ALBERT

Description: Geophysikalische Sensoren wie Erdgezeitengravimeter und Bohrlochneigungsmesser gehören zu den empfindlichsten mechanischen Meßgeräten, die gebaut werden. Sie zeichnen sich durch große Dynamik bei gleichzeitig extremer Breitbandigkeit aus. Vor allem diesen beiden Aspekten kann bei der konventionellen analogen Registrierung nicht immer Rechnung getragen werden. Deshalb wird mit dieser Arbeit die Einführung eines digitalen Registriersystems für diese Sensoren beschrieben, das moderne Konzepte der digitalen Datenerfassung und -Verarbeitung einsetzt. Bei zwei aktuellen Projekten in Skandinavien werden drei Askania Bohrlochneigungsmesser und ein LaCoste & Romberg Erdgezeitengravimeter betrieben. Bei der Installation in Norwegen geht es mit dem Einsatz von zwei Neigungsmessern um die Registrierung von Auflastsignalen durch einen Stausee und in Finnland soll mit der 3 Komponentenstation das gesamte Spektrum der Krustendynamik von Eigenschwingungen des Erdkörpers bis zu rezenten Deformationen auf gezeichnet werden. Es wird zunächst der Aufbau der Bohrlochneigungsmesser beschrieben und diskutiert, welche Signale in welchem Frequenzbereich gemessen werden können. Für die Vorbereitung dieser Arbeit wurden Modellrechnungen durchgeführt um über das tatsächliche Übertragungsverhalten im Bereich der Eigenperiode des Pendels mit und ohne Fesselung Auskunft zu erhalten. Die Überholung der Bohrlochneigungsmesser mit dem Ersatz des empfindlichen Original Vorverstärkers bilden den Abschluß der Pendelbeschreibung. Die Grundlagen des Meßprinzips der LaCoste & Romberg Gravimeter werden beschrieben und der analoge Eigenschwingungsfilter des Gravimeters untersucht. Für einen breitbandigen Datenkanal stellt sich bei einer Auflösung der Eigenschwingungssignale mit 72dB die Forderung nach einer Gesamtdynamik von 130dB. Bei der Darstellung der Grundlagen der digitalen Datenerfassung wird der Schwerpunkt auf die Beschreibung des Abtasttheorems gelegt und das Prinzip des Oversampling beschrieben. Die Umsetzung dieser Theorie in ein digitales Registriersystem mit einer Dynamik von 130dB bei einer Frequenzauflösung von .02 Hertz und dessen Einsatz im Gelände werden vorgestellt. Dabei wurde eine flexible Lösung gefunden, die sich ohne Probleme als Einkanalstation beim Gravimeter, oder als Mehrkanalsystem mit den Neigungsmessern konfigurieren läßt. Darüber hinaus werden zusätzliche Kanäle für meteorologischen Meßdaten bereitgestellt. Kurze Registrierbeispiele geben einen Eindruck von der Qualität der Rohdaten, und die Berechnung einiger Rauschspektren bestätigt, dass die geforderte Auflösung erreicht werden konnte. Beim Gravimeter konnten im Bereich von 102 bis 104 Sekunden

Description: Geophysical sensors like earth tide gravity meters and borehole tilt meters belong to the group of most sensitive mechanical devices, being available today. Their main features include wide dynamic range and extreme broadband resolution. These aspects are not always taken into consideration when dealing with analogue recording systems. Therefore, this work introduces a digital recording system for the above mentioned sensors which includes the modern concept of data acquisition and data processing. Within the scope of two projects being carried out in Scandinavia, three Askania borehole tilt meters and one LaCoste & Romberg earth tide gravity meter have been put into operation. In Norway two tilt meters are recording the loading signal of a reservoir. In Finland, a three component station is recording the whole spectrum of crusta dynamics, ranging from free mode signals of the earth to active crustal deformation. After the mechanical construction of the tilt meter has been discussed and the expected signal- and frequency range evaluated, model calculations are presented in order to determine the true transfer property of the pendulum around its natural resonance frequency. The introduction of an improved preamplifier stage for the borehole tilt meter then terminates the chapter on tilt meters. In the following the principle of operation of the LaCoste & Romberg gravity meter and the analogue free mode filter are being discussed in detail. For a broadband data stream dissolving the free mode signal at 72dB, the total dynamic range requires 130dB. For a broader understanding the basics of digital data acquisition, the sampling theorem and what is called oversampling are discussed in more detail. Furthermore, a digital recording system with a dynamic range of 130dB (at a frequency resolution of .02Hz) and its performance under field conditions is described. In conclusion, the configuration of the system as single channel station (gravity meter) or multichannel station (tilt meter) is demonstrated. In addition to the already existing data channels other channels are available to include meteorological data. Finally, a few original recordings are presented to demonstrate the quality of the raw data sets. The computation of the noise spectra shows, it was possible to achieve the necessary resolution. The noise amplitudes of the gravity meter at the range of 102 - 104 seconds were less than 2 ngal/√Hz and about 10 ngal/√Hz for the pendula.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Die Toskana ist die stärkste geothermische Anomalie auf dem europäischen Kontinent. In dieser Anomalie finden sich zahlreiche lokale geothermische Felder mit hoher Enthalpie, wie z.B. das Feld von Travale. In diesem geothermischen Feld, das im Era-Graben liegt, wurden in den Jahren 1980/81 elektromagnetische Messungen durchgeführt. Es war das Ziel der Untersuchungen, die Quelle und die Ursache dieser teilweise bekannten Anomalie zu finden. Hierzu sollte die Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit in der Erdkruste bis in Tiefen der Kruste-Mantel-Grenze mit den Methoden der Magnetotellurik und Erdmagnetischen Tiefensondierung untersucht werden. Parallel dazu wurde die geothermische Anomalie von Travale mit einer Vielzahl weiterer elektromagnetischer, seismischer und geochemischer Methoden untersucht. Das Ziel, die geothermische Anomalie in der Erdkruste zu lokalisieren, war nicht einfach zu erreichen. Deshalb war es notwendig, ein Modell der Anomalie zu erarbeiten, aus dem die Lokalität folgen sollte. Vor angegangene elektromagnetische Untersuchungen (HAAK & SCHWARZ 1981) hatten gezeigt, daß nahezu das gesamte Gebiet der Toskana als eine Anomalie der elektrischen Leitfähigkeit anzusehen ist: Gutleitende Deckschichten, mit bis zu 10 km Mächtigkeit, werden von einem hochohmigen Basement unterlagert. An einigen Meßorten deutet sich der Übergangsbereich Kruste / Mantel - in einer Tiefe zwischen 20 und 30 km - durch eine Zone hoher Leitfähigkeit an. Dieser Bereich zeichnet sich durch Lamellen hoher und extrem niedriger seismischer Wellengeschwindigkeiten aus. Petrologisch kann dieses durch eine Wechsellagerung von basischem und saurem Material gedeutet werden. Die zeitlichen Variationen des elektrischen und magnetischen Feldes wurden im geothermischen Feld von Travale in einem breiten Periodenbereich von 6 - 10.000 s registriert. Die Meßorte liegen überwiegend auf zwei Profilen, eines verläuft parallel zum Era-Graben aus der Anomalie heraus nach NW, das zweite schneidet die Anomalie senkrecht zum Graben. Der Meßpunktabstand war mit einigen hundert Metern bis zu mehreren Kilometern sehr dicht, um möglichst alle lateralen Variationen der scheinbaren spezifischen Widerstände beobachten zu können. Es zeigte sich, daß die lateralen Variationen der spezifischen Widerstände im Gebiet von Travale sehr groß waren. Bis zu Perioden von 50-100 s ist der Era-Graben die dominierende zweidimensionale Leitfähigkeitsstruktur. Die gemessenen scheinbaren spezifischen Widerstände sind bei längeren Perioden durch dreidimensionale Leitfähigkeitsstrukturen verzerrt. Die scheinbaren elektrischen Widerstände sind innerhalb der geothermischen Anomalie mit Werten bis zu 50 Qm äußerst klein, während sie nördlich des geothermischen Feldes auf 100-300 Qm ansteigen, um dann etwa 7 km NW der Anomalie wieder deutlich abzufallen. Selbst in der tieferen Kruste werden keine höheren Widerstände angetroffen. Die integrierte Leitfähigkeit weist das geothermische Feld ebenso als eine Anomalie der elektrischen Leitfähigkeit aus, während nördlich davon die "hochohmige Barriere" bestätigt wurde. Aus den Ergebnissen der Seismik und Magnetotellurik wurde ein Modell für die geothermische Anomalie von Travale und die Toskana abgeleitet, das sich in drei Stockwerke gliedert: - Das unterste Stockwerk, die Übergangszone zwischen Oberem Mantel und Unterkruste in 20-30 km Tiefe ist die Quelle auf steigender heißer Gase und Flüssigkeiten. Die Temperatur beträgt etwa 700° C. - Das mittlere Stockwerk ist von tief reichenden, vertikalen Störungen durchsetzt, die einen konvektiven Wärmetransport durch die hydrothermalen Phasen in das oberste Stockwerk erlauben. Im Gebiet von Travale hat sich durch längs- und zum Era-Graben querstreichende Störungen eine ausgeprägte Schwächezone in der Kruste gebildet, die einen besonders intensiven Wärmetransport zuläßt. Der Temperaturgradient wird mit 15° C/km angenommen. - Das oberste Stockwerk besteht aus Sedimenten und kristallinen Formationen, die im wesentlichen von horizontalen Abscherungs- und Störungsflächen durchzogen sind, in denen hydrothermale Phasen zirkulieren. Innerhalb der Basements hat sich so ein zweites Reservoir ausgebildet, welches das bekannte geothermische Reservoir in den Karbonaten in Tiefen von 1-2 km durch ein ausgeprägtes Bruchsystem speist. Die Temperatur ist in 4 km Tiefe mit 400° C sehr hoch. Die augenblicklich geförderten heißen Gase und Wässer sind meteorologischen Ursprungs und werden an der Oberkante des toskanischen Basements aufgeheizt. Aus tektonischer Sicht besteht das oberste Stockwerk aus allochthonen Decken, die während der Orogenese über die Toskana hinweggeschoben wurden. Dieser tektonischen Kompressionsphase folgte eine Phase starker lateraler Dehnungen, die bis heute andauern. Das System von Grabenbrüchen und tiefgreifenden Verwerfungen ist Ausdruck dieser Dehnungstektonik. Die damit verbundenen Störungszonen tragen zu einer Entwässerung und Entgasung der tiefen Erdkruste bei und lassen die hydrothermalen Phasen in das oberste Stockwerk aufs teigen. In ausgeprägte Schwächezonen, die die gesamte Kruste durchziehen und die durch undurchlässige Schichten nach oben abgeschlossen werden, kann sich so ein geothermisches Reservoir ausbilden.

Description: Tuscany is the strongest geothermal anomaly in continental Europe. Numerous local high enthalpy geothermal fields are to be found within this anomaly, e.g. the Travale field. Electromagnetic soundings have been carried out in this geothermal field, which lies in the Era-Graben, in the years 1980 and 1981. The aim of this study was to find the origin as well as the cause of this partly known anomaly, using the methods of magnetotelluric- and geomagnetic depth soundings to study the distribution of electrical conductivity in the earth's crust downwards to the crust/mantle boundary, at least. Parallel to this study the geothermel anomaly of Travale has been studied with the help of various other methods, including electromagnetic, seismic and geochemical surveys. To localize the geothermal anomaly in the earth's crust was not an easy task. Therefore it seemed to be necessary to develop a model of the anomaly, first, and then to localize it. Earlier electromagnetic investigations (HAAK & SCHWARZ 1981) have shown, that nearly the whole area of Tuscany corresponds to an electrical conductivity anomaly: A well conducting cover, reaching down to 10 km depth is underlain by a high resistive basement. At some places within the geothermal anomaly a zone of high conductivity has been found at the depth of the crust/mantle-boundary (between 20 and 30 km) . Seismic refraction measurements are indicating a wide transition zone between the crust und upper mantle, displayed by alternating high- und extreme low-velocity layers. The time-varying electric- and magnetic fields have been recorded in the Travale area in a broad period range from 6-10.000 s, mainly on two profiles, the one parallel, the other perpendicular to the Era-Graben. The stations have been very close to each other, spacings varied between some hundreds of meters and a few kilometers, to study lateral variations of apparent resistivities within the Graben. In deed, lateral variations of apparent resistivities have been very large in the Travale area. Up to 50-100 s the Era-Graben is the dominating 2D-structure, but for longer periods of investigation the three-dimensionality of the electrical conductivity structure has to be considered. The apparent resistivities inside the geothermal anomaly are extremely low, reaching not more than 50 Gm, even in the lower crust, whereas going up to 100-300 firn north of the geothermal field. Further to NW apparent resistivities are coming down again to 5-5o Gm. Total conductance as well indicates the geothermal field as a local conductivity anomaly, whereas more to the north the poorly conducting "barrier" has been confirmed. Based on the results of the magnetotelluic soundings and those of the seismic survey a geothermal model for the anomaly of Travale as well as for Tuscany has been developed. The crust is built up by 3 stories: - The lowermost story of the transition from the mantle to the crust at 20-30 km depth has to be regarded as the origin of hot gases and fluids. Temperature amounts to 700° C. - The central story is more or less fractured vertically so that pathways allow convective transport of heat by means of hydrothermal fluids to the upper story. In the Travale area a weak crustal zone of faults crossing over has developed, allowing the transport of heat to be very intensive. The temperature gradient is assumed to reach not more than 15° C/km. - The uppermost story consists of sediments and more or less horizontally fractured crystalline formations, filled with hot, circulating fluids. Within the basement a second reservoir has evolved, which feeds the known geothermal reservoir in the carbonate series at 1-2 km depth through fractures and cracks in the top of the basement. The temperature of about 400° C in 4 km depth is extremely high. The actually exploited hot gases and fluids are of meterological origin and heated up at the top of the basement. From the tectonic point of view, the uppermost story consists of allochthonous nappes shifted across Tuscany during orogenesis. This compressive tectonic deformation was followed by strong dilatational forces, which are still active in the whole crust, expressed by the features of graben structures and deep reaching faults. This process gives volatiles and water generated by dehydration in the deep crust the chance to rise to the uppermost story. A basement fractured at the top and an impermeable cover in the uppermost layer will then favour the development of a geothermal reservoir.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: 〈title xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"〉Abstract〈/title〉〈p xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en"〉In this contribution we report the first systematic study of zircon U‐Pb geochronology and δ〈sup〉18〈/sup〉O‐〈italic〉ε〈/italic〉Hf〈sub〉(〈italic〉t〈/italic〉)〈/sub〉 isotope geochemistry from 10 islands of the hot‐spot related Galapagos Archipelago. The data extracted from the zircons allow them to be grouped into three types: (a) young zircons (0–∼4 Ma) with 〈italic〉ε〈/italic〉Hf〈sub〉(〈italic〉t〈/italic〉)〈/sub〉 (∼5–13) and δ〈sup〉18〈/sup〉O (∼4–7) isotopic mantle signature with crystallization ages dating the islands, (b) zircons with 〈italic〉ε〈/italic〉Hf〈sub〉(〈italic〉t〈/italic〉)〈/sub〉 (∼5–13) and δ〈sup〉18〈/sup〉O (∼5–7) isotopic mantle signature (∼4–164 Ma) which are interpreted to date the time of plume activity below the islands (∼164 Ma is the minimum time of impingement of the plume below the lithosphere), and (c) very old zircons (∼213–3,000 Ma) with mostly continental (but also juvenile) 〈italic〉ε〈/italic〉Hf〈sub〉(〈italic〉t〈/italic〉)〈/sub〉 (∼−28–8) and δ〈sup〉18〈/sup〉O (∼5–11) isotopic values documenting potential contamination from a number of sources. The first two types with similar isotopic mantle signature define what we call the Galápagos Plume Array (GPA). Given lithospheric plate motion, this result implies that GPA zircon predating the Galápagos lithosphere (i.e., >14–164 Ma) formed and were stored at sublithospheric depths for extended periods of time. In order to explain these observations, we performed 2D and 3D thermo‐mechanical numerical experiments of plume‐lithosphere interaction which show that dynamic plume activity gives rise to complex asthenospheric flow patterns and results in distinct long‐lasting mantle domains beneath a moving lithosphere. This demonstrates that it is physically plausible that old plume‐derived zircons survive at asthenospheric depths below ocean islands.〈/p〉

Description: Key Points: 〈list list-type="bullet"〉 〈list-item〉 〈p xml:lang="en"〉Our data define the Galápagos Plume Array defined by mantle 〈italic〉ε〈/italic〉Hf〈sub〉(〈italic〉t〈/italic〉)〈/sub〉 and δ18O values in the range ∼0–164 Ma〈/p〉〈/list-item〉 〈list-item〉 〈p xml:lang="en"〉This finding allows dating back plume activity to, at least, early Middle Jurassic (∼164 Ma)〈/p〉〈/list-item〉 〈list-item〉 〈p xml:lang="en"〉Numerical experiments confirm it is plausible that old Plume‐derived zircons survive in the asthenosphere for extended periods of time〈/p〉〈/list-item〉 〈/list〉 〈/p〉

Description: Deutsche Forschungsgemeinschaft http://dx.doi.org/10.13039/501100001659

Description: Ministerio de Asuntos Económicos y Transformación Digital, Gobierno de España http://dx.doi.org/10.13039/501100010198

Description: Ministerio de Ciencia e Innovación http://dx.doi.org/10.13039/501100004837

Description: European Research Council http://dx.doi.org/10.13039/501100000781

Description: https://doi.org/10.5281/zenodo.7047729

Description: https://doi.org/10.5281/zenodo.6967187

Description: research

Description: research

Description: research

Description: research

Description: research

Description: Previous field studies in the Southern Ocean (SO) indicated an increased occurrence and dominance of cryptophytes over diatoms due to climate change. To gain a better mechanistic understanding of how the two ecologically important SO phytoplankton groups cope with ocean acidification (OA) and iron (Fe) availability, we chose two common representatives of Antarctic waters, the cryptophyte Geminigera cryophila and the diatom Pseudo-nitzschia subcurvata. Both species were grown at 2°C under different pCO2 (400 vs. 900 μatm) and Fe (0.6 vs. 1.2 nM) conditions. For P. subcurvata, an additional high pCO2 level was applied (1400 μatm). At ambient pCO2 under low Fe supply, growth of G. cryophila almost stopped while it remained unaffected in P. subcurvata. Under high Fe conditions, OA was not beneficial for P. subcurvata, but stimulated growth and carbon production of G. cryophila. Under low Fe supply, P. subcurvata coped much better with OA than the cryptophyte, but invested more energy into photoacclimation. Our study reveals that Fe limitation was detrimental for the growth of G. cryophila and suppressed the positive OA effect. The diatom was efficient in coping with low Fe, but was stressed by OA while both factors together strongly impacted its growth. The distinct physiological response of both species to OA and Fe limitation explains their occurrence in the field. Based on our results, Fe availability is an important modulator of OA effects on SO phytoplankton, with different implications on the occurrence of cryptophytes and diatoms in the future.