ALBERT

Description: Die "höheren" Caenogastropoden umfassen viele tausend rezente und fossile Arten. Ihre charakteristischen Gehäuse haben gewöhnlich einen hohen Wiedererkennungswert, sind häufige Elemente fossiler Ablagerungen und eröffnen damit ausgezeichnete Möglichkeiten neontologische und paläontogische Studien zu korrelieren. Das Ziel solcher Studien ist hier, Evolution nachzuzeichnen, um sie dann auch interpretieren und letztlich verstehen zu können. Es wurde ein tendenziell holistischer Arbeitsansatz gewählt, der die Synthese gehäusemorphologischer, anatomischer, molekulargenetischer, reproduktionsbiologischer, ökologischer und biogeographischer Daten in die zeitliche Dimension übersetzt und damit in den Kontext der Geodynamik stellt. Diese Vorgehensweise wird als paläobiologische Konzeption bezeichnet. Im Ergebnis stehen folgende Erkenntnisse und darauf basierende Maßnahmen: die "höheren" Caenogastropoda sind sehr wahrscheinlich monophyletisch und werden als Überordnung Latrogastropoda nov klassifiziert. Die Ordnung Neomesogastropoda ist paraphyletisch und Teile von ihnen repräsentieren die Stammgruppe der Ordnung Neogastropoda. Es zeigt sich, daß viele der neontologisch klar zu definierenden evolutiven Linien, ohne weitere paläontologische Studien, im systematischen Vakuum wurzeln. Die stammesgeschichtlichen Lücken können nun anhand von Merkmalsabgrenzung - nach "unten" und nach "oben" - definiert bzw abstrahiert werden und als Phantombilder für zukünftige Recherchen dienen. Auf Grundlage der phylogenetischen Analysen wurde eine weitreichende Revison der Klassifikation erforderlich und durchgeführt. Der Ursprung der Latrogastropoda nov könnte in einer Lime liegen, welche auch zu der Stammgruppe der Rissoidae führt. Letztere und die potentielle Latrogastropode Maturifusus traten erstmals im Jura in Erscheinung. Erste signifikante Radiationen der Latrogastropoda nov. gingen mit der postneokomen weltweiten Erwärmung und der entsprechenden Tropisierung der Tethys einher Mit Beginn der Oberkreide differenzierten sich die Latrogastropoda infolge einer Reihe von Schlüsselinnovationen in ihre Hauptlinien. Die Wende vom Meso- zum Känozoikum spiegelt sich in der systematischen Entwurzelung der im Rezenten persistierenden Taxa wider; d.h. viele (noch genauer zu definierende) Stammlinien sind in der Erdneuzeit nicht mehr vertreten. Die weitere Evolution der Latrogastropoda nov ist durch extreme Radiationen im Eozän und im Miozän geprägt. Die neogenen supragenerischen systematischen Einheiten zeigen bereits eine hohe Übereinstimmung mit rezenten Pendants. Der relativ starke Wandel paläobiogeographischer Bezüge im Neogen korreliert also nicht mit evolutiven Innovationen von übergeordneter Bedeutung.

Description: The "higher" caenogastropods are represented by many thousand Recent and fossil species. Their characteristical shells can usually be well recognized and are frequently found particularly in marine Cenozoic deposits, thus offering excellent possibilities in respect of correlating neontological and palaeontological studies. Aim of such studies is here to trace evolution in order to obtain a basis for interpretation and actual insights respectively A more or less "holistic" approach was chosen, which translates the synthesis of conchological, anatomical, molecular genetical, reproductive biological, ecological and biogeographical data into the past and thus regarding evolution in the context of geodynamics. This approach is labelled palaeobiological conception. The different avenues of research led to the following results: the "higher" caenogastropods are very probably monophyletic and are classified as superorder Latrogastropoda nov The order Neomesogastropoda is paraphyletic because it includes the stem lineage of the Neogastropoda. It becomes apparent that many of the evolutionary lineages, which can be well defined by neontological means, are not yet correspondingly recognized in the fossil record and therefore are rooted in a systematic vacuum. The phylogenetic gaps can be defined or considered respectively by analyzing the direction of the evolution of morphological characters, which e.g. allows the creation of hypothetical fossils, which can be searched for Based upon the phylogenetic analyses, the necessity of a far-reaching revision of the classification became evident and consequently was conducted. The origin of the Latrogastropoda nov could be found in a lineage, which also leads to the stem-lineage of the Rissoidae. The latter and the potential latrogastropod Maturifusus both appeared in the Jurassic for the first time. First significant radiations of the Latrogastropoda nov correlated with the postneokomian global wanning and corresponding tropical climate of the Tethys ocean. During the early Upper Cretaceous the Latrogastropoda nov experienced key innovations which promoted the differentiation into their main lineages. The turn to the Cenozoic was accompanied by the systematic uprootal of taxa which persist in the modem fauna, which means that many stem-lineages (to be defined in detail) have not been detected in the Cenozoic. The Cenozoic evolution of latrogastropods is characterized by extreme Eocene and Miocene radiations. Neogene suprageneric systematic units show already great morphological correspondence with their Recent counterparts. Therefore the relatively strong change of palaeobiogeographic relations in the Neogene is not mirrored by principal evolutionary innovations.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Es wurden ca. 1500 jurassische Ammoniten mit regenerierten Verletzungen untersucht. Die Ammoniten stammen aus drei stratigraphischen Abschnitten: dem Unter-Toarcium (Süddeutschland, Südfrankreich, England) dem Ober-Callovium (Normandie / Frankreich) und dem Ober-Oxfordium (Madagaskar). Die ausgewählten Gattungen repräsentieren ein breites morphologisches Spektrum. Die Phänomene, die in Folge von Verletzungen an den Ammonitengehäusen sichtbar werden, wurden seit langer Zeit erkannt, benannt und klassifiziert. Das erfolgreichste Modell einer Klassifikation pathologischer Phänomene an Ammonitengehäusen geht auf HÖLDER (1956) zurück. Problematisch am Hölderschen Klassifikationsmodell ist das Fehlen klarer Rahmenbedingungen für das Aufstellen einer neuen forma aegra. Aus diesem Grund kam es in der Vergangenheit zu vielen, sich überschneidenden, verwirrenden und unnützen forma-Bezeichnungen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein stringentes Klassifikationsprinzip vorgeschlagen und eine nachvollziehbare Einordnung in dieses Prinzip gefordert. Unter dieser Prämisse werden ausgewählte forma-Bezeichnungen diskutiert. Es wird vorgeschlagen, auf die forma-Bezeichnungen: forma seccata (HÖLDER 1956), forma refecta (REIN 1994a), forma undaticarinata-undaticoncha (HENGSBACH 1996) und forma mordata (HENGSBACH 1996) zu verzichten. Als neue forma-Bezeichnungen werden eingeführt: forma augata n.f., forma umbilicata n.f. Als potentielle Verursacher regenerierbarer Schalenverletzungen konnten erkannt werden: durophage Fische (vor Allem: Lepidotes, Dapedium, Mesturas), dekapode Krebse (vor Allem: Eryma, Mecochirus) und Coleoideen. Für Verletzungen des Mantelrandepithelium (forma verticata) werden im Wesentlichen eryonide Krebse (z.B. Coleia, Proeryon, Eryon) verantwortlich gemacht. Diese Räuber lassen sich nur in Einzelfällen anhand ihrer Verletzungsspuren identifizieren. Die Ausbildung und Form der Verletzung wird im Wesentlichen von der Gehäusemorphologie bestimmt. Es lassen sich drei morphologische Variablen erkennen, die sensitiv für den Schutz vor Räubern waren: die Gehäuseform, die Wohnkammerlänge und die Skulpturierung der Schale. Dactylioceraten und Perisphinctiden, also Ammoniten mit geringer Windungsexpansionsrate, rundem Mündungsquerschnitt, langer Wohnkammer und kräftiger Skulptur waren am besten gegen räuberische Attacken geschützt. Harpoceraten und Hecticoceraten, also brevi-, mesodome, schlanke Ammoniten mit weniger kräftiger Skulptur waren schlecht gegen räuberische Attacken geschützt. Longidome Ammoniten (Dactylioceraten, Perisphinctiden) waren im Gegensatz zu den brevi-, mesodomen Ammoniten in der Lage, sich weit in die Wohnkammer zurückzuziehen. Sie konnten verletzte Schalenbereiche ausbessern, ohne dabei die Skulpturelemente wesentlich verzerren zu müssen. Longidome Ammoniten konnten aufgrund ihrer Gehäusemorphologie keine guten Schwimmer gewesen sein. Diese Ammoniten tolerierten laterale Abweichungen in der Windungssymmetrie als Verletzungsfolge und Abweichungen im Windungsquerschnitt, also Verletzungsfolgen die die Fortbewegung einschränken mußten, sehr viel besser als Morphotypen mit besseren hydrodynamischen Eigenschaften. Ammoniten konnten Schalenverlust sehr viel besser tolerieren als der rezente Nautilus. Am untersuchten Material fanden sich Ammoniten die einen Schalenverlust von 10-20 % regenerieren konnten. Beim rezenten Nautilus ist ein Schalenverlust von mehr als 4 % letal (WARD 1986). Unter der Annahme, die Ammoniten lebten, ähnlich wie Nautilus, im annähernden Schwebegleichgewicht, verweist dies auf einen sehr viel effizienteren Gleichgewichtsapparat bei den Ammoniten. Anhand des vorliegenden Materials können die als funktionell eingeschätzte Merkmale als Aptationen wahrscheinlich gemacht werden. Die relative Häufigkeit von Mehrfachverletzungen erweist sich dabei als guter Proxy für die Verletzbarkeit der Ammoniten. Die relative Häufigkeit regenerierter Verletzungen korreliert nicht mit der Verletzbarkeit der Ammoniten. Sie scheint in erster Linie die Wahrscheinlichkeit widerzuspiegeln, mit der räuberische Attacken auf den Mundrand stattgefunden haben. Gesteuert wird dieser Faktor ganz offensichtlich von der Lebensweise der Ammoniten, der sich wiederum in der Gehäusemorphologie widerspiegelt.

Description: The investigation is based on 1500 ammonoids with sublethal injuries. The observed ammonoids are Lower Toarcian (from Southern Germany / Southern France / England), Upper Callovian (from Normandy / France) and Upper Oxfordian (Madagascar). The selected ammonoid fauna represents a wide spectre of morphotypes. The healing pattern following the injuries of ammonoids have been subject to observation for a long time. The most successful model of a classification of these phenomena dates back to HÖLDER (1956). But the model of Hölder lacks a clearly defined framework for setting up a new forma aegra. For that reason many overlapping, confuse and useless forma types have been introduced. These investigation suggests a stringent principle of classification and calls for a comprehensive classification according to these principle. Following these premise, the current inventory of forma types is discussed. It is proposed to give up the terms forma seccata (HÖLDER 1956), forma refecta (REIN 1994a), forma undaticarinata-undaticoncha (HENGSBACH 1996) and forma mordata (HENGSBACH 1996). The forma-types forma augata n.f. and forma umbilicata n.f. are newly defined. Durophagous fishes (mainly Lepidotes, Dapedium and Mesturus), crustaceans (mainly Eryma and Mecochirus) and coleoids are found to be responsible for the sublethal shell breakages. Eryonid crustaceans (Coleia, Proeryon, Eryori) are most probably responsible of the healed damages of the mantle epithelia of the peristome (forma verticata, Hölder 1956). In almost all cases it is impossible to detect distinct predators by individual injuries. The character and shape of the shell breakage is defined mainly by the morphology of the shell. Three traits of the ammonoid shell are sensitive against predatory attacks: The morphology of the shell, the extension of the living chamber and the sculpture. Dactylioceratids and Perisphinctids which are longidome roughly ornamented morphotypes with a strong sculpture, a low whorl expansion and a subcircular area of aperture, are best armed against durophagous agressors. Instead Harpoceratids and Hecticoceratids, which are mesodome morphotypes with a smooth sculpture and high whorl expansion, are less armed by their shell. The longidome Dactylioceratids and Perisphinctids where in contrast to the meso- and brevidome morphotypes able to withdraw deeply in their shell. These relatively plump morphotypes tolerated an eccentric growth of the whorl (in rare cases a consequence of injury) much better than the discus-shaped Harpoceratids. Ammonoids in general tolerated a shell lost caused by a predatory attack much better than the recent Nautilus. The observed ammonoids where able to regenerate a maximal shell loss of 10-20 %. In the recent Nautilus a shell loss of more than 4 % is lethal. Under the assumption of a nearly neutral buoyant habit in life that gives evidence of a much higher efficiency of the buoyancy apparatus of the ammonoids. The traits supposed to be functional are shown to be real aptations by the frequency of multiple injuries. Multiple injuries are a good proxy of the vulnerability of the observed ammonoids. Instead the frequency of all healed injuries don’t correlate with the vulnerability but seems to be controlled mainly by the probability of a contact with a predator These factor is otherwise controlled by the habit of the ammonoids.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Magnetic field strength and magnetic susceptibility were logged with the geological high-resolution magnetic tool (GHMT) at three of the holes drilled during Ocean Drilling Program Leg 178 to the west of the Antarctic Peninsula. Polarity stratigraphies derived from the GHMT logs bear close resemblance to the polarities determined from core paleomagnetism at two of the holes and were used for magnetostratigraphic dating, especially in intervals where no core was recovered. Polarity is determined in the following way. First, the susceptibility log is used to determine the induced magnetization of the sediment. Then the background field, the field of the metal drill pipe, and the field anomaly of the sediment's induced magnetization are removed from the measured total field to leave the downhole anomaly of the sediment's remanent magnetization. The sign (positive or negative) of this anomaly gave a good polarity stratigraphy for Holes 1095B and 1096C, which are located in sediment drifts. A further step, correlation analysis, is based on the fact that in an interval of normal polarity sediment the remanent anomaly will correlate with the induced anomaly, whereas in reversed polarity sediment they will anticorrelate. The magnetite-rich, fine-grained sediments found in the two holes drilled into the sediment drift have a ratio of remanent to induced magnetization (the Koenigsberger ratio) of ~1. In contrast, the coarser-grained diamict sediments on the shelf have a Koenigsberger ratio of ~0.2, and extracting the remanent part of the downhole anomaly is much more difficult. By the comparison of core and log results, we can assess the viability of the GHMT polarities in detail, what proportion of the overprint in the cores is imparted by the coring process, and whether any paleointensity information is extractable from the GHMT logs.

Description: During Ocean Drilling Program (ODP) Leg 178, eight holes were drilled at three sites (1095, 1096, and 1101) on the continental rise along the western Antarctic Peninsula. The rise sediments proved to be good paleomagnetic recorders and provided continuous magnetostratigraphic records at all three sites. Biosiliceous microfossils, particularly diatoms and radiolarians, were present in the upper Miocene through lower Pliocene sections. In the upper Pliocene to Pleistocene sections, biosiliceous microfossils were rare but calcareous nannofossils and foraminifers were present. This paper summarizes the biostratigraphy and magnetostratigraphy of Leg 178 continental rise sites and is the first attempt at direct calibration of Antarctic biostratigraphic events to the geomagnetic polarity timescale in the Pacific sector of the Southern Ocean.

Description: Synthetic seismograms provide a crucial link between lithologic variations within a drill hole and reflectors on seismic profiles crossing the site. In essence, they provide a ground-truth for the interpretation of seismic data. Using a combination of core and logging data, we created synthetic seismograms for Ocean Drilling Program Sites 1165 and 1166, drilled during Leg 188, and Site 742, drilled during Leg 119, all in Prydz Bay, Antarctica. Results from Site 1165 suggest that coring penetrated a target reflector initially thought to represent the onset of drift sedimentation, but the lithologic change across the boundary does not show a change from predrift to drift sediments. The origin of a shallow reflector packet in the seismic line across Site 1166 and a line connecting Sites 1166 and 742 was resolved into its constituent sources, as this reflector occurs in a region of large-scale, narrowly spaced impedance changes. Furthermore, Site 1166 was situated in a fluvio-deltaic system with widely variable geology, and bed thickness changes were estimated between the site and both seismic lines.

Description: Ten ODP sites drilled in a depth transect (2164-4775 m water depth) during Leg 172 recovered high-deposition rate (〉20 cm/kyr) sedimentary sections from sediment drifts in the western North Atlantic. For each site an age model covering the past 0.8-0.9 Ma has been developed. The time scales have a resolution of 10-20 kyr and are derived by tuning variations of estimated carbonate content to the orbital parameters precession and obliquity. Based on the similarity in the signature of proxy records and the spectral character of the time series, the sites are divided into two groups: precession cycles are better developed in carbonate records from a group of shallow sites (2164-2975 m water depth, Sites 1055-1058) while the deeper sites (2995-4775 m water depth, Sites 1060-1063) are characterized by higher spectral density in the obliquity band. The resulting time scales show excellent coherence with other dated carbonate and isotope records from low latitudes. Besides the typical Milankovitch cyclicity significant variance of the resulting carbonate time series is concentrated at millennial-scale changes with periods of about 12, 6, 4, 2.5, and 1.5 kyr. Comparisons of carbonate records from the Blake Bahama Outer Ridge and the Bermuda Rise reveal a remarkable similarity in the time and frequency domain indicating a basin-wide uniform sedimentation pattern during the last 0.9 Ma.

Description: Detailed biostratigraphy in Site 1006 based on planktonic foraminifers and nannofossils shows large-scale sedimentation rate variability in the Florida Strait west of the Great Bahama Bank. A 'floating' cyclostratigraphy based mainly on resistivity logs and magnetic susceptibility data has been fixed to the biostratigraphy in the absence of magnetostratigraphy. The strongest orbital cycle present is the precessional beat, which is present in the borehole logs throughout the record. Counting the cycles resulted in an accurate time scale and thus a sedimentation rate time series. Spectral analysis of the sedimentation rate time series shows that the short-term cycle of eccentricity (~125 k.y.) and the long term cycle of eccentricity (~400 k.y.) are pervasive throughout the Miocene record, together with the long-term ~2-m.y. eccentricity cycle. The Great Bahama Bank produced pulses of shallow carbonate input once every precessional (sea level) cycle during the Miocene and perhaps two pulses per cycle in the early Pliocene. The amount of sediment exported in these pulses appears to be controlled by eccentricity modulation of the precessional amplitude and therefore the amplitude of the sea-level rise. Finally, an increase in sedimentation rate just after the Miocene/Pliocene boundary is attributed to a change in the location and strength of sediment drift currents in the Florida Strait due to reorganization of the currents following the closure of the Panama Isthmus.

Description: Diese Arbeit beruht auf der Nachbebenserie des Antofagasta-Bebens vom 30.07.1995. Die Nachbebenserie wurde während des CINCA ’95 Projektes in einer Zusammenarbeit zwischen den Instituten der Freien Universität Berlin und des GFZ Potsdam, im Rahmen des Sonderforschungsbereich 267, der BGR (Hannover), und des GEOMAR (Kiel) gemessen. Dazu wurde ein Netzwerk aus 50 Stationen on- und offshore im Zeitraum zwischen dem 10.08.1995 und dem 11.10.1995 betrieben. Das Netzwerk überdeckte insgesamt 310 km (22°10'S - 25°S) in Nord-Süd und 185 km (71°10'W - 69°20'W) in Ost- West-Richtung. Aus den gepickten P-und S-Einsätzen der Beben wurde mit dem Programm simulpsl2 ein 3D Geschwindigkeitsmodell berechnet. Das Modell zeigt Strukturen, die bereits früher mit aktiver Seismik gemessen wurden. So konnte entlang der Küste eine Hochgeschwindigkeitszone (vP ≈ 7.0 km/s) in 20 km, und eine Niedriggeschwindigkeitszone (vP ≈ 6.25 km/s) in 30 km Tiefe gemessen werden. Die Hochgeschwindigkeitszone wird als jurassische Unterkruste, die postjurassisch gehoben wurde, interpretiert. Im unteren Bereich kann die Hochgeschwindigkeitszone auch aus teilserpentinisierten jurassischen Mantelgestein bestehen. Als Interpretation für die Niedriggeschwindigkeitszone wird hydraulic fracturing favorisiert. Die Niedriggeschwindigkeitszone ist nicht durchgehend vorhanden. Bei 24°S befindet sich stattdessen ein Block hoher Geschwindigkeiten, der im oberen Bereich mit der Hochgeschwindigkeitszone verbunden ist. Der ozeanische Mantel konnte zwar in den Inversionen modelliert werden, jedoch war hier die Durchstrahlung nicht hinreichend, um genauere Angaben über seine Geschwindigkeit, oder seine Oberkante zu erhalten. Auch die oberen Bereiche der kontinentalen Kruste konnten nur unzureichend aufgelöst werden, da sich die Strahlen hier kaum kreuzten. Zusammen mit dem vP-Geschwindigkeitsmodell wurde auch das vP/vS- Verhältnis berechnet. Dabei konnte die Hochgeschwindigkeitszone mit einem vP/vS- Verhältnis von 1.76 - 1.81 korreliert werden. Die Niedriggeschwindigkeitszone kann mit einem vP/vS- Verhältnis von 1.67 - 1.76 korreliert werden. Mit dem 3D-Modell konnten fast alle Beben mit einer besseren Tiefengenauigkeit als 1 km lokalisiert werden. Der Hauptteil der Beben befindet sich in einem schmalen Bereich zwischen kontinentaler und ozeanischer Platte. Jedoch wurden auch einige krustale Beben detektiert. Desweiteren konnten einige Beben im ozeanischen Mantel gemessen werden. Die Bereiche, in denen das Modell gut bzw. schlecht bestimmt ist, wurden durch einen Vergleich verschiedener Modelle klassifiziert. Bei dieser Methode wurden Modelle mit verschiedenen Knotenebenen berechnet. Bereiche, in denen sich diese Modelle stark unterschieden, wurden über die Geometrische Spreizung als „schlecht aufgelöst“ klassifiziert. Weiterhin wurde die Wirkung verrauschter Daten auf die Inversion betrachtet, um den Einfluß ungenauer Picks auf das Modell zu erhalten. Zusätzlich wurden die Magnituden-Häufigkeits-Parameter für die Bebengebiete in ≈ 40 km, ≈ 100 km, sowie ≈ 200 km aus Daten verschiedener Kataloge berechnet. Es zeigte sich, daß die Beben in 100 km Tiefe nicht durch einen einzigen Magnituden-Häufigkeits-Gradienten („b-Wert“) beschreibbar sind. Dazu wurde vorgeschlagen, daß sich die tektonische Spannung hier aufbaut, und bei einer Magnitude von etwa 5.6 entlädt. Für die Beben in etwa 40 km Tiefe wurde weiterhin die zeitliche Änderung der Magnituden-Häufigkeits-Parameter zwischen 1973 und 1998 untersucht. Dabei konnte zum einen ein Trend von kleinen zu großen b- Werten zwischen 1977 und 1983 festgestellt werden. Für die nachfolgenden Jahre, bis 1995, wichen die Magnituden-Häufigkeits-Kurven fast immer so stark von einer Geraden ab, daß die Parameter nicht berechnet werden konnten. Als problematisch erwies sich die Umrechnung der Parameter zwischen den Lokalmagnituden (CINCA ’95) und den Raumwellenmagnituden (PDE-Katalog). Hier reichten die Beben, die in beiden Katalogen verzeichnet sind nicht aus, um eine Regressionsgerade zu erstellen. In Anbetracht dieser Problematik wurde in der Arbeit auch eine Methode formuliert, die Magnituden mittels der Magnituden-Häufigkeits-Parameter ineinander umzurechnen.

Description: This work is based on aftershock series of the Antofagasta event (30.07.1995). The aftershocks were recorded within the project CINCA ’95, as a collaboration between the Freie Universität Berlin and the GFZ Potsdam (within the frame of the collaborative research center 267), the BGR (Hannover) and the Geomar (Kiel). The seismological part of CINCA ’95 was performed with a network of 50 stations (on- and offshore) 10.08.95 and 11.10.95. The itself network covered an area of 310 km (22°10'S – 25°S) by 185 km (71°10'W – 69°20'W). A 3D velocity model has been obtained with the use of the program simulpsl2 from the P- and S-onsets of the events. Several structures which were known from previous active seismic experiments were resolved by the 3D model: a high velocity zone (vP ≈ 7.0 km/s) at a depth of 20 km and a low velocity zone ( vP ≈ 6.25 km/s) at a depth of 30 km. Generally, the high velocity zone is corellated to a vP/vS-ratio of 1.76 - 1.81, whereas he low velocity zone is corellated to a vP/vS-ratio of 1.67 - 1.76. The high velocity zone was explained as jurassic lower crust which was elevated in post Jurassic times. In its lower parts the high velocity zone possibly consists of former mantle material which was partly serpentinized. The low velocity zone was interpreted as material which is modified by upwelling fluids (hydraulic fracturing). In the southern part of the model (24°S) the low velocity zone is absent. In this region a block of high velocities was found which is connected to the high velocity zone. The oceanic mantle was computed within the 2D inversion step. However, the ray density was not adequate to gain sufficient information from the 3D inversion about the seismic velocity or the upper edge of the oceanic mantle. The upper regions of the continental crust were not sufficiently resolved as well. The majority of earthquakes was localized with a precision higher than 1 km. Most earthquakes were found in a small region between the continental and the oceanic plate. However, several crustal events were detected in the continental plate. Moreover, several events were detected within the oceanic mantle. A comparison of models obtained from different inversions was used to classify the quality of the regions of the model. This method included the computation of models with varying grids. Regions where the seismic velocities varied strongly with respect to the different models were classified as “low resolved“. From this classification a threshold value of the geometrical spread was determined. The influence of inexact picks on the model was investigated by inversions with noisy data. Additionally, the magnitude - frequency parameters were computed for earthquakes at ≈ 40 km, ~ 100 km and ≈ 200 km depth. As a single straight line is not adequate to describe the magnitude - frequency distribution in ≈ 100 km depth, it was proposed that the tectonic stress in this region rarely exceeds values which generate earthquakes with a magnitude of roughly 5.6. For the region of ≈ 40 km depth the temporal (1973 to 1998) variation of the magnitude - frequency parameters was investigated. It was found that the b-values increase between 1977 and 1983. In subsequent times the magnitude - frequency distribution can not be described by a straight line. The large quantity of events which were recorded within CINCA ’95 lead to accurate magnitude - frequency parameters. However, only a few events were listed in both, the PDE and the CINCA catalogue. Thus, the local - magnitudes (CINCA) could not be transformed sufficiently to body wave magnitudes by the use of regression. A formula was derived which transforms the magnitudes if all events belong to the same set of magnitude frequency parameters.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Mit dem Ziel, die geodynamischen Modelle durch die Ermittlung der Dichteverteilung im tieferen Untergrund zu überprüfen und schließlich ein optimales Modell in Bezug auf die Herkunft der sächsischen Granulite vorzustellen, wird das Schwerefeld im Bereich Sachsens mit folgenden gravimetrischen Methoden analysiert und modelliert: • Numerische Analyse des Schwerefeldes mit Hilfe von Tiefenabschätzungen, Horizontalabieitungen der Schwere, Euler-Dekonvolution, Wellenlängenfilterungen sowie • zwei- und dreidimensionale Dichtemodellierungen. Die eingesetzten Verfahren zur Dichtemodellierung zeigen, daß direkte Verfahren zur Analyse des Schwerefeldes bei den komplizierten geologischen Strukturen den indirekten Auswerteverfahren mittels Dichtemodellierung unterlegen sind. Sie geben aber wichtige Hinweise für die dreidimensionale geometrische Modellierung. Die Resultate aus den unterschiedlichen numerischen Analyse des Schwerefeldes lassen folgende Interpretation zu. Die Erkenntnisse sind Grundlage für die gravimetrischen Vorwärtsmodellierung. • Das Schwerehoch im Bereich der Lausitzer Antiklinalzone wird von zwei Störkörpem verursacht. Ein Störkörper, der eine geringere Tiefe (ca. 2-4 km) hat, verursacht hauptsächlich das Schwerehoch im NW-Gebiet der Antiklinalzone. Ein anderer Störkörper, der von der Unterkruste bis zu einer Tiefe von ca. 8 km eingedrungen ist, verursacht die Hauptwirkung des Schwerehoches. Die Antiklinalzone wird durch rhenoherzynische Streichrichtungen (NW-Richtung) charakterisiert. • Die maximale Tiefe des Störkörpers für das Schwereminimum im Erzgebirge liegt zwischen 2 km und 10 km in der Oberkruste. • Im Bereich der NW-Grenze des Sächsischen Granulitgebirge zeigen sich die für das Moldanubikum typischen Streichrichtungen (SO-Richtung). • Durch Wellenlängen-Filterungen wurde die Wirkung der basischen Vulkanite im Eger-Rift separiert. Es wird gezeigt, daß diese Vulkanite von der Unterkruste bis in oberflächenahe Bereiche intrudiert sind. • Im Zwischengebirge und im SW-Gebiet des Eibenstock-Granitgebietes befindet sich Unterkrustmaterial in einer maximalen Tiefe von ca. 8 km. • Das Schwerehoch in der MGM wird von einem Störkörper verursacht, dessen maximale Tiefe auf ca. 6 km geschätzt wird. Die Verbindung und Interpretation aller verfügbaren Randbedingungen aus der Reflexions-, Refraktionsseismik, den geophysikalischen Untersuchungen und den magnetotelluri sehen Messungen sowie dem geothermischen Modell führt zum komplexen dreidimensionalen Dichtemodell Sachsens. Das Modell erfaßt die aus der Analyse abgeleiteten Störmassen in der Oberkruste durch die Verwendung der zur Verfügung stehenden Bouguer-Anomalie (Conrad, 1996) und berücksichtigt markante Strukturen, die aus den reflexionsseismischen Untersuchungen abgeleitet wurden. Zusammen mit den Informationen aus der oberflächenahen Geologie konnten alle wesentlichen, bekannten Strukturen zwischen der topographischen Oberfläche und der Moho in die Modellierung integriert werden. Die Ergebnisse der 3D-Modellierung lassen sich wie folgt zusammenfassen: • Das Sächsische Granulitgebirge (SGG) stellt die aus Pyroxen-Granuliten bestehende domartige Struktur dar, die, entsprechend der geothermischen Interpretation, mit der in 15 km Tiefe liegenden Schicht im Erzgebirge in Verbindung gebracht werden kann. Die vom SGG bis zum Erzgebirge durchgehende Granulit-Schicht zeigt, daß das SGG aus der SW-Gebiet (aus dem Tepla-Barrandium) transportiert sein könnte. • Die Oberkruste im Bereich des Erzgebirges ist charakterisiert durch eine Gneis-Schicht mit einer Mächtigkeit von 15 km, worin die Granite intrudiert wurden. Die durchschnittliche Mächtigkeit der Granite beträgt 5 km. • Nach dem Vergleich mit dem MT- Widerstandsmodell wurde eine zweigeteilte Unterkruste angenommen. Ein Teil wurde vom Rhenoherzynikum transportiert und taucht im Sächsischen Granulitgebirge ab. Die andere Unterkruste wurde vom Tepla-Barrandium her eingelagert und auf das Zwischengebirge aufgeschoben. Zur Berechnung der Schwerewirkungen der einzelnen Modellkörper wird eine Methode des “gravity striping” in dieser Arbeit verwendet. Das Ergebnis dieser Methode zeigt, daß die ins Erzgebirge intrudierten Granite das Schwereminimum im Erzgebirge verursachen. Der gemessene Schwerelauf wird durch die gemeinsame Schwerewirkung der Granite und der Pyroxen-Granulite in der Oberkruste erklärt. Die gravimetrischen Überprüfungen über alternative Modelle sprechen gegen ein tektonisches Aufdringen der Granulite aus großen Tiefen (Diapir-Uplift) und gegen die Herkunft der Granulite aus dem Rhenoherzynikum. Die Untersuchungsergebnisse dieser Arbeit erhärten das “Zahnpasta-Modell” (Granulitkomplex aus dem Tepla-Barrandium). Entsprechende Modellexperimente, unter zugrundelegen einer entsprechenden Geometrie, ergaben eine gute Modell-Schwere-Anpassung an das beobachtete Feld.

Description: I analyse the gravity field in the region of Saxony with the aim of testing geodynamic models by determining the density distribution at deeper levels and presenting an optimal model relating to the origin of saxonian granulites. The data are are modelled with the following gravimetric methods: • Numerical analysis of the gravity field with the help of depth estimations, horizontal gradient of gravity field, Euler-Deconvolution, wavelength filtering, and • two- and three-dimensional density modelling The process of density modelling which was used shows that direct methods of numerical analysis (e.g. wavelength filtering) are not successful in resolving the complex geological structures, in contrast to indirect density modelling. But the results of direct methods do provide important information for three-dimensional geometrical modelling. The results of the different numerical analyses of the gravity field can be interpreted in different ways. This knowledge is the basis for density modelling. • The gravity high in the area of the Lausatian anticlinal zone is caused by two dense bodies. One body, at a shallow depth (approx. 2-4 km) is the main cause of the gravity high in the NW area of the anticlinal zone. Another body, which has penetrated from the lower crust to a depth of approx. 8 km, is the major contributor to the gravity high. The anticlinal zone is characterised by rhenohercynian gradient-directions (in a NW direction). • The maximum depth of the density body for the gravity low in the Erzgebirge lies at between 2 km and 10 km, in the upper crust. • In the area of the NW edge the Saxonian Granulitgebirge, gradient-directions (in a SE direction) are evident, which are typical for the Moldanubian. • The effect of the basic vulcanites in the Eger Rift is separated by wavelength filtering. It is demonstrated that these vulcanites have intruded from the lower crust into surface areas. • In the Zwischengebirge and in the SW region of the Eibenstock-Grannitgebiet, lower crustal material is present to a depth of approx. 8 km. • The gravity high in the Munchberg Gneiss Massif (MGM) is caused by a body, with an estimated maximum depth of approx. 6 km. The combination and logical interpretation of all available constraints from reflectionseismics, refractionseismics, geological investigations and magnetotelluric research as well as a geothermal model yields a complex three-dimensional density model for Saxony. The model includes the bodies in the upper crust derived from analysis using the available Bouguer Anomaly (Conrad, 1996) and takes into account distinctive structures derived from reflectionseismological investigations. Together with information from the geology near the surface all important known structures between the topographic surface and the moho could be integrated into the model. The results of the 3D-modelling can be summarised as follows: • The Saxonian Granulitgebirge (SGG) is a dome-like structure consisting of pyroxene granulites which, consistent with geothermal interpretation, can be connected with the layer in the Erzgebirge which is at a depth of 15 km. The granulite layer, stretching from the SGG to the Erzgebirge shows that the SGG could have been transported from the SW region (the Tepla-Barrandium). • The upper crust in the Erzgebirge region is characterised by a gneiss layer with a thickness of about 15 km in which the granites were intruded. The average thickness of the granites is 5 km. • After comparison with the MT-model, an lower crust divided into two parts was assumed. One part was transported by the Rhenohercynian and disappears in the Saxonian Granulitgebirge. The other lower crust was originated from the Tepla-Barrandian and propelled to the Zwischengebirge. To calculate the gravity effects of individual modelbodies, I used a method of gravity stripping. This method shows that the granites which intruded into the Erzgebirge are causing the gravity minimum in the Erzgebirge. The observed gravity is explained by the combined gravity effect of the granites and the pyroxene granulites in the upper crust. Gravimetric testing of other models contradicts a tectonic uplift of the granulites from great depth (Diapir Uplift) and granulites originating from the Rhenohercynian. The results of this investigation support the toothpaste model (granulites complex from the Tepla-Barrandium). Corresponding model experiment with a revelent geometry, resulted in a good model-gravity fitting of the observed field.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Die vorliegende Arbeit behandelt die Auswertung und Interpretation von refraktions- und weitwinkelseismischen Messungen die im Rahmen des seismischen Projekts ANCORP 1996 in Nordchile und Bolivien durchgeführt worden waren. Der Datensatz dieses Projekts, bestehend aus Steilwinkelreflexionsdaten und Refraktionsdaten ergänzt die in den vergangenen zwei Jahrzehnten gesammelten seismischen Daten. Nachdem in den vorigen Projekten onshore ausschließlich refraktionsseismische Daten gesammelt wurden, ist die ANCORP-Traverse die einzige tiefenreflexions- und refraktionsseismische Linie in den südlichen Zentralen Anden. Nach einer kurzen Einleitung wird zunächst ein Überblick über die geologische und morphostrukturelle Gliederung des Arbeitsgebietes gegeben, das sich von der chilenischen Pazifikküste bis zum Ostrand des bolivianischen Altiplanos erstreckt. Die Traverse kreuzt die morphologischen Einheiten (Küstenkordillere, Längstal, Westkordillere (der aktive vulkanische Bogen) und Altiplano) senkrecht zu ihrer Streichrichtung. Es folgt die Beschreibung der technischen Durchführung der seismischen Messungen auf der ANCORP-Traverse, die von September bis November 1996 stattfand. Im Anschluß daran wird auf die Auswertung der refraktions- und weitwinkelseismischen Daten eingegangen. Die Ersteinsätze der Steilwinkelreflexionsdaten erlaubten die tomographische Bestimmung eines Geschwindigkeitsmodells entlang der Traverse für die oberen 5 km. Dieses Geschwindigkeitsmodell gibt vor allem einen Überblick über die Lage von mächtigeren Sedimentschichten im Längstal und auf dem Altiplano, wo deutlich niedrigere P-Wellen-Geschwindigkeiten (um etwa 2 km/s) bestimmt wurden als in den Kordilleren. Die Schußsektionen des Weitwinkel-Experiemts wurden dann auf mögliche Korrelationen untersucht. Da die meisten Sektionen nicht länger als 160 km waren, waren kaum Korrelationen aus dem Bereich der unteren kontinentalen Kruste und der ozeanischen Kruste möglich. Überkritische Reflexionen von der kontinentalen Moho und der ozeanischen Moho konnten in der Sektion des Schußpunktes im Pazifischen Ozean korreliert werden. Die übrigen Schüsse ergänzten die bereits aus früheren Kampagnen stammenden Sektionen entlang der Traverse und senkrecht zu ihr. Basierend auf Laufzeitmodellierungen der in den Sektionen korrelierten Phasen und unter Berücksichtigung der Ergebnisse der dem ANCORP Experiment vorangehenden Messungen wird ein Geschwindigkeitsmodell für die Traverse entlang des 21. südlichen Breitengrades vorgestellt. Perturbationsrechnungen wurden durchgeführt, um den Fehlerbalken für die P- Wellen Geschwindigkeiten und Tiefenlagen von Reflektoren zu bestimmen. Um die gewonnenen Ergebnisse strukturell zu interpretieren, werden weitere Informationen aus geophysikalischen Untersuchungen benötigt, über die in den folgenden Kapiteln ein Überblick gegeben wird. Die Datensätze aus Reflexionsseismik, Gravimetrie und Magnetotellurik werden dann zusammengefaßt zu einem Strukturmodell bestehend aus der kontinentalen Kruste, aufgeteilt in eine geophysikalische Oberkruste und der durch verschiedene Prozesse verdickten Kruste, einem asthenosphärischen Mantelkeil und der subduzierten ozeanischen Kruste. Die Synthese der Ergebnisse der geophysikalischen Untersuchungen entlang der Traverse bezüglich der extremen Verdickung der kontinentalen Kruste ist, daß diese im Forearc durch Underplating und Hydratisierung von Mantelmaterial erfolgt ist, im Arc und westlichen Backarc durch pure shear Deformation und im östlichen Backarc durch simple shear Deformation.

Description: In this thesis the refraction and wide-angle seismic data of the seismic project ANCORP 1996, measured in Northern Chile and Bolivia, are evaluated and interpreted. The data set of this project, consisting of near- vertical incidence and wide-angle seismic data, completes the data collected during the past two decades. Earlier projects having measured only refraction seismic data onshore, the ANCORP transsect is the only deep reflexion and refraction seismic line in the Southern Central Andes. After a short introduction, an overview of the geological and morphstructural setting of the working area is given. The area is reaching from the Chilean Pacific Coast through the eastern margin of the Bolivian Altiplano. The transsect crosses the morphstructural units (Coastal Cordillera, Longitudinal Valley, Precordillera, Western Cordillera (magmatic arc) and Altiplano) orthogonally to their strike. After that a description of technical aspects of the seismic measurements on the ANCORP transsect is given. Then the evaluation of the refraction- and wide-angle data will be described. The first break traveltimes of the CMP-measurements made possible the tomographic determination of the P-wave velocity distribution along the transsect for the uppermost 5 km. This velocity model mainly represents the varying sediment layer thickness in the Longitudinal Valley and on the Altiplano where significantly lower P-wave velocities were found than in the cordilleras (2 km/s lower). The shot-sections of the wide-angle seismic experiment were examined for possible correlations. As most of the sections were not longer than 160 km, only few correlations from the deeper continental crust and the oceanic crust could be made. Over-critical reflections from the continental Moho and the oceanic Moho could be correlated in the section of the shotpoint in the Pacific Ocean. The remaining shots complete the sections from earlier campaigns along the transsect and orthogonally to it. Based on traveltime modeling of the phases correlated in the sections and taking into account the results of measurements before the ANCORP experiment a velocity model for the transsect along 21°S is introduced. Perturbed models were tested in order to find the error of P-wave velocity and depth of layer boundaries. For a structural interpretation of the results, further information from geophysical inverstigations is needed. An overview of the most important results of reflection seismic, gravimetric and magnetotelluric measurements is given and then, together with the results of the wide-angle seismic investigations put together into a structural model, consisting of a continental crust, divided into upper geophysical crust and crust thickened by several processes, an asthenospheric mantle wedge and the subducted oceanic crust. The most important conclusion concerning the thickening of the continental crust, derived from the geophysical investigations along the transsect is the following: In the forearc, thickening is mainly caused by magmatic underplating and hydration of the continental mantle, in the arc and western backarc pure shear deformation are most important and the eastern backarc is thickened by simple shear deformation.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Die mit der Drehwaage gemessenen Ableitungen des Schwerepotentials, insbesondere der Horizontalgradient und die Krümmungsgröße, begründeten ganz wesentlich den kommerziellen Erfolg der Geophysik bei der Suche nach Kohlenwasserstoffen. Die Bedeutung der Drehwaage - und damit die Weiterentwicklung der Auswertemethodik - nahm jedoch mit der weiten Verbreitung von Gravimetern seit etwa 1950 immer mehr ab. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Frage, mit welchen Methoden die Berechnung von Schwerewerten aus Drehwaagemessungen am besten gelingt und verfolgt den Ansatz, eine Synthese aus klassischen Verfahren mit computergestützten numerischen Methoden herzustellen. Bei Lösung dieser Aufgabe dienen die Horizontalgradienten Wxz und Wyz als Eingangsparameter, während die Krümmungsgrößen Wxy und Wyy-xx keine Verwendung finden. Die verschiedenen Methoden werden dazu zunächst an einem synthetischen Modell und später mit Drehwaagedaten von BEB Erdgas und Erdöl GmbH (Hannover) getestet. Dazu sind insgesamt 39 Meßtischblätter im Gebiet Soltau bzw. Wathlingen (Norddeutschland) mit 35000 Drehwaagemessungen digitalisiert worden. Das Verfahren von Haalck liefert trotz seines simplifizierten Ansatzes eine recht gute Übereinstimmung zwischen der aus den Gradienten berechneten Schwere und der Modellschwere (etwa 0.4 x 10-5 ms-2), reagiert jedoch sehr empfindlich auf Datenfehler, die sich in ausgeprägten Verbiegungen der Isolinien der Schwere äußern. Durch nachträgliche Glättung läßt sich jedoch eine Verbesserung erzielen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Abhängigkeit des Ergebnisses von der vorher durchzuführenden Interpolation der Gradienten auf ein regelmäßiges Gitter und die methodenbedingte Mittelwertbildung zweier unabhängig voneinander berechneten Schwerefelder. Diese Nachteile lassen vermeiden, wenn die Berechnung der Schwere aus den Horizontalgradienten als Ausgleichungsproblem formuliert wird, bei dem die vorherige Interpolation der Horizontalgradienten auf ein Gitter entfallen kann und eine gewisse Filterung von Fehlern in den Daten implizit durchgeführt wird. Die hiermit erreichbaren Genauigkeiten betragen bis zu 0.1 x 10-5 ms-2 und liegen in der Größenordnung der Genauigkeit einer Schweremessung. Eine noch flexiblere Berechnungsmethode bietet die Methode der kleinsten Quadrate, bei der sowohl „Rauschen“ in den Daten als auch die gleichzeitige Berücksichtigung von Horizontalgradienten und Schwerewerten möglich wäre. Die hiermit erreichte Genauigkeit beträgt etwa 0.5 x 10-5 ms-2. Die berechneten Schwerewerte lassen einfach sich in bestehende Datensätze integrieren, um Datenlücken zu füllen bzw. die Stationsdichte zu verdichten. In einem vier Meßtischblätter umfassenden Gebiet (Salzstock Wathlingen) konnte auf diese Weise für Teilgebiete eine verbesserte, detailreichere Schwerekarte generiert werden. Eine unmittelbare Verwendung der Horizontalgradienten - ohne vorherige Umrechnung in Schwerewerte - erlaubt die Modellierung von Dichte und Geometrie eines dreidimensionalen Untergrundmodells. Das aus der Modellierung über- und untertägiger Schweremessungen entstandene Dichtemodell des Salzstocks von Wathlingen zeigt auch eine prinzipielle Übereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Horizontalgradienten. Geringfügige Abweichungen sind durch Vernachlässigung von Strukturen in Oberfiächennähe zu erklären. Deren Berücksichtigung und die damit verbundene Modellierung der Horizontalgradienten könnte jedoch eine Verbesserung des bestehenden Modells erbringen.

Description: Torsion balance measurements of derivatives of gravitational potential - especially horizontal gradient and curvature - were a significant factor in the commercial success of exploration geophysics in detecting hydrocarbons. However, with the widespread use of gravimeters since about 1950, there has been a continuous decrease in the importance of the torsion balance and hence in the improvement of methods of analysis. This study aims to establish which are the best methods of determining gravity values from torsion balance measurements. Its approach is to synthesize classical procedures with computer-based numerical methods, taking horizontal gradients Wxz and Wyz as input parameters, but not using the curvature values Wxy and Wyy - xx . The various methods were first tested in a synthetic model and again using torsion balance data supplied by BEB Erdgas and Erdöl GmbH (Hanover). A total of 39 topographical maps (1:25,000) of the Soltau and Wathlingen areas (northern Germany) were digitzed with 35,000 torsion balance measurements. Despite its simplified approach, the Haalck procedure yields a good agreement between theoretical gravity and gravity calculated from gradients (about 0.4 x 10-5 ms-2 ); however it shows a highly sensitive response to data errors, expressed in pronounced deformations of the gravity contour lines. This can be improved by subsequent smoothing. The disadvantage of this procedure is that results depend on prior interpolation of the gradients to a regular grid and taking the mean of two independently calculated gravity fields. These disadvantages may be avoided by formulating the gravity calculation from the horizontal gradients as a least squares adjustment problem, leaving out the prior interpolation of the horizontal gradients to a grid and implicitly filtering errors in the data. Accuracies of 0.1 x 10-5 ms-2 may be obtained in this way and are in the order of magnitude of gravity measurement accuracy. A more flexible method of calculation is the method of least squares collocation by which both "noise” in the data and simultaneous allowance for horizontal gradients and gravity values are possible. Here the accuracy is about 0.5 x 10-5 ms-2. The computed gravity values can be readily integrated in existing datasets in order to fill data gaps or enhance station density. In the case of an area covered by four topographical maps (the Wathlingen salt dome) this method allowed us to create an improved, more detailed gravity map for specific sub-areas. The direct use of horizontal gradients - without prior conversion into gravity values - allows the modeling of density and geometry of a three-dimensional subsurface model. The density model of the Wathlingen salt dome generated by the modeling of surface and subsurface gravity measurements also shows a basic agreement between measured and computed horizontal gradients. Slight deviations are due to the disregard of near-surface structures. However, their inclusion and the simultaneous modeling of horizontal gradients could improve the existing model.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: In den letzten Jahren hat die Technik, die bei geophysikalischen Messungen eingesetzt wird, einen enormen Entwicklungsschub genommen. Hochempfindliche und -spezialisierte Meß- und Registrierapparaturen erhöhen die Genauigkeit der aus der Erde empfangenen Signale und ermöglichen damit das Vordringen in immer tiefere Bereiche der Erdkruste. Während das technische Equipment dem Prozeß einer ständigen Weiterentwicklung unterliegt, ist die Interpretation der gewonnenen Daten jedoch zumeist noch ein manuelles Problem. Zwar bedienen sich heute die Geowissenschaften, insbesondere die datenintensiven Bereiche wie Seismik, Gravimetrie, Magnetik usw., bereits hochentwickelter Computer zur Bearbeitung und Auswertung der Meßergebnisse; um den geophysikalisch-geologischen Interpretationsprozeß jedoch in eine neue Qualität zu überführen, muß die ihm zugrundeliegende Methodik grundlegend überdacht und erweitert werden. Da die konventionelle Datenauswertung im allgemeinen symbolisches Wissen nicht verarbeiten kann, während der Interpretation jedoch zum überwiegenden Teil mit solchem gearbeitet wird, ist es unumgänglich, neben den konventionellen Verfahren auch die wissensbasierte Methodik, die diesen Mangel beheben kann, einzubinden. Die Einbindung symbolischen Wissens bedeutet eine gründliche Analyse des abzubildenden Prozesses, der ihm zugrundeliegenden Prinzipien, Faktoren und Abläufe. In der vorliegenden Arbeit, die sich mit der Abbildung der manuellen Interpretationsmethodik in einem wissensbasierten System befaßt, nimmt dieser Analyseprozeß aufgrund seiner Komplexität und enormen Wichtigkeit einen breiten Raum ein. Kapitel 2 der Arbeit befaßt sich zunächst einleitend mit der Verknüpfung von Geowissenschaften und Informatik. Es gibt einen Überblick über die wissensbasierte Methodik und ordnet den geophysikalisch-geologischen Interpretationsprozeß in die Problematik der Wissensverarbeitung ein. Das übliche Interpretationsverfahren, seine Mängel und Schwachstellen werden im dritten Kapitel kurz erläutert. Die “Abstraktion des Interpretationsprozesses” setzt sich daran anschließend mit der Arbeitsweise des interpretierenden Wissenschaftlers auseinander und definiert somit den Funktionsumfang des zu entwickelnden Systems. Die wissensbasierte Methodik ist vielfältig; um die für die Interpretation geeigneten Ansätze auswählen zu können, faßt das Kapitel in den weiteren Ausführungen die allgemein üblichen Verfahren zusammen. Aus der Fülle der Methoden im zuvorliegenden Abschnitt werden nun die für die Geo-Interpretation geeigneten Verfahren ausgewählt (Kap. 5) und zu einem Interpretationssystem kombiniert. Das Kapitel begründet die Methodenauswahl und gibt einen Überblick über die interne Arbeitsweise des Prototypen, seine Funktionalität und seine Handhabung. Während der beschriebene Modellansatz das Werkzeug zur Interpretation darstellt, setzt sich das letzte und wesentlichste Kapitel (Kap.6) mit der Wissensformalisierung für die Geo-Interpretation auseinander Es beschreibt die Vorgehensweise und die Probleme bei der Entwicklung der Wissensbasis und führt eine detaillierte Untersuchung der einzubindenden Wissensgebiete und ihrer Parameter durch. Die Methodik wird anhand eines seismischen Profilabschnittes getestet und die Ergebnisse abschließend diskutiert. Alle Bestandteile des Prototypen wurden eigenständig entwickelt und programmiert. Das in Kapitel 5 beschriebene Werkzeug ist weitestgehend allgemein gehalten, so daß es nach Austausch der Wissensbasis auch für andere Bereiche nutzbar ist.

Description: In the last years, the technique which is used for geophysical measurements has developed enormously. Highly sensitive and specialized measuring and registration equipment increases the accuracy of the signals received from the earth thereby enabling a penetration into ever deeper areas of the earth's crust. While the technical equipment is subject to the process of constant advancement, the interpretation of the data, however, is mostly still a manual problem. Today the geosciences (in particular data-intensive areas such as seismology, gravimetry, magnetics) already use highly developed computers for the handling and analysis of measurement results; however in order to better the geophysical-geological interpretation process, its underlying methodology must be fundamentally revised and extended. Since conventional data evaluation cannot process generally symbolic knowledge which is mostly used during the interpretation process, it is absolutely necessary to use knowledge-based methodology in addition to the conventional procedures to eliminate this shortcoming. The integration of symbolic knowledge means a thorough analysis of the process which is to be modelled, its underlying principles, factors, and operational sequence. In the work presented here, which discusses the transfer of manual interpretation methodology into a knowledge-based system, the process of analysis takes much room due to its complexity and enormous importance. The introductory chapter 2 of the work describes the linkage of geosciences and computer science. This section gives an overview of the knowledge-based methodology and regards the geophysical-geological interpretation process under the criteria of knowledge processing. The usual interpretation procedure, its shortcomings and weak points are described briefly in the third section. Subsequently, the section "Abstraktion des Interpretationsprozesses" examines the methodology of the interpreting scientist and defines so the function range of the system which is to be developed. Knowledge-based methodology is multi-faceted; in order to be able to select the methods suitable for the interpretation, this section further summarizes the most important knowledge-based procedures. From the abundance of methods described in the past section, the procedures suitable for the geointerpretation are selected (chapter 5) and combined to form an interpretation system. This section justifies the method of selection and gives an overview of the internal structure of the prototype, its functionality and its use. While the described basic approach represents the tool for interpretation, the last and most substantial section (chapter 6) regards knowledge formalisation for geointerpretation. This section describes the methodology and the problems during the development of the knowledge base and analyzes thoroughly the fields of knowledge which are to be integrated and their parameters. Methodology is tested with a part of a seismic profile; and finally the results are discussed. All modules of the prototype were developed and programmed by myself. The tool described in chapter 5 is as far as possible general, so that it can also be used in other areas – after the exchange of the knowledge base.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: We present new isotopic data for sedimentary planktonic foraminifera, as well as for potential water column and sedimentary sources of neodymium (Nd), which confirm that the isotopic composition of the foraminifera is the same as surface seawater and very different from deep water and sedimentary Nd. The faithfulness with which sedimentary foraminifera record the isotopic signature of surface seawater Nd is difficult to explain given their variable and high Nd/Ca ratios, ratios that are often sedimentary foraminifera, ratios that are often much higher than is plausible for direct incorporation within the calcite structure. We present further data that demonstrate a similarly large range in Nd/Ca ratios in plankton tow foraminifera, a range that may be controlled by redox conditions in the water column. Cleaning experiments reveal, in common with earlier work, that large amounts of Nd are released by cleaning with both hydrazine and diethylene triamine penta-acetic acid, but that the Nd released at each step is of surface origin. While further detailed studies are required to verify the exact location of the surface isotopic signature and the key controls on foraminiferal Nd isotope systematics, these new data place the use of planktonic foraminifera as recorders of surface water Nd isotope ratios, and thus of variations in the past supply of Nd to the oceans from the continents via weathering and erosion, on a reasonably sure footing.

Description: The 14C ages of planktonic foraminifers Globigerinoides sacculifer bracketing the Younger Dryas in a d18O record of Globigerinoides ruber from a laminated sediment core on the Pakistani continental margin suggest that surface reservoir ages in the Arabian Sea were in excess of 1000 years during the deglaciation. A least squares error fit of a detailed 14C chronology to the (atmospheric) tree ring record gave variable early Holocene reservoir ages between 780 and 1120 years, well above the prebomb value of 640 years. Mid-Holocene reservoir ages are less well constrained but were probably closer to the prebomb value. The method used to fit individual core sections to the tree ring record was designed to require only a rough a priori estimate of the time spans, which in the core presented here were taken from each section's range of 14C ages. A significant 220-year quasi-oscillation was present in the d18O record during the early Holocene but not thereafter. This frequency and amplitude pattern resembles an early Holocene 207- to 227-year oscillation previously observed in the atmospheric 14C record, which is generally interpreted as reflecting solar irradiance variability. An early Holocene climate event at 8150-8400 calendar years B.P. observed elsewhere within the Asian-East African monsoon system was again found in our record, suggesting a reduction in precipitation over NW India and Pakistan.

Description: Bedding dips in the CRP-3 drillhole were determined in three ways: (1) analysis of a dipmeter log, (2) identification of bed boundaries on borehole televiewer log images, and (3) identification of bed boundaries on digital images of the outer surfaces of oriented cores. All three methods determine both dip magnitude and downdip azimuth of bedding. Dipmeter results document variations in bedding dip throughout the logged interval (20-902 mbsf), whereas core and televiewer results are available at present only for selected depth intervals. Dipmeter data indicate that structural dip is remarkably constant, at 21° dip to azimuth 65°, throughout the Tertiary shelf section, except for the top 100 m where dips appear to be 5-10° shallower. This pattern, in conjunction with the systematically increasing dips throughout CRP-2A, suggests that the growth faulting active during CRP-2A deposition began during the final period of deposition at CRP-3. Normal faults at 260 and 539 mbsf in CRP-3 exhibit neither drag (localized dip steepening) nor significant changes in structural dip across them. Oriented core and televiewer analyses, covering a total of 200 m in the interval 400-900 mbsf, indicate bedding patterns that confirm the dipmeter results. The doleritic breccia at the base of the Tertiary section has steeper dips than overlying structural dips, possibly indicating a sedimentary dip to ENE in these fan sediments. Dip directions in the underlying Devonian Beacon sandstone are surprisingly similar to those in the overlying Tertiary section. Superimposed on the average Beacon dip of 22° to the ENE are localized tilts of up to 20°, probably caused by Tertiary fracturing and brecciation rather than original sedimentary dip variations.

Description: Bedding dips in the CRP-2A drillhole were determined in two ways (1) analysis of a dipmeter log, and (2) identification of bed boundaries on digital images of the outer core surface. The two methods document the downhole increase in structural dip, to a maximum of 15° in the lowest 150 m of the hole. Dipmeter data, which are azimuthally oriented, indicate a 75° azimuth for structural tilting, in agreement with seismic reflection profiles. Core and log dips indicate that structural dip increases by 5-7° between 325 and 480 mbsf. Both, however, also exhibit high dip inhomogeneity because of depositional (e.g., cross bedding) and post-depositional (e.g., softsediment deformation) processes. This variability adds ambiguity to the search for angular unconformities within the CRP-2A drillhole. Dip directions of different lithologies are generally similar, as are dip directions for the four kinds of systems tracts. Downdip azimuths of sands and muds are slightly different from those of diamicts, possibly reflecting the divergence between ENE offshore dip and ESE glacial advance.

Description: CRP-3 cores were not orientated with respect to North during coring operations. However, borehole televiewer (BHTV) logging did obtain azimuthally orientated images of the borehole wall, and core processing included digital imaging of the outer surface of 85% of the cores. Images of many individual core segments can be digitally joined, or stitched, by rotating them to match the shapes of their adjoining surfaces and then closing the gap. By aligning features (fractures, bedding, and clasts) on stitched-core images with correlative features on orientated BHTV images, we reorientated 231 m of core, or 25% of the cored interval. We estimate that the orientation uncertainty is ±10° for entire stitched-core intervals, and ±15° for individual features such as a single fracture or palaeomagnetic sample. Reliability of core orientations was confirmed by comparing azimuths of bedding and fractures measured directly within these reorientated cores to those measured within orientated borehole televiewer images.

Description: A uniform chronology for foraminifera-based sea surface temperature records has been established in more than 120 sediment cores obtained from the equatorial and eastern Atlantic up to the Arctic Ocean. The chronostratigraphy of the last 30,000 years is mainly based on published d18O records and 14C ages from accelerator mass spectrometry, converted into calendar-year ages. The high-precision age control provides the database necessary for the uniform reconstruction of the climate interval of the Last Glacial Maximum within the GLAMAP-2000 project.

Description: Sediments and rocks recovered in CRP-2/2A coring operations contain relatively little organic matter (average TOC=0.28%) and very small amounts of solvent-soluble organic matter. Because Early Oligocene sediment included significant amounts of coal detritus, TOC values are higher in Early Oligocene rocks than in younger rocks. TOC values are highest in the fine-grained rocks deposited as part of the highstand systems tract (HST) and TOC values decrease from the bottom to the top of the HST. The TOC:TN ratios observed in the CRP-2/2A core typically exceed 10, and are strong evidence that the preserved organic matter comprises a mixture of detrital coal and aquatic organic matter. Solvent-soluble organic matter comprises autochthonous bitumen derived from aquatic organic matter, allochthonous bitumen derived from deeper sedimentary rocks, and recycled bitumen derived from coal detritus.

Description: Holocene climate variability is investigated in the North Pacific and North Atlantic realms, using alkenone-derived sea-surface temperature (SST) records as well as a millennial scale simulation with a coupled atmosphere-ocean general circulation model (AOGCM). The alkenone SST data indicate a temperature increase over almost the entire North Pacific from 7 cal kyr BP to the present. A dipole pattern with a continuous cooling in the northeastern Atlantic and a warming in the eastern Mediterranean Sea and the northern Red Sea is detected in the North Atlantic realm. Similarly, SST variations are opposite in sign between the northeastern Pacific and the northeastern Atlantic. A 2300 year long AOGCM climate simulation reveals a similar SST seesaw between the northeastern Pacific and the northeastern Atlantic on centennial time scales. Our analysis of the alkenone SST data and the model results suggests fundamental inter-oceanic teleconnections during the Holocene.

Description: Sediments and rocks recovered in CRP-3 coring operations contain minute amounts of organic matter (average 0.3% TOC). TOC contents and C:N ratios are zoned systematically: those rocks encountered at depths greater than 330 meters below sea floor (mbsf) contain less organic matter and have higher TOC:N ratios (after correcting for inorganic N) than do shallower rocks. The only two samples that have TOC values greater than 1% also contain abundant granule to silt-sized particles of coal. The total sulphur contents of these rocks is very low and indicates either that only small amounts of deposited organic matter were labile, or that no source of reactive iron was present during diagenesis.