ALBERT

Description: research

Description: Zur Unterstützung einer lithostratigraphischen Neugliederung der Rotliegend- Sedimente der Saar-Nahe-Senke wurden im Donnersberg-Raum zwei Bohrungen niedergebracht. Durch diese konnten Aufbau und Mächtigkeiten mehrerer lithostratigraphisch wichtiger Einheiten aus dem mittleren Teil der Nahe-Gruppe erfaßt werden.

Description: Abstract: Two 300 and 392 m deep holes where drilled to gain detailed Information on the Rotliegend-stratigraphy in the Donnersberg-area, which is part of the Permocarboniferous Saar-Nahe-Basin (SW-Germany). The results lead to a better knowledge of lithostratigraphic important units from the upper part of the Rotliegend (the Nahe-Group).

Description: research

Description: Vertical phytoplankton distribution, temperol fluctuations and sedimentation rates were studied in the central Baltic Sea during the "Baltic Sea Patchiness Experiment 1986" (PEX'86). Vertical particle flux was measured with free sediment traps deployed at 30 and 60m depth for ten April/May 1986 within the PEX grid (20 x 40 nautical drifting days in miles). In the vicinity of one drifting trap water samples were collected in 10-12 depths down to 70m and vertical profiles of temperature, salinity, beam attenuation and light intensity were measured at three hour intervals. Water samples were analyzed for Chl.a, POC and PON content, dry weight and nutrients. Particulate parameters including the activity of 137 Cs were measured in trap samples. Suspended and sedimented particulates were counted under an inverted microscope. Precision and accuracy of the microscopical counts are discussed and confidence limits are calculated for different spec1es and applied counting schemes. Errors in all cases were smaller than the observed in situ variability. A general description of spring blooms in the central Baltic is given and the particular situation of spring 1986 is summarized. Within the station grid of PEX'86 an anticyclonic eddy was observed in which this study was conducted. Here the phytoplankton had reached peak concentrations and mass sedimentation of diatoms was about to start. The bloom was dominated by Thalassiosira levanderi and Chaetoceros spp. (lOµm size). Achnantes taeniata, Mesodinium rubrum, Gonyaulax catenata and an autotrophic Gymnodinium species (26-30µm) were also abundant. Horizontal patchiness and advection caused greater variability in the distribution of phytoplankton biomass blooms as well as temperature and attenuation during the first days than during the latter half of the investigation period. In four different areas within the PEX grid different developed independently. On still smaller time and space scales, the phytoplankton species composition also changed. The degree of patchiness was different for different species. General concepts explaining vertical distribution patterns of phytoplankton by physical and biological mechanisms are discussed. The species-specific distribution of selected diatoms, dinoflagellates and of the funktionally autotrophic ciliate M.rubrum are described. None of the species were homogeneously distributed although no vertical density stratification was observed. Whereas the diatoms and M.rubrum were present within the whole trophogenic layer, the dinoflagellates were only found in the upper 30m. The vertical distribution was different for concentrations were encountered each at species and different maximum depths respectively. Mechanisms affecting species-specific distribution of mobile and non-mobile phytoplankters in isopycnal layers are discussed in light of the particular situation of this study. Diurnal vertical migration is shown for two dinoflagellates and the phytociliate and triggering factors are discussed. All three species migrated upwards during the day and downwards at night. In its detail, however, the migratory behaviour differed between species and also within single populations. Different strategies of adaptation of phytoplankton to changing environmental conditions are suggested: Wheras diatoms adapt to fluctuations of the light climate by physiological adaptations, mobile organisms have the possibility to stay in an isolume layer. The significance of turbulence, of chainformation and of resting stages in the life cycles of phytoplankton is also evaluated. Trap deployments reveiled that only T.levanderi and Chaetoceros spp. sedimented. Their daily relative sedimentation rates (losses as % of standing stocks) increased over time and were species-specific (for T.levanderi max. 50%). Since part of the T.levanderi population was actively dividing (20% of the standing stock was found as paired cells) their suspended concentration decreased slower than that of Chaetoceros spp., although the daily sedimentation of the latter species was only about 30% of the standing stock. T.levanderi occured in chains in the water column but only single cells were found in sedimented material and paired cells were never found in the trap samples. Chaetoceros spores were rare in the water column and only sporadically collected by the sediment traps. The relative sedimentation rate of all other species was less than 5% per day. The settling velocity of the cells was estimated in different independent ways to be about 40-60m/d. This high sinking speed was attributed to aggregate formation. The results indicate that aggregate formation is not only species-specific but also differs between life-stages within one species. Variability of sedimentation rates on a timescale of hours was high, suggesting a diurnal pattern. Sedimentation did not change the vertical distribution patterns, indicating that cells were sinking with similar rates from all depths. The advantages of a Lagrangian sampling strategy (time series measurements 1n the vicinity of a free drifting buoy) for investigating phytoplankton development in time are evaluated and compared to a sampling at a moored station (Eulerian approach). In an environment that exhibits an intense patchiness even at spatial scales of lOOm, as encountered in this study, the influence of advection and patchiness on a time-series with a resolution of hours to days can not be neglected even if the Lagrangian approach is followed. Furthermore, in this study the variability of var1ous parameters measured in an Eulerian mode was not generally higher than that following the Lagrangian one, as one would have expected.

Description: Eine effektive Methode für die Interpretation verschiedener geophysikalischer Daten ist die kombinierte Auswertung der unterschiedlichen Messungen. Eine wichtige Grundlage für die kombinierte Auswertung seismischer und gravimetrischer Daten sind empirische Korrelationsbeziehungen zwischen der seismischen Geschwindigkeit und der Dichte. In Regionen mit extrem großen Krustenmächtigkeiten und hohen Temperaturen läßt sich mit bekannten Geschwindigkeit-Dichte-Relationen kein übereinstimmendes Modell aus den seismischen und gravimetrischen Daten ableiten. Auf der Basis von in der Literatur veröffentlichten Labordaten wurde das Verhalten der Dichte und der seismischen Geschwindigkeit von kristallinen Gesteinen unter dem Einfluß von Druck und Temperatur systematisch untersucht. Die Untersuchungen beinhalten auch den Temperaturbereich der partiellen Aufschmelzung der verschiedenen Gesteine. Druck und Temperatur haben einen entgegengesetzten Effekt auf die seismische Geschwindigkeit. Druckerhöhung bewirkt im allgemeinen eine Zunahme der Geschwindigkeit, Temperaturerhöhung führt zu einer Erniedrigung. Bei Erreichen der Schmelztemperatur wird eine drastische Geschwindigkeitsabnahme beobachtet, die bis über 50% betragen kann. Der Einfluß von Druck und Temperatur auf das Verhalten der Dichte ist, im Vergleich zur Geschwindigkeit, sehr viel geringer. Bei Temperaturerhöhung bis zur partiellen Aufschmelzung werden Dichteänderungen von unter 5% beobachtet. Um eine ausreichende Anzahl von Daten für die Entwicklung einer temperaturabhängigen Geschwindigkeit-Dichte-Relation zur Verfügung zu haben, wird aus den vorhandenen Labordaten das Verhalten der Geschwindigkeit unter extremen Temperaturbedingungen mit Hilfe von Modellrechnungen extrapoliert. Auf der Basis der vorhandenen chemischen Analyse wird für verschiedene Gesteine die initiale Schmelztemperatur und der Anteil der Schmelze bestimmt. In einem weiteren Schritt wird mit Hilfe eines einfachen Modellansatzes die Änderung der Geschwindigkeit bei partieller Aufschmelzung berechnet. Aus den so gewonnenen Daten wird eine temperaturabhängige Geschwindigkeit-Dichte-Relation und eine Geschwindigkeit-Dichte-Relation in Abhängigkeit des Schmelzanteils abgeleitet. Für die kombinierte Auswertung von seismischen und gravimetrischen Profildaten wurde ein Programmsystem zur Umrechnung von Raytracing-Geschwindigkeitsmodellen in Dichtemodelle geschrieben. Für die Umrechnung können verschiedene Geschwindigkeit-Dichte-Relationen benutzt werden. Das Dichtemodell kann über eingebundene Optimierungsalgorithmen an die gemessene Schwerekurve angepaßt werden. Die Anwendung der temperaturabhängigen Korrelationsbeziehungen zwischen Dichte und Geschwindigkeit wird am Beispiel von gravimetrischen und seismischen Profildaten aus dem Bereich der zentralen Anden zwischen 21° S und 24° S vorgestellt. Die Profildaten kreuzen einen Krustenbereich des Andenorogens, der von einem extremen Schwereminimum und einer großen Krustenmächtigkeit geprägt ist. Geothermische Modellrechnungen ergeben extreme Temperaturverhältnisse im Tiefenbereich der mittleren und unteren Kruste. Das refraktionsseismische Modell der andinen Kruste zeigt ausgeprägte Zonen erniedrigter Geschwindigkeit (LVZ) in der mittleren und unteren Kruste. Die niedrigen Geschwindigkeiten, verbunden mit der extremen Krustenmächtigkeit ergeben bei der Umrechnung der refraktionsseismischen Modelle in Dichtemodelle mit normalen Geschwindigkeit-Dichte-Relationen eine deutliche Überkompensation des Schwereminimums. Mit der temperaturabhängigen Geschwindigkeit-Dichte-Relation läßt sich eine gute Anpassung an die gemessene Schwerekurve erreichen. Mit dem Ergebnis der Anpassung kann der Grad der partiellen Aufschmelzung der andinen Kruste bestimmt werden. Der Anteil der partiellen Schmelze in den LVZ der Kruste im Bereich unter der Westkordillere kann, abgeleitet aus den Modellrechnungen, bis zu 20% betragen.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Zur Untersuchung der Krustenstruktur der Zentralen Anden ist in den Jahren 1982 bis 1989 ein Netz von größtenteils gegengeschossenen refraktionsseismischen Profilen vermessen worden, deren Auswertung und Interpretation Gegenstand dieser Arbeit ist. Die abgeleiteten Krustenstrukturen und -mächtigkeiten wurde durch eine tektonische Bilanzierung modelliert. Aus den drei in N-S Richtung verlaufenden Profilen in der Küstenkordillere, der Präkordillere und auf der argentinischen Puna, drei W-E Profilen von der Küste bis zur Puna (24°S), bis zur Westkordillere (22 °S) und über das gesamte Andenorogen bis zum Chaco in Bolivien (21 °S), sowie von der Kupfermine Chuquicamata ausgehenden Profilen und einer Fächerbeobachtung, wurde eine starke Variation der Kruste sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung abgeleitet. Eine deutliche Diskontinuität in 40 km Tiefe unter der Küstenkordillere wird als Moho der subduzierten ozeanischen Nazca Platte interpretiert. Sie taucht nach Osten ab und läßt sich in den refraktionsseismischen Beobachtungen bis zum chilenischen Längstal und möglicherweise bis zur Präkordillere verfolgen. Eine eindeutige Interpretation der Diskontinuitäten in 50-55 km Tiefe unter dem Längstal und in 60-70 km Tiefe unter der Präkordillere ist allerdings nicht möglich. Es kann sich hier um die ozeanische Moho oder abgeschuppte Teile davon oder um eine, möglicherweise in Bruchstücken vorhandene, kontinentale Moho handeln. Die kontinentale Kruste im Forearc zeigt im Westen eine sehr hohe Durchschnittsgeschwindigkeit von 6.6 km/s, die bis zur Präkordillere auf 6.2 km/s abfällt. Die Mächtigkeit steigt von 30 km in der Küstenkordillere auf 60-70 in der Präkordillere an. Es kann eine Unterteilung in eine durch hohe seismische Geschwindigkeiten gekennzeichnete obere und mittlere Kruste, die die mesozoische Kruste in diesem Bereich repräsentiert, und eine tiefere Kruste, überwiegend durch Zonen geringer Geschwindigkeit (LVZ) geprägt, vorgenommen werden. In der östlich angrenzenden Westkordillere, dem heutigen magmatischen Bogen, sind nur auf dem südlichen Profil deutliche Anzeichen für eine Kruste/Mantel Grenze in 60 km Tiefe vorhanden. Weiter nördlich muß von einer starken Absorption der seismischen Wellen und daraus abzuleitender geringer Durchschnittsgeschwindigkeit (6.0 km/s) bis in etwa 70 km Tiefe ausgegangen werden, ohne daß eine Moho zu erkennen ist. Im Backarc sind der Abfall der Moho von 40 km unter dem Subandin auf etwa 70 km am Ostrand des Altiplano sowie Zonen hoher Geschwindigkeit (6.8 km/s) in der Oberkruste der Ostkordillere mit darunterliegender LVZ die wichtigsten Merkmale der Krustenstruktur. Die Überschiebungsstrukturen und die heutige Krustenmächtigkeit im Backarc konnten durch eine tektonische Modellierung ("crustal balancing") mit einer Verkürzung von 320 km seit der Oberkreide und einer Ausgangskrustenmächtigkeit von 35 km modelliert werden. Die Bereiche hoher Geschwindigkeit in der Ostkordillere werden als Unterkrustenmaterial interpretiert, das nach Osten auf das Vorland überschoben wurde und damit zu einer Krustenverdopplung geführt hat. Etwa 20% des heutigen Krustenvolumens, entsprechend der tieferen Kruste im Forearc und unter dem magmatischen Bogen, kann, unter der Annahme von 320 km tektonischer Verkürzung seit der Oberkreide, nicht durch tektonische Krustenverdickung erklärt werden. Diese tiefere Kruste, die durch extreme Krustenparameter wie geringe seismische Geschwindigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit gekennzeichnet ist, muß als Mischzone von Material unterschiedlicher Herkunft angesehen werden, wobei tektonisch erodiertes Material vom Kontinental rand, serpentinisiertes Mantelmaterial sowie magmatisches Material am Aufbau dieses Krustenstockwerkes beteiligt sein können. Südlich von 21 °S ändern sich die tektonischen Strukturen und die Krustenmächtigkeit und sowohl die Verkürzungsbeträge als auch das gesamte Krustenvolumen gehen nach Süden, im Bereich der flachen Subduktion, deutlich zurück. Für den lithosphärischen Mantel muß eine Verkürzung um den gleichen Betrag wie für die Kruste vorausgesetzt werden, die einen Transport dieses Materials in tiefere Mantelzonen erforderlich macht.

Description: The object of this paper is the evaluation and interpretation of a net of mainly reversed seismic refraction profiles measured from 1982 to 1989 to investigate the crustal structure of the Central Andes. The derived crustal structure and crustal thickness was then modelled by a tectonic balancing method. A strong variation of the crustal parameters has been derived by three N-S profiles in the Coastal Cordillera, the Precordillera and the Argentine Puna, three W-E profiles from the coast to the Puna (24 °S), to the Western Cordillera (22 °S) and crossing the entire Andes up to the Bolivian Chaco (21 °S) as well as by profiles and fan recordings referring to the Chuquicamata copper mine. A clear discontinuity at 40 km depth below the Coastal Cordillera is interpreted as the Moho of the subducted oceanic Nazca plate. The plate dips to the east and can be observed by the seismic refraction data up to the Longitudinal Valley and possibly up to the Precordillera. The continental crust in the forearc has a very high average velocity of 6.6 km/s, descending to 6.2 km/s in the Precordillera. A division into a high velocity upper and middle crust, representing the mesozoic crust in this area, and a deeper crust, mainly represented by low velocity zones (LVZ), can be done. Only in the southern profile of the eastern adjacent Western Cordillera, the actual magmatic arc, a crust/mantle boundary can be observed at 60 km depth. Further north a strong absorption of the seismic waves must be assumed that leads to a low average velocity (6.0 km/s) down to 70 km depth, but a Moho is not observed. In the backarc, a dip of the Moho from 40 km below the Subandean Ranges to about 70 km at the eastern margin of the Altiplano as well as zones of high velocities (6.8 km/s) in the upper crust of the Eastern Cordillera followed by a thick LVZ are the main features of the crustal structure. The thrust structures and the actual crustal thickness in the backarc have been modelled by a crustal balancing with 320 km of shortening since the Upper Cretaceous and an initial crustal thickness of 35 km. The areas of high velocity in the Eastern Cordillera are interpreted as lower crustal material overthrusted upon the foreland and which thereby produced a crustal doubling. The deeper crust below the forearc and the magmatic arc, about 20% of the actual crustal volume, cannot be explained by the crustal shortening. This deeper crust must be seen as a mixture of material of different provenience as tectonically eroded material from the continental margin, transformed mantle material and magmatic underplated material. South of 21 °S the tectonic structures as well as the crustal thickness change in a way that the shortening values and the total crustal volume decrease strongly towards the south where the subduction angle tends to be subhorizontal. The same amount of shortening must be assumed for the mantle lithosphere which requires a transport of material into the deeper mantle.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Es wird ein 3D-Dichtemodell der Nördlichen Kalkalpen vorgestellt, das sich auf eine breite Datenbasis von Ergebnissen aus der Gravimetrie, der Reflexionsseismik, der Refraktionsseismik und von Bohrlochmessungen stützen kann. Das Modell erfaßt die oberflächennahen Störmassen durch die Verwendung der Bougueranomalie mit variablem Dichteansatz (Meurers et al., 1989) und berücksichtigt eine Moho, deren Struktur unter Verwendung einer Kombination von direkten und indirekten, gravimetrischen 3D-Verfahren auf der Basis der gravimetrischen und seismischen Ergebnisse berechnet wurde. Zusammen mit den Informationen aus der Reflexionsseismik konnten mit diesem Konzept alle wesentlichen, bekannten Strukturen zwischen der topographischen Oberfläche und der Moho in die Modellierungen integriert werden. Das vorgestellte 3D-Dichtemodell erlaubt eine • Analyse der gravimetrischen Krusten- und Mantel-Effekte, sowie eine • Analyse der Qualität der Bougueranomalie mit variablem Dichteansatz. Voruntersuchungen, die Erstellung der nötigen Hilfsmittel zur Berechnung des 3D-Modells und dessen Diskussion brachten die folgenden Resultate: • Eine Zusammenstellung der im Untersuchungsgebiet vorkommenden Gesteinsdichten, basierend auf Handstücken, Dicht elogs und Ergebnissen der seismischer Teufenwandlung und der statistisch behandelten Geschwindigkeit slogs, wird vorgelegt. • Die 2D-Modellrechnungen im Vorland zeigen, daß Dreieckszonen (triangle zones) gravimetrisch nicht direkt nachweisbar sind. Auch eine altersabhängige Dichteverteilung der einzelnen Molasseeinheiten erzeugen nur sehr geringe gravimetrische Effekte. Die Bausteinschichten sind dagegen in oberflächennaher, steiler Lagerung gravimetrisch auflösbar. Sie können als ’’tektonische Indikatoren” in ein lokales 3D-Modell integriert werden. Im regionalen Rahmen sind sie wegen ihres geringen Schwereeffektes aber nicht erfaßbar. • Für die Nördlichen Kalkalpen wird die gravimetrische Auflösbarkeit geologischer Strukturen untersucht und die Aussagefähigkeit von 2D-Modellrechnungen relativiert. • Die geologischen Interpretationen auf den Profilen Grünten - Landeck und Bad Tölz - Innsbruck stehen im Einklang mit den gravimetrischen Daten. Die 2D-Modellrechnungen fordern für Schwereuntersuchungen in diesem Gebiet die Verwendung der Bougueranomalie mit variablem Dichteansatz und die Berücksichtigung der Moho. • Eine das gesamte Untersuchungsgebiet überdeckende Bougueranomalie mit variablem Dichteansatz wird vorgestellt und anhand des Residualschwerefeldes des 3D-Modells diskutiert. • Die unter Verwendung von Daten aus der Reflexionsseismik, Refraktionsseismik und Gravimetrie berechnete Moho unter den Nördlichen Kalkalpen wird vorgestellt. • Der in der Literatur oft verwendete Dichtekontrast an der Moho von 0.4 g/cm3 ist für das Untersuchungsgebiet nicht realistisch. Die Modellrechnungen führen zu einem Kontrast von 0.22 g/cm3 an der Kruste-Mantel-Grenze. • Eine Trennung der Krusten- und Mantel- Effekte im Untersuchungsgebiet ist nicht mit Wellenlängenfilterungen, sondern nur mittels 3D-Modellrechnungen möglich.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: In vielen naturwissenschaftlich-technischen Disziplinen zeigt es sich immer wieder, daß es sehr lohnend sein kann, eine schon als abgeschlossen betrachtete Fragestellung mit neuen methodischen Ansätzen wieder aufzunehmen. So bemerkt man in den technischen Anwendungen eine regelrechte Renaissance der Variationsrechnung, da die damit durchgeführten Computersimulationen helfen, einen Teil der Entwicklungskosten für z.B. Automodelle im Maßstab 1:1 einzusparen. Die topographischen Reduktionsrechnungen, welche als geradezu klassisches Gebiet der Gravimetrie gelten, werden in dieser Arbeit analog dem oben angeführten Gesichtspunkt erneut diskutiert. Dabei werden in den einleitenden Betrachtungen diejenigen Verfahren in einem sehr kurzen historischen Abriß vorgestellt, die sich durch ihre Anwendungsbreite und ausreichende Genauigkeit auszeichnen. Der entscheidende Gesichtspunkt für die erneute Entwicklung von Reduktionsverfahren sind die gerade jetzt im Entstehen begriffenen Höhendatenbanken. Die dort in geeigneter Weise abgespeicherten Daten ersparen dem Gravimetriker in Zukunft die enorm zeitaufwendige Kartendigitalisierung. Ausführlich werden in der Arbeit die beiden neuesten Rechenschemata das • Sideris-Verfahren , das die schnelle Fourier-Transformation (FFT) benutzt, und • eine Methode, die auf der Basis einer Polyeder-Approximation des Geländes arbeitet, erläutert und an synthetischen Beispielen getestet. Eine kritische Gewichtung der Arbeitsresultate hinsichtlich der Verwendung dieser Verfahren und ihrer Weiterentwicklung ergibt folgendes Bild: • Die Verwendung der FFT nach Sider is liefert zwar ein überragend schnelles Verfahren, ist aber durch seine physikalische Äquivalenz zur Massenlinienmethode für die angewandte Gravimetrie zu ungenau. • Die Polyeder -Methode ist von einer exakten Darstellung des Geländes (zumindest in unmittelbarer Stationsumgebung) abhängig und erleidet bei der Anwendung auf Datensätze mit mittleren Höhen einen Genauigkeitsverlust. Die zukünftig verfügbaren Datenbanken, die so oder ähnlich wie das mit TIN bezeichnete Abspeicherungsschema auf gebaut sind, werden für die Polyeder -Methode in idealer Weise verwendbar sein. Denn diese Höhendatenbanken verwenden nicht nur exakte Punkthöhen zur Geländebeschreibung, auch die sehr rechen zeitaufwendige Dreiecksbildung würde damit entfallen. Bis zur Verfügbarkeit solcher Datenbanken kann man aber mit dem in der Arbeit als "kombiniertes System" vorgestellten Kompromiß arbeiten: Die Schnelligkeit der FFT-Methode wird für den Stationsfernbereich ausgenutzt und die Genauigkeit der Polyeder -Methode in der Stationsnähe. Mit diesem Verfahren lassen sich Fehler von weniger als einem Milligal mit durchaus vertretbarem Aufwand erzielen. In den Anwendungen der entwickelten Methoden auf reale Gegebenheiten werden im Falle des Westharzes die oben genannten Eigenschaften bestätigt. Dabei kann man als Ergebnis der Simulation eines TIN -Höhenmodells davon ausgehen, daß die Polyeder -Methode ohne Kompromisse auch auf sehr große Datensätze anwendbar ist, wenn die Dreiecksbildung entfällt. Das Beispiel aus Zimbabwe zeigt, daß man sich mit modernen digitalen Methoden solch ein TIN-Höhenmodell selbst erstellen kann (Digitalisiertablett und angeschlossener PC). Die dann im weiteren diskutierten, modellgebundenen Anwendungen der topographischen Massenreduktionen wurden in erster Linie durch die einfache morphologische Situation des Gebietes provoziert.

Description: In most natural sciences and technology it is sometimes profitable to tackle an old problem which seems to be solved once more with new powerful tools. In finite element computer simulations one can find optimization methods which are based on a very old mathematical discipline called variational calculus. These methods can be used in the automobile industry for instance, for reducing the costs in motor car development. Analogously, in this work, the classical subject of topographic reduction calculations has been tackled with modern algorithmic techniques. Firstly a brief historical overview gives insight into topographical algorithms which are precise enough in calculating and flexible to use. Some remarks about data bases of topographic heights serve as an introduction into geographical information systems. Such systems may be of great help in future topographical work, as they eliminate the time consuming digitalization of topographic maps by hand. The topographical reduction method of Sideris using the fast fourier transform algorithm and a new developed reduction scheme based on an exact polyhedron algorithm and a triangulization of the topography are discussed in detail and tested. The calculations of synthetic topographic models gave varied results: • The method of Sideris works with an enormous speed but as it is physically equivalent to the massline method it is not precise enough for applied gravimetry. • The algorithm using polyhedral bodies needs exact topographical point heights especially in the near surroundings of the gravimetrical station. In future there will be a data base of topographical heights stored in a triangular fashion (triangulated irregular network) called a TIN data base. With TIN the topographical reduction method using the polyhedron formula will be fast enough to handle even big topographical models. As such data bases are not available at present one can use a method developed in this work which combines the positive attributes of both algorithms: The heights far away from the station are calculated with FFT while those in the immediate surroundings with the algorithm using the polyhedron formula. This combined system gives results which are better than 1 mGal and take a considerable short CPU-time. All algorithms are tested with real topographical models of the Harz mountains of West Germany and the Zambezi escarpment of Zimbabwe.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: In der vorliegenden Arbeit wird das Schwerefeld in den südlichen zentralen Anden in Hinblick auf die Vorgänge an einem aktiven, konvergenten Plattenrand untersucht. Es können wesentliche Randbedingungen für die Strukturen und den Stoffbestand der Lithosphäre abgeleitet werden. Die Grundlage dieser Interpretationen bildet die Bearbeitung der gravimetrischen Meßdaten in drei Schritten: • Erstellung einer homogenen, regionalen Datenbasis unter besonderer Berücksichtigung der Vernetzung der Schweredaten und der topographischen Reduktion • Numerische Analyse des Schwerefeldes mit Hilfe von Filterungen, isostatischen Berechnungen und Massenabschätzungen • Durchführung 2-dimensionaler und 3-dimensionaler Modellrechnungen Die wesentlichen Ergebnisse der Bearbeitung des Schwerefeldes der andinen Subduktionszone sind in der Reihenfolge von den tieferen zu den höheren Stockwerken: • Die subduzierte Nazca Platte hat einen maximalen gravimetrischen Effekt von 55 mGal. • Thermische isostatische Prozesse nach Froidevaux ir Isacks (1984) haben einen minimalen Einfluß auf das Schwerefeld. • Die Berechnung regionaler isostatischer Modelle nach Banks et al. (1977) ergibt eine Biegesteifigkeit der Kruste von 1 ∙ 1023 Nm im W-E Segment zwischen 20° S und 22° S und 5 ∙ 1022 Nm im Segment zwischen 22° S und 26° S. • Die Kruste - Mantel - Grenze zeigt entlang der Hochkordillere einen strukturierten Verlauf mit einer maximalen Tiefe von 63 km bei 67.5° W, 23° S. • In dem Gebiet zwischen 23.5° S bis 24.5° S und 68.5° W bis 69.5° W wird im Bereich der Moho eine anomale Geschwindigkeit - Dichte Beziehung registriert. • Die kombinierte Interpretation seismologischer, refraktionsseismischer, gravimetrischer und petrophysikalischer Untersuchungen deutet auf eine Mächtigkeit der kontinentalen Kruste im küstennahen Bereich von 30 - 33 km und einer zunächst mit einem sehr geringen Abtauchwinkel subduzierten ozeanischen Lithosphärenplatte hin. • Die kontinentale Unterkruste zeigt im Untersuchungsgebiet eine geringe Änderung in der Streichrichtung der Anden. • Die Ostgrenze der aus refraktionsseismischen Messungen abgeleiteten, stark aufgegliederten Unterkruste mit sehr geringen Durchschnittsgeschwindigkeiten kann mit Hilfe des Schwerefeldes kartiert werden. Ihre Übereinstimmung mit der Ostgrenze des neogenen bis holozänen Vulkanismus deutet auf einen direkten Zusammenhang zwischen dieser Unterkrustenstruktur und dem rezenten Magmatismus hin. • Die gravimetrisch geforderte Mittelkruste mit Dichten um 2.9 g/cm3 unter der Hochkordillere könnte zum überwiegenden Teil aus Gesteinen einer präandinen Unterkruste bestehen. • Die gravimetrische Modellierung der Schichten mit schon oberflächennah sehr hohen Geschwindigkeiten im Bereich Küstenkordillere und Längstal in Kombination mit Massenabschätzungen zeigt, daß nur der obere maximal 5 km mächtige Teil der modellierten Körper für die Anomalien im Residualfeld verantwortlich ist. Die tieferliegenden Massen erzeugen zusammen mit der Unterkrustenstruktur im wesentlichen den regionalen Trend im Schwerefeld. • Die bedeutendste Struktur im residualen Schwerefeld, das langgestreckte Maximum südöstlich von Calama, ist vermutlich ein relativ einheitlicher, paläozoischer Gesteinskomplex in 10 bis 20 km Tiefe. • Modellrechnungen und Massenabschätzungen im Bereich des rezenten magmatischen Bogens lassen auch aufgrund des Schwerefeldes die Anwesenheit von kleineren, partiell geschmolzenen Magmenreservoiren in der oberen Kruste möglich erscheinen. • Im andinen Vorland ist im Schwerefeld deutlich zwischen dem SANTA BARBARA SYSTEM und dem fold and thrust belt zu unterscheiden. Auf der Basis des regionalen Schwerefeldes konnten bisher unbekannte Krustenstrukturen aufgezeigt werden. Trotz der Einschränkungen, die sich aus den mangelnden oder nicht existenten Randwerten ergeben, konnte ein plausibles Strukturmodell des Untergrundes des Andenorogens erstellt werden.

Description: The present work deals with the gravity field in the Southern Central Andes in regard to the processes at an active convergent margin. Substantial boundary conditions can be deduced for the structure and the material parameters of the lithosphere. This interpretation is based on the processing of the gravity data in three steps: • Preparation of a homogeneous, regional data base considering especially the connection of the different gravity networks and the topographic reduction. • Numeric analysis of the gravity field with the aid of filtering procedures, isostatic calculations and excess mass estimations. • Realization of 2-dimensional and 3-dimensional model calculations. The main results of the analysis of the gravity field at the Andean subduction zone considered from the lower to the higher levels are: • The subducted Nazca slab has a gravity effect not exceeding 55 mGal. • Processes of the thermal compensation model by Froidevaux fc Isacks (1984) have an insignificant effect on the gravity field. • The calculation of regional isostatic models according to Banks et al. (1977) results in a crustal flexural rigidity of 1 • 10 23 Nm in the W - E segment between 20° S and 22° S, and 5 • 10 22 Nm between 22° S and 26° S. • The crust - mantle boundary shows undulations along the High - Cordillera with a maximum depth of 63 km at 67.5° W, 23° S. • In the region between 23.5° S - 24.5° S and 68.5° W - 69.5° W a level with a anomalous velocity - density relationship exists near the M – discontinuity. • The combined interpretation of seismological, refraction seismic, gravimetric and petrophysical investigations points to a thickness of the continental crust near the coast of 30 - 33 km. There the dip of the subducted plate seems to have a very low angle. • In the area under investigation the lower continental crust shows only little variations in the general strike direction of the Andean orogen. • According to the seismic investigations the lower Andean crust is highly structured and has a small mean velocity. The easternmost limit of this lower crust can be mapped with the aid of the gravity field. Its agreement with the limit of the neogene to holocene volcanism points to a direct relation between this structured lower crust and the recent, magmatism. • The postulated crustal layer with densities about 2.9 g/cm 3 beneath the High - Cordillera, which is necessary for the gravity fitting, may consist mainly of rocks of a preandean lower crust. • The 3D - modelling of the layers with high velocities near the surface under the Coast Range and the Longitudinal Valley in combination with mass estimations shows, that only the uppermost 5 km of the modelled structure are relevant for the anomalies seen in residual gravity fields. The deeper masses produce, in combination with the structure of the lower crust, mainly the regional trend of the gravity field. • The most important feature in the residual gravity fields, the pronounced regional maximum southeast of Calama, is presumably a relatively homogeneous, paleozoic rock complex in the depth range of 10 to 20 km. • The results of modelling and mass calculations in the area of the recent magmatic arc could possibly account for smaller, partly molten magma reservoires in the upper crust. • The gravity field distinguishes well between the Santa Barbara System and the Bolivian fold and thrust belt along the Andean Foreland. Based on the regional gravity field new structures in the lithosphere were detected. Besides the restriction of the limited boundary constraints it was possible to establish a plausible structural model of the Andean orogen.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Es wurden moderne Methoden auf ihre Eignung zur Bestimmung von Fischlarven untersucht. Als Vorbereitung auf die Bestimmung wurden Formen und proportionales Wachstum von Fischlarven der Nordsee und angrenzender Gebiete untersucht. Dazu wurden an 831 Fischlarven aus 33 Arten und 18 Familien die folgenden Messungen durchgeführt: Standardlänge, Präanallänge, Präorbitallänge, Präpektorallänge, Augendurchmesser, Orbitalhöhe, Pektoralhöhe, Analhöhe, Pektoralbreite und Analbreite. Aus den Messungen wurde das Volumen der Larven errechnet. Die Formen von Larven mit einem Volumen zwischen 3 und 5 μl wurden verglichen. Es ergaben sich vier deutlich getrennte Formgruppen: "eel-like", "fusiform", "deep + compressed" und "tadpole-like". Bis auf die Gruppe "fusiform" zeigten alle Gruppen allometrisches Wachstum bei bestimmten Körperproportionen. Die mögliche ökologische Bedeutung dieser Gruppen wird diskutiert. Es wurden drei computergestützte Bestimmungssysteme entwickelt und getestet: Ein numerisches System, ein Expertensystem und eine moderne Datenbank. Als Beispiel einer Methode der numerischen Taxonomie wurde die Quadratische Diskriminanzanalyse untersucht. Dazu wurden aus den durchgeführten Messungen die Diskriminanzfunktionen errechnet und unbekannte Larven zunächst einer Formgruppe und dann einer Art innerhalb der Formgruppe zugeordnet. Die richtige Zuordnung bei dieser Methode betrug 82 % . Die numerische Taxonomie scheint damit zur Bestimmung von Fischlarven grundsätzlich geeignet zu sein. Allerdings ist zweifelhaft, ob genügend Fischlarven (30 - 100 pro Art) zum Aufbau des Systems erhältlich sind. Aufbauend auf dem HALBEISEN-Schlüssel zur Bestimmung von Fischlarven der Nordsee und angrenzender Gebiete wurde das Expertensystem IDEXSYS entwickelt. Es kann als moderne Form traditioneller Bestimmungsschlüssel betrachtet werden. Expertensysteme erweisen sich damit als gut geeignet zur Bestimmung von Fischlarven. Mit einem modernen Datenbankprogramm wurde ein Such- und Eingabeformular mit etwa 80 Merkmalen entwickelt. Alle in der Nordsee und den angrenzenden Gebieten vorkommenden 126 Fischlarvenarten wurden auf diese Merkmale überprüft und in die Datenbank eingegeben. Der Test des Systems ergab, daß durchschnittlich nur drei Merkmale zur Bestimmung einer Fischlarve erforderlich waren. Bei einem Vergleich der Methoden wird für die Bestimmung von Fischlarven dem Datenbanksystem der Vorzug gegeben.

Description: Kalkdinoflagellaten-Vergesellschaftungen aus dem Oberen Paläozän (Ilerdium) von Spanien (Becken von Tremp), dem Untereozän (Ypresium) von Flandern (Tongrube Heem), dem mittleren Mitteleozän (Lutetium) von Chaussy (Pariser Becken, Frankreich) und dem Hohen Ufer bei Heiligenhafen (Schleswig-Holstein, Deutschland), dem oberen Mitteleozän von Ölst (Jütland, Dänemark) und Chambrecy (Pariser Becken, Frankreich), dem Obereozän von Moesgard (Jütland, Dänemark), dem Mitteloligozän (Rupelium) von Neumühle (Rheintalgraben, Deutschland) und dem Obermiozän (Sahdlium) von El Medhi (Algerien) werden rasterelektronenmikroskopisch untersucht, mit dem Ziel, quantitativ palökologisch signifikante Tendenzen in der morphologischen Merkmalsausprägung der Arten zu erfassen. Zur Ergänzung wurde auch rezentes Kalkdinoflagellaten-Material ("Challenger") untersucht. Die Analyse der Coccolithenflora von Moesgard (Sövind-Mergel) erlaubt die stratigraphische Einstufung dieser Lokalität in die NP-Zone 19. Bei der Florenbearbeitung wurden 56 Kalkdinoflagellaten-Arten untersucht, die sich auf 12 Gattungen, darunter die beiden neuerrichteten Gattungen Cannasphaera und Fuettererella, verteilen. Für Fuettererella conforma wird die neue Subfamilie Fuettererelloideae definiert, bei der die c-Achsen der Wandkristalle parallel zur Zystenoberfläche orientiert sind. Die Arten F. tesserula und F. elliptica n. sp. werden in diese Gattung gestellt. Sieben Rekombinationen werden vorgenommen. Sieben neue Formarten werden beschrieben: Carinasphaera cimbra, Orthopithonella duplicata, Orthopithonella weilerii, Orthocarinellum conosimile, Calcigonellum granulata, Fuettererella conforma, Fuettererella elliptica. Zahlreiche Arten werden erstmals aus tertiären Ablagerungen beschrieben und dokumentiert, z.B. Orthopithonelila compsa, Obliquipithonella loeblichii, O. thayerii, O. edgarii, O. spinosa, O. strobila u.a. Der Tribus Calciodinelleae wird mit den Arten Sphaerodinella albatrosiana, S. Tuberosa, Calciodinellum operosum und C. limbatum bis in das Mittel- und Obereozän zurückverfolgt, S. albatrosiana darüberhinaus bis in das Oberpaläozän. Ein neuer Vertreter dieses Tribus, Calcigonellum granulata, wird aus dem Oligozän von Neumühle beschrieben. Beim Vergleich pelagischer, d.h. küstenfemer und neritischer, d.h. küstennaher Ablagerungsräume können eine Folge von morphologischen und systematischen Tendenzen erkannt werden. Mit zunehmender Entfernung zur Küste kann beobachtet werden: 1. Der Anteil orthopithonelloider Arten nimmt zu, während die obliquipithonelloiden Arten entsprechend quantitativ abnehmen. 2. Die Artendiversität nimmt sukzessive zu. 3. Der Zystendurchmesser nimmt ab, wobei in pelagischer Fazies aber noch durchaus größere Individuen vorkommen können. 4. Die Zystenwanddicke nimmt deutlich ab. Allerdings können auch in küstenfemen Bereichen dickwandige Arten vorkommen. 5. Die Ausbildung der Schlüpföffnungen (Archaeopyle) folgt offensichtlich keinem markanten Trend. Aufgrund der gelegentlich vorkommenden Ausnahmen muß vor einer Interpretation von Einzelvorkommen gewarnt werden, nur der quantitative Vergleich von Floren ermöglicht brauchbare Ergebnisse. Die gewonnenen Daten werden in einem Modell graphisch dargestellt (Text-Abb. 37) und diskutiert. Zusätzlich werden Aspekte der Biomineralisation, der Paratabulation, der Evolution und des Morphospezies-Konzepts erörtert. Der Schlüssel zum Verständnis der beobachteten Verteilungsmuster liegt jedoch nicht in den Zysten, sondern in den palökologischen Ansprüchen der fossil nicht überlieferten mobilen Stadien. Die Zysten der obliquipithonelloiden Arten haben in den neritischen, festlandbeeinflussten Faziesräumen, ihrer Sinkstrategie entsprechend, ein temporäres benthonisches Stadium durchlaufen. Die in den pelagischen Ablagerungen des Nordseeraumes häufigen orthopithonelloiden Arten sind nach den existenten paläoozeanographischen Konstellationen im Eozän vermutlich überwiegend Einwanderer. Die Theken mögen noch akzeptable Lebensbedingungen analog zu den hochozeanischen Bereichen gefunden haben, während die Zysten ihr tief-planktonisches Stadium modizieren mußten. Vielleicht resultiert daraus der hohe Anteil geschlossener Zysten des Materials aus den nordseebeeinflussten Lokalitäten. Damit erweist sich das beobachtete Verteilungsmuster als ein komplexes Mosaik aus paläogeo- und -ozeanographischen, palökologischen, paläoklimatologischen und biologischen Rahmenbedingungen, in denen zahlreiche, sich gegenseitig überlagernde Faktoren wirksam waren.

Description: Calcareous dinoflagellate cysts are studied with the SEM from the Upper Paleocene (Ilerdian) of the basin of Tremp (Spain), the Lower Eocene (Ypresian) of Heem (France), the Middle Eocene (Lutetian) of Chaussy (Paris basin, France) and Heiligenhafen (Northern Germany), and the Bartonian of Chambrecy (Paris basin, France) and Ölst (Jutland, Denmark), the Upper Eocene of Moesgard (Jyllland, Denmark), the Middle Oligocene (Rupelian) of Neumühle (Rhine Valley, Germany) and the Upper Miocene (Sahdlian) of El Medhi (Algeria). The purpose of this study is the comparison of morphological and systematic differences in these associations to reconstruct paleoecological causes of their distribution patterns. Additionally, Recent cyst material from the Challenger-expedition has been studied. The analysis of the coccolithophorids from Moesgard allows to establish its stratigraphic position in the NP zone 19. 55 species has been observed and documented, including the seven new species Carinasphaera cimbra, Orthopithonella duplicata, Orthopithonella weilerU , Orthocarinellum conosimile, Calcigonellum granulata, Fuettererella conforma and Fuettererella elliptica. The new subfamily Fuettererelloideae is established, characterized by a c-axis parallel to the cyst surface. Seven recombinations are prosposed. Several species are presented from Tertiary deposits for the first time, e.g. Orthopithonella compsa, Obliquipithonella loeblichii, O. edgarii, O. thayerii, O. strobila, O. spinosa. The stratigraphic range of the tribe Calciodinelleae with its members Sphaerodinella albatrosiana, S. tuberosa, Calciodinellum operosum and C. limbatum can be extended back into the Middle and Upper Eocene. Additionally, S. albatrosiana can be observed in the Upper Paleocene of Spain (Ilerdian). A new tabulate member of this tribe, Calcigonellum granulata, is described from the Rupelian (Middle Oligocene) of Neumühle. The morphological and systematic relations between pelagic (= offshore) and neritic (= nearshore) deposits are recorded. With increasing distance from the coast, the following trend can be observed: 1 . The content of orthopithonelloid species and individuals increases, while obliquipithonelloids decreases correspondingly. 2. Die species diversity increases. 3. The cyst diameter decreases. 4. The thickness of the calcareous wall decreases. 5. The development of archaeopyles shows no significant trend and can, therefore, not be related with any paleoenvironmental conditions. The observed data are summarized and visualized in a model. In addition, aspects of biomineralization, realization of paratabulation, evolution, and the concept of morphospecies are discussed. However, the most important factors to understand and interprete the recorded distribution pattern of calcareous dinoflagellate cysts are the (unknown) biological and ecological features of the (unknown) mobile stages. While the obliquipithonelloid species could realize their benthonic cyst stage in the neritic environments, the orthopithonelloids of the North Sea (Moesgard, Ölst, and Heiligenhafen) are, due to the paleooceanographic constellations, probably immigrants of the Atlantic, where their mobile stages found acceptable life conditions. However, they had to modify their planctonic cyst stage. The unexpected high rate of closed cysts (without an archaeopyle) is probybly influenced by these conditions, as well as by the temperature or other ecological factors. The here observed data are the result of several paleoecological, paleooceanigraphic, paleoclimatological, and biological conditions with their mutual factors.

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