ALBERT

Beschreibung: Inhaltsübersicht : Helmut Keupp & Daria Ivanova: Calcareous dinoflagellate cysts from the Late Jurassic and Early Cretaceous of the Western Forebalkan, Bulgaria … 3-31 ; Helmut Keupp & Rolf Kohring: Kalkige Dinoflagellatenzysten aus dem Obermiozän (NN 11 ) W von Rethimnon (Kreta) … 33-53 ; Dimitris Frydas, Helmut Keupp & Spyridon M. Bellas: Biostratigraphical research in Late Neogene marine deposits of the Chania Province, western Crete, Greece … 55-67 ; Glenn Fechner: "Microforaminiferal" lining taphonomy: A cautionary note … 69-81 ; Uwe Gloy & Rolf Kohring: Py-GC-Analysen an einem fossilen Harz aus dem Oberen Jura (Grube Guimarota/Portugal) … 83-88 ; Joachim Gründel: Truncatelloidea (Littorinimorpha, Gastropoda) aus dem Lias und Dogger Deutschlands und Nordpolens … 89-119 ; Helmut Keupp, Martin Röper & Adolf Seilacher: Paläobiologische Aspekte von syn vivo-besiedelten Ammonoideen im Plattenkalk des Ober-Kimmeridgiums von Brunn in Ostbayern … 121-145 ; Nikolaus Malchus: Identification of larval bivalve shells by means of simple statistics … 147-160 ; Carsten Helm, John W.M. Jagt & Manfred Kutscher: Early Campanian ophiuroids from the Hannover area (Lower Saxony, Northern Germany) … 161-173 ; Christian Neumann: New spatangoid echinoids (Echinodermata) from the Upper Cretaceous of Jordan: taxonomy and phylogenetic importance … 175-189 ; Oldrich Fejfar und Daniela C. Kalthoff: Aberrant cricetids (Platacanthomyines, Rodentia, Mammalia) from the Miocene of Eurasia … 191-206 ; Thekla Pfeiffer: Sexualdimorphismus, Ontogenie und innerartliche Variabilität der pleistozänen Cervidenpopulationen von Dama dama geiselana Pfeiffer 1998 und Cervus elaphus L. (Cervidae, Mammalia) aus Neumark-Nord (Sachsen-Anhalt, Deutschland) … 207-313 ; Beiträge zur Baikal-Rift-Forschung : MJ. Kuzmin et al.: Climatic events in Siberia during upper Brunhes according to the Lake Baikal sedimentary record … 315-323 ; S. K. Krivonogov et al.: The prospects of GIS use in investigation of the Baikal area … 325-328 ; Y. Masuda et al.: Perspective Studies of Freshwater Sponges in Lake Baikal … 329-332 ; Oleg A. Timoshkin: Biology of Lake Baikal: „White Spots“ and Progress in Research … 333-348 ; Bibliographie : Uwe Gloy: Bibliographie 1997, Institut für Paläontologie, FU Berlin … 349-352 ;

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Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

Beschreibung: Die vorliegende Arbeit behandelt die Kalkdinoflagellaten-Floren aus dem Alb der Forschungsbohrung Kirchrode II (Niedersächsisches Becken). Im Vordergrund stand die Frage nach der bisher wenig bekannten Ökologie dieser Phytoplankton-Gruppe zur Zeit ihrer maximalen Blüte. Dazu wurden die Zysten-Vergesellschaftungen qualitativ und halb-quantitativ untersucht und Diversitätsanalysen durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit lithologischen und paläontologischen Daten der an der Untersuchung des Bohrkerns beteiligten Arbeitsgruppen verglichen. Es konnten 37 Morphospezies kalkiger Dinoflagellaten-Zysten nachgewiesen werden. Gemeinsam mit den Morphospezies des Profils Kirchrode I erhöht sich damit die Gesamtzahl der im Alb des Niedersächsischen Beckens nachgewiesenen Taxa auf 45. Das weltweit früheste Auftreten der Unterordnung Pithonelloideae konnte für das frühe Mittel-Alb (Hoplites dentatus-Zone) belegt werden. Außerdem konnte erstmals die Verbreitung der Fuettererelloideae für die Unterkreide sicher dokumentiert werden. Aufgrund unterschiedlicher ökologischer Umweltansprüche konnten 4 typische Kalkdinoflagellaten-Gesellschaften unterschieden werden. Die Zusammensetzung der Zystenvergesellschaftungen wird in erster Linie von Nährstoffreichtum, Salinität und Temperatur des Oberflächenwassers kontrolliert. Gemeinsam mit den neu interpretierten Kalkdinoflagellaten-Vergesellschaftungen des Profils Kirchrode I (KEUPP 1995) reflektieren die Vergesellschaftungen für das Unter- und Mittel-Alb einen Meeresspiegelanstieg bei gleichzeitiger Nährstoffverarmung und Erwärmung. Für das Ober-Alb kann ein Meeresspiegelhöchststand (maximale Pelagizität) und anschließende rasche Regression postuliert werden. Daten anderer Fossilgruppen (Coccolithophoriden, Foraminiferen, Radiolarien) untermauern diese Interpretation. Die Palökologie der Unterkretazischen Orthopithonelloideae wird neu interpretiert. In der späten Unterkreide sind sie nicht, wie bisher angenommen, pelagisch, sondern im Gegenteil an trophische, neritische und vermutlich auch kühlere Oberflächenwasser-Bedingungen gebunden. Innerhalb der grobkristallinen Vertreter der Pirumella loeblichi-Gruppe nimmt P. loeblichi aufgrund abweichender ökologischer Ansprüche (Präferenz für stagnierende und nährstoffreichere Beckenbedingungen) eine Sonderstellung ein. Es konnten 6 Migrationsereignisse tethyaler Zysten nachgewiesen werden, die vermutlich transgressive Impulse widerspiegeln. Die auf diese Fossilgruppe erstmals angewendeten Methoden der Diversitäts- und Häufigkeitsanalysen haben sich als geeignet erwiesen, Wechselwirkungen zwischen fossilen Kalkdinoflagellatenzysten und ihrer Umwelt aufzuzeigen.

Beschreibung: Subject of this study are the calcareous dinoflagellates cysts of the drilling core Kirchrode II (Albian, central Lower Saxony Basin, Northwest Germany). The purpose of this investigation is to give answers to the question of the poorly understood palaeoecology of this important phytopankton group at the time of its maximum radiation. Cyst assemblages were examined qualitatively and semi-quantitatively. Diversity analyses of the cyst assemblages were carried out as well. The results were compared with other lithological and palaeontological data of the drilling core. 37 morphotaxa were identified. Together with the morphospecies recorded from the uppermost Upper Albian of the drilling core Kirchrode I (KEUPP 1995), the number of documented taxa in the Albian of the Lower Saxonian Basin increases to 45 taxa. The first appearance date of the suborder Pithonelloidae is recognised in the lower Middle-Albian (Hoplites dentatus-zone). Moreover, the distribution of the Fuettererelloideae in the Lower Cretaceous is documented for the first time. The taxonomic compositions of the cyst assemblages change through time. Due to their different ecological preferences, 4 typical cysts-assemblages were recognised. The composition of the assemblages was controlled chiefly by nutrient availability, salinity and temperature of the surface water-masses. Together with the re-examined cyst-assemblages of the drilling-core Kirchrode I, the assemblages reflect a sea level rise during the Early and Middle Albian, together with simultaneous warming and nutrient decrease. A postulated sea level highstand (maximum pelagicity) in the Late Albian is followed by a rapid regression in the upper dispar-zone. Data from other plankton groups (coccolithophorids, foraminiferes and radiolarians) support this interpretation. The palaeoecology of the Early Cretaceous Orthopithonelloideae is newly interpreted. They were not, as supposed until now, components of the pelagic realm. On the contrary, their distribution reflects neritic, nutrient-rich and probably cool surface-water masses. Within the Obliquipithonelloids with coarse-crystalline body walls, Pirumella loeblichi holds an exceptional position with respect to its deviating ecology (preference for stagnant and nutrient-rich basin conditions). 6 distinct migration-events of cysts with tethyal origin were recognised. These events are probably related to transgressive pulses. The methods of community and diversity analyses, used for the first time for this little known phytoplankton group, are a powerful tool for the analyses of paleoecological distribution patterns of the group and can be used for paleooceanic basin interpretation.

Beschreibung: thesis

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

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

Beschreibung: thesis

Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

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

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

Beschreibung: thesis

Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

Beschreibung: Den eigentlichen Anwendungen geophysikalischer Modelliertechniken und Bearbeitungsmethoden geht im Verlauf dieser Arbeit eine umfassende Evaluierung und Kompilierung einer Flächendeckenden Datenbasis zwischen 20° und 26°S sowie 62° und 74°W aus gravimetrischen Daten voran. Untersuchungen des Magnetfeldes beschränken sich auf den Bereich der Nazca-Platte. Dabei werden alle verfügbaren Datensätze einbezogen, wozu neben Satelliten-altimetrisch gewonnenen Schweredaten auch Datensätze südamerikanischer Partner-Institutionen gehören. Ziel dieser Vorarbeiten ist die Erstellung eines homogenen nach Qualitätsmerkmalen unterschiedenen Schweredatensatzes, welcher den ozeanischen und den kontinentalen Bereich des Meßgebietes zwischen 20° und 26°S des Arbeitsgebietes beinhaltet. Im folgenden dient die gravimetrische und magnetische Datenbasis als Vergleichsdatensatz für die Modellierung von Dichteinhomogenitäten und Magnetisierungskontrasten. Randbedingungen aus anderen geowissenschaftlichen Teilbereichen wie der Seismik (grenzt die Geometrie- und Dichtevariationen ein), der Petrologie (Phasenübergänge, Gesteinsmetamorphosen) und Geologie (Strukturelle Grenzen) dienen der maximalen Einschränkung von Dichtedomänen und magnetisierten Bereichen. Das lokale 3D-Modell des Kontinentalrandes mit angrenzender Nazca-Platte erklärt die im Magnet-und Schwerefeld beobachteten Anomalien und zeigt die besondere Bedeutung der subduzierten Lithosphäre der Nazca-Platte auf. Neben dieser statischen Modellierung werden im Schwerefeld enthaltene Informationen über die Rigidität der aneinander grenzenden ozeanischen und kontinentalen Lithosphärenplatten extrahiert. Mit einem 3D-Kohärenzverfahren, welches erstmalig in den Zentralen Anden angewendet wird, werden Bereiche mit unterschiedlicher Festigkeit abgegrenzt. Durch die Einbeziehung von ’’Surface- und Subsurface Load” wird die hochauflösende Kohärenz-Analyse verbessert, gegenüber 2D- Verfahren ohne Berücksichtigung von ’’Subsurface Loads”. Eine Vergleichsstudie der Rigiditätsverteilung mit ähnlich regionalen Charakteristika der Lithosphärenplatten, wie etwa dem geothermischen Gradienten führt zu vergleichbaren Aussagen und bestätigt den großen Einfluß der subduzierten Nazca-Platte auf das gesamte aktive System in Bezug auf das Schwerefeld, das Thermische- und das Spannungsregime. Bereiche mit hohem Oberflächen-Wärmefluß korrelieren mit geringer Rigidität. Demzufolge finden sich die höchsten Rigiditätswerte im Forearc und östlichen Backarc und die niedrigsten in der Westkordillere. Schließlich wird auf der Basis der Analyse isostatischer Restfelder mit und ohne Berücksichtigung des Schweresignals der Nazca-Platte, der isostatische Zustand der kontinentalen Lithosphäre untersucht. Dabei werden zusätzlich, neben Modellgeometrien, Dichten und Rigiditäten auch geotektonische Regionen unterschieden. Isostatische Unterkompensation wird demnach in der Küstenkordillere und der Ostkordillere beobachtet. Der Bereich des Hochplateaus der Zentralen Anden befindet sich in isostatischem Gleichgewicht.

Beschreibung: The actual application of geophysical modelling and processing techniques in this thesis is preceded by a comprehensive evaluation and compilation of a Database covering the area from 20° and 26°S to 62° and 74°W with gravimetric and magnetic data. Research of the magnetic field is constrained to the Nazca-Plate oceanic area. In addition to altimétrie satellite gravity data all other available gravity data has been included in the database, e.g. datasets provided by our south american partner institutions. The aim of these preparatory works is the preparation of a uniform dataset which distinguishes data according to quality features. In further progress, this gravimetric and magnetic database is utilized to compare the Signals caused by density inhomogeneities and magnetization contrasts to measured data. Boundary conditions from other geophysical disciplines like seismics (restricting geometry and density variations), petrology (Phasetransitions, Metamorphic reactions) and geology (structural boundaries) lead to a maximum limitation of density and magnetic domains. The local 3D-model of the continent-ocean transition zone with the boundaring Nazca-plate explains the observed anomalies and highlights the particular meaning of the subducting Nazca-plate. Beside this static modelling information about the rigidity of the contacting oceanic and continental lithospheres which is contained in the gravity field is extracted. The utilization of a new 3D-coherence method, which is applied for the first time in the central Andes, enables to divide regions of different rigidity. The incorporation of surface and subsurface loads implies a higher spacial resolution in opposition to 2D-methods not regarding subsurface loads. A comparative study of the distribution of rigidity and similar more regional parameters controlling the rigidity of the lithosphere leads to compareable results and confirms the importance of the subducting Nazca-plate on the active system, in terms of the gravity field, the geothermal- and stress regime. Regions characterized by high surface heatflow correspond to low rigidity. The highest values for flexural rigidity are to be found in the forarc and eastern backarc, the lowest in the active volcanic front, the western cordillera. Finally an analysis of isostatic residual fields, again taking into account the gravity signal of the subducting Nazca-plate reveals different isostatic conditions for different parts of the surveyed continental lithosphere. Apart from model geometries, densities and rigidities geotectonic regions are distinguished. Isostatic undercompensation is observed in the coastal and eastern cordillera; whereas the andean plateaus in the central Andes can be considered as isostatically compensated.

Beschreibung: thesis

Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

Beschreibung: Eine für die Zentralanden erstellte geowissenschaftliche Datenbank erfaßt die umfangreichen Forschungsergebnisse des SFB 267 wie auch externe Datensätze in Form eines zentral verwalteten Dateisystems. Ein Datenkatalog, welcher seit Mitte 1996 auch im World Wide Web (WWW, URL: http://userpage.fu-berlin.de/~data) verfügbar ist, bietet einen Überblick über die aktuelle Datenbasis und erleichtert den allgemeinen Zugriff auf die einzelnen Datensätze. Vorgestellt werden ferner verschiedene Methoden zur Analyse raumbezogener Daten aus Bereichen der Statistik (streifen-gemittelte Topographieprofile, Standardabweichung, Korrelationen, Fraktale) , Bildverarbeitung (direktionale Richtungsfilter) , Geomorphometrie (Neigung und Vertikalwölbung) und Numerik (Horizontalgradienten, FFT). Die Anwendung dieser Verfahren bezüglich einer regionalen Strukturierung wird am Beispiel der für die Zentralanden flächendeckend vorliegenden Topographie und Schwerefelder getestet und mit den aus langjährigen Untersuchungen in den Anden zur Verfügung stehenden Forschungsergebnissen verglichen. Endogene und exogene Prozesse spiegeln sich in den topographischen Erscheinungsformen wider. Insbesondere mit Hilfe der geomorphometrischen Analyse und der FFT-Filterung lassen sich für die morphostrukturellen Einheiten typische Merkmale sehr gut herausarbeiten. Auch mit einer einfachen Statistik (streifen-gemittelte Topographieprofile, Berechnung von Minimum, Mittelwert, Maximum und Standardabweichung einzelner Untersuchungsgebiete) können für die ausgewählten Gebiete charakteristische Unterschiede ermittelt werden. Im Hinblick auf die Topographie unterscheidet sich bei allen Untersuchungsmethoden am Westrand der Zentralanden der hyperaride Norden im Bereich der Atacama Wüste deutlich vom weniger trockenen Süden. Studien zur fraktalen Geometrie der Geländeoberfläche zeigen, daß sich die andine Topographie skaleninvariant verhält und tektonische wie klimatische Einflüsse sich in der geometrischen Variation der Geländeoberfläche widerspiegeln. Morphologisch zergliederte Zonen, wie das durch starke Verkürzungen gekennzeichnete Subandin oder der Südwestrand der Zentralanden, weisen im Vergleich zur fraktalen Dimension des Gesamtgebietes eine höhere fraktale Dimension auf, während das hyperaride Gebiet im Bereich der Atacama Wüste durch einen vergleichsweise niedrigen Wert gekennzeichnet ist. Mit der direktionalen Lineamentverstärkung, z.T. aber auch mit anderen Methoden wie etwa der Darstellung der Neigungsrichtung, werden die wichtigsten Störungszonen (z.B. das Atacama- oder das Präkordilleren-Störungssystem) weitestgehend erfaßt. Auf dem Pazifik bilden sich - sowohl bei der geomorphometrischen Untersuchung wie auch bei der Lineamenterkennung - entlang der Peru-Chile-Tiefseerinne die im CINCA Experiment beobachteten morphologisch-tektonischen Charakteristika (Reichert et al., 1997), wie z.B. die Blocktektonik innerhalb einer ca. 50 km breiten, westlich der Tiefseerinne verlaufenden Zone, ab. Gravimetrische Lineamente, die aus den maximalen Horizontalgradienten im Schwerefeld abgeleitet werden, weisen auf abrupte, laterale Dichteänderungen hin, sind jedoch in den Zentralanden nur in Einzelfällen mit den an der Oberfläche anstehenden lithologischen Einheiten oder Störungszonen korrelierbar. Die zweidimensionale Korrelation im moving window Verfahren hat sich als nützliches Instrument zur Analyse von sich gegenseitig beeinflussenden, raumverteilten Datensätzen erwiesen. Die Wahl der Fenstergröße erlaubt, zwischen einer regionalen und einer eher lokalen Analyse zu differenzieren; mit Hilfe einer geeigneten Visualisierung lassen sich die Beziehungen zwischen den Variablen schnell erfassen. Die räumlich differenzierte, quantitative Analyse der Korrelation zwischen Schwerefeld und Topographie in den Zentralanden zeigt, daß nicht nur die Bouguer-Anomalie sondern auch das isostatische Restfeld stark negativ mit der Geländehöhe korreliert.

Beschreibung: A geoscientific database was established for the area of the Central Andes, which includes information about past and current research conducted within the frame of the ’SFB 267 - Deformation Processes in the Andes’ (Berlin, Potsdam) as well as data from external sources. The catalogue, which since 1996 is also available on the Web (WWW, URL: http://userpage.fu-berlin.de/~data/ provides a general view of the database architecture and contents, and facilitates common and easy access to singular sets of data. In addition, various methods for the analysis of spatial data from disciplines such as statistics (swath-averaged topographic profiles, standard deviation, correlation, fractals), digital image processing (directional filtering), geomorphometry (inclination and vertical doming) and numerical methods (horizontal gradient, Fast Fourier Transformation [FFT]) are presented in this thesis. Application of these techniques for structural analysis on a regional scale was tested for the Central Andes, for which topographic coverage is complete, as well as for associated gravity fields, and compared with information generated during long term investigations in the Andes. Endogenous and exogenous processes are mirrored in topographic forms and landscapes. Characteristic features of morphostructural units are particularly well characterized when employing geomorphometric analyses and FFT filter techniques. Even simple statistical methods (swath-averaged topographic profiles, calculation of minimum, mean, maximum and standard deviation) for selected areas allow recognition of specific features and characteristic variations. As far as topography is concerned, distinct differences between the hyperarid northern portion of the western Central Andes (Atacama Desert) and lesser arid southern sectors are evident for all methods employed. Studies of the surface fractal geometry show an invariance of scale of the Andean topography. Structural and climatic influences are mirrored in geometric variations of the landscape. Morphologically intensely structured portions, like the Subandean ranges, characterized by pronounced crustal shortening, or the southwestern margin of the Central Andes are marked by a higher fractal dimension, when compared to the entire area studied, whereas the hyperarid portion of the Atacama Desert is characterized by a lower fractal dimension. Directional lineament enhancement, but other methods such as areal inclination detection as well, allow to accentuate major zones of structural weakness, such as the Atacama and Precordilleran fault systems. Both, geomorphometric investigations and lineament recognition, enhance morpho-structural features such as block-faulting of oceanic lithosphere along the Peru-Chile deep sea trench in a 50 km wide sector to the west of the subduction zone, and verify results gathered during the CINCA experiment (Reichert et al., 1997). Gravimetric lineaments, derived from maximum horizontal gradients in gravity fields of the Central Andes, point to abrupt lateral density variations, but can only occasionally be correlated with outcropping lithologic units or fault zones. The two dimensional correlation using the moving average technique has proven to be useful for analysis of mutually influencing and spatially arranged data sets. Selection of a proper window size allows to differentiate between analyses on regional resp. local scales. Employing proper visualization, relations between variables are easily detectable. A spatially differentiated and quantitative analysis of the relationship between gravity field and topography in the Central Andes shows a strong negative correlation of altitude with Bouguer anomaly and isostatic residual field.

Beschreibung: http://www.cms.fu-berlin.de/sfb/sfb267/results/data_catalogue/index.html

Beschreibung: thesis

Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

Beschreibung: Schweremessungen im Hochgebirge erfordern eine genaue Bestimmung der topographischen Reduktion für die Berechnung der Bouguer-Anomalie. Von besonderer Wichtigkeit ist hierbei die optimale Approximation der Erdoberfläche durch geometrisch einfache Geländemodelle und die Kenntnis der Gesteinsdichteverteilung im Untersuchungsgebiet. Mit modernen Reduktionsverfahren ist es möglich, topographische Effekte zu verringern oder zu eliminieren und somit die Genauigkeit der Bouguer-Anomalie zu erhöhen. Anhand der verfügbaren Literatur wird eine Übersicht über bislang entwickelte Verfahren zur Berechnung der topographischen Reduktion gegeben. Hierbei handelt es sich um Verfahren, bei denen die Gestalt des Geländes zumeist durch unterschiedliche Modellvorstellungen (Quader, Kreisringsegmente) approximiert wird. Ein weiteres Problem ist die korrekte Berücksichtigung der Reduktionsdichte innerhalb des Untersuchungsgebietes. Darauf aufbauend wird ein Reduktionsverfahren entwickelt, das eine optimale Anpassung der Topographie durch die Triangulation aller Höheninformationen erlaubt bei gleichzeitiger Berücksichtigung von lateral variierenden Gesteinsdichteverteilungen, sog. Dichteprovinzen im Vergleich zum Standarddichteansatz. Die Höheninformationen bestehen aus einer Kombination von exakten Punkthöhen der Gravimeterstationen, den Höhenwerten aus hochauflösenden digitalen Höhenmodellen (DHM) und sonstigen Höhendaten. Durch eine Dreiecksvermaschung aller Höhenpunkte entsteht eine triangulierte irreguläre Netzwerk-Struktur (TIN). Die Geländereduktion für eine Station erhält man durch Summierung der Schwerewirkung aller Polyeder, deren Grundfläche aus ebenen Dreiecken im Stationsniveau und deren Deckflächen aus geneigten Flächen der Geländeapproximation bestehen. Die Berechnung der Schwerewirkung erfolgt durch eine analytische Lösung des auftretenden Volumenintegrals des Polyeders. Bei dieser Polyeder-Methode entfällt außerdem die klassische Einteilung des Geländes in unterschiedliche Entfernungszonen. Aufgrund des Rechenalgorithmus gehört das Polyeder- Verfahren zu den stationsunabhängigen Reduktions verfahren. Die Anwendung des Verfahrens erfolgt an Schweremessungen aus den Zentralen Anden in Südamerika zwischen 19°-29° S und 60°-71° W. Als Datengrundlage dienen ca. 15 000 Schwerestationen und das hochauflösende 30”x30” Höhenmodell ’GTOPO30’ des USGS. Mit einem modifizierten Nettleton-Verfahren werden erstmalig mittlere Reduktionsdichtewerte aus Bouguer-Schwerewerten für den zentralen Andenbereich bestimmt. Die Verwendung von diesen Dichtemodellen stellt den Versuch dar, die Schweredaten mit einer lateral variierenden DichteVerteilung neu zu interpretieren. Es ist deshalb nur als ein erster Ansatz zu verstehen, weil die derzeit verfügbare Dichtedatenbasis im Untersuchungsgebiet noch nicht ausreichend gut ist. Mit dem Polyeder- Verfahren steht ein moderner und flexibler Rechenalgorithmus zur Verfügung, der in idealer Weise alle notwendigen Höhen- und Gesteinsdichteinformationen zur optimalen Berechnung der topographischen Reduktion in der Gravimetrie verwendet.

Beschreibung: Gravimetric measurements in high mountains need an exact determination of the topographic reduction for the calculation of the Bouguer-Anomaly. The optimum representation of the shape of the earth’s relief by simple geometric ground models and the knowledge of the rock density distribution in the examined area is very important. It is possible to reduce or eliminate topographic effects by modern reduction procedures and to increase the exactness of the Bouguer- Anomaly. The available literature so far about this topic gives a survey about the developed procedure of calculating the topographic reduction. These procedures deal with the approximation of the ground condition by different model proceedings. Another problem is the correct consideration of the reduction density in the explored area. Based on this a new method for calculating the topographic reduction at each gravity station with a simultaneous consideration of variable rock density distribution, which are called density provinces, is developed. This method bases on the approximation of the terrain by polyhedrons. The source of the terrain model consists of digital elevation models (DEM), the heights of the gravity station themselves and perhaps other heights. Next step is the triangulation of the data and the result of it is a network of triangulation facets (TIN). The triangulated topography and the reference surface of the gravity surface built a polyhedron by which gravity attraction can be calcuated immediately and exactly and in an analytical form to each gravity station in the area. This procedure is called polyhedron-method and it belongs to the station-independent reduction procedures. The approximation of the topography in the triangulation facets avoids a classical division of the surroundings into different distance zones. The application of this procedure is carried out in gravity measurements of the Central Andes in South America between 19°-29°S and 60°-71°W. The data source includes 15 000 gravity stations and a 30-arc second digital elevation model ’GTOPO30’ of South America from the USGS. The first medium reduction density values taken from the Bouguer gravity values are fixed for the Central Andes by a modified Nettleton-procedure. That is only to understand as the first attempt. The momentary available density data basis in the explored area is still not satisfying. A new modern and flexible polyhedron method which ideally uses all necessary elevation information about the topography to provide higher accuracy for the terrain reduction process than it was possible before is now available.

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Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

Beschreibung: Subduktionszonen gehören zu den geologisch aktivsten Regionen der Erde. Viele der Prozesse in diesen Zonen laufen unter der Beteiligung von Fluiden ab und führen zu Aufschmelzung und Vulkanismus. Der Parameter der Absorption seismischer Wellen in der Erde (Kruste, Mantel) wird entscheidend von Größen wie der Temperatur, der Porosität, dem Umgebungsdruck oder der Sättigung mit wässrigen Fluiden oder (partiellen) Schmelzen gesteuert. Er eignet sich demnach hervorragend zur Untersuchung des Zustandes von Kruste und Erdmantel und den Prozessen in einer Subduktionszone. Für die Absorptionsuntersuchungen in der Subduktionszone in den westlichen Zentralen Anden standen die Daten der beiden seismologischen Experimente PISCO ’94 und ANCORP ’96 zur Verfügung. Diese Projekte wurden vom Sonderforschungsbereich 267 ’’Deformationsprozesse in den Anden”, der Freien Universität Berlin und dem GeoForschungsZentrum Potsdam finanziert und gemeinsam mit südamerikanischen Partnern durchgeführt. So wurden in den Jahren 1994 und 1996/97 für jeweils rund 3 Monate seismologische Stationsnetze in Nord-Chile und Süd-Bolivien betrieben, die weite Bereiche des forearc und des magmatischen Bogens sowie Teile des Altiplano zwischen 21° und 24° S umfaßten. Sie registrierten eine große Anzahl überwiegend lokaler Ereignisse aus der Wadati-Benioff-Zone. Für die Absorptionsuntersuchungen konnten insgesamt 904 Ereignisse mit 11.738 P-Phasen des PISCO ’94-Experiments bzw. 686 Ereignisse mit 10.544 P-Phasen des ANCORP ’96- Experiments verwendet werden. Die Berechnung der Absorption der einzelnen Strahlen erfolgte (automatisch) aus den Amplitudenspektren der P-Wellen Einsätze. Es wurde ein Frequenzband von 3 bis maximal 30 Hz analysiert, in dem ein frequenzunabhängiger Qualitätsfaktor Q angenommen wurde. Dabei kamen zwei unterschiedliche Methoden, Spektralverhältnisse und Spektralinversion, zur Anwendung, um der prinzipiellen Schwierigkeit der Trennung von Quell- und Weg-Effekten zu begegnen und Annahmen beispielsweise über die Quellfunktion zu überprüfen. Eine Spektralinversion nach individuellen t*-Operatoren und Plateauwerten und einer für ein Beben gemeinsamen Eckfrequenz konnte erfolgreich angewendet werden. Die so bestimmten Absorptionswerte (t*-Operatoren) wurden für eine damped least squares-Inversion zur Berechnung der dreidimensionalen Absorptionsstruktur im Untergrund verwendet. Das raytracing wurde dabei in den dreidimensionalen Geschwindigkeitsmodellen durchgeführt, um den genauen Strahlverlauf zu berücksichtigen. Die errechneten Modelle erlauben einen detaillierten Einblick in die Subduktionszone der Zentralen Anden. Der Bereich unterhalb des arcs zwischen 21,5° und 24° S ist geprägt von einer prominenten Anomalie geringer Q-Werte, die von der Kruste bis in den oberen Mantel reicht. Große Stationskorrekturen der Stationen im arc und dem Altiplano deuten auf eine Erstreckung bis an die Oberfläche hin. Die krustale Absorption verläuft deckungsgleich mit der Verbreitung des rezenten Vulkanismus. Südlich von 22° S verläuft die Absorptionsanomalie bis in eine Tiefe von 250 km genau oberhalb der abtauchenden Nazca-Platte. Nördlich von 22° S scheint die starke Absorption auf den Bereich oberhalb von ca. 100 km begrenzt. In diesem nördlichen Bereich, in dem generell eine geringere Absorption verzeichnet wird, korrespondiert diese Zone mit dem dort angesiedelten Beben-cluster in ca. 100 km Tiefe; nördlich von 21° S verliert sie sich. Der forearc zeigt sich als relativ homogene, gering absorbierende Struktur mit Q-Werten um 1000; die abtauchende Platte weist ebenfalls hohe Q-Werte auf. Bedingt durch die Lage der Absorptionsanomalien relativ zu den seismologischen Netzen und die damit verbundene geringere Durchstrahlung war eine detaillierte Untersuchung der Auflösung der Modelle notwendig. Dazu wurden die aus der Modellresolutionsmatrix abgeleiteten Größen wie die spread-function berücksichtigt, aber auch synthetische Tests an Modellen mit oszillierenden Strukturen (Schachbrettmustern) und ’’realistischen” Untergrundmodellen vorgenommen. Sie zeigen, daß große Bereiche des forearcs und arcs in den Modellen sehr gut aufgelöst werden. Die gefundenen Anomalien lassen sich unter verschiedenen Gesichtspunkten diskutieren. Die ausgeprägte krustale Absorption unter großen Teilen der Westkordillere läßt sich mit der schon früher abgeleiteten Präsenz partieller Schmelzen erklären. Sie korreliert sehr gut mit der Verteilung des rezenten Vulkanismus, erniedrigten Durchschnittsgeschwindigkeiten, einem erhöhten vp/vs-Verhältnis, z.T. extrem erhöhten elektrischen Leitfähigkeiten und Bereichen, für die anomale Geschwindigkeits-Dichte Relationen angenommen werden müssen. Variationen innerhalb dieser krustalen Anomalien weisen auf eine unterschiedlich ausgeprägte Durchdringung mit partiellen Schmelzen hin. Die Anomalien im oberen Mantel deuten auf ein unterschiedliches Vordringen der heißen Asthenosphäre unter den magmatischen Bogen hin. Darüber hinaus können sie als Bereiche partieller Schmelzen und Fluide interpretiert werden, die Dehydratisierungs- und Hydratisierungsprozesse in dieser Subduktionszone widerspiegeln.

Beschreibung: Subduction zones are among the geologically most active regions of the world. Many processes in these zones take place under the influence of fluids and lead to the generation of melts and volcanism. Attenuation of seismic waves in crust and mantle depends strongly on parameters like temperature, porosity, confining pressure or saturation with hydrous fluids or partial melts. Therefore, this parameter is perfectly suited to examine the state of the crust and mantle in subduction zones. For the attenuation studies in the subduction zone of the western Central Andes datasets of two seismological experiments, PISCO ’94 and ANCORP ’96, were used. These projects were financed by the Collaborative Research Center 267 ’’Deformation Processes in the Andes”, the GeoForschungsZentrum Potsdam and the Department of Geophysics of the Free University of Berlin and were executed in cooperation with partners from South America. In 1994 and 1996/97 two temporary seismological networks were installed in northern Chile and southern Bolivia covering large areas of the forearc, the magmatic arc and the Altiplano between 21° and 24° S. They monitored a large number of earthquakes predominantly situated in the Wadati-Benioff zone. From the PISCO ’94 and ANCORP ’96 datasets 904 events with 11.738 attenuation values respectively 686 events with 10.544 values could be used for the tomography. Whole-path attenuation was (automatically) determined from the amplitude spectra of the F- waves. In a frequency-band between 3 and 30 Hz a frequency-independent Quality-factor Qp was assumed. In order to separate source- and path-effects two different methods were applied, spectral inversion, and spectral ratios relative to a constant reference station. The spectral inversion for individual C-operators and plateau-values and a single source corner frequency for all observations of an event was applied successfully. In a damped least squares approach the t*-operators were inverted for the three-dimensional attenuation structure. To account for the spatial distribution of both velocity and attenuation raytracing was performed in the three-dimensional velocity structure previously derived by simultaneous inversions of travel-time data. The obtained models allow a detailed insight into the subduction zone of the Central Andes. Crust and mantle of the forearc and subducting slab are generally characterized by low attenuation (Qp 〉 1000). Beneath the Western Cordillera, the recent magmatic arc, a prominent attenuation anomaly is found (Qp 〈 100). This anomaly reaches from the uppermost crust down to the upper mantle at a depth of 250 km. North-South variations can be seen: The western flank of the crustal attenuation anomaly is congruent to the curved course of the volcanic front. North of 21° S the attenuation is less developed and dies out north of 20° S. A deeper zone of high attenuation is resolved between 22° and 24° S directly above the subducting slab. In the northern part of the study area the low-Qp-zone penetrates westwards in the forearc-mantle. Due to the irregular ray-coverage of the model a detailed analysis of the resolution was necessary. Both, formal analysis of the model resolution matrix (e.g. via spread-function) and tests with synthetic models including checkerboard and ’’realistic” attenuation models were executed. They show that large areas of the models beneath forearc and arc are well resolved. The anomalies found in the tomographic models can be interpreted in several ways. The prominent crustal attenuation beneath the Western Cordillera can be explained by partial melts previously proposed by others. The anomaly correlates well with the distribution of recent volcanism, reduced seismic velocities, reduced electrical resistivity and regions for which anomalous velocity-density relations must be assumed. Variations within the anomaly point towards the irregular distribution of partial melting beneath the volcanic arc. The anomalies within the upper mantle may map the distribution of hot asthenosphere material. Furthermore, they may be interpreted in terms of subduction-related dehydration- and hydration processes.

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Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

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

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

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Beschreibung: DFG, SUB Göttingen

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

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

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