ALBERT

Description: In einer Sandgrube bei Siefersheim wird ein 7,2 m mächtiges, durchgehend fossilführendes Profil im oligozänen Meeressand beschrieben. Es enthält eine diverse Fauna und lässt sich mit Hilfe von Foraminiferen biostratigraphisch mit anderen Meeressandprofilen und dem Mittleren Rupelton (Fischschiefer) korrelieren. Aufgrund der Sedimentologie, Mikrofazies und Karbonatzementstratigraphie sowie der Fossilführung des Profils kann eine Genese der Sande im Subtidal- bis Intertidalbereich an einem steilen Kies- bis Sandstrand nachgewiesen werden. So treten in den liegenden, kiesigen Partien des Profils vadose Zementtypen auf, die typisch für Beachrock sind. Die Fossilführung und die damit durchgeführten Paleocommunityanalysen zeigen eine transgressive Entwicklung mit allmählicher Wassertiefenzunahme innerhalb einer teilweise geschützten Bucht im Einflussbereich einer nahen Klippe.

Description: Abstract: A 7.2 m thick fossiliferous section of oligocene coastal sands was examined in a sand pit near Siefersheim (Mainz Basin, Germany). The sedimentology, the microfacies, the fabrics of carbonate cements and the fossil record suggest a sedimentation on a steep sub- to intertidal gravel- or sandbeach. So on the one hand vadose Mg-calcitic beachrock cements (submicrocrystalline cement and meniscus cement) occur only in the underlying rhyolite-gravel beds. On the other hand cemented bioclast sands of the capping sand layers show early diagenetic recrystallized fibrous cements and the top rhyolite-rubble and breccia beds contain late diagenetic Fe-calcitic drusy mosaic cements. For palaeocommunity-analysis the fossil record was applied. As a result five invertebrate- palaeocommunities with high contents of sessil suspension feeders and moderate diversities could be identified. They show an increase in water depth from about 0 to 25 m from the basal layer to the top, corresponding with a sea level rise of about 35 m. Summing up, it may be said that the sediments examined represent a gradual transgressive development in a partly protected bay in the neighbourhood of a rhyolithic cliff. The biostratigraphical correlation of the Siefersheim section with other Mainz Basin coastal sand profiles and the basin facies of the Middle Rupelian clay (the so called fish shale) was conducted on the basis of foraminifers.

Description: research

Description: Neue Fossilfunde vorwiegend aus dem hohen Unterems der Rittersturzund Nellenköpfchen-Schichten werden beschrieben. Die unterschiedliche Zusammensetzung der Fauna in Schilien und Schieferfolgen wird diskutiert. Es wird vermutet, dass die unruhigen Sedimentationsverhältnisse im Wattbereich des Nellenköpfchens bei Koblenz, verbunden mit einem besonders häufigen Wechsel von Erosion und Sedimentation, Brachiopoden gegenüber den Bivalvia benachteiligten.

Description: Abstract: Biostratigraphic fossil research in the Koblenz-area (Lower Devonian, Lower Emsian, Rhenish Massiv) summarizes rieh Bivalvia faunas mainly from the upper part of the Vallendar substage. The „Nellenköpfchen-Schichten" present tidal environment with changing sedimentary conditions. Muddy Sediments occasionally contain numerous Bivalvia, homalonotid trilobites and burrows of homalonotids. The fossil record of the massive sandstones is dominated by shell-beds (induced by hurricanes) containing mainly broken valves of non-autochthonous Bivalvia and brachiopods. Well preserved Palaeoneilo Maureri (Bivalvia) possibly show nearly allochthonous living conditions. In contrast to the tidal embedding of the Nellenköpfchen locality the increment of normal marine Sedimentation with brachiopod dominated shell-beds (Chonetinae) can be observed between Koblenz-Moselweiß and Koblenz-Lay.

Description: research

Description: Schwach zersetzter Sphagnum-Torf (Weißtorf) ist ein wertvoller Rohstoff, der für eine Reihe spezieller Anwendungen, insbesondere im Erwerbsgartenbau, schwer substituierbar ist. In West- und Mitteleuropa ist bereits ein Großteil der Vorräte aufgebraucht und wird zunehmend Weißtorf aus Nord- und Ost-Europa sowie Kanada importiert. Langfristig werden die Weißtorf-Vorräte und wachsende Hochmoore nur in Reservaten und in kommerziell nicht erschließbaren Regionen überdauern. Es ist daher an der Zeit, in eine Phase der nachhaltigen Nutzung von Torfen, die Paludikultur, einzutreten. Daß eine Rotationskultur junger Sphagnum-Torfe technisch machbar ist, zeigen Erfahrungen mit dem Sphagnum-Harvesting sowie mit der Revitalisierung von Hochmooren zu Naturschutzzwecken. Die Paludikultur wirft Fragen auf zur Auswahl geeigneter Sphagnum-Sippen, zu Techniken der Etablierung und Beerntung von Moorflächen, zur Optimierung der Erträge und Substratqualitäten, zu erforderlichen Flächengrößen, zur Rentabilität und zu möglichen positiven oder negativen Nebenwirkungen. Diese Aspekte werden ansatzweise diskutiert. In Mitteleuropa stellen insbesondere abgetorfte Hochmoore und andere Bergbaufolgelandschaften ein Flächenpotential für die Paludikultur dar.

Description: Slightly humified Sphagnum peat is a valuable resource that is difficult to be substituted in professional horticulture. In West- and Central Europe, the stocks are nearly exhausted and peat is increasingly imported. At the long run, Sphagnum moss peat and virgin Sphagnum bogs may only survive in nature reserves or in areas that are technically and commercially inaccessible. Time has, therefore, come for peat extraction to develop into sustainable peat cultivation: paludiculture. Experiences with Sphagnum-harvesting and restoration of cut-over bogs indicate that a rotation culture of young Sphagnum peat is technically possible. A future paludiculture implies the identification of optimal conditions and Sphagnum taxa for peat accumulation, the development of adequate cultivation and retrieval techniques, an estimation of necessary areas and economics, and an assessment of possible positive and negative side effects. This paper presents a review of these aspects. Suitable areas for paludiculture in Central-Europe may include cut-over bogs and other exhausted open-cast mining areas.

Description: research

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: 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 ;

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: 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.

Description: 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.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Laudatio anlässlich der Verleihung der C. A. WEBER-Medaille an Jürgen Schwaar während der 16. Jahreshauptversammlung der DGMT am 23. Juni 1999 in Schleswig.

Description: editorial

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Alaska weist eine Vielzahl von Feuchtgebieten und Pfianzengesellschaften auf. Besonders moorreich ist die Alaska Peninsula. Dort wurde ein Moorkomplex (muskeg) in unmittelbarer Nähe der Mt. Peulic Lodge (Ugashik-Seen) anhand von vegetationskundlichen Aufnahmen untersucht. Im untersuchten Moorkomplex dominierten Zwergsträucher, Seggenarten und Moose. Insgesamt konnten 9 verschiedene Vegetationstypen aufgrund von Oberfiächenstrukturen und Vegetation unterschieden werden: deckenmoorartige Strukturen, Bultkuppen, seitliche Bultränder, Schlenken, Wildwechsel, zwei verschiedene teppichartige Matten, rasenartige Horizonte und Wasserlachen.

Description: Alaska carries a great variety of wetland plant communities, above all the Alaska Peninsula is very rich in mires. One of these mire complexes (muskeg) in the vicinity of the Mt. Peulic Lodge (Lake Ugashik) was investigated by vegetation studies and documented by phytosociological relevés according to the principles of the BRAUN-BLANQUET-school. The mire vegetation was dominated by dwarf shrubs, sedges, and mosses. 9 different vegetation types were ascertained on the basis of topography and floristical composition. These were blanket bog-like structures, elavated hummocks, lateral sites of hummocks, interspersed runnels and hollows, game pathes, two different types of flat mosscarpets, lawn-like vegetation structures, and plant associations of small pools.

Description: research

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: 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.

Description: 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.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: 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.

Description: 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.

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

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: 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.

Description: 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.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: 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.

Description: 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.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen