ALBERT

Beschreibung: 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.

Beschreibung: 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.

Beschreibung: thesis

Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

Beschreibung: 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.

Beschreibung: 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.

Beschreibung: thesis

Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

Beschreibung: Im Vulkanfeld der Westeifel wurden 11 weitere Maare geomagnetisch vermessen. Hochwertige magnetische Störfelder deuten auf zusedimentierte oder wieder freierodierte Schlackenkegel in den ehemaligen Kraterböden der Maare hin (finale Schlackenförderung). Wenn keine Schlackenkegel oder keine Intrusionen in den Maardiafremen auftrefen, dann weisen junge, mit mächtigen Kratersedimenten aufgefüllte Maare niedrige Störfelder mit schwachen Randgradienten auf. Etwas ältere Maare, bei denen ein Großteil der gering magnetisierten Kratersedimente bereits erodiert ist, zeigen höhere magnetische Anomalien mit hohen Randgradienfen und deutlichen Randminima.

Beschreibung: Abstract: 11 maars of the Westeifel volcanic field were surveyed geomagnetically. High magnetic anomalies indicate the existence of scoria cones covered by Sediment or already revealed by erosion, within the former crater bottoms of the maars (final scoria production). If scoria cones and intrusions are absent from the maar diatremes then young maars with a thick pile of crater Sediments show small anomalies with low border gradients. Older maars are characterized by high border gradients and significant border minima, because most of the lowly magnetized crater Sediments have already been eroded.

Beschreibung: 1. Einleitung 2. Geomagnetische Untersuchungen 2.1. Dürres Maar und Hitsche 2.2. Westliches Booser Maar 2.3. Mosbrucher Maar 2.4. Immerather Risch 2.5. Oberwinkeier Maar 2.6. Eilscheider Maar 2.7. Geeser Maar 2.8. Laach-Maar 2.9. Duppacher Weiher 2.10. Duppacher Maar 3. Synthese Schriften

Beschreibung: research

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

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

Beschreibung: thesis

Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

Beschreibung: Mit Hilfe geomagnetischer Messungen in Kesseltälern im Vulkanfeld der Westeifel konnten 15 bisher weitgehend unbekannte Maare nachgewiesen werden. Der Vergleich mit magnetischen Anomalien von acht jungen Maaren (mit Kraterseen) aus dem Vulkanfeld der Westeifel sowie mit der Anomalie des 1977 entstandenen Ukinrek-Ost- Maares (Alaska) ergab, daß hochwertige magnetische Störfelder auf zusedimentierte Schlackenkegel in den ehemaligen Kraterböden bzw. auf Randintrusionen im Schlot hinweisen. Danach sind fast die Hälfte der untersuchten Maare nicht rein phreatomagmatisch entstanden, sondern weisen während den Eruptionen oder am Ende der Eruptionstätigkeit „normal" entgasenden Magmenaufstieg auf.

Beschreibung: Abstract: In the volcanic area of the Westeifel the results of geomagnetic surveys within local crater-shaped enlargements of valleys prove the existence of 15 maars which have been unknown so far. Taking into account the magnetic anomalies of eight young Westeifelian maars (with crater lakes) and the anomaly of Eastern Ukinrek Maar, which was formed in 1977, it can be inferred that strong magnetic anomalies are associated with sediment- covered scoria cones on the former crater bottom and/or with marginal intrusions within the diatremes. This leads to the conclusion that almost half of the investigated maars do not have a solely phreatomagmatic origin, but exhibit normally' degassing rising magma during the eruptions or during the final stages of eruption activity.

Beschreibung: Inhalt 1. Einleitung 2. Geomagnetische Untersuchungen 2.1. Neu erfaßte Maare 2.1.1. Schönfelder Maar 2.1.2. Dehner Maar 2.1.3. Merscheider Maar 2.1.4. Aueler Maar 2.1.5. Rother Maar 2.1.6. Maar am Römerhof 2.1.7. Kirchweiler Maar 2.1.8. Brücker Maar 2.1.9. In der Boos. 2.1.10. Steinborner Maar 2.1.11. Wallenborner Maar 2.1.12. Oberstadtfelder Maar 2.1.13. Niederstadtfelder Maar 2.1.15. Wispelter Maar 2.2. Maare mit Kraterseen 2.2.1. Meerfelder Maar 2.2.2. Pulvermaar 2.2.3. Ulmener Maar 2.2.4. Dauner Maare 2.2.5. Holzmaar 2.2.6. Immerather Maar 2.3. Ukinrek-Ost-Maar (Alaska) 3. Synthese Schrifte

Beschreibung: research