bias von -26% auf +11% und des relativen RMSE von 31% auf 19%. Dies kann auf die verbesserte Beschreibung des atmosphärischen Aerosols zurückgeführt werden, die sich im Vergleich zu den am ECMWF genutzten AOT-Klimatologien ergibt, auch wenn insbesondere bei der Behandlung von Wüstenstaubepisoden weiterhin Probleme auftreten. Auch die Globalstrahlungsprognosen erreichen im wolkenlosen Fall eine höhere Genauigkeit als die operationell verfügbaren ECMWF-Vorhersagen, was sich in einer Verringerung des relativen Bias von -10% zu +5% sowie des relativen RMSE von 12% zu 7% zeigt. Im bewölkten Fall jedoch können die Vorhersagen des AFSOL-Systems erhebliche Ungenauigkeiten aufweisen, die sich auf Grund von Problemen bei der Wolkenprognose des zu Grunde liegenden numerischen Wettervorhersagemodells ergeben. Abschließend wird in einer Fallstudie zur Verwendung der Vorhersagen für die optimale Betriebsführung eines solarthermischen Kraftwerks in Spanien beispielhaft gezeigt, dass die Nutzung der AFSOL-Prognose im wolkenlosen Fall eine deutliche Gewinnsteigerung bei der Einspeisung ins öffentliche Stromnetz durch den Handel an der spanischen Strombörse ermöglicht. N2 - Due to the limitation of fossil fuel resources and their impact on climate change, our future energy system will increasingly depend on growing shares of renewable energy sources. This poses a major challenge on the development of future energy systems, since energy production from most renewable resources is highly variable in space and time. Because of the high variability, an efficient integration of solar energy into the existing energy supply system will only be possible if reliable near real time forecasts of ground level solar irradiance as well as one to three day forecasts of energy production and demand are available. This study deals with solar irradiance forecasts of the next few days and hours with respect to their application in solar energy industries. The main atmospheric parameter responsible for the extinction of solar irradiance is clouds. However, a main focus and economic potential of the solar energy industry is situated in regions and time periods with minimal cloud cover. During these ”clear sky cases“ it is mainly aerosols, solid and liquid particles in the atmosphere, that influence the direct and diffuse irradiance at ground level. Aerosols are highly variable in space and time, which leads to difficulties in calculating and forecasting their spatio-temporal patterns and thus their influence on irradiance. For an episode of five months (July-November 2003) in Europe, forecasts of the aerosol optical depth at 550 nm (AOD550) based on particle forecasts of a chemistry transport model are analysed. It is shown that the aerosol forecasts underestimate ground based measurements by a mean -0.11 (RMSE 0.20), which is not within the accuracy required for input parameters of irradiance forecasts. In particular, sporadic Saharan dust storm events in the central Mediterranean region lead to large inaccuracies which at the moment cannot be accounted for in the model system. Due to the high regional variability of aerosol presence and type, also large differences in the representation accuracy for different European regions can be distinguished, e.g., severe underestimations of particle load in the highly industrialized Po Valley in northern Italy or small errors for remote continental areas in Northern Europe. Using these aerosol forecasts and other remote sensing data (ground albedo, ozone) as well as numerical weather prediction parameters (water vapor, clouds), a prototype for an irradiance forecasting system is set up: the AFSOL system (Aerosol-based Forecasts of Solar Irradiance for Energy Applications). Based on the five month dataset its results are compared to forecasts of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), satellite based irradiance data from Meteosat-7 and ground measurements. It is demonstrated that for clear sky situations the AFSOL system significantly improves direct irradiance forecasts compared to ECMWF forecasts, with a reduction of relative bias from -26% to +11% and a reduction of relative RMSE from 31% to 19%. This can be attributed to the increased accuracy of atmospheric aerosol description compared to the climatological values used by the ECMWF, regardless if there are still deficiencies especially for desert dust situations. Global irradiance forecasts are also shown to have higher accuracies in comparison to the operationally available ECMWF forecasts, with a reduction of relative bias from -10% to +5% and a reduction of relative RMSE from 12% to 7%. However, for cloudy situations the AFSOL forecasts can lead to significant forecast errors due to cloud modelling deficiencies in the underlying mesoscale numerial weather model. Finally, a case study on the use of the AFSOL irradiance forecasts for optimizing operation strategies of a solar thermal power plant in Spain is presented. It is demonstrated that with the improved forecast in clear sky cases a significant rise in profit can be obtained when feeding the solar energy into the public Spanish electricity market by participating in the Spanish electricity stock exchange. KW - Aerosol KW - Sonnenstrahlung KW - Erneuerbare Energien KW - Energiemarkt KW - Direktstrahlung KW - Strahlungsvorhersage KW - Aerosolvorhersage KW - Chemie-Transport-Modell KW - solar irradiance forecasts KW - direct irradiance KW - chemistry-transport-model KW - aerosol forecasts Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28200 ER - TY - THES A1 - Colditz, Rene Roland T1 - Time Series Generation and Classification of MODIS Data for Land Cover Mapping T1 - Zeitreihengenerierung und Klassifikation von MODIS Daten zur Landbedeckungsklassifikation N2 - Processes of the Earth’s surface occur at different scales of time and intensity. Climate in particular determines the activity and seasonal development of vegetation. These dynamics are predominantly driven by temperature in the humid mid-latitudes and by the availability of water in semi-arid regions. Human activities are a modifying parameter for many ecosystems and can become the prime force in well-developed regions with an intensively managed environment. Accounting for these dynamics, i.e. seasonal dynamics of ecosystems and short- to long-term changes in land-cover composition, requires multiple measurements in time. With respect to the characterization of the Earth surface and its transformation due to global warming and human-induced global change, there is a need for appropriate data and methods to determine the activity of vegetation and the change of land cover. Space-borne remote sensing is capable of monitoring the activity and development of vegetation as well as changes of the land surface. In many instances, satellite images are the only means to comprehensively assess the surface characteristics of large areas. A high temporal frequency of image acquisition, forming a time series of satellite data, can be employed for mapping the development of vegetation in space and time. Time series allow for detecting and assessing changes and multi-year transformation processes of high and low intensity, or even abrupt events such as fire and flooding. The operational processing of satellite data and automated information-extraction techniques are the basis for consistent and continuous long-term product generation. This provides the potential for directly using remote-sensing data and products for analyzing the land surface in relation to global warming and global change, including deforestation and land transformation. This study aims at the development of an advanced approach to time-series generation using data-quality indicators. A second goal focuses on the application of time series for automated land-cover classification and update, using fractional cover estimates to accommodate for the comparatively coarse spatial resolution. Requirements of this study are the robustness and high accuracy of the approaches as well as the full transferability to other regions and datasets. In this respect, the developments of this study form a methodological framework, which can be filled with appropriate modules for a specific sensor and application. In order to attain the first goal, time-series compilation, a stand-alone software application called TiSeG (Time Series Generator) has been developed. TiSeG evaluates the pixel-level quality indicators provided with each MODIS land product. It computes two important data-availability indicators, the number of invalid pixels and the maximum gap length. Both indices are visualized in time and space, indicating the feasibility of temporal interpolation. The level of desired data quality can be modified spatially and temporally to account for distinct environments in a larger study area and for seasonal differences. Pixels regarded as invalid are either masked or interpolated with spatial or temporal techniques. N2 - Prozesse an der Erdoberfläche finden auf verschiedenen Intensitätsskalen und in unterschiedlichen Zeiträumen statt. Dabei steuert das Klima die saisonale Aktivität der Vegetation, welche in den humiden Mittelbreiten hauptsächlich durch die Temperatur bestimmt wird. In semi-ariden Gebieten hingegen ist die Verfügbarkeit von Wasser als Haupteinflussfaktor für das Pflanzenwachstum zu betrachten. Andererseits greift auch der Mensch modifizierend in das Ökosystem ein. Dies gilt insbesondere für die stark besiedelten und intensiver genutzten Räume der Erde, in denen die Umwelt nahezu ausschließlich durch den Menschen gesteuert wird. Zur Beurteilung dieser Dynamiken, sowohl der natürlichen saisonalen Muster als auch der kurz- bis langfristigen Änderungen der Landschaft, ist die Aufnahme einer Vielzahl von Messungen über eine längere Periode erforderlich. Insbesondere im Zusammenhang mit der Charakterisierung der Landoberfläche und deren Veränderung im Rahmen der Erderwärmung aber auch des wachsenden Einflusses des Menschen auf die Umwelt besteht somit ein Bedarf an geeigneten Daten und Methoden zur Bestimmung der jährlichen Aktivität von Vegetationseinheiten und der wiederholbaren Kartierung der Landoberfläche. Die Satellitenfernerkundung ist in der Lage, durch Messung von Strahlung die Aktivität der Vegetation zu bestimmen sowie die Klassifikation der Landoberfläche abzuleiten. In vielen Fällen sind Satellitenaufnahmen die einzige Möglichkeit, große Flächen der Erde umfassend und einheitlich zu beurteilen. Dabei kann durch eine Vielzahl aufeinander folgender Aufnahmen, d.h. eine Zeitreihe aus Satellitendaten, die Entwicklung der Vegetation in Raum und Zeit beobachtet werden. Zeitreihen bieten das Potential, Veränderungen der Landoberfläche über mehrere Jahre zu dokumentieren und somit Prozesse sowohl hoher als auch niedriger Intensität abzuleiten. Neben diesen gerichteten Veränderungen können auch plötzliche Ereignisse, wie z.B. Hochwasser oder Brände, mit Zeitreihen erfasst und in Bezug auf normale Bedingungen ausgewertet werden. Insbesondere die operationelle Prozessierung der Satellitendaten und die automatisierte Ableitung von Informationen bilden die Basis für konsistente und kontinuierliche Produkte über längere Zeiträume. Somit besteht das Potential, die Ergebnisse direkt in die Erforschung der Landoberfläche und deren Veränderung, z.B. durch die Erderwärmung, Walddegradation, oder die Nutzung vormals natürlicher Flächen, einzubinden. Diese Dissertation befasst sich mit der Entwicklung von Methoden zur Zeitreihengenerierung unter Verwendung der Qualitätsindikatoren einzelner Aufnahmen. Ein zweites Ziel der Arbeit ist die Anwendung der optimierten Zeitreihen zur automatisierten und reproduzierbaren Kartierung der Landoberfläche, wobei unscharfe Klassifikationsverfahren zur genaueren Charakterisierung der räumlich nur grob aufgelösten Daten eingesetzt werden. Damit erfordert diese Arbeit sowohl Robustheit der eingesetzten Methoden als auch eine hohe Genauigkeit der Ergebnisse. Ebenso maßgeblich ist die Übertragbarkeit der Verfahren, einerseits auf verschiedene Regionen als auch auf verschiedene Datensätze. Daher sind die hier vorgenommenen Entwicklungen als ein Rahmen zu verstehen, der je nach Sensor oder Anwendung mit verschiedenen Modulen besetzt werden kann. Zum Erreichen des ersten Zieles, der Zeitreihengenerierung, wurde das eigenständige Softwareprodukt TiSeG (Time Series Generator) entwickelt. TiSeG dient der Auswertung der Qualitätsindikatoren die mit jedem MODIS-Produkt für terrestrische Applikationen zur Verfügung gestellt werden. Dabei werden in Bezug auf die Generierung von Zeitreihen zwei Indizes der Datenverfügbarkeit ermittelt: erstens die Anzahl der ungültigen Pixel und zweitens die längste zeitliche Datenlücke. Beide Indizes werden räumlich und zeitlich dargestellt und geben so dem Bearbeiter die Information, ob mit den aktuellen Qualitätsangaben die Generierung einer sinnvollen Zeitreihe durch zeitliche Dateninterpolation möglich ist. Die Qualitätseinstellungen können sowohl zeitlich als auch räumlich angepasst werden. Eine zeitliche Änderung kann beispielsweise für bestimmte Jahreszeiten sinnvoll sein. Räumlich unterschiedliche Qualitätseinstellungen eignen sich für größere Untersuchungsgebiete mit differenzierten physisch-geographischen Charakteristika. Als ungültig betrachtete Pixel können durch einen Fehlwert maskiert oder durch zeitliche und räumliche Interpolation neu errechnet werden. Das zweite Ziel dieser Arbeit ist die automatische Klassifikation von Zeitreihen. Hierzu wurde ein modulares Verfahren der überwachten Klassifikation entwickelt. Aufgrund der groben räumlichen Auflösung von MODIS-Daten erschien es besonders wichtig, ein unscharfes Verfahren aufzubauen, das die Heterogenität der Klassen in vielen Räumen besser abbilden kann. Dabei wurde der Klassenanteil eines jeden Pixel ermittelt. Die Schlüsselmodule zur erfolgreichen Durchführung der Klassifikation waren eine Multiskalenanalyse und die geeignete Auswahl von Merkmalen und Stichproben zum Trainieren des Klassifikators. Der eigentliche Klassifikationsschritt wurde durch eine Erweiterung des Entscheidungsbaumklassifikators durchgeführt. Diese Erweiterung kann in den bestehenden Rahmen von „random forest“ und „bagging“ (ein Akronym für „bootstrap aggregation“) eingeordnet werden. Jedoch wurden die dort angewendeten Verfahren in dieser Arbeit zu einem deutlich strategischen Vorgehen modifiziert, d.h. es wurde auf das Prinzip der Zufallsauswahl und der Wiederverwendung von Stichproben (Ziehen mit Zurücklegen) verzichtet. In Bezug auf die anfangs geschilderten Anforderungen, Robustheit, Genauigkeit und Übertragbarkeit, kann an dieser Stelle festgestellt werden, dass sich die in dieser Arbeit entwickelten Methodiken als geeignet erwiesen haben. Insbesondere die Übertragbarkeit auf andere Regionen und Daten war eine große Herausforderung, da hierdurch kein zusätzliches a priori Wissen außer den Trainingsdaten zum überwachten Klassifizieren benutzt werden konnte. Die regionale Übertragbarkeit ist für mehrere Untersuchungsräume mit sehr unterschiedlichen physisch-geographischen Eigenschaften demonstriert worden. Obwohl TiSeG derzeit nicht direkt auf andere Datensätze außer MODIS angewendet wird, bildet die zugrunde liegende Idee der Auswertung von Qualitätsdaten zur Zeitreihengenerierung sowie der entwickelte Rahmen der Software die Möglichkeit der Erweiterung, z.B. auf Daten von MERIS und auf das zukünftige VIIRS-Instrument. Des Weiteren ist das grundlegende Konzept der Qualitätsauswertung in einem separaten Prozessor für AVHRR NDVI Daten zu einem vollautomatischen, schrittweise interpolierenden Verfahren erweitert worden. Das in dieser Arbeit vorgestellte modulare Klassifikationsverfahren erfordert keine besonderen Eingangsdaten, wie z.B. bestimmte MODIS Zeitreihen. Dies wurde durch den Gebrauch unterschiedlicher Eingangsdaten zur Generierung der Maßzahlen bei der Sensitivitätsanalyse bestätigt. Damit ist der Prozess weder auf MODIS-Zeitserien noch auf Zeitreihen generell beschränkt. Der gesamte automatische Klassifikationsprozess ist datengesteuert, sowohl was die zu klassifizierenden Daten als auch die Trainingsdaten angeht. Die Unschärfe in den Ergebnissen ermöglicht die detaillierte Auswertung der Klassenzusammensetzung, was ein besonders wichtiger Aspekt bei grob aufgelösten Datenprodukten und deren Anpassungsfähigkeit auf andere Anwendungen ist. KW - Zeitreihe KW - Automatische Klassifikation KW - Klassifikations- und Regressionsbaum KW - Fernerkundung KW - Time Series KW - Automated Classification KW - Land Cover Mapping KW - MODIS Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25908 ER - TY - THES A1 - Bachmann, Martin U. R. T1 - Automatisierte Ableitung von Bodenbedeckungsgraden durch MESMA-Entmischung T1 - Automated estimation of ground cover fractions using MESMA unmixing N2 - Weltweit sind Trockengebiete in ständiger Veränderung, verursacht durch natürliche klimatische Schwankungen und oftmals durch Prozesse der Landdegradation. Auch weisen die meisten semi-ariden Naturräume eine große räumliche Heterogenität auf, hervorgerufen durch ein kleinräumiges Mosaik aus Gräsern, kleineren Sträuchern und Bereichen offenliegenden Bodens. Die Dichte der Vegetation wird primär vom pflanzenverfügbaren Wasser bestimmt, aber auch der Entwicklungs- und Degradationszustand der Böden sowie anthropogen bedingte Faktoren spielen hierbei eine Rolle. Zur Charakterisierung und Kartierung der Vegetation sowie zur Bewertung des Bodenerosionsrisikos und des Degradationszustands hat sich die Erhebung der Bedeckungsgrade von vitaler, photosynthetisch aktiver Vegetation (PV), von abgestorbener oder zeitweise vertrockneter und somit nicht photosynthetisch aktiver Vegetation (NPV) sowie von offenliegendem Boden als zweckmäßig herausgestellt. Die Nutzung der Fernerkundung für diese Aufgabe erfolgt zumeist nur für kleinmaßstäbige Kartierungen und – im Falle von Multispektralsensoren – unter Vernachlässigung nicht-photosynthetisch aktiver Vegetation. Die räumliche Variabilität der Vegetation-Boden-Mosaike liegt oftmals in der Größenordnung von wenigen Metern und somit unterhalb des räumlichen Auflösungsvermögens von Fernerkundungssystemen. Um dennoch die verschiedenen Anteile innerhalb eines Pixels identifizieren und quantifizieren zu können, sind Methoden der Subpixel-Klassifikation notwendig. In dieser Arbeit wird eine Methodik zur verbesserten und automatisierbaren Ableitung von Bodenbedeckungsgraden in semi-ariden Naturräumen vorgestellt. Hierzu wurde ein Verfahren zur linearen spektralen Entmischung in Form einer Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis (MESMA) entwickelt und umgesetzt. Durch diese Methodik kann explizit die spektrale Variabilität von Vegetation und Boden in das Mischungsmodellmiteinbezogen werden, und quantitative Anteile für die funktionalen Klassen PV, NPV und Boden innerhalb eines Pixels erfasst werden. Durch die räumliche Kartierung der verwendeten EM wird weiterhin eine thematische Klassifikation erreicht. Die hierfür benötigten Informationen können – wie im Falle der Spektren reiner Materialien (EM-Spektren) – aus den Bilddaten selbst abgeleitet werden, oder können – wie ein Geländemodell und die Information über den Scanwinkel – im Zuge der Vorprozessierung aus weiteren Datenquellen erzeugt werden. Hinsichtlich der automatisierten EM-Ableitung wird eine zweistufige Methodik eingesetzt, welche auf einer angepassten Version des Sequential Maximum Angle Convex Cone (SMACC)-Verfahrens sowie der Analyse einer ersten Entmischungsiteration basiert. Die Klassifikation der gefundenen potentiellen EM erfolgt durch ein merkmalsbasiertes Verfahren. Weiterhin weisen nicht-photosynthetisch aktive Vegetation und Boden eine hohe spektrale Ähnlichkeit auf. Zur sicheren Trennung kann die Identifikation schmaler Absorptionsbanden dienen. Zu diesen zählen beispielsweise die Absorptionsbanden von Holozellulose und – je nach Bodentyp – Absorptionsbanden von Bodenmineralen. Auch die spektrale Variabilität der Klassen PV und NPV erfordert zur sicheren Unterscheidung die Verwendung biophysikalisch erklärbarer Merkmale im Spektrum. Hierzu zählen unter anderem die Stärke der Chlorophyll-Absorption, die Form und Lage der ’RedEdge’ und das Auftreten von Holozellulosebanden. Da diese spektrale Information bei herkömmlichen Entmischungsansätzen nicht berücksichtigt wird, erfolgt überwiegend eine Optimierung der Gesamtalbedo, was zu einer schlechten Trennung der Klassen führen kann. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Arbeit der MESMA-Ansatz dahingehend erweitert, dass spektrale Information in Form von identifizierten und parametrisierten Absorptionsbanden in den Entmischungsprozess mit einfließt und hierdurch das Potential hyperspektraler Datensätze besser genutzt werden kann. Auch wird in einer zusätzlichen Entmischungsiteration die räumliche Nachbarschaft betrachtet, um insbesondere die Verwendung des sinnvollsten Boden-EMs zu gewährleisten. Ein zusätzliches Problemfeld stellt die numerische Lösung des überbestimmten und oftmals schlecht konditionierten linearen Mischungsmodells dar. Hierzu kann durch die Verwendung des BVLS-Algorithmus und des Ausschlusses kritischer EM-Kombinationen eine numerisch stabile Lösung gefunden werden. Um die oftmals immense Rechenzeit von MESMA-Verfahren zu verkürzen, besteht die Möglichkeit einer iterativen EM-Auswahl und somit die Vermeidung einer Lösung des Mischungssystems durch Berechnung aller EM-Kombinationen (’Brute-Force’-Ansatz). Ein weiterer wichtiger Punkt ist die explizite pixelweise Angabe zur Zuverlässigkeit der Entmischungsergebnisse. Dies erfolgt auf Basis des Mischungsmodells selbst, durch den Vergleich zu empirischen Regressionsmodellen, durch die Berücksichtigung des lokalen Einfallswinkels sowie durch die Integration von Qualitätsangaben der Ausgangsdaten. Um das Verfahren systematisch und unter kontrollierten Bedingungen zu verifizieren und um den Einfluss verschiedener externer Parameter sowie die typischen Genauigkeiten auf einer breiten Datenbasis zu ermitteln, wird eine Simulationskette zur Erzeugung synthetischer Mischungen erstellt. In diese Simulationen fließen Feldspektren von Böden und Pflanzen verschiedener semi-arider Gebiete mit ein, um möglichst viele Fälle abdecken zu können. Die eigentliche Validierung erfolgt auf HyMap-Datensätzen des Naturparks ’Cabo de Gata’ in der andalusischen Provinz Almería sowie auf Messungen, die begleitend im Feld durchgeführt wurden. Hiermit konnte die Methodik auf ihre Genauigkeit unter den konkreten Anforderungen des Anwendungsbeispiels überprüft werden. Die erzielbare Genauigkeit dieser automatisierten Methodik liegt mit einem mittleren Fehler um rund 10% Abundanz absolut im selben Wertebereich oder nur geringfügig höher als die Ergebnisse publizierter manueller MESMA-Ansätze. Weiterhin konnten die typischen Genauigkeiten der Verifikation im Zuge der Validierung bestätigt werden. Den limitierenden Faktor des Ansatzes stellen in der Praxis fehlerhafte oder unvollständige EM-Modelle dar. Mit der vorgestellten Methodik ist somit die Möglichkeit gegeben, die Bedeckungsgrade quantitativ und automatisiert im Subpixelbereich zu erfassen. N2 - Hyperspectral remote sensing has shown the potential to directly identify and parameterize absorption features and form parameters of spectral signatures. Using this information bio- and geo-physical properties of the sensed surfaces can be retrieved. Conventional spectral unmixing approaches disregard this information since all data values are equally incorporated despite their spectral position. The approach introduced in this thesis for the first time combines an automated spectral unmixing methodology with methods of spectral identification in order to use the full potential of spectroscopic data. An intrinsic property of semi-arid environments all over the world is large spatial heterogeneity caused by a small-scaled mosaic of grasses, small bushes and patches of bare soil. Vegetation cover is primarily limited by water, but also the status of the soil as well as anthropogenetic factors are important. The cover percentage is a standard parameter in vegetation mapping, for soil risk assessment, and for the assessment of land degradation. Therefore, it was found appropriate in a large number of studies to retrieve cover percentage for the functional classes of bare soil, vital photosynthetic active vegetation (PV) as well as dead or senescent non-photosynthetic Vegetation (NPV). For these tasks remote sensing is often applied only for small-scaled applications, and, when using multispectral sensors, commonly neglects non-photosynthetic vegetation. Also, the spatial extent of vegetation and soil patches is in many cases smaller than the spatial resolution of the sensor. Thus subpixel classifiers are required in order to identify and quantify the fractions within a single pixel. The aim of this study is to develop a methodology to provide accurate cover fractions for the mentioned functional classes at the patch scale. Therefore an automated methodology for quantitative subpixel classification based on linear spectral unmixing of hyperspectral data is introduced. This automated thematic processor, denoted muMESMA in the following, can be linked to automated pre-processing chains for hyperspectral data. All parts of muMESMA are verified using a series of spectral simulations in order to systematically test the consistency, general applicability and dependency on input variables of the approach. Also, typical error margins of the approach are estimated based on this large database of test scenarios. Validation of the thematic processor is then carried out for an application example based on multiple HyMap scenes of the ’Cabo de Gata’ natural park, province Almería, southeast Spain. The area is dominated by tussock grasses, small bushes and abandoned agricultural fields, and can be considered typical for semi-arid grasslands. To ensure an automated and widely applicable methodology, all required information should be retrieved from the imagery itself or from standard pre-processing products. In the case of spectral unmixing, the detection of all required spectral signatures of pure scene materials (denoted as Endmembers, EM) from the image itself is critical. For this purpose the Sequential Maximum Angle Convex Cone (SMACC) method is adjusted for automated usage. In order to increase the EM detection rate an additional approach is included in muMESMA. Potential new EM can be identified during a first unmixing iteration based on the assumption that pixels which can not be accurately modelled have a higher chance of being EM themselves. Using this two-step approach for endmember detection, about 70% of all EM spectra could be automatically retrieved in a series of simulated test cases. As for most unsupervised classification methods these two approaches do not include an identification of spectra. Thus muMESMA includes a decision-based spectral classifier for the classes of interest of this study. Based on diagnostic features in the spectra, the use of threshold values can be mostly avoided. The classification accuracy of this approach was 93% when using pure field spectra of the relevant classes. But this chance of ~ 1 in 10 for an inappropriate EM is critical since the accurate unmixing of most scenes requires more than 10 EM. Thus in order to guarantee suitable EM spectra and therefore accurate unmixing results a manual control of retrieved EM is highly recommended. After that the final EM set is selected based on different criteria and data tests, such as Endmember Average RMSE (EAR). To include the spectral variability of all classes in the unmixing process a large number of EM is required. But linear dependencies between spectrally similar classes significantly reduce the mathematical accuracy of the solution when using an increasing number of EMs. To avoid an ’ill-condition’ of the unmixing a Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis (MESMA) approach is used. In this approach each image spectrum is linearly unmixed using all combinations of one spectrum for each of the classes PV, NPV and Soil. Afterwards, the model with the smallest modelling RMS-error is selected and the corresponding fractions are assigned to the pixel. For simulation scenarios the mean unmixing error can be reduced from 11.3% when using conventional manual unmixing to 9.6% using an automated MESMA. For the test area of ’Cabo de Gata’ the MESMA approach was able to accurately model the whole image with one comprehensive EM set despite changing spectral characteristics of surfaces (e. g., changes in vegetation status or composition, variation in soil type). In addition, a good condition of the mixing model without linear dependencies was achieved. The mean error over all test plots could be reduced by 0.6% abundance absolute. Using only the modelling RMS error as model selection criterion is not optimal since this measure is dominated by the overall albedo and small but important spectral features are often neglected. This might cause an increased inaccuracy of estimated ground cover fractions for the spectrally similar classes of NPV and bare soil, since the overall shape of the spectra is highly similar. Thus the residual spectrum (i. e., the part of the signal which cannot be modelled with the given EMs) is analysed using a knowledge-based approach in order to identify a meaningful EM model for each pixel. Using a combined model selection criterion based on this residual analysis, on modelling RMS and on physical constraints, the unmixing error can be further reduced to an average of 8.6% abundance absolute in simulation scenarios. The robustness of the approach is also increased, especially when introducing additional sources of error like partial shadowing, lichens, increased sensor noise or inexact EM. This increased stability is highly important for the HyMap imagery of Cabo de Gata since in all real-world applications the whole spectral variability cannot be completely represented by EMs. Thus the mean unmixing error can be significantly lowered from 15.1% abundance absolute when only optimizing the model RMS error to 11.6% abundance absolute when using the combined optimization criterion including residual analysis. The correlation between field measurements and unmixing results was significant (p < 0.005) with correlation coefficients between 0.76 and 0.86 (R2 values). This average accuracy of the automated muMESMA approach is in the same range as published values of manual field cover measurements, and is equal or only slightly higher than published results using manual MESMA approaches with similar thematic. Also, an additional unmixing iteration incorporating spatial neighbourhood information is included to ensure that a reasonable EM model is selected for each pixel. To reduce the calculation time of the three MESMA unmixing iterations muMESMA can iteratively propose EM models to avoid a ’brute force’ calculation. This methodology based on the residual analysis can significantly reduce calculation time by a factor of 7, but also reduces unmixing accuracy. Another important part of this automated thematic processor is a reliability measure of unmixing quality for every pixel. Based on the residual analysis, modelling error, comparison with empirical regression models and local incidence angle, pixels which are likely error-prone can be identified with the muMESMA approach. For areas with rough terrain the unmixing accuracy can further be increased. Local incidence angle effects significantly affect the accuracy of ground cover estimates for all measurements off-nadir where terrain is rough and vegetation patchy. When the line of sight from bare soil patches to the sensor is (partially) blocked by vegetation, the cover percentage of bare soil is underestimated, while fractional cover by vegetation is overestimated. Using the local incidence angle and empirical vegetation parameters (average height and basal area) a pixel-based empirical correction can be carried out. For the ’Cabo de Gata’ test site the average accuracy of ground increased by an additional 2% abundance absolute. Within this thesis it could be shown that the estimation of ground cover fractions for the functional classes PV, NPV and bare soil can be carried out with increased accuracy using hyperspectral data. With the exception of a recommended manual check the muMESMA approach is fully automated and can retrieve all required information from standardized input data generated by most preprocessing chains. The results of the verification carried out on a large database of field spectra from different semi-arid natural environments and different phenological conditions could be confirmed in the validation for the specific application case ’Cabo de Gata’ based on three multitemporal HyMap data sets. Thus the wide applicability of the approach can be assumed. KW - Optische Fernerkundung KW - Spektroskopie KW - Trockengebiet KW - Bodenbedeckung KW - Desertifikation KW - Spektrale Entmischung KW - Bodenbedeckungsgrad KW - HyMap KW - Hyperspektrale Fernerkundung KW - Abbildende Spektroskopie KW - Spectral Unmixing KW - MESMA KW - Imaging Spectroscopy KW - Ground Cover Fraction KW - Drylands Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26337 ER - TY - THES A1 - Höppner, Kathrin T1 - Beobachtung des Hydroxyl (OH*)-Airglow: Untersuchung von Klimasignalen und atmosphärischen Wellen T1 - Observation of the Hydroxyl (OH*)-Airglow: Analysis of Climate Signals and Atmospheric Waves N2 - Die obere Mesosphäre ist die Atmosphärenschicht, die von etwa 80-100 km Höhe reicht. Aufgrund der geringen Luftdichte – sie ist fünf bis sechs Größenordnungen geringer als an der Erdoberfläche – und der effektiven Abstrahlung von Wärme in den Weltraum („Strahlungskühlung“) wird generell angenommen, dass Klimasignale in diesem Höhenbereich sehr viel ausgeprägter sein sollten als in den unteren Atmosphärenschichten. Es wird daher erwartet, dass Beobachtungen in dieser Region der Atmosphäre eine frühzeitige Erkennung von Klimatrends mit guter statistischer Signifikanz erlauben sollten. Daten, die von diesen Messungen bereitgestellt werden, sind wichtig für die Weiterentwicklung und Verbesserung numerischer Klimamodelle, die die mittlere Atmosphäre abdecken. Dieser Höhenbereich der Atmosphäre ist messtechnisch jedoch nur schwer zugänglich. Die Dichte der Messnetze ist keinesfalls vergleichbar mit denen für die Beobachtung etwa der Stratosphäre oder der Troposphäre; Routinemessungen gibt es kaum. Direkte Messungen werden mit raketengestützten Instrumenten, indirekte Messungen über satellitengestützte und bodengebundene Techniken, wie z.B. Lidar, Radar und Spektroskopie, vorgenommen. Die vorliegende Arbeit basiert auf Daten des „GRound-based Infrared P-branch Spectrometer (GRIPS)“, das Infrarot-Emissionen aus der sogenannten OH*-Airglow-Schicht misst, aus denen die Temperatur in ~87 km Höhe abgeleitet werden kann. Neben anthropogenen Einflüssen auf das Klima gibt es natürliche Effekte, die Temperaturschwankungen in der oberen Mesosphäre verursachen können. Für die Interpretation experimenteller Daten ist das Verständnis dieser natürlichen Quellen der Variabilität wichtig. Daher wird mithilfe einer 25-jährigen Zeitreihe der über Wuppertal (51,3°N, 7,2°O) gemessenen OH*-Temperaturen die potentielle Wechselwirkung der Dynamik der oberen Mesosphäre mit der Sonnenaktivität untersucht. Eine Korrelation der Aktivität planetarer Wellen mit dem solaren Magnetfeld (22-jähriger solarer Hale-Zyklus) konnte festgestellt werden. Als möglicher physikalischer Mechanismus wird vorgeschlagen, dass der Ringstrom im Erdinnern und damit das interne Magnetfeld der Erde durch das solare Magnetfeld moduliert wird, was wiederum zu Modulationen des totalen Magnetfeldes im Erdinnern über die Kopplung elektromagnetischer Drehmomente zwischen dem Erdkern und dem Erdmantel führt. Als Folge sollte die Rotationsperiode der Erde – und damit die Aktivität planetarer Wellen – durch die solare Magnetfeldstärke moduliert sein. Der Aktivität planetarer Wellen ist zudem eine quasi-zweijährige Schwingung überlagert. Zumeist ist die Wellenaktivität verstärkt, wenn sich die Windrichtung des mittleren zonalen Windes der äquatorialen Quasi-Biennalen Oszillation (QBO) von einem Westwind zu einem Ostwind umkehrt. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass die unregelmäßige Verteilung der Sonnenflecken auf der Sonnenscheibe aufgrund der Rotation der Sonne zu Fluktuationen der OH*-Temperatur führt. Häufig beobachtet werden ausgeprägte spektrale Komponenten in den OH*-Temperaturfluktuationen im Periodenbereich von 27 bis 31 Tagen. Diese Signaturen werden vorläufig auf die differentielle Rotation der Sonne zurückgeführt. Dynamische Prozesse wie z.B. atmosphärische Schwerewellen sind von großer Bedeutung für den Energiehaushalt der oberen Mesosphäre / unteren Thermosphäre (MLT-Region). Daher müssen sie in Klimamodellen berücksichtigt werden, was derzeit jedoch nur durch einfache Parametrisierungen bewerkstelligt werden kann. Um eine möglichst realistische Modellierung der großräumigen Zirkulationssysteme zu ermöglichen, ist die Kenntnis der Strukturfunktionen der Schwerewellen sowie ihre Quell- und Senkenstärken in Raum und Zeit erforderlich. Messungen von Schwerewellen sind daher unabdingbar. In der vorliegenden Arbeit werden im Rahmen von Fallstudien Temperatursignaturen untersucht, wie sie von Schwerewellen erzeugt werden. Verwendet werden hierfür zeitlich hoch aufgelöste OH*-Temperaturzeitreihen aufgenommen am Hohenpeißenberg (47,8°N, 11,0°O) und an der Zugspitze (47,5°N, 11,0°O). Durch den Alpenkamm induzierte Schwerewellen können identifiziert und Schwerewellenparameter wie beispielsweise die Ausbreitungsrichtung oder die Phasengeschwindigkeit quantifiziert werden. Messungen, aufgenommen von Bord des deutschen Forschungsschiffes „Polarstern“ im Golf von Biskaya (um 48°N, 6°O), werden mit satellitenbasierten Beobachtungen kombiniert. Es wird gezeigt, dass Schwerewellen, die von einem atlantischen Zyklon erzeugt werden, die Temperatur in der Mesopausenregion beeinflussen können. Das GRIPS-System ist ferner prinzipiell zur schnellen Erkennung von Naturgefahren wie z.B. Tsunamis, Erdbeben oder Vulkanaktivität geeignet, da solche Ereignisse Infraschall erzeugen, der wiederum erkennbare Temperaturfluktuationen in der OH*-Airglow-Schicht verursacht. Am Beispiel des Sumatra-Tsunamis von 2004 wird diese Möglichkeit quantitativ diskutiert. N2 - The upper mesosphere is the atmospheric layer which ranges from 80 km to about 100 km above sea level. Due to the low air density of five to six orders of magnitude lower compared to the value near the Earth's surface and due to the efficient infrared radiation cooling to space, many climate signals are assumed to be more pronounced there than in the lower atmosphere. It is therefore expected that observations in this region should allow the early detection of climate trends with good statistical significance. The data provided by these measurements are essential for the further development and improvement of the numerous climate models that include the middle atmosphere. Experimental access to this altitude is difficult, and data are therefore still quite sparse. Measurements have been taken directly using rocket-borne instruments, and indirectly through space-borne and ground-based techniques, such as Lidar, Radar, and spectroscopy. The work presented is based on data from the “GRound-based Infrared P-branch Spectrometer (GRIPS)”, which measures the infrared emissions from the so-called OH*-airglow layer to derive temperatures at an altitude of ~87 km. Along with anthropogenic influences on the climate there are natural effects which can cause temperature deviations in the upper mesosphere. It is essential for the interpretation of experimental data to understand those other sources of variability. Because of this the potential interaction of the dynamics of the upper mesosphere with the solar activity is examined with a 25-year time series of OH*-temperatures recorded at Wuppertal (51.3°N, 7.2°E). A correlation of the planetary wave activity with the general solar bipolar magnetic field (22-year solar Hale cycle) is found. As a possible physical mechanism it is proposed that the internal terrestrial magnetic field is superimposed by the solar magnetic field causing modulations of the total magnetic field in the Earth’s interior and which leads – in turn – to a modulation of the electromagnetic coupling of angular momentum between the Earth’s core and the Earth’s mantle. As a result the Earth’s rotation period – and thus the activity of planetary waves – should be modulated with the solar magnetic flux, e.g. the quasi-22-year Hale cycle. Planetary wave activity is further found to be modulated by a quasi-2-year oscillation and that wave activity is mostly enhanced when the wind direction of the mean zonal wind of the equatorial quasi-biennial oscillation (QBO) reverses from westerly to easterly. It is also found that due to the Sun’s rotation the irregular pattern of sunspots on the solar disc leads to OH*-temperature fluctuations. Pronounced spectral components in the OH*-temperature fluctuations around the periods from 27 to 31 days are frequently observed. They are tentatively attributed to the differential rotation of the Sun. Dynamic processes such as atmospheric gravity waves are of great significance for the energy budget of the upper mesosphere / lower thermosphere (MLT) region. Consequently, they have to be taken into account in climate models. Limited knowledge of the generation, propagation, and interaction mechanisms of gravity waves is therefore a major problem in this field. The temperature signals generated by gravity waves are analyzed in case studies using OH*-temperature data sets with high temporal resolution, recorded at Hohenpeissenberg (47.8°N, 11.0°E) and the Zugspitze mountain (47.5°N, 11.0°E). Alpine induced gravity waves are detected and gravity wave parameters such as propagation direction, phase velocity etc. are quantified. Measurements taken from the German research vessel “Polarstern” in the Bay of Biscaya (around 48°N, 6°E) are combined with satellite-based observations. It is shown that gravity waves induced by an Atlantic cyclone can impact the temperatures in the mesopause region. The GRIPS system should in principle also be suited for the rapid detection of natural hazards such as tsunamis, earth quakes, or volcanic activities. This is because the infrasound caused by such events should induce observable temperature fluctuations in the OH*-airglow layer. The example of the 2004 Sumatra Tsunami is used for a quantitative discussion of this possibility. KW - Mesopause KW - Temperatur KW - Infrarotspektroskopie KW - Spektralanalyse KW - Sonnenaktivität KW - Hydroxyl (OH*)-Airglow KW - Mesopausentemperatur KW - Planetare Wellen KW - Schwerewellen KW - 22-jähriger Solarer Hale-Zyklus KW - Hydroxyl (OH*)-Airglow KW - Mesopause Temperature KW - Planetary Waves KW - Gravity Waves KW - 22-year Solar Hale Cycle Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-33588 ER - TY - THES A1 - May, Jan-Hendrik T1 - The Quebrada de Purmamarca, Juyuj, NW-Argentina : Landscape Evolution and Morphodynamics in the Semi-Arid Andes N2 - This study aims at reconstructing landscape evolution in the Quebrada de Purmamarca, NW-Argentina. Thorough mapping of the existing landforms and present morphodynamic situation was conducted on the base of intensive field work and the interpretation of remote sensing imagery. Aside from geomorphological mapping, field work focused on the description of numerous sedimentological and pedological profiles. The analysis of these profiles was supported by laboratory data from field samples (granulometry, CaCO3 content) but also by a 14C age date. With particular regard to pedological questions, several samples from soil crust were micromorphologically analysed and interpreted. The resulting data allowed the reconstruction of several phases of landscape evolution in the Quebrada de Purmamarca back to the Miocene. During this phase, the Andes were still a landscape of relatively low relief being subject to processes of planation under conditions markedly more humid than today. Highly faulted and deformed fanglomerates are the first evidence of a progressing uplift coupled under an increasingly arid climate. As a consequence of continued uplift and alternating phases of erosion and aggradation, large terrace systems have formed. Particularly the youngest terrace level shows good preservation. Against the background of the intense climatic changes characteristic for the Pleistocene, these terraces have been the major focus of this study. They are built up almost entirely from coarse debris-flow sediments which are thought to be the result of a significant drop of the periglacial belt of more than 1,000 meters. This interpretation is confirmed by a variety of relict periglacial landforms like “glatthang” morphology (smooth topography), sheets of frost debris and asymmetric valleys. As sediment supply from periglacial debris production exceeded the transport capacity of the drainage system leading to the dominance of depositional processes. Aggradation has been interrupted or at least weakened several times as reflected by two lacustrine to fluvial intervals within the terrace deposits. In this context, particularly the younger interval might announce a shift in morphodynamics around 49 ka BP (14C age), when the phase of terrace aggradation grades into a phase of dominant alluvial fan activity. On the terrace surfaces a well-developed reddish soil has developed. It is interpreted to indicate a phase of increased humidity possibly in relation with the “Minchin” wet phase between 40 ka BP and 25 ka BP. At many places, this reddish soil is overlain by a markedly cemented sand crust. Based on the good sorting of medium and fine sand, this sand crust could be interpreted as fluvio-eolian sediment. Its deposition under very arid and cold climatic conditions may be attributed to the Late Glacial Maximum (LGM). However, the sand crust shows signs of erosion at many places and has not been observed anywhere below the level of the terrace surface. Therefore the onset of severe erosion and incision resulting in the evacuation of enormous quantities of sediment from the study area is assumed to postdate the LGM, possibly due to increased discharge rates during a wetter Lateglacial. Regardless of its timing, the intense incision is likely to have cut down to below the present floodplain evidently causing several mass wasting events in the study area. Since the early Holocene a number of short-term changes seem to have been responsible for the landscape evolution of the Quebrada de Purmamarca. More humid phases of pronounced slope smoothing have alternated with semi-arid phases of longer duration. The well-developed, polycyclic calcretes on top of the inactive terraces and alluvial fans give evidence for these changes. At present, the marked desert pavement on top of most terraces and alluvial fan surfaces prevent soil. The concentration of runoff on these pavements amplifies badland formation and alluvial fan activity along the terrace slopes. The presently observed floodplain aggradation may be attributed to these processes but considering the severe gullying reaching far into the upper study area, the aggradation may as well reflect a more general and regional trend. KW - Quartär KW - Anden KW - Geomorphologie KW - Geomorphologische Kartierung KW - Paläoklima KW - Südamerika Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-34416 ER - TY - THES A1 - Wehrmann, Thilo T1 - Automatisierte Klassifikation von Landnutzung durch Objekterkennung am Beispiel von CORINE Land Cover T1 - Automated classification of CORINE land use classes using object recognition techniques N2 - Informationen über die Landbedeckung und die mit der anthropogenen Komponente verbundenen Landnutzung sind elementare Bestandteile für viele Bereiche der Politik, Wirtschaft und Wissenschaft. Darunter fallen beispielsweise die Strukurentwicklungsprogramme der EU, die Schadensregulierung im Versicherungswesen und die Modellierung von Stoffkreisläufen. CORINE Land Cover (CLC) wurde infolge eines erweiterten Bedarfs an einem europaweit harmonisierten Datensatz der Landoberfläche erstellt. Das CORINE Projekt weist für diese Arbeit eine hohe Relevanz durch die regelmäßigen Aktualisierungen von 10 Jahren, dem Einsatz der Daten in vielen europäischen und nationalen Institutionen und der guten Dokumentation der CORINE Nomenklatur auf. Die Erstellung der Daten basiert auf der computergestützten manuellen Interpretation, da automatische Verfahren durch die Komplexität der Aufgabenstellung und Thematik nicht in der Lage waren, den menschlichen Interpreten zu ersetzen. Diese Arbeit stellt eine Methodik vor, um CORINE Land Cover aus optischen Fernerkundungsdaten für eine kommende Aktualisierung abzuleiten. Hierzu dienen die Daten von CLC 1990 und der Fernerkundungsdatensatz Image 2000 als Grundlage, sowie die CLC 2000 Klassifikation als Referenz. Die entwickelte und in dem Softwarepaket gnosis implementierte Methodik wendet die objektorientierte Klassifikation in Kombination mit Theorien aus der menschlichen Bildwahrnehmung an. In diesen Theorien wird die Bildwahrnehmung als informationstechnischer Prozess gesehen, der den Klassifikationsprozess in die drei folgenden Subprozesse unterteilt: Bildsegmentierung, Merkmalsgenerierung und Klassenzuweisung. Die Bildsegmentierung generiert aus den untersten Bildprimitiven (Pixeln) bedeutungsvolle Bildsegmente. Diesen Bildsegmenten wird eine Anzahl von bildinvarianten Merkmalen aus den Fernerkundungsdaten für die Bestimmung der CLC Klasse zugewiesen. Dabei liegt die wichtigste Information in der Ableitung der Landbedeckung durch den überwachten Stützvektor-Klassifikator. Die Landoberfläche wird hierzu in zehn Basisklassen untergliedert, um weiteren Merkmalen einen semantischen Unterbau zu geben. Zur Bestimmung der anthropogenen Komponente von ausgewählten Landnutzungsklassen, wie beispielsweise Ackerland und Grünland, wird der phänologische Verlauf der Vegetation durch die Parameter temporale Variabilität und temporale Intensität beschrieben. Neben dem jahreszeitlichen Verlauf der Vegetation können Nachbarschaftsbeziehungen untersucht werden, um weitere anthropogene Klassen und heterogen aufgebaute Sammelklassen beschreiben zu können. Der Versiegelungsgrad als Beispiel für eine Reihe von unscharfen Merkmalen dient der weiteren Differenzierung der verschiedenen Siedlungsklassen aus CORINE LC. Mit Hilfe dieser Merkmale werden die CLC Klassen in abstrakter Form im Klassenkatalog (a-priori Wissensbasis) als Protoklassen beschrieben. Die eigentliche Objekterkennung basiert auf der Repräsentation der CORINE Objekte durch ihre einzelnen Bestandteile und vergleicht die gefundenen Strukturen mit der Wissensbasis. Semantisch homogen aufgebaute Klassen, wie Wälder und Siedlungen oder Protoklassen mit eindeutigen Merkmalen, beispielsweise zur Bestimmung von Grünland durch die Phänologie, können durch den bottom–up Ansatz identifiziert werden. Das übergeordnete CLC Objekt kann direkt aus den Bestandteilen zusammengebaut und einer Klasse zugewiesen werden. Semantisch heterogene Klassen, wie zum Beispiel bestimmte Sammelklassen (Komplexe Parzellenstrukur), können durch ihre Bestandteile validiert werden, indem die Bestandteile eines existierenden CLC Objektes mit der Wissensbasis auf Konsistenz untersucht werden (top–down Ansatz). Eine a-priori Datengrundlage ist für die Erkennung dieser Klassen essentiell. Die Untersuchung der drei Testgebiete (Frankfurt, Berlin, Oldenburg) zeigte, dass von der CORINE LC Nomenklatur 13 Klassen identifiziert und weiteren 14 Klassen validiert werden können. Zehn Klassen können durch diese Methodik aufgrund fehlender Merkmale oder Zusatzdaten nicht klassifiziert werden. Die Gesamtgenauigkeit der automatisierten Klassifikation für die Testgebiete beträgt zwischen 70% und 80% für die umgesetzten Klassen. Betrachtet man davon einzelne Klassen, wie Siedlungs-, Wald- oder Wasserklassen, wird aufgrund der verwendeten Merkmale eine Klassifikationsgenauigkeit von über 90% erreicht. Ein möglicher Einsatz der entwickelten Software gnosis liegt in der Unterstützung einer kommenden CORINE Aktualisierung durch die Prozessierung der identifizierbaren Klassen. Diese CLC Klassen müssen vom Interpreten nicht mehr überprüft werden. Für bestimmte CLC Klassen aus dem Top-down Ansatz wird der Interpret die letzte Entscheidung aus einer Auswahl von Klassen treffen müssen. Weiterhin können die berechneten Merkmale, wie die temporalen Eigenschaften und der Versiegelungsgrad dem Bearbeiter als Entscheidungsgrundlage zur Verfügung gestellt werden. Der Einsatz dieser neu entwickelten Methode führt zu einer Optimierung des bestehenden Aufnahmeverfahrens durch die Integration von semi-automatisierten Prozessen. N2 - Land cover and land use classifications provide significant information for politics, economy and science. CORINE Land Cover (CLC) represents a harmonised Pan-European land cover dataset utilised by many European and national institutions. The mapping product comprising 44 classes of land cover and land use, is well documented. At the same time it is periodically updated in intervals of 10 years. Mainly due to the complexity of the CORINE nomenclature, generating and updating of this product has ever since been solely based on computer–aided manual image interpretation. To this date, manual interpretation being the backbone of CORINE actualisation has not been replaced by computer aided approaches. As a consequence, this study aims at developing a semi-automated methodology to derive CORINE Land Cover from optical remotely sensed data. The methodology presented, is based upon the former CLC 1990 classification and the Landsat ETM+ based Image 2000 while reference and validation is realised utilising the CLC 2000 data set. Implementation of the presented approach is realised by the software package gnosis combining object oriented classification paradigms with theories related to human image perception. Human image perception itself is known to be a process of information engineering including three sub-processes as follows: image segmentation, feature generation, and class assignment. With regard to image segmentation, meaningful image segments are generated based upon the most simple image primitives, the pixels. Resulting image segments consist of a wide range of invariant image features describing actual CLC classes. However, precise knowledge about land cover is the uttermost important information for any further processing steps presented in this work. Therefore, ten baseline land cover classes are extracted from multi spectral image 2000 data sets using a novel supervised classification approach of support vector machines. In order to estimate the anthropogenic impact affecting some CORINE classes, the phenological characteristics are analysed and processed. Thus temporal parameters like temporal variability and temporal intensity are used for the delineation of pastures and arable land. Conjointly with these vegetation features, neighbourhood analysis is used to derive functionality or heterogeneity of complex classes. At last, additional error reduction and further specification is addressed by the extraction of fuzzy features. Based on these features sets, CLC classes are represented abstractly stored within a class catalogue i.e. an a-priori knowledge base. Class assignment itself is based on the representation of CORINE objects by its integral parts. In the following this sub-process, representing the final step of image perception, is used to compare the extracted structures with the prototypical classes of the knowledge base. On one hand homogeneous classes, consisting of a single land cover type of baseline classes like forests and pastures, are identified with a bottom–up approach. This is based on the assumption that any superior CLC object is composed of and therefore directly linked to its components and consecutively assigned to a specific CLC class. On the other hand heterogeneous classes, consisting of multiple cover types like complex cultivation patterns, can be validated by comparing its components to the knowledge base, i.e. a top–down approach. However, the a-priori geometry provided by a former classification is essential for this type of object recognition. The analysis of test sites located in the vicinities of Frankfurt, Berlin, and Oldenburg indicates that 13 CLC classes can be identified automatically while a second set of 14 CLC classes can be validated. On the contrary, ten classes can not be acquired by the presented approach due to the lack of required features or missing ancillary information. Thus the overall accuracy of the automated classification of the test sites ranges between 70% and 80 %. In addition it increases to more than 90% as observation is limited to classes with intrinsic prototypical description and distinct features like settlement, forest, and water. As a result of this thesis the software package gnosis will provide a fundamental service and support for the forthcoming CORINE update. By means of the software, 13 identifiable classes can be processed automatically based on the bottom–up approach. In regards to the set of 14 CLC classes derived from the top–down approach, distinct class definition will rely on the trained interpreters selecting from a given set of potential classes. This decision making process can also be facilitated by existing feature sets describing temporal characteristics and impervious cover fraction. As a consequence both automated and semi-automated processes presented in this thesis can be considered a good advancement of the existing compilation and updating procedures of the CORINE land cover project. KW - Optische Fernerkundung KW - Objekterkennung KW - Automatische Klassifikation KW - Objektorientierte Klassifikation KW - Remote Sensing KW - Object oriented classification KW - automated classification Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25260 ER - TY - THES A1 - Schenk, Tilman A. T1 - Multiagentensysteme zur Simulation von Konsumentenentscheidungen T1 - Multi Agent Systems for the Simulation of Consumer Decisions N2 - Städte sehen sich in der Entwicklung ihres Einzelhandelsangebots zunehmend Konkurrenzsituationen zwischen traditionellen Innenstadt- und neu entstehenden Stadtrandlagen ausgesetzt, die einerseits die gestiegenen Flächen- und Produktivitätsansprüche der Unternehmen eher erfüllen, während andererseits Bürger, Politik und etablierter Handel ein Aussterben der Innenstädte befürchten. Die Konsequenzen planerischer Entscheidungen in dieser Hinsicht abzuschätzen, wird zunehmend komplexer. Dafür sind ebenso eine stärkere Individualisierung des Konsumverhaltens verantwortlich, wie eine gestiegene Sensibilität gegenüber Verkehrs- und Emissionsbelastungen. Modellierungen und Simulationen können einen Beitrag zu fundierter Entscheidungsfindung leisten, indem sie durch Prognosen von Szenarien mit unterschiedlichen Rahmenbedingungen solche Auswirkungen aufzeigen. In der Vergangenheit wurden Kaufkraftströme durch Modelle abgebildet, die auf aggregierten Ausgangsdaten und Analogieschlüssen zu Naturgesetzen oder nutzentheoretischen Annahmen beruhten. In dieser Arbeit wird dafür erstmals ein agentenbasierter Ansatz angewendet, da sich so individuelle Ausdifferenzierungen des Konsumentenhandelns wesentlich leichter integrieren und Ergebnisse anschaulicher präsentieren lassen. Dieses Konzept kann in den Sozialwissenschaften als Modellierungsparadigma genutzt werden, insofern als dass sie der Idee der Selbstorganisation von Gesellschaften recht nahe kommt. Insbesondere zeichnen sich Multiagentensysteme durch eine dezentrale Kontrolle und Datenvorhaltung aus, die es darüber hinaus ermöglichen, auch komplexe Systeme von Entscheidungsprozessen mit wenigen Spezifikationen darzustellen. Damit begegnet der Agentenansatz vielen Einwänden gegen Analogie- und Entscheidungsmodelle. Durch die konsequente Einnahme einer individuenbezogenen Sichtweise ist die individuelle Ausdifferenzierung von Entscheidungsprozessen viel eher abbildbar. Für das Forschungsprojekt konnten für einen Untersuchungsraum in Nordschweden (Funktionalregion Umea) individuenbezogene Einwohnerdaten verfügbar gemacht werden. Diese enthielten u.a. Lagekoordinaten des Wohn- und Arbeitsorts, Alter, Geschlecht, verfügbares Einkommen und Angaben zur Haushaltsstruktur. Verbunden mit Erkenntnissen aus empirischen Untersuchungen (Konsumentenbefragung, Geschäftskartierung) stellten sie die Eingabegrößen für ein agentenbasiertes Modell der Einkaufsstättenwahl bei der Lebensmittelversorgung dar. Die Konsumentenbefragung stellte regressionsanalytische Abhängigkeiten zwischen sozioökonomischen Daten und Konsumpräferenzen bezüglich einzelner Geschäftsattribute (Preisniveau, Produktqualität, Sortimentsbreite, Service etc.) her, die gleichen Attribute wurden für die Geschäfte erhoben. Somit können Kaufkraftströme zwischen Einzelelementen der Nachfrage (individuelle Konsumenten) und des Angebots (einzelne Geschäftsstandorte) als individuell variierende Bewertung der Geschäfte durch die Agenten dargestellt werden. Da auf der Angebotsseite die Umsätze der Geschäfte ebenso bekannt sind, können die Summen der von den Agenten dort allozierten Kaufkraftbeträge mit denselbigen verglichen werden. Dies erlaubt die Quantifizierung einer Schätzgüte für die Geschäftsumsätze mittels eines Gütemaßes. Für die Geschäfte der gesamten Region konnten Gütemaßwerte bis 0,7 erreicht werden, für einzelne Betriebsformate auch über 0,9. Dies zeigt, dass auch bei der Verwendung individuenbezogener Modelle, die mit einer deutlich höheren Anzahl Freiheitsgraden behaftet sind als ihre aggregierten Gegenstücke, hohe Prognosequalitäten für Umsatzschätzungen von Standorten erreicht werden können. Gleichzeitig bietet der Agentenansatz die Möglichkeit, einzelne Simulationsobjekte bei ihrer Entscheidungsfindung und ihren Aktivitäten zu verfolgen. Dabei konnten ebenfalls plausible Einkaufsmuster abgebildet werden. Da die Distanz vom Wohn- bzw. Arbeitsort zum Geschäft Bestandteil des Modells ist, können auch die von den Einwohnern zum Zweck der Grundversorgung zu leistenden Distanzaufwände in verschiedenen Angebotssituationen analysiert werden. An agentenbasierte Simulationen werden in den Sozialwissenschaften große Erwartungen geknüpft, da sie erstmals ermöglichen, gesellschaftliche Phänomene auf der Ebene ihres Zustandekommens, dem Individuum, zu erfassen, sowie komplexe mentale Vorgänge des Handelns, Lernens und Kommunizierens auf einfache Weise in ein Modell zu integrieren. Mit der vorliegenden Arbeit wurde im Bereich der Konsumentenforschung erstmals ein solcher Ansatz auf regionaler Ebene angewendet, um zu planungsrelevanten Aussagen zu gelangen. In Kombination mit anderen Anwendungen im Bereich der Bevölkerungsprognose, des Verkehrs und der innerstädtischen Migration haben Agentensimulationen alle Voraussetzungen zu einem zukunftsweisenden Paradigma für die Raum- und Fachplanung. N2 - Concerning the development of their retail location structures, urban areas are increasingly faced with situations of competition between traditional inner-city and spontaneously emerging suburban forms of outlets, which can on one hand rather satisfy augmented demands on sales areas and productivity of retailers, while on the other hand citizens, politicians and established retailers fear the "death of the centre". To evaluate the consequences of planning decisions in that respect is gaining in complexity; this can be ascribed to a strong individualisation of consumption habits as well as an enhanced sensitivity towards exposure to emissions from traffic and land consumption. Social simulations can contribute to such decisions as they are able to demonstrate the implications thereof by undertaking prognoses in different planning frameworks and scenarios. In the past, estimations of buying power flows between elements of demand and supply have been modelled from aggregate input data utilising approaches characterized by analogies to laws from physical sciences or utility maximizing assumptions. This contribution is the first to use an agent-based approach, since it is capable of integrating individually differentiated variations of consumer behaviour and results can be depicted more effectively. This concept can be used as a modelling paradigm in the social sciences in so far as it reflects the idea of self-organization of human societies. Multi agent simulations are characterized by a distributed control and organisation of data enabling the representation of complex decision processes with a small number of specifications. With these features, agent-based approaches address many of the objections against analogy and choice models. The strictly individual viewpoint allows for a much better representation of individually variations of decision processes. For this research project, individual population data for a study area in Northern Sweden (functional region of Umea) were obtained. They included figures on age, sex, disposable income, coordinates of dwelling and workplace, and household structure for every individual in the region. Combined with empirical results from consumer and store surveys they constituted the data base for an agent-based model of store choice in grocery retailing. The consumer survey contributed regression analyses for individual preferences for store attributes such as price, size of assortment, quality of products, service, etc., dependant on socio-demographic characteristics of the sample. The same attributes were observed for the stores. Hence, the buying power flows between single elements of the demand side (individual consumers) and single elements of the supply side (individual stores) can be specified as individually varying evaluations of choice alternatives, by which the agents will distribute their buying power among the stores. By comparing the sums of buying power collected at the stores with their turnovers, a measure for the quality of the turnover estimation can be given. For all shops in the region, values of 0.7 for R(2) were achieved, for some store formats even up to 0.9. This demonstrates how individual decision based models of buying power allocation despite their fairly large number of degrees of freedom are suitable for turnover estimation and forecasts of individual stores. Simultaneously, the simulation objects, i.e. the individual agents can be observed on performing their shopping trips to ensure plausible results on the micro level as well. Since the distance between the places of dwelling and work and the location of the shop is part of the model, changes in transportation demand in different spatial structures of retail outlets can be analysed. Agent-based simulations are raising high expectations in the social sciences, as they are the first to allow to capture social phenomena on the level of their emergence, the individual, as well as to integrate complex cognitive processes such as motivations, learning and com-munication into such models. This study is the first to apply an agent-based approach in con-sumption research on a regional level in order to support planning decisions in a regional and urban context. Combined with further applications in the areas of population prognosis, transportation and intra-regional migration, social simulations are a promising tool for future challenges in regional and urban planning. KW - Umea KW - Mehragentensystem KW - Verbraucherverhalten KW - Handelsforschung KW - Geographische Handelsforschung KW - Multiagentensystem KW - Simulation KW - Konsumentenverhalten KW - Multi Agent System KW - Simulation KW - Consumer Behavior Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-22157 ER - TY - THES A1 - Mederer, Joachim T1 - Water Resources and Dynamics of the Troodos Igneous Aquifer-system, Cyprus - Balanced Groundwater Modelling - T1 - Grundwasserdynamik und Ressourcen des Troodos Aquifersystems, Zypern - Bilanzierte Grundwassermodellierung - N2 - The study investigates the water resources and aquifer dynamics of the igneous fractured aquifer-system of the Troodos Mountains in Cyprus, using a coupled, finite differences water balance and groundwater modelling approach. The numerical water balance modelling forms the quantitative framework by assessing groundwater recharge and evapotranspiration, which form input parameters for the groundwater flow models. High recharge areas are identified within the heavily fractured Gabbro and Sheeted Dyke formations in the upper Troodos Mountains, while the impervious Pillow Lava promontories - with low precipitation and high evapotranspiration - show unfavourable recharge conditions. Within the water balance studies, evapotranspiration is split into actual evapotranspiration and the so called secondary evapotranspiration, representing the water demand for open waters, moist and irrigated areas. By separating the evapotranspiration of open waters and moist areas from the one of irrigated areas, groundwater abstraction needs are quantified, allowing the simulation of single well abstraction rates in the groundwater flow models. Two sets of balanced groundwater models simulate the aquifer dynamics in the presented study: First, the basic groundwater percolation system is investigated using two-dimensional vertical flow models along geological cross-sections, depicting the entire Troodos Mountains up to a depth of several thousands of metres. The deeply percolating groundwater system starts in the high recharge areas of the upper Troodos, shows quasi stratiform flow in the Gabbro and Sheeted Dyke formations, and rises to the surface in the vicinity of the impervious Pillow Lava promontories. The residence times mostly yield less than 25 years, the ones of the deepest fluxes several hundreds of years. Moreover, inter basin flow and indirect recharge of the Circum Troodos Sedimentary Succession are identified. In a second step, the upper and most productive part of the fractured igneous aquifer-system is investigated in a regional, horizontal groundwater model, including management scenarios and inter catchment flow studies. In a natural scenario without groundwater abstractions, the recovery potential of the aquifer is tested. Predicted future water demand is simulated in an increased abstraction scenario. The results show a high sensitivity to well abstraction rate changes in the Pillow Lava and Basal Group promontories. The changes in groundwater heads range from a few tens of metres up to more than one hundred metres. The sensitivity in the more productive parts of the aquifer-system is lower. Inter-catchment flow studies indicate that - besides the dominant effluent conditions in the Troodos Mountains - single reaches show influent conditions and are sub-flown by groundwater. These fluxes influence the local water balance and generate inter catchment flow. The balanced groundwater models form thus a comprehensive modelling system, supplying future detail models with information concerning boundary conditions and inter-catchment flow, and allowing the simulation of impacts of landuse or climate change scenarios on the dynamics and water resources of the Troodos aquifer-system. N2 - Die vorliegende Arbeit untersucht die Grundwasserressourcen und die hydraulische Dynamik des Troodos Kluftaquifersystems in Zypern mit Hilfe gekoppelter numerischer Wasserhaushalts- und Grundwasserströmungsmodelle auf Rasterbasis. Die Wasserhaushaltsmodelle quantifizieren die hydrologischen Rahmenparameter des Untersuchungsgebietes. Grundwasserneubildung und Evapotranspiration werden als Eingangsparameter der Grundwassermodelle weiterverarbeitet. Die Grundwasserneubildung ist in den niederschlagsreichen Regionen des höheren Troodos Gebirges, im Bereich der stark geklüfteten Gabbro und Sheeted Dyke Lithologien, am höchsten, nimmt zu den Vorgebirgen ab und erreicht dort ein Minimum in den gering durchlässigen Pillow Lava Sequenzen. Die Evapotranspiration zeigt einen umgekehrten Trend. Zusätzlich zur aktuellen Evapotranspiration wird eine sogenannten Sekundär-Evapotranspiration ermittelt, die sich – unabhängig von der Bodenfeuchte – aus der Verdunstung von Wasser-, Feucht- und Bewässerungsgebieten berechnet. Dieses Konzept erlaubt die Ermittlung der Verdunstungsmenge der bewässerten Flächen und somit die Abschätzung regionaler Grundwasserentnahmeraten, die als Brunnenentnahme in die Grundwassermodelle eingearbeitet werden. Mit zweidimensionalen, bilanzierten, vertikalen Grundwassermodellen, die entlang geologischer Schnitte durch das Untersuchungsgebiet verlaufen, wurde die Grundwasserströmung bis zu einer Tiefe von mehreren Kilometern hoch auflösend simuliert. Die generelle Strömungscharakteristik zeigt eine dominierende Vertikalkomponente in den Neubildungsgebieten des hohen Troodos, quasi stratiforme Strömung in den Mittelläufen im Bereich der Gabbros und Sheeted Dykes, und einen relativen Anstieg des Potentials und Grundwasserausfluss im Bereich der geringdurchlässigen Pillow Laven der Vorgebirge. Indirekte Neubildung durch Grundwasser aus dem Troodos kann in den überlagernden Sedimenten nachgewiesen werden, ebenso wie Lateralflüsse zwischen den Einzugsgebieten. Die Grundwasserverweildauer liegt meist bei wenigen Jahrzehnten. Ausnahmen bilden tiefe Strömungen aus dem hohen Troodos, die Verweilraten von mehreren Jahrhunderten erreichen. Der oberflächennahe, stark geklüftete und für die Wasserwirtschaft wichtige Teil des Aquifersystems wurde in einem horizontalen, den gesamten Troodos umfassenden Grundwassermodell nachgebildet. Bewirtschaftungsszenarien ohne bzw. mit gesteigerten Entnahmeraten simulieren die Dynamik dieses Aquifers. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sensitivität auf die Änderung der Entnahmeraten regional sehr unterschiedlich ist. In den Entnahmegebieten des hohen und mittleren Troodos liegen die Spiegelschwankungen meist bei wenigen Metern bis Zehnermetern, während die Schwankungen in den gering durchlässigen und niederschlagsarmen Vorgebirgen teilweise mehr als hundert Meter betragen können. Das laterale Strömungsverhalten wird in einzelnen Test-Einzugsgebieten im Troodos untersucht. Während in den Untersuchungsgebieten generell effluente Grundwasserverhältnisse vorherrschen, gibt es Seitentäler, die vom Grundwasser unterströmt werden und die Grundwasser in benachbarte Einzugsgebiete abgeben. Diese Lateralflüsse können lokal die Wasserbilanz von Einzugsgebieten im Troodos beeinflussen. Die bilanzierten Grundwassermodelle illustrieren sowohl die Tiefenströmung mit hoher Auflösung als auch den oberflächennahen, wasserwirtschaftlich interessanteren Teil des Troodos - Kluftaquifersystems und zeigen die großflächigen Auswirkungen von Änderungen der Grundwasserentnahmerate. Die bilanzierten Grundwassermodelle stellen somit ein Übersichtsmodellsystem dar, mit dessen Hilfe Randbedingungen und Lateralflüsse für zukünftige Detailmodelle bestimmt, sowie Auswirkung künftiger Klima- bzw. Landnutzungsänderungen auf die Dynamik und die Grundwasserressourcen des Troodos Aquifersystems abgeschätzt werden können. KW - Zypern KW - Troodos KW - Hydrogeologie KW - Wasserreserve KW - Modellierung KW - Wasserhaushalt KW - Grundwassermodelle KW - Ophiolith KW - Kluftaquifer KW - Groundwater KW - Modelling KW - Waterbalance KW - Ophiolite Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37306 ER - TY - THES A1 - Braun, Thomas T1 - On the origin of seismic signals recorded on Stromboli volcano T1 - Untersuchung zur Ursache der auf dem Vulkan Stromboli registrierten seismischen Signale N2 - Hauptaufgabe der Vulkanseismologie ist die qualitative and quantitative Beschreibung einer oder mehrerer unbekannter seismischer Quellen, die sich in einer unbekannten Tiefe unter dem Vulkan befinden. Auch wenn viele Vulkane der Erde ähnliche Signalcharakteristiken aufweisen, war es bis heute nicht möglich, für Vulkane ein seismisches Standard-Quellmodell zu finden, analog dem Double- Couple in der Erdbebenseismologie. Kontinuierlich tätige Vulkane, wie z.B. Stromboli (Italien), stellen für den Vulkanseismologen ein ideales natürliches Feldlabor dar, diese Fragestellung zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit untersucht auf Stromboli registrierte Explosionsbeben und vulkanischen Tremor in einem breiten Frequenzband und behandelt die Frage nach der Lage und dem Mechanismus der seismischen Quelle(n). Seismische und Infraschallmessungen von strombolischen Explosionsbeben zeigen, dass sich eine Hochfrequenz-Phase mit einer Geschwindigkeit von etwa 330 m/s fortbewegt. Die seismische Quelle kann durch eine Explosion am oberen Ende der Magmasäule erklärt werden, die durch aufsteigende Gasblasen verursacht wird. Sowohl die seismische P-Welle, als auch die Luftwelle werden zum gleichen Zeitpunkt an ein und demselben Ort generiert. Die verschiedenen Laufwege und Geschwindigkeiten der seismischen und der Luftwelle resultieren in einem Laufzeitunterschied dt, der zur Bestimmung des Magmenstandes und der Schallgeschwindigkeit in der Eruptionss¨aule im Schlotinnern genutzt werden kann. In Kraternähe installierte Stationen zeigen, dass Infraschall- und seismische Messungen des kurzperiodischen Tremors (> 1 Hz) den gleichen Frequenzgehalt und ähnliche Fluktuationen der seismischen Energie aufweisen. Daher wird der kurzperiodische vulkanische Tremor auf Stromboli durch das kontinuierliche Aufsteigen und Platzen kleiner Gasblasen im oberen Teil der Magmasäule verursacht. Das Spektrum des auf Stromboli registrierten langperiodischen Tremors besteht hauptsächlich aus drei Maxima bei 4.8 s, 6 s und 10 s, deren Spektralamplitude mit der jeweiligen Wettersituation variieren. Sie werden daher nicht von einer lokalen vulkanischen Quelle erzeugt, sondern durch Meeresmikroseismik (MMS). Der Durchzug eines lokalen Tiefdruckgebietes scheint die Ursache für Spektralenergie bei 4.8 s and 10 s, die jeweils die Doppelte bzw. die Primäre Frequenz der MMS darstellen. Als Ursache des spektralen Maximums bei 6 s könnte ein Tief nahe der Britischen Inseln in Frage kommen. Seismische Daten, die von dem ersten auf Stromboli installierten Breitband- Array registriert wurden, zeigten überraschend einfache Wellenformen, die einen anfänglich kontraktierenden Quellmechanismus anzeigen. Die Analyse der Partikelbewegung und die Anwendung seismischer Arraytechniken ermöglichten eine Lokalisierung der seismischen Quelle in Oberflächennähe. Die Anwendung verschiedener Inversionsmethoden gestattete es, Eruptionsparameter und Charakteristiken der seismischen Quelle während der Strombolieruption am 5. April 2003 abzuschätzen. Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass der paroxystische Ausbruch durch eine langsame Überschiebungsdislokation mit einer Momentenmagnitude von Mw = 3.0 verursacht wurde, ausgelöst durch einen vorher durch Dike-Intrusion verursachten Bruch. Während des Paroxysmus konnte in den seismischen Signalen mindestens eine Blow-out Phase mit einer Momentenmagnitude von Mw = 3.7 identifiziert werden. Diese kann durch einen vertikalen linearen Vektordipol, zwei schwächere horizontale lineare Dipole in entgegengesetzter Richtung, zuzüglich einer Vertikalkraft repräsentiert werden. Seismische Messungen, die während kontrollierter und reproduzierbarer Blowout Experimente unter Verwendung von einem in einer Basaltschmelze eingeschlossenen Gasvolumen durchgeführt wurden, ergaben folgende Ergebnisse: Monochromatische Signale sind Anzeiger für einen Blow-out in einem duktilen Regime, wohingegen ein breitbandigerer Frequenzgehalt auf einen Sprödbruch hinweist. Je grösser die Länge des Schmelztiegels ist, desto schwächer sind die seismischen Signale. Ein grösser Gasdruck bewirkt eine stärkere Fragmentation des Magmas, aber keine höhere Austrittsgeschwindigkeit des Magmapropfens und auch keine grössere seismische Amplitude. Auch wenn die langperiodischen Signale, wie beispielsweise Tilt, im Labor nicht simuliert werden konnten, sind die Blow-out Experimente überraschend gut in der Lage, die am Vulkan Stromboli registrierten kurzperiodischen seismischen Signale zu reproduzieren. N2 - The main purpose of volcano-seismology concerns the qualitative and quantitative description of one or more unknown seismic source(s) located at some unknown depth beneath a volcano. Even if many different volcanoes show similar seismic signal characteristics, up to now it was not possible to find a standard seismic source model for volcanoes, as the double-couple in earthquake seismology. Volcanoes with a continuous activity, like Stromboli (Italy), represent for the volcano seismologist a perfect natural laboratory to address this question. This thesis treats the study of explosion-quakes and volcanic tremor recorded on Stromboli in a broadband frequency range, and discusses the location and the possible mechanisms of the seismic source(s). Seismic and infrasonic recordings of explosion-quake from Stromboli showed that the high-frequency phase propagates with a velocity of approximately 330 m/s. The seismic source can be explained as an explosion at the top of the magma column generated by rising gas bubbles. The seismic P-wave and the air-wave are both generated in the same point at the same time. The different path lengths and velocities for the seismic wave and the air-wave result in a difference in arrival times dt, that could be used to deduce the magma level and sound speed in the eruption column inside the conduit. Stations installed near the active crater reveal that infrasonic and seismic recordings of the short-period tremor (> 1 Hz) share the same spectral content and show similar energy fluctuations. Therefore, the short-period volcanic tremor at Stromboli originates from the continuous out-bursting of small gas bubbles in the upper part of the magmatic column. The spectrum of the long-period tremor recorded at Stromboli consists of three main peaks with periods at 4.8 s, 6 s and 10 s, and amplitudes varying with the regional meteorological situation. Hence, they are not generated by a close volcanic source but rather by ocean microseisms (OMS). The passage of a local cyclone seems to be the seismic source for spectral energy at 4.8 s and 10 s, which represent the Double Frequency and the Primary Frequency of the OMS, respectively. Concerning the 6 s peak, a cyclone near the British Isles could act as a seismic source. Seismic data from the first broadband array deployed on Stromboli showed surprisingly simple waveforms, indicating an initially contracting source mechanism. The analysis of particle motion and the application of seismic array techniques allowed the location of a seismic source in the shallow part of the volcano. Eruption parameters and seismic source characteristics of the April 5, 2003 Stromboli eruption have been estimated using different inversion approaches. The paroxysm was triggered by a shallow slow thrust-faulting dislocation event with a moment magnitude of Mw = 3.0 and possibly associated with a crack that formed previously by dike extrusion. At least one blow-out phase during the paroxysmal explosion could be identified from seismic signals with an equivalent moment magnitude of Mw = 3.7. It can be represented by a vertical linear vector dipole and two weaker horizontal linear dipoles in opposite direction, plus a vertical force. Seismic measurements performed during controlled and reproducible blow-out experiments with a gas volume entrapped in basaltic melt revealed the following: Monochromatic seismic signals suggest a blow-out in a more ductile regime, whereas broader frequency content indicates rupture in a more brittle environment. The longer the crucible, the weaker the seismic signals. An increase in pressure results in a stronger fragmentation, but not in a higher ejection velocity of the plug neither in a higher seismic amplitude. Even if the very long period observations like the tilt signal could not be simulated in the laboratory, the blow-out experiments simulate very well the short-period seismic signals recorded at Stromboli volcano. KW - Stromboli KW - Vulkan KW - Seismologie KW - Seismisches Array KW - Tremor KW - Vulkanisches Beben KW - Seismometer KW - Laborexperiment KW - Vulkanseismologie KW - Breitbandseismologie KW - Luftwelle KW - Meeresmikroseismik KW - blow out KW - volcano seismology KW - broadband seismology KW - air wave KW - ocean microseisms Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-33376 ER - TY - THES A1 - Meier, Janina C. T1 - Regionalentwicklung durch Innovation und unternehmerische Kompetenzen T1 - Regional development by means of innovation and entrepreneurial competencies N2 - Warum sind manche Unternehmen und warum manche Regionen innovativer als andere? Zahlreichen wissenschaftlichen Beiträgen zufolge ist die Antwort auf diese Frage vom vorhandenen Humankapital und dem vorhandenen und verfügbaren Wissen abhängig. Innovationen werden von Menschen vorangetrieben. Warum scheinen die Mitarbeiter mancher Unternehmen innovativer zu sein, als die Mitarbeiter anderer Unternehmen? Diese Frage gewinnt angesichts zunehmender Dynamik, einem intensiveren Wettbewerb und einem rascheren Wertewandel im heutigen Unternehmensumfeld an praktischer und theoretischer Relevanz. Tatsächlich erhöht der immer schneller werdende technologische, gesellschaftliche und wirtschaftliche Wandel die bei Innovationsvorhaben ohnehin schon stetig steigende Aufgabenkomplexität und Projektunsicherheit. Allerdings birgt dieser Wandel nicht nur Unsicherheit, sondern schafft in zunehmendem Maße unternehmerische Chancen, die sowohl von Unternehmern und Gründern als auch von Mitarbeitern genutzt werden können. Viele innovationstheoretische Untersuchungen konzentrieren sich auf eine faktorielle Darstellung von erfolgswirksamen Rahmenbedingungen, die es herzustellen gilt, um ein ‚gesundes’ Milieu zu schaffen, in dem Menschen Unternehmen gründen und Innovationen vorantreiben. Verhaltensorientierte Studien im Kontext der Innovations- und Gründungsforschung zeigen, dass gerade Faktoren, die im Zusammenhang mit der Person stehen, einen erheblichen Einfluss auf den Innovations- und Gründungserfolg haben. Um in diesem Kontext eine Ursache für Regionalentwicklung zu finden, verbleibt die Suche nicht bei einer rein auf Faktorausstattung reduzierten Erklärung. Dagegen rückt die Studie den Mikrofaktor Humankapital im Zusammenhang zur Innovationsentwicklung in den Mittelpunkt. Sie leistet damit einen Beitrag zum Entstehungsprozess von Innovationen, indem empirisch untersucht wird, welche unternehmerischen Kompetenzen in einem Innovationsprozess benötigt werden und welche daraus resultierenden Handlungsstrategien den Erfolg der Innovationsteams bedingen. N2 - Why tend some companies and some regions to be much more innovative than others? According to numerous academic articles the answer to this question lies within existent human capital and within existent and available knowledge. Innovation is driven by people. Why seem the employees of some companies to be much more innovative than others’? In the light of increasing dynamics, more intensive competition and rapid changing values within today’s company’s environment this question gains in practical and theoretical relevance. As a matter of fact the fast growing technological, social, and economic shift increases within innovation projects the anyway consistent rising complexity in tasks and uncertainties in projects. However, this shift holds not only uncertainty, but creates more and more entrepreneurial chances which can be used by either entrepreneurs and founders or employees. Various theoretical studies of the context of innovation concentrate on a factorial illustration of effective conditions for success which have to be established to create a ‘sound’ milieu where people can found firms and shape innovation. Behaviour-driven studies within the context of innovation research show the considerable influence of success factors that are associated with the individual. To find in context a reason for regional development this study quests not only within an explanation reduced to factor equipment of regions; but it spotlights the micro factor human capital in connection with innovation. Therefore it contributes to the explication of the genesis process of innovation by empirical investigating which entrepreneurial competencies within an innovation process are necessary and which resulting strategies of activity entail the innovation teams’ success. KW - Innovation KW - Fähigkeit KW - Unternehmer KW - Regionalentwicklung KW - Akteur KW - Innovation KW - Competency KW - Entrepreneur KW - Regional development Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-33554 ER - TY - THES A1 - Kirschke, Stefanie T1 - Bilanzierung des Methanaustauschs zwischen Biosphäre und Atmosphäre in Periglazialräumen mit Hilfe von Fernerkundung und Modellen am Beispiel des Lena Deltas T1 - Balancing Methane Exchange between Biosphere and Atmosphere in Periglacial Regions Using Remote Sensing and Modeling: A Case Study for the Lena River Delta N2 - Verbleibende Unsicherheiten im Kohlenstoffhaushalt in Ökosystemen der hohen nördlichen Breiten können teilweise auf die Schwierigkeiten bei der Erfassung der räumlich und zeitlich hoch variablen Methanemissionsraten von Permafrostböden zurückgeführt werden. Methan ist ein global abundantes atmosphärisches Spurengas, welches signifikant zur Erwärmung der Atmosphäre beiträgt. Aufgrund der hohen Sensibilität des arktischen Bodenkohlenstoffreservoirs sowie der großen von Permafrost unterlagerten Landflächen sind arktische Gebiete am kritischsten von einem globalen Klimawandel betroffen. Diese Dissertation adressiert den Bedarf an Modellierungsansätzen für die Bestimmung der Quellstärke nordsibirischer permafrostbeeinflusster Ökosysteme der nassen polygonalen Tundra mit Hinblick auf die Methanemissionen auf regionalem Maßstab. Die Arbeit präsentiert eine methodische Struktur in welcher zwei prozessbasierte Modelle herangezogen werden, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen den Kompartimenten Pedosphäre, Biosphäre und Atmosphäre, welche zu Methanemissionen aus Permafrostböden führen, zu erfassen. Es wird ein Upscaling der Gesamtmethanflüsse auf ein größeres, von Permafrost unterlagertes Untersuchungsgebiet auf Basis eines prozessbasierten Modells durchgeführt. Das prozessbasierte Vegetationsmodell Biosphere Energy Hydrology Transfer Model (BETHY/DLR) wird für die Berechnung der Nettoprimärproduktion (NPP) arktischer Tundravegetation herangezogen. Die NPP ist ein Maß für die Substratverfügbarkeit der Methanproduktion und daher ein wichtiger Eingangsparameter für das zweite Modell: Das prozessbasierte Methanemissionsmodell wird anschließend verwendet, um die Methanflüsse einer gegebenen Bodensäule explizit zu berechnen. Dabei werden die Prozesse der Methanogenese, Methanotrophie sowie drei verschiedene Transportmechanismen – molekulare Diffusion, Gasblasenbildung und pflanzengebundener Transport durch vaskuläre Pflanzen – berücksichtigt. Das Methanemissionsmodell ist für Permafrostbedingungen modifiziert, indem das tägliche Auftauen des Permafrostbodens in der kurzen arktischen Vegetationsperiode berücksichtigt wird. Der Modellantrieb besteht aus meteorologischen Datensätzen des European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). Die Eingangsdatensätze werden mit Hilfe von in situ Messdaten validiert. Zusätzliche Eingangsdaten für beide Modelle werden aus Fernerkundungsdaten abgeleitet, welche mit Feldspektralmessungen validiert werden. Eine modifizierte Landklassifikation auf der Basis von Landsat-7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) Daten wird für die Ableitung von Informationen zu Feuchtgebietsverteilung und Vegetationsbedeckung herangezogen. Zeitserien der Auftautiefe werden zur Beschreibung des Auftauens bzw. Rückfrierens des Bodens verwendet. Diese Faktoren sind die Haupteinflussgrößen für die Modellierung von Methanemissionen aus permafrostbeeinflussten Tundraökosystemen. Die vorgestellten Modellergebnisse werden mittels Eddy-Kovarianz-Messungen der Methanflüsse validiert, welche während der Vegetationsperioden der Jahre 2003-2006 im südlichen Teil des Lena Deltas (72°N, 126°E) vom Alfred Wegener Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) durchgeführt wurden. Das Untersuchungsgebiet Lena Delta liegt an der Laptewsee in Nordostsibirien und ist durch Ökosysteme der arktischen nassen polygonalen Tundra sowie kalten kontinuierlichen Permafrost charakterisiert. Zeitlich integrierte Werte der modellierten Methanflüsse sowie der in situ Messungen zeigen gute Übereinstimmungen und weisen auf eine leichte Modellunterschätzung von etwa 10%. N2 - Remaining uncertainties in the carbon budget of high latitude ecosystems are partly due to difficulties in assessing methane emission rates from permafrost soils the source strengths of which are highly variable in space and time. Methane is a globally abundant atmospheric trace gas that contributes significantly to the warming of the atmosphere. Due to the high sensitivity of the arctic soil carbon reservoir and the large surface area underlain by permafrost, arctic regions are most critically influenced by a changing climate. This dissertation addresses the need for modelling approaches to determine the source strength of northern Siberian permafrost affected wet polygonal tundra ecosystems with regard to methane emission on the regional scale. It presents a methodical structure wherein two process-based models are used to capture the complex interrelated processes between pedosphere, biosphere and atmosphere that lead to methane emission from permafrost soils on the regional scale. Upscaling of methane fluxes for a larger permafrost site is performed using results of a process-based model. The process-based vegetation model Biosphere Energy Transfer Hydrology Model (BETHY/DLR) is applied to estimate net primary productivity (NPP) of arctic tundra vegetation. NPP is parameterized as a measure for substrate availability for methane production and thus an important input parameter for the second model: the process-based wetland methane emission model is subsequently used to explicitly model methane fluxes for a given soil column, taking into account methanogenesis, methane oxidation and three different transport mechanisms, namely molecular diffusion, ebullition and plant-mediated transport through vascular plants. The methane emission model is modified for permafrost conditions by explicitly considering daily thawing of permafrost during the short arctic growing season. Model forcing consists of meteorological data sets obtained from the European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). Input data sets are validated against field measurements. Auxiliary input data for both models are derived from satellite imagery and validated by field spectral measurements. A modified land use/land classification (LULC) scheme based on Landsat-7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) data is used to derive information on wetland distribution and vegetation cover. Time series of active layer thickness are used to describe thawing/freezing of soils. These parameters are key factors in modelling methane emissions from permafrost influenced tundra ecosystems. Validation of presented model results is performed using eddy covariance measurements of methane flux on the landscape scale carried out during the growing seasons 2003-2006 in the southern part of the Lena Delta (72°N, 126°E) by Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research (AWI). The Lena Delta study site is located at the Laptev Sea in northeast Siberia and is characterized by arctic wet polygonal tundra ecosystems and cold continuous permafrost. Timeintegrated values for modelled methane fluxes and in situ measurements compare reasonably well and indicate a moderate model underestimation of about 10%. KW - Methanemission KW - Satellitenfernerkundung KW - Modellierung KW - Lenadelta KW - Treibhausgas KW - Tundra KW - Kohlenstoffkreislauf KW - methane emission KW - satellite remote sensing KW - modeling KW - Lena River Delta KW - carbon cycle Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-29024 ER - TY - THES A1 - Dünkeloh, Armin T1 - Water Balance Dynamics of Cyprus - Actual State and Impacts of Climate Change T1 - Dynamik der Wasserbilanz von Zypern - Aktueller Zustand und Einflüsse des Klimawandels N2 - A completely revised and enhanced version of the water balance model MODBIL of the regional water balance dynamics of Cyprus was developed for this study. The model is based on a physical, process-oriented, spatially distributed concept and is applied for the calculation of all important water balance components of the island for the time period of 1961-2004. The calibrated results are statistically analysed and visualised for the whole island area, and evaluated with respect to the renewability of natural water resources. Climate variability and changes of the past decades are analysed with regard to their influence on water balances. A further part of the study focusses on the simulation of impacts of potential climate change. The water balances are simulated under changing climatic conditions on the base of theoretical precipitation, temperature and relative humidity changes and the revealed impacts on the water balances and renewable resources are discussed. Furthermore, a first principal water balance scenario is developed for the assessment of the regional hydrological changes expected for Cyprus by the end of the 21st century. The scenarios are based on recently calculated climate change assessments for this part of the Mediterranean, under an assumed further increase of greenhouse gasses in the atmosphere. N2 - Eine vollständig überarbeitete und erweiterte Version des Wasserhaushaltsmodells MODBIL ist für die Untersuchung des Wasserhaushalts auf Zypern entwickelt worden. Auf der Basis dieses physikalischen, prozessorientierten und flächendifferenzierten Modells werden alle wesentlichen Wasserhaushaltskomponenten für die gesamte Insel im Zeitraum 1961-2004 berechnet, die Ergebnisse statistisch und visuell ausgewertet sowie hinsichtlich der Erneuerbarkeit der natürlichen Wasserressourcen bewertet. Weiterhin erfolgt die Untersuchung von Klimavariabilität und Trends der letzten Jahrzehnte und deren Einfluss auf die Wasserbilanzen. Im zweiten Teil dieser Studie werden Auswirkungen potentieller Klimaänderungen anhand simulierter Wasserbilanzen unter veränderten Niederschlags-, Temperatur-, und Luftfeuchtebedingungen ermittelt und hinsichtlich deren Einfluss auf die erneuerbaren Wasserressourcen beurteilt. Abschließend folgt eine erste prinzipielle Simulation der hydrologischen Veränderungen, die für Zypern bis zum Ende des 21. Jahrhunderts zu erwarten sind. Diese Simulation basiert auf aktuellen Klimawandelabschätzungen für diese Teilregion des Mittelmeerraumes unter Verwendung eines Szenarios fortschreitender Zunahme von Treibhausgasen in der Atmosphäre. KW - Wasserhaushalt KW - Klimaänderung KW - Zypern KW - Grundwasserhaushalt KW - Erneuerbare Ressourcen KW - Wasserhaushaltsmodell KW - Grundwasserneubildung KW - erneuerbare Wasserressourcen KW - Klimavariabilität KW - Klimawandel KW - tragfähiges Wassermanagement KW - Grundwasser KW - water balance KW - groundwater recharge KW - renewable water resources KW - climate variability KW - climate change impacts KW - sustainable water management KW - Cyprus KW - Grundwasseranreicherung KW - Klima KW - Etesienklima KW - Klimaanalyse Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-75165 ER - TY - JOUR A1 - Landmann, Tobias A1 - Schramm, Matthias A1 - Colditz, Rene R. A1 - Dietz, Andreas A1 - Dech, Stefan T1 - Wide Area Wetland Mapping in Semi-Arid Africa Using 250-Meter MODIS Metrics and Topographic Variables N2 - Wetlands in West Africa are among the most vulnerable ecosystems to climate change. West African wetlands are often freshwater transfer mechanisms from wetter climate regions to dryer areas, providing an array of ecosystem services and functions. Often wetland-specific data in Africa is only available on a per country basis or as point data. Since wetlands are challenging to map, their accuracies are not well considered in global land cover products. In this paper we describe a methodology to map wetlands using well-corrected 250-meter MODIS time-series data for the year 2002 and over a 360,000 km2 large study area in western Burkina Faso and southern Mali (West Africa). A MODIS-based spectral index table is used to map basic wetland morphology classes. The index uses the wet season near infrared (NIR) metrics as a surrogate for flooding, as a function of the dry season chlorophyll activity metrics (as NDVI). Topographic features such as sinks and streamline areas were used to mask areas where wetlands can potentially occur, and minimize spectral confusion. 30-m Landsat trajectories from the same year, over two reference sites, were used for accuracy assessment, which considered the area-proportion of each class mapped in Landsat for every MODIS cell. We were able to map a total of five wetland categories. Aerial extend of all mapped wetlands (class “Wetland”) is 9,350 km2, corresponding to 4.3% of the total study area size. The classes “No wetland”/“Wetland” could be separated with very high certainty; the overall agreement (KHAT) was 84.2% (0.67) and 97.9% (0.59) for the two reference sites, respectively. The methodology described herein can be employed to render wide area base line information on wetland distributions in semi-arid West Africa, as a data-scarce region. The results can provide (spatially) interoperable information feeds for inter-zonal as well as local scale water assessments. KW - Geologie KW - wetland mapping KW - MODIS time-series KW - Landsat KW - land cover KW - class homogeneity KW - West Africa Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-68628 ER - TY - THES A1 - Tintrup gen. Suntrup, Angela T1 - Geomorphologisch-sedimentologische und satellitenbildbasierte Analyse der Einflüsse auf die Landschaftsentwicklung im Einzugsgebiet des Arroyo del Alforzo (Rio Turón), Provinz Málaga, Spanien N2 - Diese Dissertationsarbeit liefert einen Beitrag zur Erfassung und Bewertung von Degradationsprozessen im semi-humiden Süden Spaniens. Der erste Teil der Arbeit widmet sich der detaillierten physisch-geographischen Charakterisierung des Großraumes, um danach in dem kleinräumigen Einzugsgebiet des Arroyo del Alforzo, einem Tributär des Río Turón, zwei unterschiedliche Ansätze zur Erfassung von die degradationsbeeinflussenden Fatoren wie Landnutzungswechsel und Starkniederschlagsereignissen in diesem Raum zu untersuchen. Anhand von drei Satellitenbildern wurde der Landnutzungswechsel ermittelt und im Untersuchungsgebiet die Abhängigkeit zu den Hangneigungen untersucht. Vor dem Hintergrund, daß unterschiedlich starke Hangneigungen einen unterschiedlich starken Einfluss auf die Abtragsdynamik bei Niederschlägen hat, wurden anhand der Landnutzungsklassifizierungen in Kombination mit den Hangneigungnen sensible Räume ermittelt. Ein weiterer Ansatz ist die Untersuchung von Tagesniederschlagsdaten auf Starkniederschlagsereignisse, mit dem Ziel, diese zu separieren. Es galt die Annahme, daß diese Starkniederschlagsereignisse im Einzugsgebiet des Arroyo del Alforzo oberflächlichen Abfluss generieren und somit ein bedeutender Sedimenteintrag aus den sensiblen Bereichen des Untersuchungsgebiet in den Stausee Conde de Guadalhorce stattfindet. Mittels sedimentstratigraphischer Untersuchungen an den Sedimenten des 2006 gewonnenen Bohrkerns aus dem Mündungsbereich des Arroyo del Alforzo in den Stausee Conde de Guadalhorce sollte dieser Sedimenteintrag identifierziert werden und somit ein zeitlicher und räumlicher Rückschluss auf die die Abtragung beeinflussenden faktoren Landnutzungswechsel, Hangneigung und Niederschlag efolgen. Die Annahme, dass sich diese Rückschlüsse ziehen lassen können auf der Grundlage des Bindeglieds „Sedimentbohrung“ erwies sich jedoch als zu eng. In einer abschliessenden Bewertung wurde erläutert, daß durch eine gezielte methodische Ergänzung jedoch die Möglichkeit besteht, die Unsicherheiten, die durch eine räumlich wie zeitlich inkonsistente Datenlage der Niederschlagsdaten und die in einem Stausee herrschende spezielle Akkumulationsdynamik hervorgerufen wurde, beseitigt werden kann. N2 - not available KW - Landschaftsentwicklung KW - Degradation KW - Provinz Málaga KW - Iberische Halbinsel Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-49431 ER - TY - THES A1 - Cord, Anna T1 - Potential of multi-temporal remote sensing data for modeling tree species distributions and species richness in Mexico T1 - Eignung multi-temporaler Fernerkundungsdaten für die Modellierung von Artverbreitungsgebieten und Diversität von Baumarten in Mexiko N2 - Current changes of biodiversity result almost exclusively from human activities. This anthropogenic conversion of natural ecosystems during the last decades has led to the so-called ‘biodiversity crisis’, which comprises the loss of species as well as changes in the global distribution patterns of organisms. Species richness is unevenly distributed worldwide. Altogether, 17 so-called ‘megadiverse’ nations cover less than 10% of the earth’s land surface but support nearly 70% of global species richness. Mexico, the study area of this thesis, is one of those countries. However, due to Mexico’s large extent and geographical complexity, it is impossible to conduct reliable and spatially explicit assessments of species distribution ranges based on these collection data and field work alone. In the last two decades, Species distribution models (SDMs) have been established as important tools for extrapolating such in situ observations. SDMs analyze empirical correlations between geo-referenced species occurrence data and environmental variables to obtain spatially explicit surfaces indicating the probability of species occurrence. Remote sensing can provide such variables which describe biophysical land surface characteristics with high effective spatial resolutions. Especially during the last three to five years, the number of studies making use of remote sensing data for modeling species distributions has therefore multiplied. Due to the novelty of this field of research, the published literature consists mostly of selective case studies. A systematic framework for modeling species distributions by means of remote sensing is still missing. This research gap was taken up by this thesis and specific studies were designed which addressed the combination of climate and remote sensing data in SDMs, the suitability of continuous remote sensing variables in comparison with categorical land cover classification data, the criteria for selecting appropriate remote sensing data depending on species characteristics, and the effects of inter-annual variability in remotely sensed time series on the performance of species distribution models. The corresponding novel analyses were conducted with the Maximum Entropy algorithm developed by Phillips et al. (2004). In this thesis, a more comprehensive set of remote sensing predictors than in the existing literature was utilized for species distribution modeling. The products were selected based on their ecological relevance for characterizing species distributions. Two 1 km Terra-MODIS Land 16-day composite standard products including the Enhanced Vegetation Index (EVI), Reflectance Data, and Land Surface Temperature (LST) were assembled into enhanced time series for the time period of 2001 to 2009. These high-dimensional time series data were then transformed into 18 phenological and 35 statistical metrics that were selected based on an extensive literature review. Spatial distributions of twelve tree species were modeled in a hierarchical framework which integrated climate (WorldClim) and MODIS remote sensing data. The species are representative of the major Mexican forest types and cover a variety of ecological traits, such as range size and biotope specificity. Trees were selected because they have a high probability of detection in the field and since mapping vegetation has a long tradition in remote sensing. The result of this thesis showed that the integration of remote sensing data into species distribution models has a significant potential for improving and both spatial detail and accuracy of the model predictions. N2 - Sämtliche aktuell zu beobachtenden Veränderungen in der Biodiversität lassen sich fast ausschließlich auf menschliche Aktivitäten zurückführen. In den letzten Jahrzehnten hat insbesondere die anthropogene Umwandlung bisher unberührter, natürlicher Ökosysteme zur sogenannten ‚Biodiversitätskrise‘ geführt. Diese umfasst nicht nur das Aussterben von Arten, sondern auch räumliche Verschiebungen in deren Verbreitungsgebieten. Global gesehen ist der Artenreichtum ungleich verteilt. Nur insgesamt 17 sogenannte ‚megadiverse‘ Länder, welche 10% der globalen Landoberfläche umfassen, beherbergen fast 70% der weltweiten Artenvielfalt. Mexiko, das Studiengebiet dieser Arbeit, ist eine dieser außerordentlich artenreichen Nationen. Aufgrund seiner großen Ausdehnung und geographischen Komplexität kann eine verlässliche und detaillierte räumliche Erfassung von Artverbreitungsgebieten in Mexiko jedoch nicht nur auf Basis dieser Datenbanken sowie von Feldarbeiten erfolgen. In den letzten beiden Jahrzehnten haben sich Artverbreitungsmodelle (Species distribution models, SDMs) als wichtige Werkzeuge für die räumliche Interpolation solcher in situ Beobachtungen in der Ökologie etabliert. Artverbreitungsmodelle umfassen die Analyse empirischer Zusammenhänge zwischen georeferenzierten Fundpunkten einer Art und Umweltvariablen mit dem Ziel, räumlich kontinuierliche Vorhersagen zur Wahrscheinlichkeit des Vorkommens der jeweiligen Art zu treffen. Mittels Fernerkundung können Umweltvariablen mit Bezug zu den biophysikalischen Eigenschaften der Landoberfläche in hohen effektiven räumlichen Auflösungen bereitgestellt werden. Insbesondere in den letzten drei bis fünf Jahren ist daher die Verwendung von Fernerkundungsdaten in der Artverbreitungsmodellierung sprunghaft angestiegen. Da es sich hierbei jedoch immer noch um ein sehr neues Forschungsfeld handelt, stellen diese meist nur Einzelstudien mit Beispielcharakter dar. Eine systematische Untersuchung zur Modellierung von Artverbreitungsgebieten mit Hilfe von Fernerkundungsdaten fehlt bisher. Diese Forschungslücke wurde in der vorliegenden Arbeit aufgegriffen. Hierzu wurden spezifische Untersuchungen durchgeführt, welche insbesondere folgende Aspekte betrachteten: die sinnvolle Verknüpfung von Klima- und Fernerkundungsdaten im Rahmen von Artverbreitungsmodellen, den quantitativen Vergleich von kontinuierlichen Fernerkundungsdaten und einer bestehenden kategorialen Landbedeckungsklassifikation, die Identifizierung von Kriterien zur Auswahl geeigneter Fernerkundungsprodukte, welche die Eigenschaften der Studienarten berücksichtigen, sowie der Einfluss inter-annueller Variabilität in fernerkundlichen Zeitreihen auf die Ergebnisse und Leistungsfähigkeit von Artverbreitungsmodellen. Die entsprechenden neuen Analysen wurden mit Hilfe des von Phillips et al. (2004) entwickelten Maximum Entropy Algorithmus zur Artverbreitungsmodellierung durchgeführt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein umfangreicherer Datensatz an Fernerkundungsvariablen als in der bisherigen Literatur verwendet. Die entsprechenden Fernerkundungsprodukte wurden spezifisch aufgrund ihrer Eignung für die Beschreibung ökologisch relevanter Parameter, die sich auf die Verbreitungsgebiete von Arten auswirken, ausgewählt. Für den Zeitraum von 2001 bis 2009 wurden zwei Terra-MODIS Standardprodukte mit 1 km räumlicher und 16-tägiger zeitlicher Auflösung zu geglätteten, kontinuierlichen Zeitreihen zusammengefügt. Diese Produkte beinhalten den verbesserten Vegetationsindex (Enhanced Vegetation Index, EVI), Reflexionsgrade und die Landoberflächentemperatur (Land Surface Temperature, LST). Diese hochdimensionalen Zeitreihendaten wurden in insgesamt 18 phänologische sowie 35 statistische Maßzahlen überführt, welche auf der Basis einer umfassenden Sichtung der vorhandenen Literatur zusammengestellt wurden. Die Verbreitungsgebiete von zwölf Baumarten wurden mit Hilfe eines hierarchisch aufgebauten Ansatzes, welcher sowohl Klimadaten (WorldClim) als auch Fernerkundungsdaten des MODIS-Sensors berücksichtigt, modelliert. Die Studienarten sind repräsentativ für die in Mexiko vorkommenden Waldtypen und decken eine breite Spannweite ökologischer Eigenschaften wie Größe des Verbreitungsgebietes und Breite der ökologischen Nische ab. Als Studienobjekte wurden Bäume ausgewählt, weil sie im Feld mit hoher Wahrscheinlichkeit richtig erfasst werden und außerdem die fernerkundungsbasierte Kartierung von Vegetation bereits auf eine Vielzahl an Studien zurückgreifen kann. Durch die im Rahmen dieser Dissertation durchgeführten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Integration von Fernerkundungsdaten in Artverbreitungsmodelle ein signifikantes Potential zur Verbesserung der räumlichen Detailgenauigkeit und der Güte der Modellvorhersagen bietet. KW - Fernerkundung KW - Biodiversität KW - Landnutzung KW - Zeitreihenanalyse KW - Mexiko KW - Artverbreitungsmodellierung KW - Maximum Entropy Algorithmus KW - MODIS KW - Modellierung KW - Remote sensing KW - Species distribution modeling KW - Maximum Entropy algorithm KW - MODIS KW - Mexico Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71021 ER - TY - JOUR A1 - Rösch, C. A1 - Hock, R. A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Yule, P. T1 - Präislamische Schmuckperlen aus dem Oman - Erste Ergebnisse mineralogisch-materialkundlicher Untersuchungen N2 - no abstracts available KW - Schmuckperle KW - Oman Y1 - 1994 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-81822 ER - TY - JOUR A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Kreuzer, H.. A1 - Vejnar, Z. A1 - Okrusch, M. A1 - Seidel, E. A1 - Kopecký, L. A1 - Patzak, M. T1 - Geochemische Untersuchungen und K-Ar Datierungen in der Zone Tepl-Taus N2 - no abstract available KW - Tepl-Taus Y1 - 1989 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-81840 ER - TY - JOUR A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Skinner, D. N. B. A1 - Roland, N. T1 - Basischer bis intermediärer Plutonismus im NW-Teil des Wilson Terrane, Nordvictorialand, Antarktis N2 - no abstract available KW - Wilson Terrane KW - Nordvictorialand KW - Antarktis Y1 - 1990 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-81850 ER - TY - JOUR A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Okrusch, M. A1 - Patzak, M. A1 - Müller, P. A1 - Kreuzer, H. T1 - The polyphase thermal history of the Erbendorf-Vohenstrauß (ZEV) and the Erbendorf Greenschist (EGZ) zones of NE Bavaria in the light of Ar-Ar spectra N2 - no abstract available KW - Erbendorf KW - Vohenstrauß Y1 - 1990 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-81862 ER - TY - JOUR A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Talarico, F. T1 - Granulite facies rocks from the Ross orogenic belt, Northern-Victoria-Land, Antarctica N2 - no abstract available KW - Geographie Y1 - 1991 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-81889 ER - TY - THES A1 - Gerend, Jennifer T1 - U.S. and German Approaches to Regulating Retail Development: Urban Planning Tools and Local Policies T1 - Standortplanung im Einzelhandel in den USA und in Deutschland: Steuerungselemente und Standortpolitik N2 - This dissertation examines retail development regulation in the U.S. and in Germany, comparing the various urban planning tools and policies in use by municipal governments. These similarities and differences are explored through research into three case study cities in each country, with special attention paid to how these governments regulate large-scale or "big box" retail. N2 - Diese Dissertation untersucht die Standortplanung im Einzelhandel in den USA und in Deutschland. In den USA wie auch in Deutschland gibt es eine Raumplanung auf staatlicher Ebene und auf der Ebene der Länder- bzw. Bundesstaaten und der Kommunen, deren jeweiligen Möglichkeiten der Steuerung sehr unterschiedlich sind. Diese Unterschiede werden in der Dissertation vorgestellt. Anschließend werden anhand von jeweils drei Beispielen in den beiden Ländern die spezifischen stadtplanerischen Instrumente und Möglichkeiten der Steuerung unter besonderer Berücksichtigung der Ansiedlung von großflächigen Einzelhändlern und Einkaufszentren untersucht und dargestellt. KW - Einzelhandel KW - Handelsgeographie KW - Stadtplanung KW - Standortpolitik KW - Deutschland KW - USA KW - City Planning in the USA Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70257 ER - TY - THES A1 - Asam, Sarah T1 - Potential of high resolution remote sensing data for leaf area index derivation using statistical and physical models T1 - Potenzial hochaufgelöster Fernerkundungsdaten für die Ableitung des Blattflächenindex aus statistischen und physikalischen Modellen N2 - Information on the state of the terrestrial vegetation cover is important for several ecological, economical, and planning issues. In this regard, vegetation properties such as the type, vitality, or density can be described by means of continuous biophysical parameters. One of these parameters is the leaf area index (LAI), which is defined as half the total leaf area per unit ground surface area. As leaves constitute the interface between the biosphere and the atmosphere, the LAI is used to model exchange processes between plants and their environment. However, to account for the variability of ecosystems, spatially and temporally explicit information on LAI is needed both for monitoring and modeling applications. Remote sensing aims at providing such information. LAI is commonly derived from remote sensing data by empirical-statistical or physical models. In the first approach, an empirical relationship between LAI measured in situ and the corresponding canopy spectral signature is established. Although this method achieves accurate LAI estimates, these relationships are only valid for the place and time at which the field data were sampled, which hampers automated LAI derivation. The physical approach uses a radiation transfer model to simulate canopy reflectance as a function of the scene’s geometry and of leaf and canopy parameters, from which LAI is derived through model inversion based on remote sensing data. However, this model inversion is not stable, as it is an under-determined and ill-posed problem. Until now, LAI research focused either on the use of coarse resolution remote sensing data for global applications, or on LAI modeling over a confined area, mostly in forest and crop ecosystems, using medium to high spatial resolution data. This is why to date no study is available in which high spatial resolution data are used for LAI mapping in a heterogeneous, natural landscape such as alpine grasslands, although a growing amount of high spatial and temporal resolution remote sensing data would allow for an improved environmental monitoring. Therefore, issues related to model parameterization and inversion regularization techniques improving its stability have not yet been investigated for this ecosystem. This research gap was taken up by this thesis, in which the potential of high spatial resolution remote sensing data for grassland LAI estimation based on statistical and radiation transfer modeling is analyzed, and the achieved accuracy and robustness of the two approaches is compared. The objectives were an ecosystem-adapted radiation transfer model set-up and an optimized LAI derivation in mountainous grassland areas. Multi-temporal LAI in situ measurements as well as time series of RapidEye data from 2011 and 2012 over the catchment of the River Ammer in the Bavarian alpine upland were used. In order to obtain accurate in situ data, a comparison of the LAI derivation algorithms implemented in the LAI-2000 PCA instrument with destructively measured LAI was performed first. For optimizing the empirical-statistical approach, it was then analyzed how the selection of vegetation indices and regression models impacts LAI modeling, and how well these models can be transferred to other dates. It was shown that LAI can be derived with a mean accuracy of 80 % using contemporaneous field data, but that the accuracy decreases to on average 51 % when using these models on remote sensing data from other dates. The combined use of several data sets to create a regression which is used for LAI derivation at different points in time increased the LAI estimation accuracy to on average 65 %. Thus, reduced field measurement labor comes at the cost of LAI error rates being increased by 10 - 30 % as long as at least two campaigns are conducted. Further, it was shown that the use of RapidEye’s red edge channel improves the LAI derivation by on average 5.4 %. With regard to physical LAI modeling, special interest lay in assessing the accuracy improvements that can be achieved through model set-up and inversion regularization techniques. First, a global sensitivity analysis was applied to the radiation transfer model in order to identify the most important model parameters and most sensitive spectral features. After model parameterization, several inversion regularizations, namely the use of a multiple sample solution, the additional use of vegetation indices, and the addition of noise, were analyzed. Further, an approach to include the local scene’s geometry in the retrieval process was introduced to account for the mountainous topography. LAI modeling accuracies of in average 70 % were achieved using the best combination of regularization techniques, which is in the upper range of accuracies that were achieved in the few existing other grassland studies based on in situ or air-borne measured hyperspectral data. Finally, further physically derived vegetation parameters and inversion uncertainty measures were evaluated in detail to identify challenging modeling conditions, which was mostly neglected in other studies. An increased modeling uncertainty for extremely high and low LAI values was observed. This indicates an insufficiently wide model parameterization and a canopy deviation from model assumptions on some fields. Further, the LAI modeling accuracies varied strongly between the different scenes. From this observation it can be deduced that the radiometric quality of the remote sensing data, which might be reduced by atmospheric effects or unexpected surface reflectances, exerts a high influence on the LAI modeling accuracy. The major findings of the comparison between the empirical-statistical and physical LAI modeling approaches are the higher accuracies achieved by the empirical-statistical approach as long as contemporaneous field data are available, and the computationally efficiency of the statistical approach. However, when no or temporally unfitting in situ measurements are available, the physical approach achieves comparable or even higher accuracies. Furthermore, radiation transfer modeling enables the derivation of other leaf and canopy variables useful for ecological monitoring and modeling applications, as well as of pixel-wise uncertainty measures indicating the robustness and reliability of the model inversion and LAI derivation procedure. The established look-up tables can be used for further LAI derivation in Central European grassland also in other years. The use of high spatial resolution remote sensing data for LAI derivation enables a reliable land cover classification and thus a reduced LAI mapping error due to misclassifications. Furthermore, the RapidEye pixels being smaller than individual fields allow for a radiation transfer model inversion over homogeneous canopies in most cases, as canopy gaps or field parcels can be clearly distinguished. However, in case of unexpected local surface conditions such as blooming, litter, or canopy gaps, high spatial resolution data show corresponding strong deviations in reflectance values and hence LAI estimation, which would be reduced using coarser resolution data through the balancing effect of the surrounding surface reflectances. An optimal pixel size with regard to modeling accuracy hence depends on the canopy and landscape structure. Furthermore, a reduced spatial resolution would enable a considerable acceleration of the LAI map derivation. This illustration of the potential of RapidEye data and of the challenges associated to LAI derivation in heterogeneous grassland areas contributes to the development of robust LAI estimation procedures based on new and upcoming, spatially and temporally high resolution remote sensing imagery such as Landsat 8 and Sentinel-2. N2 - Informationen zum Zustand der Vegetation sind relevant für einige ökologische, ökonomische, und planerische Fragestellungen. Vegetationseigenschaften wie der Typ, die Vitalität oder die Dichte einer Pflanzendecke können dabei anhand von kontinuierlichen biophysikalischen Parametern beschrieben werden. Einer dieser Parameter ist der Blattflächenindex (engl. leaf area index, LAI), der als die halbe gesamte Blattoberfläche pro Bodenoberfläche definiert ist. Da die Blattfläche eine wichtige Schnittstelle zwischen der Biosphäre und der Atmosphäre darstellt, wird der LAI dazu verwendet, Austauschprozesse zwischen Pflanzen und ihrer Umwelt zu modellieren. Um die natürliche Variabilität von Ökosystemen berücksichtigen zu können, benötigt man für solche Monitoring- und Modellierungsanwendungen jedoch räumlich und zeitlich explizite LAI Informationen. Die Fernerkundung stellt solche Informationen zur Verfügung. Fernerkundungsbasierte LAI-Kartierung basiert auf empirisch-statistischen und physikalischen Modellen. Im ersten Ansatz wird ein empirisches Verhältnis zwischen dem aufgezeichneten Reflexionssignal der Vegetationsdecke und in situ gemessenem LAI erstellt. Obwohl dieses Verfahren meist hohe Genauigkeiten erzielt, gilt das erstellte Verhältnis nur für den Ort und Zeitpunkt der Feldmessungen, was ein automatisiertes Verfahren behindert. Der physikalische Ansatz verwendet ein Strahlungstransfermodell um die spektrale Signatur einer Pflanzendecke in Abhängigkeit von der Szenengeometrie und verschiedenen Blatt- und Pflanzenparametern zu simulieren, von der LAI durch die Inversion des Modells basierend auf Fernerkundungsdaten abgeleitet wird. Die Modellinversion ist jedoch nicht stabil, da sie ein unterdeterminiertes und inkorrekt gestelltes Problem ist. Bisher fokussierten LAI-Studien entweder auf die Verwendung räumlich grob ausgelöster Fernerkundungsdaten für globale Anwendungen, oder auf LAI-Modellierung für Wälder und Anbaufrüchte innerhalb eines räumlich eingeschränkten Gebiets basierend auf mittel und hoch aufgelösten Daten. Obwohl die Menge an räumlich und zeitlich hoch aufgelösten Fernerkundungsdaten für ein verbessertes Umweltmonitoring kontinuierlich zunimmt, führte dies dazu, dass es keine Studie gibt die sich mit der Ableitung des LAI in heterogenen Landschaften wie beispielsweise alpinem Grünland, basierend auf räumlich hoch aufgelösten Daten, beschäftigen. Dementsprechend wurden damit verbundene Aspekte wie die Modellparametrisierung und Regularisierungsmöglichkeiten der Inversion für dieses Ökosystem noch nicht untersucht. Diesem Forschungsbedarf wird mit dieser Arbeit, in der das Potenzial räumlich hoch aufgelöster Fernerkundungsdaten für die Ableitung von Grünland-LAI basierend auf statistischen Modellen und Strahlungstransfermodellierung analysiert wird, und in der die Genauigkeiten und Stabilität beider Verfahren verglichen werden, begegnet. Die Ziele der Arbeit sind eine an das Grünlandökosystem angepasste Einrichtung des Strahlungstransfermodells und die Ableitung des LAI für Grünland im Gebirgsraum. Multitemporale in situ LAI-Messungen sowie RapidEye-Zeitreihen aus den Jahren 2011 und 2012 aus dem Ammereinzugsgebiet im bayrischen Voralpenland wurden dazu verwendet. Um verlässliche in situ Messwerte zu erhalten, wurde zunächst ein Vergleich der im LAI-2000 PCA Messinstrument implementierten Algorithmen mit destruktiv erhobenen LAI Werten durchgeführt. Zur Optimierung des empirisch-statistischen Ansatzes wurde dann untersucht, in welchem Maße die Verwendung verschiedener Vegetationsindizes und Regressionsmodelle die LAI-Modellierung beeinflussen, und wie gut diese Modelle auf andere Zeitpunkte übertragen werden können. Es wurde gezeigt, dass unter Verwendung von zeitgleich erhobenen Felddaten der LAI mit einer mittleren Genauigkeit von 80 % abgeleitet werden kann, dass sich die Genauigkeit aber auf 51 % verringert, wenn die Modelle auf Fernerkundungsdaten anderer Zeitpunkte angewendet werden. Die gemeinsame Nutzung mehrerer Felddatensätze zur Erstellung einer Regression welche auf andere Zeitpunkte angewendet wird, erhöhte die Genauigkeit der LAI-Ableitung wiederum auf durchschnittlich 65 %. Ein verringerter Arbeitsaufwand für Feldmessungen wird also durch erhöhte Fehlerraten von 10 - 30 % pro Szene ausgewogen, solange mindestens zwei Messkampagnen durchgeführt werden. Außerdem wurde gezeigt, dass die Verwendung des “red edge” Bandes des RapidEye Sensors die LAI-Ableitung um im Mittel 5.4 % verbessert. Im Hinblick auf die physikalische LAI-Modellierung waren vor allem die Verbesserung der Genauigkeit, die anhand von Modelleinstellungen und Regularisierungstechniken erzielt werden konnten, von Interesse. Zunächst wurde eine globale Sensitivitätsanalyse des Strahlungstransfermodells durchgeführt, um die wichtigsten Modellparameter und die sensitivsten spektralen Bereiche zu identifizieren. Nach der darauf basierenden Modellparametrisierung wurden in den nächsten Schritten mehrere Verfahren zu Stabilisierung der Inversion, nämlich die Verwendung multipler Lösungen, von Vegetationsindizes als Inputdaten, und von simuliertem Datenrauschen, analysiert. Außerdem wurde ein Ansatz eingeführt, der die Berücksichtigung der lokalen Szenengeometrien, und damit der Topographie des Untersuchungsgebietes, erlaubt. Genauigkeiten von im Mittel 70 % konnten für die LAI-Modellierung unter Verwendung der besten Modell- und Inversionseinstellungen erreicht werden. Diese sind mit den Ergebnissen anderer Grünland-Studien, die jedoch auf in situ oder flugzeuggetragen gemessenen hyperspektralen Daten beruhen, vergleichbar. Zuletzt wurden weitere physikalisch modellierte Vegetationsparameter sowie Inversionsunsicherheitsmaße evaluiert, um besonders schwierige Modellierungsbedingungen zu identifizieren, was in anderen Studien bisher meist vernachlässigt wurde. Erhöhte Modellierungsunsicherheiten wurden für die Ableitung besonders niedriger und hoher LAI Werte beobachtet, was auf eine ungenügend weit gefasste Modellparametrisierung und stellenweise Abweichungen der Vegetationsdecke von den Modellannahmen hinweist. Außerdem variieren die Genauigkeiten der LAI Modellierung stark zwischen den einzelnen Szenen woraus abgeleitet werden kann dass die radiometrische Qualität der Fernerkundungsdaten, welche beispielsweise durch atmosphärische Effekte oder unerwartete Oberflächenreflexionen beeinfluss werten kann, einen großen Einfluss auf die Modellierungsgenauigkeit hat. Im Vergleich der empirisch-statistischen und physikalischen LAI-Modellierung fiel der empirisch-statistische Ansatz mit höheren Genauigkeiten, solange zeitgleich aufgenommene Felddaten vorliegen, sowie mit einer geringeren Berechnungszeit auf. Wenn jedoch keine zeitlich passenden Felddaten vorhanden sind, erreicht die physikalische Modellierung vergleichbare oder sogar höhere Genauigkeiten. Des Weiteren ermöglicht das Strahlungstransfermodel die Ableitung weiterer Blatt- und Pflanzeneigenschaften, welche für ökologische Monitoring- und Modellierungsanwendungen nützlich sind. Außerdem werden pixelgenaue Unsicherheitsmaße generiert, welche die Stabilität und Verlässlichkeit der Modellinversion und des gewonnenen LAI-Wertes charakterisieren. Die erstellten Datenbanken können darüber hinaus für die LAI-Modellierung in anderen Mitteleuropäischen Grünländern auch in anderen Jahren verwendet werden. Die Verwendung von hochaufgelösten Fernerkundungsdaten ermöglicht eine verlässliche Landbedeckungsklassifikation und verringert damit Fehler in der LAI-Modellierung die durch Fehlklassifikationen verursacht werden. Da die RapidEye-Pixel außerdem kleiner als einzelnen Felder sind, konnte das Strahlungstransfermodell in den meisten Fällen über homogenen Pflanzendecken invertiert werden. Angesichts unerwarteter lokaler Oberflächenreflexionen, hervorgerufen beispielsweise durch Blüten, Streu, oder Lücken, zeigen die hochaufgelösten Daten jedoch auch entsprechend starke Abweichungen, welche in gröber aufgelösten Daten durch die Reflexion der umgebenden Oberflächen verringert sind. Eine optimale Pixelgröße im Hinblick auf die Modellierungsgenauigkeit hängt also von der Struktur der Vegetationsdecke und der Landschaft ab. Eine verringerte Pixelgröße würde darüber hinaus die Ableitung von LAI-Karten deutlich beschleunigen. Diese Darstellung des Potenzials von RapidEye Daten für LAI-Modellierung und der speziellen Herausforderungen an die genutzten Verfahren in heterogenen Grünländern kann zur Entwicklung von robusten LAI-Ableitungsverfahren beitragen, anhand welcher neue, räumlich und zeitlich hoch aufgelöste, Fernerkundungsdaten wie die der Landsat 8 oder Sentinel-2 Sensoren in Wert gesetzt werden können. KW - Optische Fernerkundung KW - Blattflächenindex KW - Strahlungstransport KW - RapidEye KW - grasland KW - inversion techniques Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-108399 ER - TY - THES A1 - Vogt, Gernot T1 - Future changes and signal analyses of climate means and extremes in the Mediterranean Area deduced from a CMIP3 multi-model ensemble T1 - Zukünftige Veränderungen und Signalanalysen klimatischer Mittelwerte und Extremereignisse im Mittelmeerraum abgeleitet aus einem Multi-Modell Ensemble der CMIP3-Datenbank N2 - Considering its social, economic and natural conditions the Mediterranean Area is a highly vulnerable region by designated affections of climate change. Furthermore, its climatic characteristics are subordinated to high natural variability and are steered by various elements, leading to strong seasonal alterations. Additionally, General Circulation Models project compelling trends in specific climate variables within this region. These circumstances recommend this region for the scientific analyses conducted within this study. Based on the data of the CMIP3 database, the fundamental aim of this study is a detailed investigation of the total variability and the accompanied uncertainty, which superpose these trends, in the projections of temperature, precipitation and sea-level pressure by GCMs and their specific realizations. Special focus in the whole study is dedicated to the German model ECHAM5/MPI-OM. Following this ambition detailed trends and mean values are calculated and displayed for meaningful time periods and compared to reanalysis data of ERA40 and NCEP. To provide quantitative comparison the mentioned data are interpolated to a common 3x3° grid. The total amount of variability is separated in its contributors by the application of an Analysis of Variance (ANOVA). For individual GCMs and their ensemble-members this is done with the application of a 1-way ANOVA, separating a treatment common to all ensemble-members and variability perturbating the signal given by different initial conditions. With the 2-way ANOVA the projections of numerous models and their realizations are analysed and the total amount of variability is separated into a common treatment effect, a linear bias between the models, an interaction coefficient and the residuals. By doing this, the study is fulfilled in a very detailed approach, by considering yearly and seasonal variations in various reasonable time periods of 1961-2000 to match up with the reanalysis data, from 1961-2050 to provide a transient time period, 2001-2098 with exclusive regard on future simulations and 1901-2098 to comprise a time period of maximum length. The statistical analyses are conducted for regional-averages on the one hand and with respect to individual grid-cells on the other hand. For each of these applications the SRES scenarios of A1B, A2 and B1 are utilized. Furthermore, the spatial approach of the ANOVA is substituted by a temporal approach detecting the temporal development of individual variables. Additionally, an attempt is made to enlarge the signal by applying selected statistical methods. In the detailed investigation it becomes evident, that the different parameters (i.e. length of temporal period, geographic location, climate variable, season, scenarios, models, etc…) have compelling impact on the results, either in enforcing or weakening them by different combinations. This holds on the one hand for the means and trends but also on the other hand for the contributions of the variabilities affecting the uncertainty and the signal. While temperature is a climate variable showing strong signals across these parameters, for precipitation mainly the noise comes to the fore, while for sea-level pressure a more differentiated result manifests. In turn, this recommends the distinguished consideration of the individual parameters in climate impact studies and processes in model generation, as the affecting parameters also provide information about the linkage within the system. Finally, an investigation of extreme precipitation is conducted, implementing the variables of the total amount of heavy precipitation, the frequency of heavy-precipitation events, the percentage of this heavy precipitation to overall precipitation and the mean daily intensity from events of heavy precipitation. Each time heavy precipitation is defined to exceed the 95th percentile of overall precipitation. Consecutively mean values of these variables are displayed for ECHAM5/MPI-OM and the multi-model mean and climate sensitivities, by means of their difference between their average of the past period of 1981-2000 and the average of one of the future periods of 2046-2065 or 2081-2100. Following this investigation again an ANOVA is conducted providing a quantitative measurement of the severity of change of trends in heavy precipitation across several GCMs. Besides it is a difficult task to account for extreme precipitation by GCMs, it is noteworthy that the investigated models differ highly in their projections, resulting partially in a more smoothed and meaningful multi-model mean. Seasonal alterations of the strength of this behaviour are quantitatively supported by the ANOVA. N2 - Bezüglich seiner sozialen, wirtschaftlichen und natürlichen Gegebenheiten ist der Mittelmeerraum eine Region, die in Anbetracht des zu erwartenden Klimawandels äußerst anfällig ist. Seine klimatischen Eigenschaften sind hoher natürlicher Variabilität, unterschiedlichen Antriebsmechanismen, sowie einer starken saisonalen Schwankung unterworfen. Zudem projizieren Globale Zirkulationsmodelle für diese Region aussagekräftige Trends für ausgewählte Klimavariablen. Diese Vorraussetzungen machen den Mittelmeerraum zu einem hervorragenden Studienobjekt für diese wissenschaftliche Arbeit. Auf der Basis der CMIP3 Datenbank ist das zu Grunde liegende Ziel dieser Arbeit eine detaillierte Untersuchung der Gesamtvariabilität und der damit einhergehenden Unsicherheit, die in den Projektionen der Globalen Zirkulationsmodelle und deren einzelnen Realisationen die Trends der Variablen Temperatur, Niederschlag und Druck überlagert. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem deutschen Modell ECHAM5/MPI-OM. Für dieses Ziel werden Trends und Mittelwerte für aussagekräftige Zeitperioden berechnet und graphisch den Reanalysedatensätzen NCEP und ERA40 gegenübergestellt. Um quantitative Vergleiche zu ermöglichen werden die angesprochenen Datensätze auf ein gemeinsames geographisches Gitter von 3x3° interpoliert. Der Gesamtanteil der Variabilität wird in seine Entstehungsquellen durch die Anwendung einer Varianzanalyse (ANOVA) aufgeteilt. Dies wird mit einer 1-Wege Varianzanalyse für einzelne Globale Zirkulationsmodelle und ihre Realisationen durchgeführt, wobei ein Anteil dem Signal entspricht, das in allen Realisationen vorhanden ist und ein Anteil dem Rauschen zugeordnet werden kann, das das Signal überlagert und unterschiedlichen Anfangsbedingungen des Modells geschuldet ist. Durch eine 2-Wege Varianzanalyse werden die unterschiedlichen Realisationen mehrerer Klimamodelle in eine Analyse eingebunden, wobei der Anteil der Gesamtvariabilität wiederum in einen gemeinsamen Signalanteil, einem Anteil des linearen Unterschieds zwischen den verschiedenen Klimamodellen, einem Interaktionskoeffizient und dem Rauschen aufgeteilt werden. Die Anwendung dieser Verfahren wird detailliert ausgeführt, indem die Analysen auf jährlicher und saisonaler Grundlage für unterschiedliche Zeitperioden, nämlich 1961-1990 für den Vergleich mit den Reanalysedatensätzen, 1961-2050 als eine Übergangsperiode zwischen den Szenarien, 2001-2098 als reinen zukünftigen Betrachtungszeitraum und 1901-2098 um eine maximal umfassende Zeitperiode zu erhalten, betrachtet werden. Die statistischen Verfahren werden sowohl für regionale Mittelwerte als auch für einzelne Gitterpunkte berechnet. Für jede dieser Berechnungen werden die SRES Szenarien A1B, A2 und B1 herangezogen. Zudem wird der räumliche Ansatz der ANOVA ebenso durch einen zeitlichen ersetzt, wodurch die zeitliche Entwicklung der einzelnen Variabilitäten dargestellt wird. Des Weiteren wird durch gezielte statistische Methoden versucht, künstlich verstärkte Signale zu detektieren. Durch die detaillierte Untersuchung wird offenkundig, dass die unterschiedlichen Randbedingungen (hier die Länge der Zeitperiode, der geographische Ort, die Bezugsvariable, die Saison, das Szenario, das Modell, etc…) eine entscheidende Rolle für das Ergebnis spielen, indem sie einerseits durch deren unterschiedlicher Kombination es sowohl verstärken als auch glätten können. Dies gilt sowohl für die Mittelwerte und die Trends als auch für die unterschiedlichen Partitionen der Variabilitäten, die wiederum die Unsicherheiten und das Signal beeinflussen. Während Temperatur starke Signale über alle dieser Randbedingungen aufweist, so zeigt sich für Niederschlag hauptsächlich ein starkes Rauschen, während für Druck eine sehr ambivalente Verteilung hervortritt. Dies wiederum beweist, dass dieser differenzierte Ansatz bezüglich der Betrachtung der Abhängigkeit dieser Randebedingungen unabdinglich in Klimafolgestudien und der Modellentwicklung ist, da diese Bedingungen auch Informationen über die Wechselbeziehungen im System beinhalten. Schließlich wird noch die Entwicklung von Extremereignissen hinsichtlich der Niederschlagsmengen von Extremereignissen, der Häufigkeit der Ereignisse von extremen Niederschlagsmengen, dem prozentualen Anteil der Niederschlagsmenge aus Extremereignissen zu der Gesamtniederschlagsmenge und der mittleren täglichen Intensität von Niederschlagsextremereignissen untersucht. Hierbei wird ein Extremereignis als ein Ereignis definiert, das in seiner Menge oberhalb des 95.Perzentils der Menge der Gesamtereignisse liegt. So werden Mittelwerte dieser Variablen für ECHAM5/MPI-OM und über alle Modelle sowie deren Veränderungen zwischen ihren Mittelwerten aus den Zeiträumen der Vergangenheit 1981-2000 und den zukünftigen Perioden von 2046-2065 oder 2081-2100 gezeigt. Der Struktur dieser Studie folgend, wird wiederum eine ANOVA angewendet um eine quantitative Ermessung der Stärke der Veränderung im Erscheinungsbild von Extremniederschlagsereignissen über eine Vielzahl verschiedener Zirkulationsmodelle zu gewinnen. Ungeachtet der schwierigen Tatsache, Extremniederschlagsereignisse aus GCMs abzuleiten, ist es erwähnenswert, dass die betrachteten Modelle stark in ihren Projektionen abweichen, was wiederum zu einem in einem gemäßigten und aussagekräftigerem Multi-Modell Mittelwert führt. Saisonale Unterschiede in diesem Verhalten können durch die ANOVA quantitativ belegt werden. KW - Klimaschwankung KW - Klimaänderung KW - Mittelmeerraum KW - Varianzanalyse KW - Hochschulschrift KW - Climate KW - Climate Change KW - Analysis of Variance KW - ANOVA KW - Mediterranean KW - Signal Noise KW - Uncertainty KW - General Circulation Model KW - Klima KW - Extremwert KW - Modell Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-117369 ER - TY - JOUR A1 - Dürig, Tobias A1 - Gudmundsson, Magnús Tumi A1 - Karmann, Sven A1 - Zimanowski, Bernd A1 - Dellino, Pierfrancesco A1 - Rietze, Martin A1 - Büttner, Ralf T1 - Mass eruption rates in pulsating eruptions estimated from video analysis of the gas thrust-buoyancy transition-a case study of the 2010 eruption of Eyjafjallajökull, Iceland JF - Earth, Planets and Space N2 - The 2010 eruption of Eyjafjallajokull volcano was characterized by pulsating activity. Discrete ash bursts merged at higher altitude and formed a sustained quasi-continuous eruption column. High-resolution near-field videos were recorded on 8-10 May, during the second explosive phase of the eruption, and supplemented by contemporary aerial observations. In the observed period, pulses occurred at intervals of 0.8 to 23.4 s (average, 4.2 s). On the basis of video analysis, the pulse volume and the velocity of the reversely buoyant jets that initiated each pulse were determined. The expansion history of jets was tracked until the pulses reached the height of transition from a negatively buoyant jet to a convective buoyant plume about 100 m above the vent. Based on the assumption that the density of the gas-solid mixture making up the pulse approximates that of the surrounding air at the level of transition from the jet to the plume, a mass flux ranging between 2.2 and 3.5 . 10\(^4\) kg/s was calculated. This mass eruption rate is in good agreement with results obtained with simple models relating plume height with mass discharge at the vent. Our findings indicate that near-field measurements of eruption source parameters in a pulsating eruption may prove to be an effective monitoring tool. A comparison of the observed pulses with those generated in calibrated large-scale experiments reveals very similar characteristics and suggests that the analysis of near-field sensors could in the future help to constrain the triggering mechanism of explosive eruptions. KW - image KW - dynamics KW - infrasound KW - entrainment KW - jets KW - plumes KW - source parameters KW - Eyjafjallajökull 2010 KW - pulsating explosive eruptions KW - near-field monitoring KW - eruption rate KW - volcano KW - energy KW - models KW - explosive volcanism KW - mass Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-138635 VL - 67 IS - 180 ER - TY - THES A1 - Sprafke, Tobias T1 - Löss in Niederösterreich - Archiv quartärer Klima- und Landschaftsveränderungen T1 - Loess in Lower Austria - archive of Quaternary climate and landscape changes N2 - Diese Arbeit widmet sich detaillierten stratigraphischen und paläopedologischen Studien an Löss-Paläoboden Sequenzen (LPS) im kontinentalen Nordosten Österreichs, im Lee der Böhmischen Masse relativ zur Westwindzone. Neben methodischen Erkenntnissen ergeben sich allgemeine Schlussfolgerungen über die Klima- und Landschaftsentwicklung während der letzten Million Jahre. Die untersuchten Aufschlüsse liegen in der Region um Krems (Krems-Schießstätte, Paudorf, Stiefern) und in Stillfried. Einige sind weithin bekannt als ehemalige Typuslokalitäten der Quartärstratigraphie, aber nach fundamentalen Revisionen in den 1970er Jahren schwand das Interesse an diesen merklich. Die LPS befinden sich in Hanglage, so sind polygenetische Einheiten und Erosionslücken üblich. Als Archive einer komplexen geomorphologischen Entwicklung sind sie nicht geeignet für die Anwendung üblicher paläoklimatischer Proxies. Um die Entstehung der untersuchten LPS zu verstehen, wurde ein multimethodischer Ansatz entwickelt, der detaillierte Untersuchungen von der Landschafts- bis auf die Mikroebene umfasst. Innovativ ist die Verwendung quantitativer Farbmessungen in hoher Auflösung zum Zwecke einer standardisierten Klassifikation von Profileinheiten. Detaillierte mikromorphologische Untersuchungen sind Basis für die Rekonstruktion des Wechselspiels aus äolischer Sedimentation, Pedogenese und Hangprozessen. Die Korrelation der LPS basiert auf mehreren geochronologischen Ankerpunkten und ist zugleich Hinweis auf tiefgreifende morphologische Veränderungen in der Region Krems während des Pleistozäns. Im chronologischen Rahmen ergeben sich unter Anwendung des Konzepts der klimaphytomorphen Böden qualitative paläoklimatische Schlussfolgerungen: Kräftig verwitterte Bodenhorizonte sind polygenetisch und nicht das Resultat feuchterer Klimabedingungen während dezidierter Entwicklungsphasen. Die Kontinentalität des Untersuchungsgebiets blieb währenden der letzten Million Jahre weitgehend bestehen, teils mit erhöhtem mediterranem Einfluss. Eine Dominanz atlantischer Feuchte beschränkt(e) sich auf die Regionen westlich der Böhmischen Masse. Die Paläoklimate des Untersuchungs-gebiets waren eher vergleichbar mit jenen des Pannonischen Beckens, obgleich die untersuchten Sequenzen keinen Hinweis auf den dort vermuteten Gradienten zunehmender Aridität zeigen. Interessant sind ferner zahlreiche gebleichte Horizonte innerhalb der Lösssedimente, die als Reste von Tundragleyen interpretiert werden. Diese sind im Löss des Pannonischen Becken nicht nachweisbar. Hieraus wird ein mitteleuropäischer Charakter kaltzeitlichen Klimas innerhalb des untersuchten Zeitrahmens gefolgert. N2 - This thesis presents detailed stratigraphical and paleopedological studies of loess-paleosol sequences (LPS) in the continental northeast of Austria, on the leeward side of the Bohemian Massif relative to the Westerlies. Aside from advances in methodology, general conclusions are drawn about climate and landscape development over the last million years. The studied outcrops are located in the region of Krems (Krems-Schießstätte, Paudorf, Stiefern) and at Stillfried. Some are widely known as former type localities of Quaternary stratigraphy, but general interest in these records faded after fundamental revisions were made in the 1970s. The LPS are located at slope positions, where polygenetic units and erosional discontinuities are common. The records document a complex geomorphological development, thus the application of established paleoclimatic proxies is not promising. In order to understand the genesis of the studied LPS, a multi-method approach was developed that encompassed detailed investigations on various scales from the landscape to the microscope. One key innovation is the use of quantitative color measurements in high resolution to provide a standardized classification of profile units. Detailed micromorphological analyses were the main basis for reconstructing the interplay of aeolian sedimentation, pedogenesis, and slope processes. Based on various geochronological tie points, stratigraphies of the investigated LPS were correlated; evidence for several profound geomorphic changes in the Krems region during the Pleistocence. The concept of climaphytomorphic soils combined with the chronological framework allowed for qualitative paleoclimatic conclusions: Strongly weathered soil horizons are polygenetic and do not indicate enhanced humidity during distinct phases of development. The continentality of the study region during warm periods has remained relatively constant during the last million years, partly with enhanced Mediterranean influences. A dominating influence of Atlantic moisture remained restricted to the regions west of the Bohemian Massif. The paleoclimates in the study region were to some extent comparable to the Pannonian Basin; though, the studied records do not indicate a considerable gradient of increasing aridity during the Middle Pleistocene. Interesting are numerous bleached horizons in the loess sediments, interpreted as remnants of tundra gley soils. As these are practically absent in the loess of the Pannonian Basin, a rather Central European character of the main cold stages in the studied time frame could be inferred. KW - Löss KW - Paläopedologie KW - Paläoklima KW - Quartär KW - Mikromorphologie KW - Landschaftsentwicklung KW - Farbmessung KW - Paläoumwelt KW - Interglazial KW - Pleistozän KW - landscape development KW - Color measurement KW - Paleoenvironment KW - Interglacial KW - Pleistocene Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127787 SN - 978-3-95826-038-2 (print) SN - 978-3-95826-039-9 (online) N1 - Parallel erschienen als Druckausg. in Würzburg University Press, ISBN 978-3-95826-038-2, 42,90 EUR PB - Würzburg University Press CY - Würzburg ER - TY - THES A1 - Sonder, Ingo T1 - Non-Newtonian Properties of Magmatic Melts T1 - Nicht-Newtonsche Eigenschaften magmatischer Schmelzen N2 - This work presents a new method to measure model independent viscosities of inhomogeneous materials at high temperatures. Many mechanisms driving volcanic eruptions are strongly influenced by the viscous properties of the participating materials. Since an eruption takes place at temperatures at which these materials (predominantly silicate melts) are not completely molten, typically inhomogeneities, like e.g. equilibrium and non-equilibrium crystals, are present in the system. In order to incorporate such inhomogeneities into objective material parameters the viscosity measurement is based on a rotational viscometer in a wide gap Couette setup. The gap size between the two concentric cylinders was designed as large as possible in order to account for the inhomogeneities. The emerging difficulties concerning the model independent data reduction from measured values to viscosities are solved using an appropriate interpolation scheme. The method was applied to a material representative for the majority of volcanic eruptions on earth: a typical continental basaltic rock (Billstein/Rhön/Germany). The measured viscosities show a strong shear rate dependency, which surprises, because basaltic melt has been, until now, assumed to behave as a Newtonian fluid. Since a non-Newtonian material shows a very different relaxation behavior in the Couette motion compared to a Newtonian one (which, ultimately, does not show any), and a strong relaxation signal was recorded during viscosity measurements, the equations of Couette motion were investigated. The time dependent stress distribution in a material due to a quasi step-like velocity change at the inner Couette radius (i.e. the spindle) was considered. The results show that a material combining a linear shear modulus and a Newtonian viscosity -- a Maxwell material -- cannot quantify the relaxation behavior. This could be considered as a hint, that the widely used Maxwell relaxation times cannot be applied as a 1:1 mapping from microscopic considerations to macroscopic situations. N2 - Die vorliegende Arbeit beschreibt eine neue Methode zur modellunabhängigen Messung von Viskositäten bei hohen Temperaturen. Viele der Mechanismen, welche vulkanischer Aktivität zugrunde liegen, werden stark durch die viskosen Eigenschaften der beteiligten Materialien beeinflusst. Die eruptierten Materialien -- zum überwiegenden Teil Silikatschmelzen -- sind bei Eruptionstemperatur nicht komplett geschmolzen. Deshalb sind Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichtskristalle in den betrachteten Systemen vorhanden. Um diese Inhomogenitäten in objektive Materialparameter einzubeziehen, basiert die vorgestellte Viskositätsmessung auf auf einem Rotationsviskosimeter in einer wide gap''-Anordnung. Die Spaltbreite zwischen den beiden konzentrischen Zylindern wurde so groß wie möglich gemacht um Inhomogenitäten zu berücksichtigen. Die aufkommenden Schwierigkeiten bezüglich der modellunabhängigen Bestimmung der Viscositäten aus den gemessenen Daten wurden mit einer geeigneten Interpolationsmethode gelöst. Mit dieser Methode wurden die Viskositäten eines, für die Mehrheit vulkanischer Eruptionen auf der Erde typisches Material gemessen: eines kontinentalen Basaltes aus Billstein (Rhön, Deutschland). Die gemessenen Viskositäten zeigen bei konstanter Temperatur eine starke Abhängigkeit von der Deformationsrate. Dies überrascht, da basaltische Schmelzen bis heute bei vergleichbaren Temperaturen als Newtonsche Flüssigkeiten betrachtet wurden. Da ein nicht-Newtonsches Material, im Vergleich mit einem Newtonschen, ein deutlich anderes Relaxationsverhalten aufweist (das Newtonsche zeigt ultimativ keine Relaxation), und da ein deutliches Relaxationssignal während der Viskositätsmessung gemessen wurde, wurden die Bewegungsgleichungen der Couette Bewegung untersucht. Die zeitabhängige Spannungeverteilung in einem Material, verursacht durch eine quasi-stufenartige Geschwindigkeitsänderung am inneren Couette-Radius (d. h. am Drehkörper des Viskosimeters) wurde betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Material, welches ein linear elastisches Schermodul und eine newtonsche Viskosität kombiniert -- ein Maxwell-Material -- das Relaxationverhalten quantitativ nicht beschreiben kann. Dies könnte als Hinweis betrachtet werden, dass die weitverbreiteten Maxwell-Relaxationszeiten nicht 1:1 von mikroskopischen Betrachtungen auf makroskopische Situationen angewendet werden können. KW - Viskosität KW - Rheologie KW - Silicatschmelze KW - Magma KW - Komplexe Flüssigkeit KW - Nichtnewtonsche Flüssigkeit KW - wide-gap Methode KW - modellunabhängig KW - Fluid KW - wide-gap method KW - model independent Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-49762 N1 - Articles included: - Sonder, I.; Zimanowski, B.; Büttner, R.: Non-Newtonian viscosity of basaltic magma. In: Geophysical letters (2006) 33, L02303, doi:10.1029/2005GL024240. - Büttner, R.; Dellino, P.; Raue, H.; Sonder, I.; Zimanowski, B.: Stress-induced brittle fragmentation of magmatic melts: Theory and experiments. In: Journal of geophysical research (2006) 111, B08204, doi:10.1029/2005JB003958. ER - TY - CHAP A1 - Schüssler, Ullrich T1 - Electron microprobe investigations on the copper seal from burial 10 N2 - No abstract available KW - Tell Khirbet Salih KW - Tell Jikan KW - Ausgrabung Y1 - 1993 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38856 ER - TY - CHAP A1 - Hammann, W. A1 - Heunisch, C. A1 - Schüssler, Ulrich T1 - Organische Mikrofossilien (Chlorophyta, Acritarcha, Sporae diversae, Scolecodonten) aus den Schichten des Streichengrundes, Unterdevon, im Raum Guttenberg-Kupferberg des Frankenwaldes. N2 - Aus einer SE von Guttenberg im Frankenwald auftretenden Abfolge von bisher zur ordovizischen Randschieferserie gezählten grauen Schiefern und Tuffiten, den "Streichengrund-Schichten", wird eine reiche Assoziation organischer Mikrofossilien mit einem unterdevonisehen (Unter-Ems) Ablagerungsalter und mit aufgearbeitetem Unterordovizium (Ober-Arenig) beschrieben. Diese umfaßt 11 Arten der Chlorophyten, 44 Arten der Acritarchen - davon neu Uncillisphaera spinifurcillata 11. sp., sowie 42 Taxa der Sporae dispersae und Scolecodonten. Die somit als tektonische Schuppe innerhalb der ordovizischen Randschieferserie liegenden Streichengrund-Schichten stellen eine im Frankenwald bisher unbekannte Fazieseinheit des Unterdevon dar, die mit ihren vulkanischen Anteilen bayerische, mit ihren klastischen Anteilen thüringische Züge besitzt. Lithologische Vergleiche mit den in streichender Verlängerung nach S hin auftretenden dunklen Schiefern der stratiformen Lagerstätte von Kupferberg legen ein Unterdevon-Alter auch für diese Einheit nahe. N2 - From aseries of grey shales and tuffites, the "Streichengrund beds" whieh erop out SE of Guttenberg in the Frankenwald, a rieh assodation of organic microfossils is described. It comprises 11 species of chlorophytes, 44 species of acritarchs, including the new species Uncinisphaera spinifurcillata n. sp., 41 taxa of the Sporae dispersae, and scolecodonts. The mieroflora of the Streichengrund beds, which were considered so far to represent apart of the Ordovician Randschiefer, indicates a Lower Devonian (early Emsian) age of deposition and also contains reworked Lower Ordovician (Upper Arenigian) components. Therefore the Streichengrund beds occur within the Randschiefer as a tectonically isolated wedge. They represent a lithologie unit unknown so far in the Lower Devonian of the Frankenwald and can be considered to be a transitional fades between the vo\canically influenced Bavarian and the siliciclastic Thuringian Lower Devonian facies of the Frankenwald. Because the dark shales containing the stratiform ore deposit of Kupferberg are situated in the prolongation of a strike of and are lithologically very comparable to the Streichengrund beds, a Lower Devonian age is inferred for these deposits, too. KW - Frankenwald KW - Unterdevon KW - Ordovizium KW - Acritarchen KW - Sporen KW - Lower Devonian KW - Ordovician KW - acritarchs KW - spores Y1 - 1989 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-39152 ER - TY - CHAP A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Okrusch, M. A1 - Richter, P. T1 - Amphibolites of the KTB target area Oberpfalz, Bavaria N2 - No abstract available Y1 - 1987 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38866 ER - TY - CHAP A1 - Seidel, E. A1 - Kreuzer, H. A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Okrusch, M. A1 - Lenz, K.-L. A1 - Raschka, H. T1 - K-Ar geochronology of the East-Bavarian basement N2 - No abstract available Y1 - 1988 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38874 ER - TY - CHAP A1 - Schüssler, Ulrich A1 - Okrusch, M. A1 - Richter, P. A1 - Seidel, E. T1 - Geochemistry of metabasites and element mobility N2 - No abstract available Y1 - 1988 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38880 ER - TY - JOUR A1 - Schüssler, Ulrich T1 - Mobilisation einzelner Elemente in Amphiboliten aus der Umgebung der KTB-Lokation, Zone Erbendorf-Vohenstrauss, nördliche Oberpfalz N2 - No abstract available KW - Mineralogie Y1 - 1988 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-39248 ER -