ALBERT

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

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

Beschreibung: thesis

Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

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: In der vorliegenden Arbeit wurde ein numerisches Verfahren für die zweidimensionale Simulation stationärer Strömung in porösen Medien entwickelt. Dabei können Modelle mit anisotroper Permeabilität und Wärmeleitfähigkeit ebenso berechnet werden wie Modelle in geneigten und gekrümmten Gebieten. Das Verfahren basiert auf einer Finite-Differenzen-Methode mit einem Schema 2. Ordnung (Il'in-Schema). Für das nichtlineare Gleichungssystem wird ein Iterationsansatz mit einer Art Mehrgittermethode verwendet. Um den großen Anwendungsbereich des entwickelten Verfahrens zu demonstrieren, wird es auf zwei unterschiedliche Fragestellungen aus der Hydrothermik und der Schneemetamorphose angewendet.

Beschreibung: thesis

Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

Beschreibung: Der Bereich des Meßtischblattes 6311 Lauterecken im Saar-Nahe-Gebiet (SW-Deutschland) wurde anhand einer geologischen, ingenieurgeologischen, hydrogeologischen und morphologischen Untersuchung einer Stabilitätsanalyse der Hänge und Böschungen unterzogen, die durch die Verwertung klimatologischer Daten vervollständigt wurde. Das Ergebnis liegt in einer Stabilitätskarte sowie in einer Analyse der gesammelten Daten vor. Soweit die Untersuchung des Modellgebietes von ca. 130 km21 Größe (etwa 5% der Fläche des Saar-Nahe-Gebietes) eine Antwort zuläßt, sind Hänge und Böschungen im sedimentären Rotliegenden des Saar-Nahe-Gebietes bereits ab 7° Hangneigung potentiell rutschgefährdet. Das rutschgefährdete Areal umfaßt etwa 10% der untersuchten Fläche. Ca. 2,6% wurden von Massenbewegungen betroffen. Kriechen und Gleiten sind die häufigsten Arten der Massenbewegungen. Die beteiligten stratigraphischen Einheiten sind neben den Deckschichten die Quirnbacher, Jeckenbacher und Lautereckener Schichten des Unteren Rotliegenden. Künstliche Böschungs-, An- und Einschnitte in den für das Unterrotliegende charakteristischen Wechsellagerungen von Ton-, Schluff- und Sandsteinen, stellen ein permanentes Stabilitätsproblem dar.

Beschreibung: Abstract: This report deals with the analysis of stability of slopes which occur on the map of Lauterecken, Saar-Nahe-area, SW-Germany. A geological, engineering geological, hydrogeological and morphological study was made, additionally, climatological data were taken into account; the results of it are analyzed and plotted in a stability map. Conclusions: Taking the regarded territory of approximately 130 km2 (about 5% of the area of the Saar-Nahe-area), it can be stated that slopes in the Saar-Nahe-area are potential landslide areas, if the inclination of the slopes is 7° or more. Within an area of 10% landslides are probable to take place. Within 2,6% mass movements happened or are going on. Creep and sliding are the most abundant forms of mass movements. Slope instability occours preferentially in weathered rocks, Quirnbach beds, Jeckenbach beds and Lauterecken beds of the Lower Permian. Steep roadcuts occurring in alternating sandstone and siltstone beds are very likely to cause stability problems.

Beschreibung: research

Beschreibung: Bei der Auswertung von' Fernerkundungsdaten wurde bisher davon ausgegangen, daß die untersuchten Objekte angenähert LAMBERT'sch reflektieren. Daß diese Annahme für Pflanzen falsch ist, wurde schon vor über 10 Jahren erkannt und seitdem mehrfach systematisch untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde in grundlegender Weise das Reflexions verhalten von natürlichen Gesteinsoberflächen untersucht. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Richtungsverteilung der reflektierten Strahlung unter verschiedenen geometrischen Bedingungen gerichtet. So wurde als Simulation der natürlichen Geländebedingungen, wie sie etwa in den Alpen vorliegen, der Beleuchtungswinkel, die Probenneigung und der Detektorstand systematisch variiert und der Einfluß dieser Veränderungen auf das Reflexionsverhalten der Gesteine registriert. Die meisten Messungen erfolgten im Labor mit Hilfe eines speziell für diesen Zweck konstruierten Meßtisches, Als Proben dienten natürliche Gesteinsproben, die vorher unter Geländebedingungen gemessen worden waren. Bei den meisten Proben handelte es sich um Karbonatgesteine; wenige Ausnahmen, wie z,B. Sandsteine, wurden als Sonderfälle studiert. Bei zahlreichen Vergleichs- und Kontrollmessungen wurde versucht, den Zusammenhang zwischen Labor- und Geländemessungen herzustellen, Als wichtigstes Ergebnis wurde nachgewiesen, daß die Reflexion bei keiner der untersuchten Proben dem LAMBERT‘schen Reflexionsgesetz folgt: Der Reflexionsfaktor hängt also von den geometrischen Bedingungen ab, bei denen die Messung erfolgte, Sonnenstand, Hangneigung und Detektorstand sind als zusätzliche Parameter zu berücksichtigen. Die Ursachen für diese Richtungsabhängigkeit der Reflexion sind einerseits die innere Struktur − also die Ausbildung von primären Reflexionsflächen, die sich auf die Gesteinsoberfläche durchprägen − und andererseits die Rauhigkeit oder Relieftiefe der Oberfläche. Die größten Abweichungen vom LAMBERT'schen Reflexionsverhalten wurden bei größeren Zenitdistanzen, besonders bei schrägem bis streifendem Lichteinfall beobachtet. Die Konsequenzen für die Bildverarbeitung sind eindeutig: Bei der Klassifizierung und Identifizierung von Gesteinen aus Fernerkundungsdaten muß das Geländerelief und die Beleuchtungssituation mit berücksichtigt werden. Schon die unterschiedliche Beleuchtung auf verschieden geneigte Flächen gleicher Oberfläche erzeugt unterschiedliche Grauwerte für die einzelnen Flächen. Das gilt für jede Oberfläche, unabhängig von ihrem Reflexionsverhalten. Das richtungsabhängige oberflächenspezifische Reflexionsverhalten bewirkt (je nach der Winkel Konfiguration) eine weitere Veränderung der Grauwerte. In dieser Arbeit wurde gezeigt, wie die Korrektur der Beleuchtungsverhältnisse mit Hilfe eines digitalen Geländemodells erfolgen könnte. Die aus einer topographischen Karte entnommenen Höhendaten bilden die Grundlage für eine radiometrische Reliefkorrektur, bei der die durch schräge Beleuchtung verfälschten Grauwerte so korrigiert werden, daß die Ergebnisse einer Aufnahme ohne Relief entsprechen. Somit sind alle korrigierten Aufnahmen, unabhängig vom Sonnenstand, untereinander vergleichbar. Die Wirkung der Korrektur wurde an einem Modellgelände demonstriert. Eine Korrektur von vollständigen Aufnahmen, wie z.B, ganzen LANDSAT-Szenen, war bis zur Fertigstellung der Arbeit wegen der begrenzten Rechnerkapazität noch nicht möglich. Mit einer erweiterten Rechenanlage wird es aber in Zukunft möglich sein, eine ganze Szene in Hinblick auf ihre Beleuchtungsverhältnisse zu korrigieren. Der nächste Schritt, die gesteinsspezifische Korrektur mit Hilfe der ermittelten Labordaten, kann dann ebenfalls mit Hilfe des digitalen Geländemodells erfolgen.

Beschreibung: During the evaluation of Remote Sensing Data it has been assumed up to now that the examined objects reflect approximately with LAMBERT'S law. In the case of plants it has been recognized over ten years ago that this assumption is wrong and this has led to numerous systematic examinations. In the present thesis the basics of the reflective behavior of natural rock surfaces was studied. Special emphasis was placed on the directional distribution of the reflected radiation under various geometric conditions, Natural terrain conditions, as found for instance in the Alps, were simulated by systematic variation of the angle of illumination, the sample inclination and the position of the detector. The influence of these variations on the reflective behavior of rocks was registered. Most of the measurements were done in the laboratory with the help of an apparatus which was constructed for this specific purpose. Samples of natural rocks were used; these were measured previously in the terrain. Most of these samples were carbonates; a few exceptions, such as sandstone, were also studied. During numerous comparitive and verifying measurements it was attempted to establish the correlation between laboratory and terrain measurements. As prime result, it was shown that none of the examined samples followed LAMBERT’S law of reflection. The reflection factor, therefore, depends on the geometric conditions at the time of measurement. Additional parameters that have to be accounted for are: position of the sun, terrain inclination and position of the detector. The reasons for this directional dependency of the reflection are on one hand the inner structure, i.e. the formation of primary reflection surfaces, which are imprinted on the rock surface, and on the other hand the roughness or depth of relief of the surface. The largest deviations from LAMBERT'S reflective law were noticed at larger zenith angles, particularly for sloping to glancing illumination. The consequences for the image analysis are clear-cut: during the classification and identification of rocks using remote sensing data the terrain relief and the illumination conditions have to be taken into account. Even a varying illumination of tilted areas of identical surfaces results in different gray values for the individual areas. This is true for any surface, regardless of its reflective behavior. The surface-specific directional reflectance gives rise to a further change in the gray values (depending on the angle configuration). In this thesis it has been shown how a correction of the illumination can be achieved with the help of a digital terrain model. The elevation data extracted from a topographic map give the basis for a radiometric relief correction. The gray values falsified by sloping illumination are corrected, such that the result is an image without relief. Therefore all corrected images, independent of the position of the sun, are comparable. The effect of this correction was demonstrated using a terrain model. Complete images such as LANDSAT scenes could not be corrected in this manner at the time of completing this thesis due to limited computer capacity. With a larger computer it will be possible in future to correct complete scenes in regard to the illumination conditions. The next step, a rock-specific correction with the help of data established in the laboratory, can also be achieved with the help of the digital terrain model.

Beschreibung: thesis

Beschreibung: DFG, SUB Göttingen