ALBERT

Description: Marine Organismen sind einem ständigen Besiedlungsdruck durch Mikroorganismen, Algensporen und Larvenstadien sessiler Invertebraten ausgesetzt. Weil die Gegenwart von Epibionten die Interaktionen zwischen Substratorganismus (Basibiont) und Umwelt stark beeinflusst, müssen Basibionten auf den Besiedlungsdruck reagieren. Natürliche Verteidigungssysteme mariner Organismen gegen Aufwuchs müssen auf die verschiedensten Taxa potentieller Besiedler, die eine große Bandbreite an Empfindlichkeiten besitzen, abzielen. Aus diesem Grunde sind diese Abwehrsysteme hoch komplex, und bestehen meist aus einer Kombination mechanischer, chemischer, physikalischer und ökologischer Mechanismen, die gleichzeitig oder abwechselnd die Anheftung und das Wachstum von Bakterien, Algen und Wirbellosen beeinflussen. Die vorliegende Arbeit untersucht die natürlichen Antifoulingmechanismen der Mytiliden generell und speziell von Mytilus edulis durch die Entkopplung potentieller mechanischer und chemischer Verteidigungsmechanismen. Des Weiteren wurde untersucht, ob eine dieser Verteidigungskomponenten, die Mikrotopographie, sich durch regionale Optimierung auszeichnet. Letztere wurde im Hinblick auf die hochinvasiven Mytiliden ausgewählt, da ein universeller, in den verschiedensten biogeographischen Regionen wirksamer Verteidigungsmechanismus die Invasion in neue Habitate erleichtern würde. Die Ergebnisse aller Experimente unterstützen nachdrücklich das Konzept eines multiplen Ver-teidigungssystems bei der Miesmuschel Mytilus edulis. Ich konnte zeigen, dass die Oberflächenmikrostruktur Besiedlung durch Makrofouler abwehrt, während die Oberflächenchemie die Besiedlung durch Mikrofouler behindert. Daher stehen mindestens zwei Verteidigungsmechanismen mit dem Periostracum in Zusammenhang. Diese beiden Mechanismen könnten durch kumulative Filtration im Muschelbett und säubernde Bewegungen des Muschelfußes an der Schalenoberfläche noch unterstützt werden. Eine regionale Optimierung der Oberflächenmikrostruktur konnte jedoch nicht nachgewiesen werden.

Description: Within the framework of this thesis the investigation of methanogenesis and secondary degradation processes of methane in two distinctly different marine environments has been carried out. These two environments were (i) the gassy shallow-marine sediments of the Arkona Basin, western Baltic Sea and (ii) the hydrothermal submarine fluid/gas exhalations at hotspot volcanoes of the central South Pacific. Based on the results of geochemical, sedimentological and seismic investigations as well as geochemical modelling it was possible to reconstruct the occurrence, distribution, genesis and degradation processes of methane in these two environments. Particularly, the analyses of the molecular composition of the hydrocarbons extracted from the fluid/pore water in combination with the stable carbon and hydrogen isotopic signal enabled deductions regarding the methane formation processes in the respective working areas. In the central Arkona Basin an area of about 1500 km2 shows acoustic turbidity of the seismic signal in ~1.5 m depth in the surface sediments. This acoustic turbidity is an indication of free gas in post-glacial surface sediments which may reach about 12 m thickness in the basin centre. These sediments are characterised by a conspicuously high organic carbon content (ca. 5-8 %) and a clayey-silty structure. The degradation of organic matter produces anaerobic conditions in near surface sediments and in about 1 m sediment depth, below the sulphate reduction zone, it results in the accumulation of methane. The stable carbon and hydrogen isotopic results of all gas samples from the post-glacial sediment layer confirm bacterial methane production via CO2 reduction. Solely, the d13C-CH4 values of ~-40‰ of the upper few centimetres of the surface sediments indicate oxidised methane. The late- and post-glacial clay (reddish/brown and grey) that is located beneath the organic-rich sediments, however, shows rather low methane concentrations within the pore-water and the concentration profile as well as the d13C-CH4 values point to diffusion of gas from the surface sediments in to the clay. Overall, the measured methane concentrations in pore-water show distinct differences in methane concentration from trace concentrations at the northern rim of the basin to the point of methane saturation in the central basin. The increase in CH4 concentration is generally accompanied by an increasing thickness of organic-rich surface sediments. Based on the concentrations of organic carbon, methane, and sulphate and the average sedimentation rate a numerical model was developed to characterise sulphate reduction, anaerobic oxidationof methane and methane production. The model results show that a sediment thickness of 3.5 m has to be achieved to obtain CH4 production rates that enable the accumulation of methane in the sediments. Furthermore, it could be shown that a sufficient amount of methane required to cause oversaturation and gas bubble formation can not be generated until a sediment thickness of 5-6 m is reached. This minimum sediment thickness established by the geochemical model correlates nicely with the sediment thickness at which the seismic readings show acoustic turbidity. During research cruises Sonne 65 (1989) and Polynaut (1999) methane analyses were conducted on water column and fluid samples above submarine volcanoes of the Pitcairn, Austral, and Society island chains, central South Pacific. Weak hydrothermal activity was determined at hotspot volcanoes Bounty and Teahitia in 1999. The 1999 results, in comparison with methane results from 1998, point to a rather calm exhalation activity of the hotspot volcanoes. The higher methane concentrations determined in the water column in 1998 could be attributed to the eruption of the Macdonald seamount that occurred at that time. The importance of bacterial methane production by CO2 reduction, also for hot exhalations of submarine volcanoes, could be described the first time by means of the 13C/12C and D/H isotope ratios of methane. At the Bounty seamount the stable isotopic values of methane from the fluids refer to an almost 100% bacterial production of methane at about 88°C. An amount of about 50% bacterially produced methane besides the abiogenic produced methane could be determined at Macdonald seamount.

Description: The results of this study show that close boats (〈100 m) affect the behaviour of bottlenose dolphins more strongly than boats further away (〉100 m). Close boats induced a decrease of feeding, resting and social behaviour. The proportions of high-speed swimming and slow swimming increased. In the presence of close boats, dolphins were observed 6 times more frequently to leap and 3.6 times more frequently to tail-slap than under control conditions – an indication of disturbance. Dolphins responded to close boats with evasive manoeuvres similar to techniques used for avoiding predators. With more than two close boats, animals swam approx. 37% faster than without close boats. An energy consumption of 2.93 W kg-1 was calculated. This corresponds to a daily energy demand of 50.6 MJ per dolphin with 200 kg body weight. With boats at close range, the mean power requirement of dolphins was around 15.4% higher than during controls. With close boats, dolphins used a third of their energy budget to avoid boats by swimming at high speed. In the light of these findings, recommendations for dolphin-watching guidelines are given.

Description: Three stand-alone geochemical box models have been developed to simulate globally coupled biogeochemical cycles. These models reflect the evolution of the participating biotic and abiotic constituents in marine and terrestrial environments, including the lower atmosphere. The single models focus on the calculation of: 1) the chemical evolution of seawater, 2) the atmospheric methane concentration, and 3) the concentration of oxygen in surface and deep ocean water over the entire Phanerozoic (570 Ma). The models are driven by geological and evolutionary forcings and are controlled by proxy data. Internal feedback is provided by model outputs serving as input to other model components. The Phanerozoic biogeochemical evolution of seawater (dissolved inorganic carbon, alkalinity, nutrients, and oxygen), its isotope sulfur and carbon composition, as well as the atmospheric partial pressures of oxygen (pO2), carbon dioxide (pCO2), and methane (pCH4) are calculated by standard runs of the individual models.

Description: Die kombinierte molekularbiologische und morphometrische Analyse der benthischen rotaliiden Foraminiferen-Art Planulina wuellerstorfi in der östlichen Grönlandsee war Ziel der Untersuchung. Es handelt sich bei dieser Foraminiferen-Spezies um eine für paläozeanographische Rekonstruktionen wichtige Art; daher ist es von zentraler Bedeutung, die Phylogenie dieser Art aufzuklären. Die östliche Grönlandsee ist durch ihre besonderen hydrographischen Verhältnisse als geeignetes Untersuchungsgebiet anzusehen, da Planulina wuellerstorfi als epibenthischer Suspensionsfiltrierer angepasst an erhöhte laterale Bodenströmungen lebt. Es konnte erstmals ein zusammenhängender Datensatz von SSU rDNA Sequenzen von Planulina wuellerstorfi von verschiedenen Stationen in der östlichen Grönlandsee erhalten werden. Auch wurden erstmalig SSU rDNA Sequenzen anderer benthischer rotaliider Tiefsee-Foraminiferen (Cribrostomoides sp., Oridorsalis umbonatus, Triloculina sp.) erhalten. Es zeigten sich Sequenzvariabilitäten innerhalb der Cibicides/Cibicidoides/Planulina-Gruppe. Zwei verschiedene Sequenz-Typen konnten identifiziert werden. Die morphometrische Analyse klassifizierte beide Sequenz-Typen als Planulina wuellerstorfi, zeigte aber signifikante Unterschiede zwischen Typ 1 und Typ 2. Der kombinierte molekularbiologische und morphometrische Ansatz liefert somit Hinweise auf das Vorliegen kryptischer Speziation innerhalb von Planulina wuellerstorfi.

Description: Large volumes of mainly felsic volcanic ashes have been repeatedly released during explosive volcanic eruptions along the Central American Volcanic Arc. These ashes are found as up to several centimetres thick ash layers in marine sediments offshore Nicaragua and Costa Rica. Since volcanic ashes constitute such a major fraction of slope sediments and subducted deep sea sediments off Nicaragua and Costa Rica its alteration is significantly affecting the chemical signatures of sediments and pore waters. New results of mafic and felsic glass alteration were derived from extensive field investigations of marine tephra. deposits and diagenetic processes in related pore waters as well as laboratory dissolution experiments.

Description: Die vorliegende Arbeit untersucht die Veränderung der Sturmtätigkeit über den Weltmeeren im Zeitraum von 1889 bis 1997. Hierfür wurden Luftdruckbeobachtungen aus Schiffsmessungen des Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set (COADS) verwendet. Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Bestimmung von langfristigen Trends in Beobachtungsdaten durch die geringe Anzahl von Beobachtungen vor 1950 erschwert wird. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit lag deshalb darauf, mit Hilfe von Monte-Carlo-Rechnungen die Fehler abzuschätzen, mit denen aufgrund der Schwankungen in den Beobachtungszahlen zu rechnen ist. Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse unter Einbeziehung der abgeschätzten Fehler kann nur davon ausgegangen werden, dass es im nördlichen Bereich des Nordatlantiks zu einer Intensivierung der Sturmtätigkeit in der Zeit von 1889 bis 1997 gekommen ist. Die Größe der abgeschätzten Fehler deutet darauf hin, dass es unbedingt erforderlich ist, diese Fehler zu berücksichtigen, um sichere Aussagen über langfristige Trends von Beobachtungsdaten mit stark veränderlicher Datendichte treffen zu können.

Description: Ziel dieser Arbeit war es, die Prozesse der Sedimentveränderung an konvergenten Plattenrändern zu charakterisieren. Dafür wurde ein Profil vor der Küste des südlichen Costa Ricas gewählt. Entlang dieses Profils wurden seismische Reflexionen sowohl für den Steilwinkel- als auch für den Weitwinkelbereich aufgezeichnet. Durch Modellierung der Reflexionsamplituden konnten die seismischen Geschwindigkeiten entlang dieser Plattengrenze ermittelt werden. Es zeigt sich, daß die Kompressionswellengeschwindigkeit unterhalb des Decollements um ca. 15% entlang des Profils variiert, während die Scherwellengeschwindigkeit im gleichen Bereich eine Variation von 50% zeigt. Variationen dieser Größenordnung können nur durch Unterschiede in den Porendrücken des Sediments erklärt werden. Ein Vergleich mit Labormessungen zeigt, daß der effektive Druck im subduzierten Sediment Werte zwischen 1 und 7 MPa erreicht. Der Grund für diese räumlich sehr kleinen Druckunterschiede ist eine lokal stattfindende Tonmineralumwandlung.

Description: Untersucht wurden Korallenkerne aus dem "Western Pacific Warm Pool" (Timor, Indonesien) und dem zentralen Pazifik (Tahiti, Französisch Polynesien).

Description: The connections between the winter wind stress field and the ice conditions in the Barents Sea are examined on interannual time scales between 1970 and 2004. A hindcast data set of wind stress from the Norwegian Meteorological Institute (DNMI) and several ice indices are used. Special attention is given to Storfjorden, a fjord located in the east of the Svalbard, which contains frequently a latent heat polynya. Therefore it is an important source of brine-enriched shelf water. The ice extent in the Barents Sea turns out to be governed mainly by the meridional wind stress component and to some extent also by the wind stress curl and divergence. Especially in the western and central Barents Sea the wind stress field is influenced by the North Atlantic Oscillation (NAO), while in the easten Barents Sea local processes might be more important. In Storfjorden a polynya model is used to model the polynya width and total ice production for the winters 2002/2003 and 2003/2004. The polynya width is adjusted to the width estimated from satellite images with factors which are controlling the ability of the polynya to open and close. An attampt is done to explain the interannual variations of these factors with the help of the wind stress field and ice extent in the areas surrounding Storfjorden.

Description: This thesis examines the closure history of the Central American Seaway (CAS) and its effect on changes in ocean circulation and climate during the time interval from ~6 – 2.5 Ma. It was accomplished within the DFG Research Unit "Impact of Gateways on Ocean Circulation, Climate and Evolution" at the University of Kiel. Proxy records from Ocean Drilling Program (ODP) Sites 999 and 1000 (Caribbean), and from ODP Sites 1237, 1239 and 1241 (low-latitude east Pacific) are developed and examined. In addition, previously established proxy data from Atlantic Sites 925/926 (Ceara Rise) and 1006 (western Great Bahama Bank) and from two east Pacific sites (851, 1236) are included for interpretations. The main objectives of this study are (1) to acquire a consistent stratigraphic framework for all sites, (2) to reconstruct Pliocene changes in Caribbean and tropical east Pacific upper ocean water masses (i.e. temperature, salinity, thermocline depth), and (3) to identify potential underlying forcing mechanisms. The stratigraphic framework was established by tuning benthic stable isotope records to orbitally tuned reference records (Sites 1241, 925/926). The orbital tuning procedure (Sites 1241, 1237) is based on matching cyclic variations in proxy records like benthic stable isotopes, percentage sand of the carbonate fraction, and shipboard logging data to the orbital solution of Laskar et al. (1993). The tuning results add up to one consistent benthic δ18 O stratigraphy for all Pliocene Caribbean and tropical east Pacific sediment sections. Accordingly, they provide an excellent opportunity for comparisons of Pliocene proxy records from different oceanic areas. The assessment of Pliocene changes in Caribbean and tropical east Pacific upper ocean water mass signatures is achieved by a comparison of δ18 O records from shallow- and deep-dwelling planktonic foraminifers, indicative of salinity and temperature changes. These δ18 O records are partly combined with Mg/Ca-derived temperature records from the same foraminiferal species. Pronounced sea surface salinity (SSS) gradients between the two Caribbean sites (999, 1000) after 4.7 – 4.2 Ma with lower salinities closer to the final gateway region indicate that the lateral expansion of the Pacific low salinity tongue into the Caribbean was strongly reduced. Besides, the inner-Caribbean SSS gradients reveal a strong variability on precessional time scales after 4.4 Ma, with higher SSS gradients during northern hemisphere summer insolation maxima. This suggests that the volume transport through the CAS varied on precession cycles, implying higher contributions of low-salinity Pacific inflow during northern hemisphere summer insolation minima, and a stronger influence of high-salinity Atlantic water masses during northern hemisphere summer insolation maxima. With δ18 O G. sacculifer values being significantly lower in the equatorial western Atlantic (Site 925, Ceara Rise) than at the Caribbean sites after 4.4 Ma, the possibility of a transfer of high-salinity water masses from the South Atlantic to the Caribbean can be excluded. Similar δ18 O G. sacculifer values in the central Caribbean (Site 1000) and the Caribbean outflow region (Site 1006) indicate that high-salinity water masses left the Caribbean via the Florida Current, thereafter feeding the Gulf Stream. The combination of both results suggests the North Atlantic subtropical gyre as a possible source for Caribbean high-salinity surface waters during the Pliocene. A warming and/or deepening of the Caribbean thermocline after 4.5 Ma indicates a strengthening of the Caribbean/West Atlantic Warm Pool. Concomitant to the thermocline-deepening in the Caribbean, the tropical east Pacific thermocline shoaled with a major subsurface cooling step between 4.5 and 4.0 Ma (Site 1241). Temperatures within the thermocline, though, remained relatively stable throughout the Pliocene, as indicated by Mg/Ca temperature reconstructions from Site 1241. The observed changes are in good agreement with numerical modeling results adressing the closure of the CAS that were carried out within the framework of the Research Unit "Ocean Gateways". Strong mixed-layer temperature and/or salinity (δ18O) and nutrient (δ13C) gradients between the equatorial east Pacific (Site 1239) and the east Pacific North Equatorial Counter Current region (Site 1241), especially after 4.5 Ma, do not support the scenario of a "permanent El Niño-like state" during the Pliocene.

Description: In the eastern equatorial oceans upwelling regions are found. The cold upwelling waters not only interact with the atmospheric circulation via changing the sea surface temperatures (SSTs) but also influence the biological activity via affecting the nutrient and oxygen contents. However, the sources of the upwelling waters are well known only for the sources of the equatorial upwelling but remained unclear for the off-equatorial upwelling regions. A main aspect of this work is to contribute to the understanding of the mean pathways into the Guinea and Angola Dome. The analysis bases on a high resolution model (1/12±) of the Atlantic and will focus on a discussion of the role of the various zonal current bands in supplying the offequatorial upwelling. Longer term variability of the equatorial currents and their possible influence on the equatorial upwelling will be discussed in a second part of this work. In the first part of the work trajectory calculations were used to investigate the sources of the equatorial zonal currents. It could be shown that they belong almost exclusively to the southern hemisphere and additionally, strong interaction between the different zonal currents has been found. This interaction is caused by tropical instability waves which are created by the shear between the zonal currents. The waves produce also eddies which cause a watermass transfer between the different currents. It was shown, that this eddy-transport is the main watermass pathway supplying the southern equatorial undercurrent (SEUC) and it was also found to play a major role for the sources of the northern equatorial undercurrent (NEUC). The analysis of the pathways between NEUC, SEUC and the eastern upwelling regions revealed that the NEUC feds into the Guinea Dome, into the equatorial upwelling (via retroflection into the equatorial undercurrent (EUC)) as well as into the upwelling along the African coast, while most of the SEUC waters recirculate in the equatorial zonal currents. The second part of this work focused on interannual to decadal variability of the equatorial currents related to fluctuations of the subtropical-tropical cell (STC) and the conveyor belt (MOC) return flow. For the discussion of these phenomena different sensitivity experiments have been performed using lower resolution models as a FLAME 1/3± Atlantic model and the 1/2± global ORCA configuration. The results from both models were found to be very similar and showed that the STC is not varying coherently, thus there is no obvious interaction between subtropical and tropical variability. In fact, the STCs are driven mainly by the local zonal wind stress. Despite the overriding importance of the wind-forced variability on interannual timescales, all model results showed also decadal variability signals. They were found to belong to variations of the deep water export across equator which is influenced by the formation rate of Labrador Sea Water. These MOC anomalies revealed a basin-wide structure and were found to modulate the shallow transports in the tropical Atlantic on decadal timescales. However, the main signal of the MOC anomalies was found to be confined to the deep and intermediate waters and the amplitudes in vicinity of the surface are negligible.

Description: For simple analysis of stochastic climate models the ocean is often forced with a statistical atmosphere model. The atmosphere model mimics the observed statistics of the atmospheric forcing, e.g. the heat fluxes and the wind stress. This study serves as the beginning of the development of such a global statistical atmosphere model. The starting point of the development is a Monte-Carlo-like model written by Dietmar Dommenget, which is coupled to an one-dimensional model of the upper ocean. An important question in this context is how good the existing model simulates the atmospheric forcing. For that purpose the probability distribution functions of the net heat flux and the wind stress (respectively the surface fricion velocity u* ) derived from observations and a coupled run of the GCM ECHAM5 with the above mentioned ocean model are examined. The results are compared to the output of the statistical atmosphere model. The spatial and temporal patterns of the statistical moments mean, standard deviation, skewness and kurtosis are considered particularly. The investigation of the moments shows considerable differences between the model data and the observations. Especially the wind speed and thereby the friction velocity of the observations differs from that calculated by ECHAM5. The distributions of the friction velocity simulated by the statistical model deviate from both the observations and the ECHAM5 model data. By performing sensitivity studies it is shown that the deviations between the probability distribution functions have a non-negligible influence on the evolution of the sea surface temperature. The results of this analysis lead to possible modifcations of the statistical atmosphere model. Two different atmosphere models including these modifcations are presented. Another approach for the development of a statistical model, the usage of spatial correlation patterns is elucidated. Because of the enormous number of EOF modes needed to reach 90 percent of explained variance, even in the coupled EOF analysis between u* and the netflux, it is refrained from developing a statistical atmosphere based on these EOF modes. Finally an atmosphere model based on the bulk formulas is formulated as a result of a cross spectral analysis, which indicates an underrepresentation of the low-frequency variability in the SST time series caused by the direct forcing of the ocean with the surface fluxes. The SST time series simulated by this model exhibit a much higher coherency with the SST of the ECHAM5 model run.

Description: To assess the impacts of climate change on phytoplankton autumn successions, an experimental analysis using Baltic Sea plankton was undertaken in eight 1400 l indoor mesocosms situated in four climate chambers, running for 40 days in November/December 2005. The temperature baseline was defined according to the average local conditions in the past eight years. In two mesocosms, the temperature was regulated according to this baseline. For two mesocosms respectively, a warming of 2, 4, and 6°C was simulated in three different climate chambers. A light regime simulating natural daylength, dim phases at dawn and dusk, and randomized cloud cover was established. Phytoplankton was sampled three times per week, fixed by Lugol's iodine, counted and identified, and chlorophyll a values were measured. In parallel, a sample from the Kiel Fjord was taken on each sampling day and treated accordingly. Abundance, mean specific cell volume, total biovolume and biomass were calculated for each taxon in the respective treatments. Taxonomie richness and biodiversity measured as Shannon Wiener Index were determined. Biomass and chlorophyll a peaks and timing of these peaks were correlated with temperature, as were decrease in species richness and lass in biodiversity. Microphytoplankton was the dominating size class, diatoms (up to 500 cells/ml) were clearly predominant over dinoflagellates (never more than 5 cells/ml). Within the Bacillariophyceans, the genus Coscinodiscus contributed more than 75 % biovolume in the start of the experiment, and its proportion increased throughout the experiment in all mesocosms. In warmer treatments, biomass as well as chlorophyll a peaks tended to occur earlier and were lower than in colder treatments. A post bloom biomass minimum only developed in the four warmer treatments within time of experimentation, indicating that this phase was even more strongly accelerated by temperature than were the peak conditions. Numbers of taxa and biodiversity steadily decreased in all treatments, yet more steeply so in warmer treatments. Hence it was derived that species lass was also slightly accelerated by temperature. Through match-mismatch events these temperature dependent alterations in phytoplankton abundance and composition may affect higher trophic levels and thus have an impact on the whole food-web. Temperature enhanced lass in biodiversity may have impacts on invasion resilience of a phytoplankton succession or on its capacity to sustain a divers grazer community.

Description: The goal of the here presented study was to elucidate the effect of temperature on the production and lass mechanisms of dissolved organic matter in a microalgal culture. For this purpose, an axenic diatom culture was grown in North Sea water containing a natural bacterial community and exposed to three different temperatures (17°C, 21°C and 26°C). During the following 25 days the development of algal growth and bacterial activities as weil as changes in the concentration of DOC, carbohydrates and TEP were closely followed. The here obtained results show a clear dependence of the autotrophic and heterotrophic processes on temperature. At the highest temperature, algae grew about two times faster than those incubated at the lowest temperature. The overall produced amount of algal biomass did not differ between the three temperature incubations as indicated by the concentration of POC. Contrary to this, algae growing at the lowest temperature produced considerably less Chi a than those at the highest temperature. lt is suggested that cells growing at their lower temperature limit cannot efficiently use large amounts of light energy captured by photosynthesis, because their intracellular processes are considerably slowed down. Thus, by producing less Chi a they absorbed less light energy at a time, but used it efficiently to build up biomass over a langer period of time. All cultures reached a situation of nutrient depletion in the course of the experiment. The ratio of C: N rase up to values of ~20:1. Thus, the extracellular release of carbon-rich dissolved organic compounds was highly probable. Astonishingly, no effect of temperature on the pools of DOC and carbohydrates could be observed. Interestingly, the production of TEP was influenced by temperature. An increase by 9°C led to a more than two-fold increase in the amount of TEP produced. Based on this finding it is suggested that the production of TEP exhibits a temperature-sensitivity that is on the same scale as heterotrophic processes. Thus, the hypothesis that the production of TEP could be reduced at elevated temperatures due to a faster uptake of DOM by bacterial processes, has to be rejected. A decrease in POC and TEP at the highest temperature was observed in the second half of the experiment, whereas bacterial activities increased. High activities of bacterial a-Dglucosidase and ß-D-glucosidase suggest that a considerable amount of carbon-rich DOM was exuded in the course of the experiment. In summary, the data of DOC cannot be explained to this point of time. An increase in temperature clearly affected the dynamics in the autotrophic and the heterotrophic processes. Since even the pool of TEP was positively influenced, it seems likely that temperature has an effect on the pool of DOM.

Description: Der Einfluss der Temperatur auf die Mortalitäten zeigt sich im zeitlichen Verlauf. Bei höheren Temperaturen erreichen die Mortalitäten schneller ein Maximum als bei niedrigen Temperaturen. Die Dottersacklarven des Hungerexperimentes zeigten bei Temperaturen von 11,7°C bis 15,5°C den schnellsten Verbrauch der Dotterreserven, bei 3,5°C und 5,7°C war bei 12 Tage alten Larven noch Dotter vorhanden. Anhand der Mortalitäten und der RNA/DNA-Verhältnisse konnte bei 13,6°C und 15,5°C nach acht Tagen ein deutliches Hungern bestätigt werden, bei 9,7°C und 11,7°C nach elf Tagen. Dies zeigte sich auch anhand des immer stärker abnehmenden Trockengewichtes. Bei 7,7°C konnte nach 11 Tagen der Beginn eines Hungereffektes beobachtet werden, bei 3,5°C und 5,7°C war nach 11 Tagen noch kein Hungereffekt sichtbar. Bei 10,5°C und 13,6°C zeigten jüngere Heringslarven sowohl das beste Längenwachstum als auch das höchste Trockengewichtswachstum. Bis zu einem Alter der jüngeren Heringslarven von 10 Tagen, ähnelte das RNA/DNA-Verhältnis dem von hungernden Bei Temperaturen von 11,5°C und 12,6°C konnte für jüngere Heringslarven die beste Kondition in der Kleinen Temperaturorgel ermittelt werden. Die Hungerparallele zeigte das schlechteste RNA/DNA-Verhältnis und die geringste Trockengewichtswachstumsraten. Die jüngeren Heringslarven in der grünen Tonne zeigten die höchsten RNA/DNA-Verhältnisse und das höchste Wachstum. Das Längenwachstum der älteren Heringslarven des Futterexperimentes zeigte große Streuungen. Bei Temperaturen zwischen 10,5°C und 13,6°C konnte das höchste Trockengewichtswachstum ermittelt werden. Eine Temperatur von 16,3°C erwies sich als kritische Temperatur für heranwachsende Heringslarven. Das beste RNA/DNA-Verhältnis und das höchste Trockengewicht zeigten ältere Heringslarven, die bei 11,5°C gehältert wurden. Die Hungerparallele zeigte auch bei den älteren Heringslarven die geringsten RNA/DNA-Verhältnisse. Es wurden bei beiden Futterexperimenten sowohl hungernde, schlecht fressende und gut fressende Heringslarven beprobt. Es konnte bei den Selektionsexperimenten bei den jüngeren und älteren Heringslarven keine Abhängigkeit der Nahrungsaufnahme vom Alter festgestellt werden. Sowohl die jüngeren als auch die älteren Heringslarven zeigten keine Bevorzugung eines bestimmten Nahrungsorganismus. In den untersuchten Därmen der Heringslarven stellten Nauplien, Rotatorien und Bivalvia-Larven die wichtigsten Organismen dar. Das Wachstumsmodell zeigte eine lineare Abhängigkeit zwischen dem RNA/DNA-Verhältnis, dem Wachstum und der Temperatur.

Description: Fontana Tephra has been generated by a large basaltic-andesitic plinian eruption in the Late-Pleistocene in the Masaya area, west-central Nicaragua, at the Central American subduction zone. The eruption evolved through several plinian fallout phases, alternating with phreatomagmatically-affected plinian fallout activity. The minimum estimate of the total erupted tephra volume amounts to 1.4 to 1.8 km3. Comparisons of tephra dispersal parameters with theoretical modelling results suggest eruption column heights between 24 and 30 km. The eruption was powered by exsolution of magmatic water. The gas chemistry of melt inclusions and matrix glasses as determined by SIMS, supported by petrographic observations, indicate a retarded degassing process in disequilibrium with the pressure release during magma ascent in the conduit, associated with a substantial volatile supersaturation. This sudden vesiculation process, combined with the high temperature and rapid ascent of the magma is considered to be responsible for the unusual plinian eruptive style of the mafic Fontana magma. High magmatic bromine and iodine contents, positively correlating with high Ba-La ratios, indicate strong sediment recycling through the subduction zone.

Description: In der vorliegenden Arbeit wurde eine kultivierungsunabhängige molekularbiologische Methode zum Nachweis der funktionellen Gene nosZ (und norCB) etabliert und angewendet. Es konnte nosZ im atlantischen Auftriebsgebiet vor Mauretanien (mittels PCR, Klonierung und Sequenzierung) nachgewiesen werden. In der Wassersäule des tropischen Atlantiks jedoch wurden keine Gene der N20-Reduktase nachgewiesen. Die Gene nosZ und norCB kodieren für die an der Denitrifikation beteiligten Enzyme N20-Reduktase (N207N2) bzw. NO-Reduktase (N07N20). Die Denitrifikation ist ein Schlüsselprozess im Stickstoffkreislauf, in dem Nitrat (N03-) schrittweise zu molekularem Stickstoff (N2) reduziert wird. Ein Zwischenprodukt dieses Prozesses ist das klimarelevante Treibhausgas N20 (Lachgas). Im atlantischen Ozean wurden in verschieden Gebieten (tropischer Nordatlantik und Küstenauftriebsgebiet vor Mauretanien) erhöhte Konzentrationen an N20 gemessen. Eine mögliche Ursache dafür können Denitrifikationsprozesse sein. Für den Nachweis von NosZ-Genen in der atlantischen Wassersäule konnten PCR, Klonierung und Sequenzierung erfolgreich etabliert werden. Für die vollständige Etablierung der Methoden für norCB sind weitere Arbeiten notwendig. Es wurden Atlantikwasserproben der Meteorreise M55 (tropischer Nordatlantik) und der Poseidonfahrt P320/ l (Küstenauftriebgebiet vor Mauretanien) auf das Vorkommen von NosZ-Genen untersucht. Im Auftriebgebiet vor Mauretanien konnten NosZ-Gene nachgewiesen werden. Die Länge des amplifizierten Fragmentes betrug 865bp. Die phylogenetischen Stammbaumanalysen auf DNA- und Aminosäureebene zeigen, dass ein Großteil der gefundenen nosZ-Sequenzen ein eigenes neues Cluster bilden. Es konnten keine nennenswerten Sequenzunterschiede zwischen den untersuchten Stationen, weder in Abhängigkeit von der Position noch der Tiefe, nachgewiesen werden. Nächste verwandte Sequenzen sind nosZ-Sequenzen von Ralstonia eutropha (ß-Proteobakterium). Obwohl die Sauerstoffkonzentrationen in diesem Gebiet mit ca. 50μmol/l für eine klassische Denitrifikation etwa um das 1Ofache zu hoch sind, liefert dieses Ergebnis dennoch einen ersten Hinweis für eine Beteiligung denitrifizierender Bakterien an der Bildung von N20 in diesem Gebiet. Vor allem ist dies unter Berücksichtigung von aerober Denitrifikation oder klassischer Denitrifikation an oder innerhalb von Partikeln möglich. In den Proben der M55-Reise konnten keine NosZ-Gene nachgewiesen werden. Eine andere Möglichkeit zur Bildung von N20 ist die Nitrifikation. Jedoch konnten in diesen Proben ebenfalls keine Gene (amoA) für die an der Nitrifikation beteiligten Enzyme nachgewiesen werden. Auch andere Prokaryonten wie z.B. Crenarchaeoten können für die erhöhten N20-Konzentrationen verantwortlich sein. Mit einer PCR von 16S rDNA-Fragmenten mittels Archaen spezifischer Primer konnten Crenarchaeoten-DNA-Abschnitte nachgewiesen werden.

Description: Die Prozesse, die nach der Verfrachtung einer einzelnen Art in ein neues Habitat ablaufen sind weitestgehend bekannt. Dies gilt nicht für die Prozesse von verfrachteten Artengemeinschaften. Hierzu wurden Freilanduntersuchungen an natürlichen Hartsubstraten in der westlichen Ostsee und der südlichen Nordsee durchgeführt. Gemeinschaften, die sich in der Artenzahl und dem Bedeckungsgrad unterscheiden wurden zusammengestellt und in ein neues Habitat transferiert. Die Strukturänderungen der transferierten und einheimischer Gemeinschaften wurden über einen Zeitraum von neun Monaten untersucht. Hierzu wurde die weitere Entwicklung der Gemeinschaften mit der Gemeinschaftsstruktur zum Zeitpunkt des Transfers verglichen. Als Maß der Veränderung diente die Bedeckung jeder einzelnen auf dem verwendeten Substrat. Dies umfasste sowohl Zu- und Abnahme des Bedeckungsgrades der ursprünglichen Siedler (Wachstum, Recruitment, Prädation, Grazing und Besiedlung neuer Arten). An allen Standorten Entwickelten sich sowohl die autochthonen, wie auch die allochthonen Gemeinschaften von ihrem Ausgangszustand fort. Der Transfer der Gemeinschaften übte einen hoch signifikanten Effekt auf die weitere Entwicklung aus. Weder die Artenzahl, noch der Bedeckungsgrad haben einen signifikanten Einfluss darauf, wie sich die Gemeinschaften entwickeln. Weiterhin hat die Transferrichtung einen signifikanten Effekt. Artengemeinschaften, die aus Arten bestehen, die einen breiteren Toleranzbereich gegenüber abiotischen Faktoren haben, werden weniger stark durch den Transfer beeinflusst. Die weitere Besiedlung durch Arten, die für das neue Habitat typisch sind, führte dazu, dass die zusammengestellten Gemeinschaften konvergierten.

Description: In beiden Habitaten konnten Heringslarven Ober einen Zeitraum von beinahe drei Monaten beprobt werden. Die Qualitat des Zooplanktons war Ober den gesamten Zeitraum gut. Dies konnte anhand der Ergebnisse der Nährstoff- und Chlorophyllmessungen gezeigt werden. Bezüglich der Zusammensetzung des Zooplanktons insbesondere der Copepoden unterschieden sich die Kieler Forde und der Nord-Ostsee-Kanal deutlich voneinander. Eurytemora affinis dominierte das Zooplankton im Nord-Ostsee-Kanal über mehrere Wochen, wohingegen in der Kieler Förde Pseudocalanus elongatus und Oithona similis die dominanten Arten waren. Die gefundenen Langenwachstumsraten liegen deutlich unter den Literaturwerten für die beiden beprobten Habitate. Die Heringe in der Kieler Förde wuchsen täglich um 0,23 mm und im Nord-Ostsee-Kanal um 0,24 mm. Die Heringslarven aus dem Nord-Ostsee-Kanal, die hauptsächlich Eurytemora affinis gefressen hatten, hatten eine signifikant bessere Kondition als Heringslarven in der Kieler Förde, die sich von Pseudocalanus elongatus und Oithona similis ernährt haben. Die beiden Stationen zeigten einen gegensätzlichen Trend in den RNA/DNA Verhältnissen. In der Kieler Förde nahm die Kondition der Heringslarven während des Probenahmezeitraumes zu beziehungsweise blieb konstant, wohingegen die Kondition der Heringslarven im Nord-Ostsee-Kanal stark abnahm. Dies lässt sich mit einer anfänglichen Prägung auf Eurytemora affinis und einem Anpassungsproblem an andere Futterorganismen erklären. Die Heringslarven im Nord-Ostsee-Kanal zeigten im Sommer eine Präferenz für Cirripedier-Larven, obwohl dadurch ihre Kondition abnahm und vermieden Acartia sp., welcher in hohen Abundanzen im Kanal vorkam. Das Wachstumsmodell bestätigte den gegenläufigen Trend der Kondition der Heringe aus der Kieler Förde und dem Nord-Ostsee-Kanal. Das Wachstum der Heringslarven in der Kieler Förde konnte mit dem Wachstumsmodell zu 78,4% durch das Trockengewicht und die Temperatur erklärt werden.

Description: Species are lost with accelerating speed all over the world. (Edwards and Abivardi 1998). Each species that is lost reduces the diversity of the global ecosystem. However, diversity is known to be important for the functioning of ecosystems (Giller and O'Donovan 2002). The IDH (intermediate disturbance hypothesis) and a model developed by Kondoh (2001) predict the influence of disturbance on diversity (IDH) and of the interactive effect of disturbance and productivity on diversity (Kondoh 2001). Although the IDH is one of the most frequently used models to explain the disturbance-diversity-relationship, there has been little evidence for its validity (Mackey and Currie 2000). In order to test the validity of both models, the influence of disturbance and productivity on the diversity of marine hard-bottom communities was investigated at two sites at the north-west coast of Italy in an experimental in-situ approach. Seven levels of disturbance frequency, i.e. removal of biomass, were fully crossed with three levels of nutrient concentration in an orthogonal design. Species richness was significantly influenced by the interaction between the two factors, but the disturbance-productivity-diversity-relationship that is predicted by Kondoh (2001) was not observed. Neither productivity, nor disturbance, nor their interaction influenced total cover or evenness of the communities. Separately analysed taxa proved that disturbance influenced their abundance, while productivity had no measurable influence. In conclusion, due to the results of this study and to the results of eight twin experiments conducted all over the world, neither the IDH, nor the model developed by Kondoh (2001) are sufficient to explain the ecological processes that influence diversity.

Description: Biologische Arteninvasionen können weitreichende Auswirkungen auf ganze Ökosysteme haben und stehen daher oft im Mittelpunkt heutiger Untersuchungen. Dabei liegt das Augenmerk allerdings zumeist auf ihren Vektoren oder dem invasiven Potential einzelner Arten. Oft aber werden ganze Gemeinschaften transportiert, so beispielsweise Aufwuchsgemeinschaften auf driftendem Material. Über deren Entwicklung in den neuen Ökosystemen, in die sie gelangen, ist bislang noch wenig bekannt. Sicher ist jedoch, dass die einzelnen Individuen dieser Gemeinschaften eine ganze Weile am neuen Ort überleben müssen, um sich dort fortpflanzen und ausbreiten zu können. Dies sind Voraussetzungen für jede erfolgreiche Arteninvasion. Da Individuen im ursprünglichen Gemeinschaftsverband meistens bessere Überlebenschancen haben als alleine oder in einer sehr verschieden strukturierten Gemeinschaft, spielt die strukturelle Resistenz einer verdrifteten Gemeinschaft unter den neuen Umweltbedingungen eine große Rolle für ihr invasives Potential. Dieses sollte daher in der folgenden Arbeit untersucht werden. Zu diesem Zweck wurde von September 2005 bis April 2006 ein Freilandexperiment im Sublitoral vor der Südostküste Tasmaniens (Australien) durchgeführt. Dabei wurden frühsukzessionale marine Aufwuchsgemeinschaften zweier Alterstufen und Ursprungsorte von ihrem jeweiligen Ursprungsort entfernt und an den entsprechend anderen Ort verbracht. Dort wurde ihre Entwicklung dann mit jener der lokalen Gemeinschaften des Versuchsortes verglichen. Aus ihren strukturellen Änderungen im Hinblick auf die lokalen Gemeinschaften wurden Konvergenzraten kalkuliert, die dann als Messgrößen für ihre Resistenz dienten. Die Ergebnisse zeigen im Trend eine höhere Resistenz älterer Gemeinschaften, wobei nicht eindeutig gesagt werden kann, ob diese Tatsache der unterschiedlichen Artenzahl einzelner Alterstufen oder anderer Faktoren wie dem freien Substratraum zugeschrieben werden kann. Dennoch unterstützen sie die Vermutung, dass von älteren Aufwuchsgemeinschaften ein größeres Invasionsrisiko ausgeht als von jüngeren. Somit sollte man sich bei der Durchsetzung einer regelmäßigen Entfernung des Aufwuchses auf Schiffen oder ähnlichen Vektoren zunächst auf den älteren Aufwuchs konzentrieren.

Description: This work constrains the structure of the active margin off Nicaragua and Costa Rica through the analysis of two coincident seismic reflection and refraction profiles. The modelling of the combined seismic datasets verified the structure and the P-wave velocities of the subducted oceanic Cocos Plate and the caribbean continental margin for an area ranging from central Nicaragua to neighboring Costa Rica. The existence of a shallow mantle sliver lying under the nicaraguan shelf is confirmed. Comparing the data presented in this study with gravity data and magnetic anomalies serves as a strong indication of an accreted terrain stretching as far as Guatemala. The imaging of deep cutting faults into the mantle, the modelling of low P-wave velocities of 7.2-7.8 km/s and a high Poisson ratio of 0.3 in the mantle, and gravity modelling support the assumption of a partially serpentinised mantle at the outer rise. Refraction data indicate a thickness of 3-13 km for this layer.

Description: In den letzten Jahren haben paläoklimatologische Informationen aus Korallenkernen an Bedeutung gewonnen. Im Korallenskelett lagern sich unter anderem Sauerstoffisotope nach der isotopischen Zusammensetzung und der Temperatur des umgebenden Meerwassers ein. Die isotopische Zusammensetzung schwankt mit dem Salzgehalt, der sich wiederum durch das Verhältnis von Niederschlag zu Verdunstung und/oder durch die Advektion anderer Wassermassen ändert. Man kann daher anhand von Sauerstoffisotopen klimatische Informationen aus Korallen gewinnen. Die meisten Untersuchungen an Korallenkernen wurden bisher im Indik und Pazifik durchgeführt. Daher widmet sich diese Arbeit einem Korallenkern aus dem Atlantik, der vor der Küste von Guadeloupe entnommen wurde. Zur Untersuchung der gemessenen Korallendaten wurden Oberflächentemperatur und -salzgehalt aus dem SODA-Datensatz sowie die Oberflächentemperatur aus den Daten von SMITH UND REYNOLDS (2003) am Gitterpunkt 16,5°N 6l,5°W (nähe Guadeloupe) verwendet. Die Korrelation beider Temperaturdatensätze ohne Jahresgang von demselben Gitterpunkt ergibt jedoch nur einen mittleren Wert von 0,54. Es wurde versucht aus den Temperatur- und Salzgehaltsdaten die Einlagerung der Isotope rechnerisch nachzuvollziehen, zur besseren Interpretation der aus Korallenkernen abgeleiteten paläoklimatologischen Daten. Es ist möglich den mittleren Jahresgang des gemessenen Sauerstoffisotopenverhältnisses durch den mittleren Jahresgang des berechneten Isotopenverhältnisses annähernd darzustellen, aber der Vergleich der gemessenen und berechneten Zeitreihe lässt nur einen geringen bis mittleren Zusammenhang erkennen, der einerseits durch Fehler in der Messung und Datierung der Sauerstoffisotope und andererseits durch fehlerhafte Daten aus den zur Berechnung verwendeten Analysen zu ergründen ist. Da die isotopische Zusammensetzung sich auch durch die Advektion von Wassermassen ändern kann, wurde zusätzlich der Zusammenhang der gemessenen Korallendaten mit dem Abfluss des Orinoco untersucht. Der Vergleich beider Zeitreihen wie auch der Vergleich von zeitlichen Extremereignissen hat bisher keinen Einfluss des Orinoco auf den Salzgehalt und damit auf die Einlagerung der Sauerstoffisotope erkennen lassen.

Description: In dieser Arbeit wurde eine Analyse des sukzessiven mikrobiellen Bewuchses von Oberflächen (Rohre, Fischtank, Filtrationsmodule und Fische) in einer geschlossenen Kreislaufanlage der Aquakultur über einen Zeitraum von 15 Wochen, durchgeführt. Neben den Oberflächen wurden im Rahmen dieser Arbeit zusätzlich Wasserproben untersucht. Die Kreislaufanlage fasst bei einer Durchflussrate von 300 1 / h ein Volumen von 3,6 m3 Wasser. Sie ist mit Goldbrassen bestückt. Die Fische werden in zwei Tanks gehalten. Die biologische Filterung erfolgt mit einem Biofilter und einem Denitrifikationsfilter. Außerdem wurden hier verschiedene Aktivitätsparameter ( BSP, BSB, BMP, EEA) des mikrobiellen Bewuchses bestimmt. Darüber hinaus wurden die Bakterienzahlen quantitativ (CFU, GBZ) erfasst. Zusätzlich wurde die bakterielle Diversität (DGGE, CFU) in einem kleinen Rahmen erfasst. Die Analysen ergaben, dass die Bakterienaktivitäten und - anzahlen zuerst anstiegen. Dies lag an einem anfänglichen Überangebot von Nährstoffen. Nachdem die Bakterienaktivitäten und -anzahlen ein Maximum erreicht hatten, sanken die Messwerte wieder. Es ist anzunehmen, dass sich die Bakterienanzahlen und -aktivitäten auf einem Niveau einpendeln, dieser Zeitpunkt wurde in dieser Arbeit jedoch nicht erfasst, da der zeitliche Rahmen beschränkt war. Des Weiteren stand die Reinigungsleistung der Filtrationsmodule der Kreislaufanlage im Fokus. Die Reinigungsleistung wurde mit Hilfe der oben genannten Methoden fast durchgehend bestätigt. Ein Vergleich zwischen der Fischhaut und den anderen Oberflächen im System bestätigte das Vorkommen von antipathogenen Substanzen im Fischschleim.

Description: Simulations of the last glacial maximum (LGM) were carried out using the atmospheric general circulation model ECHAM5. Glacial boundary conditions are prescribed, such as lower atmospheric greenhouse gas concentrations and changes in orbital parameters as well as the increased topography and albedo of the ice sheets over North America and Europe. The boundary conditions are set to glacial values first separately and then in combination. The atmospheric response is analysed for model simulations at three different horizontal resolutions. The greatest influence originates from the ice sheets. In the Northern Hemisphere winter season, the glacial topography is the main cause for the decrease in the global mean air temperature. In summer, the largest part of the cooling is due to the higher albedo. In particular in the boreal summer season, topography and albedo are producing opposite anomalies. The meridional temperature gradient in the LGM is much stronger than in the control simulation. Temperature anomalies are nevertheless generally lower than in former studies because present sea surface ternperatures have been prescribed. The anornalies due to LGM greenhouse gas concentrations and orbital parameters are negligible. If all four boundary conditions are set to ice age values, the winter response largely reflects the response to the ice sheet topography, whereas in summer the glacial albedo is most important. The total response is approximately a linear combination of the responses to the individual forcings. The atmospheric circulation also changes in response to the different boundary conditions, in particular to the presence of the continental ice sheets. Over the North American (Laurentide) ice sheet a glacial anticyclone develops, as well as a stronger wave pattern in the 500 hPa geopotential height field. The North Atlantic jet stream is strengthened due to a higher gradient in the isohypse field over the North Atlantic. The model's horizontal resolution has a strong effect on the topography response. Especially above the ice sheets, the temperature response is stronger at higher horizontal resolution. The boreal winter transient eddies are most sensitive to the model resolution. The T21 response pattern is significantly different from those simulated in higher resolution experiments. At T42, the Atlantic storm track is further extends further eastward, causing positive precipitation anomalies over western Europe. The higher importance of the stationary waves compared to the transient eddies during the LGM found in earlier model simulations has also been simulated. Temperature, wind and precipitation do not exhibit a significant response in the Indian Summer Monsoon region and thus do not suggest a weakening of the Indian Summer Monsoon.

Description: During four field campaigns (2001-2003), fumarolic gases from the two Nicaraguan volcanoes Mombacho and Momotombo were repeatedly sampled with the objective of gaining a better understanding of processes occurring within their volcano-magma-systems. Mombacho is a highly dissected stratocone volcano that is generally considered extinct. The combined chemical and isotopic composition of the gases provide evidence for high-temperature conditions in the shallow subsurface. This suggests that Mombacho volcano should not be considered extinct, and could re-awaken and erupt in the future. Momotombo is an active volcano in persistent state of fumarolic activity since its last eruption in 1905 and discharges gases at high temperatures. The chemistry, isotopic compositions and trace element contents of the gases have changed considerably over the last 20 years. These changes appear to be related to degassing of different magma batches and major changes in the interaction between the magmatic and hydrothermal systems. Flux estimates for some highly volatile and potentially harmful trace elements of magmatic origin (e.g. Tl, Bi, As, Se, Sb, Hg, Cd) show that Momotombo is only a minor source of pollutants in the atmosphere.

Description: In this study is the representation of tropical storms in the general circulation model ECHAM5 was investigated. An established automatic search algorithm was used to scan an ensemble of five different model runs covering 130 years between 1870 and 2000. Although the ECHAM5 model shows good capabilities to represent storm tracks, the global distribution and structure compared to observed ones, the ECHAM5 model generally underestimates the total number of tropical stormes. Therefore tropical storm relevant parameters such as wind velocity, vorticity and vertical shear of the ECHAM5 dataset and the NCEP /NCAR-Reanalysis-1 dataset were compared. Except for 'easterly waves' in the North Atlantic, no major differences between both datasets coulde be found to explain the small number of tropical storms in ECHAM5.

Description: After the closure of the Central American Seaway around 3.6 Ma, the benthic carbonate ecosystems developed differently in the Caribbean and on the Pacific side of the Isthmus of Panama. In this thesis, fossil and recent carbonate systems were studied and a comparison was made between fossil and present-day carbonate ecosystems from the same paleolatitude. This opens up the possibility to document the evolution of these sedimentation systems through time.

Description: Die Arbeit beschäftigt sich mit der Reaktion von Nahrungsquantität und -�qualität sowie Umweltfaktoren wie Temperatur und Salzgehalt auf die Reproduktion, das Überleben und die Verbreitung von calanoiden Copepoden. Diese Experimente wurden mit Organismen aus der Nord- und Ostsee sowie unter Labor- also auch unter Freilandbedingungen durchgeführt. Hierbei waren die calanoiden Copepoden Acartia clausii, A. tonsa, A. longiremis und Temora longicornis in Kombination mit Rhodomonas sp.(Chrypthophycea), Thalassiosira weissflogii (Bacillariophycea), dem heterotrophen Dinoflagellaten Oxyrrhis marina, sowie einem oligotrichen Ciliaten Strombidium conicum untersucht worden. Rhodomonas sp. verändert seine Nahrungsqualität unter Stickstoffmangel. Copepoden wie Acartia clausii und A. tonsa reagieren darauf mit einer Erhöhung der Eiproduktion. Wenn heterotrophen Protisten wie O. marina (Dinoflagellat) bzw. S. conicum (Ciliat) im Vergleich zu nur Rhodomonas sp. gefüttert wurden, dann war die Eiproduktion signifikant höher. Aber zwischen den beiden Versuchsansätzen mit den heterotrophen Protisten gab es keinen Unterschied. Durch Versuche mit Freilandtieren an verschiedenen Orten in der Ostsee lässt sich schlussfolgern, dass der Salzgehalt, die Temperatur und die Nahrungskonzentration einen großen Einfluss auf die Populationsdynamik dieser Art haben. Die Messung der Reproduktion von Freilandtieren auch in der Nordsee haben gezeigt, dass die Temperatur nicht der einzige Kontrollfaktor bei der Reproduktion von marinen Copepoden ist. Stattdessen lässt sich schlussfolgern, dass die Quantität der Nahrung und die Qualität der Nahrung ein dominierender Faktor im saisonalen Verlauf bei der Reproduktion von Temora longicornis eine Rolle spielen kann.

Description: In der vorliegenden Arbeit wurden die Interaktionen zwischen dem gastrointestinalen Hormon Cholecystokinin und der Aktivität des pankreatischen Enzyms Trypsin in larvalen Stadien mariner Fischarten untersucht. Die Möglichkeit der Manipulation der larvalen Trypsinaktivität wurde direkt durch die Applikation des Hormons CCK-8s und indirekt durch die Verabreichung des pflanzlichen Proteins phytohemagglutinin (PHA), dass als Stimulans für die CCK Ausschüttung bekannt ist, getestet. Die Behandlung erfolgte durch zwei Verabreichungsmethoden. Larven von Heilbutt und Hering erfuhren einmalige Behandlungen durch in vivo Mikroinjektionen („micro-tube feeding“) in den larvalen Darm. Eine längere Behandlung wurde an Dorschlarven angewandt, welche täglich in CCK-8s Lösungen verschiedener Konzentrationen gebadet wurden. Daten von Standardlänge, Trockengewicht, CCK Konzentration und Trypsinaktivität wurden von jeder einzelnen Fischlarve erhoben. Der „micro-tube feeding“ Applikationstyp wurde als eine geeignete Methode zur Simulation von Einzelfütterungsereignissen in Fischlarven evaluiert. Für Langzeituntersuchungen eignet sich die Behandlung durch wiederholtes Baden in einer Lösung mit dem gewünschten Verabreichungsstoff besser. Zwischen der Entwicklung der CCK Konzentration und der Trypsinaktivität konnte ein Feedback Mechanismus an marinen Fischlarven erstmalig gezeigt werden. Eine einzelne Hormonbehandlung mit CCK-8s reicht aus, um die endogene Trypsinaktivität zu manipulieren. Durch einzelne Mikroinjektionen mit PHA wurde ein stimulierender Effekt auf die CCK Konzentration erreicht, doch möglicherweise bedarf es wiederholter Behandlungen mit diesem Protein, um auch eine erhöhte Trypsinsekretion zu erzielen.

Description: In dieser Arbeit wird der Einfluß durchbrochener Bewölkung auf die solaren Einstrahlung am Boden untersucht. Die zugrundeliegende Messkampanie wurden im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) mit dem Institut für Medizinische Klimatologie der Universität Kiel im Sommer 2004 (18. Juni - 16. September) auf der Nordseeinsel Sylt durchgeführt. Dabei wurde die Wolkenkamera des IFM-GEOMAR zur Erfassung der Wolken im kompletten Halbraum über der Kamera verwendet. Die notwendigen Bedeckungsgraddaten wurden mithilfe eines FORTRAN77 Programms aus den Bildern der Wolkenkamera, die alle 15 Sekunden vorliegen, bestimmt. Aufgrund von Streulichteinflüßen durch die verwendete Acrylkuppel und der relativ geringen Auflösung der Helligkeitswerte sind die Kameradaten fehlerbehaftet und bedurften einer genauen Nachbetrachtung. Dank der hochaufgelösten 2-sekündlichen Strahlungsmessungen konnten Strahlungserhöhungen von bis zu 481 W/m2 gegenüber der theoretischen Referenzstrahlung bei wolkenfreiem Himmel festgestellt werden. Die maximalen Werte traten bei recht unterschiedlichen Bedeckungssituationen auf, wobei eine Korrelation von 0,4 zwischen Strahlungserhöhungen und Bedeckungsgrad bestimmt wurde. Im Mittel wurden die stärksten Strahlungserhöhungen bei etwa 84 % Bedeckung erreicht, was mit den Ergebnissen von Estupinan et al. (1996) übereinstimmt. Die Bestimmung der Wolkenstruktur aus den Kameradaten wurde mithilfe einer Fläche/Umfang-Beschreibung der Wolken, dem Homogenitätsgrad 'HG', und der fraktalen Box-Dimension 'D' versucht. Die Ergebnisse scheinen den von Sabburg und Wong (2000) gefundenen Zusammenhang zwischen Strahlungserhöhung und Wolkentyp zu stützen. Hiernach treten die maximalen Werte bevorzugt bei cumulusartiger Bewölkung in den unteren und Cirren in den hohen Schichten auf. Die Cirruswolken führen dabei zu einer erhöhten diffusen Strahlung und somit auch zu einer erhöhten Reflexion and den Wolkenseiten der tieferen Cumuluswolken. Die Korrelation zwischen Strahlungserhöhungen ≥ 300 W/m2 und HG sind allerdings mit Werten von 0.2 nicht aussagekräftig. Die Berechnungen der fraktalen Box-Dimension scheinen zudem noch fehlerbehaftet und bedürfen näheren Untersuchungen. Weiterführende Untersuchungen am IFM-GEOMAR mit einer verbesserten Kamera sollten künftig deutlichere Ergebnisse liefern.

Description: In dieser Arbeit wurde fur einen Zeitraum von 49 Jahren das Auftreten von Starkniederschlagsereignissen untersucht. Einerseits wurde für diesen Zeitraum eine Analyse der Haufigkeiten der Großwetterlagen durchgeführt und andererseits wurden einzelne Starkniederschlagsereignisse anhand von Fallbeispielen untersucht. Desweiteren wurde an ausgewählten Starkniederschlagsereignissen ein Vergleich von beobachteten Niederschlagswerten mit vorhergesagten Niederschlägen des Lokal Modells des DWD durchgeführt um eventuelle orografische Verstärkungsfaktoren zu bestimmen. Dafür wurden Verteilungskarten des Niederschlags, der Niederschlagsquotienten u.a. für beide Datensätze angefertigt. Es ließ sich feststellen, dass zum Großteil die räumliche Verteilung der Niederschläge von dem Lokal Modell recht gut vorhergesagt wurde. Allerdings gibt es bei der Stärke der Niederschläge größere Defizite. Als letzte Betrachtung wurde mit den gemessenen Niederschlägen eine Höhenregression durchgeführt. Mit Hilfe dessen konnte die Höhenabhangigkeit des Niederschlags auf die Topografie des Lokal Modells übertragen werden. Es wurde deutlich, dass allein eine Beachtung der Höhenabhängigkeit nicht ausreicht um eine orografische Verstärkung durch die Mittelgebirge zu beschreiben. Es müssen zusätzlich die Abhängigkeiten von dem Luv-Lee-Effekt und der herrschenden Wetterlage sowie die Jahreszeit mit berücksichtigt werden.

Description: In dieser Arbeit wurde der Einfluss unterschiedlicher CO2-Konzentrationen, hergestellt durch Manipulation am Karbonatsystem des Meerwassers, auf die Kalzifizierung der Coccolithophoride Calcidiscus leptoporus untersucht. Die dabei entstandenen Rasterelektronenmikroskopaufnahmen zeigten deutlich, dass Calcidiscus leptoporus mit einem unterschiedlichen Grad an Missbildung und im Grad des Wachstums der Coccolithen auf den veränderten CO2-Gehalt in den Kulturflaschen reagiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Coccolithophoride Calcidiscus leptoporus in der Lage war, sich an die verandernden CO2-Bedingungen des Ozeans vom Glazial bis heute anzupassen, was sich an dem zunehmenden Anteil an normalen Coccolithen von 180 bis 280 ppm C02 erkennen lasst. Weiterhin wird durch die Ergebnisse deutlich, dass Calcidiscus leptoporus wahrend der Dauer des Laborkulturexperiments nicht in der Lage war, sich an hohe CO2-Bedingungen, also an die Verschiebung der Meerwasserkarbonatchemie zum Sauren hin, anzupassen. Dies wird durch einen hohen Anteil an nicht komplett gewachsenen und missgebildeten Coccolithen von 320 bis 700 ppm C02 deutlich. Leider konnte nicht die Frage beantwortet werden, ob sich die Morphologieveränderungen auf eine Anderung in der Kalzifizierungsrate zuruckführen lassen, da die im Versuch erhaltenen Daten fur die partikulare anorganische Kohlenstoffproduktion (PIC) nicht verwendet werden konnten.

Description: Marine Makroalgen stehen schon seit mehreren Jahrzehnten im Interesse der Wirkstoffund Antifoulingsuche, da sie verglichen mit amorphen Substraten, relativ frei von Aufwuchs sind. Trotz intensiver Forschung ist es bisher nur unzureichend gelungen, die Antifoulingfähigkeiten von Algen aufzuklären. Ein Grund dafür ist wahrscheinlich der überwiegend pharmakologisch geprägte Ansatz der Forschung, bei dem Algenextrakte meist in unnatürlichen Konzentrationen gegen Organismen getestet worden sind, mit denen sie normalerweise nie in Kontakt kommen würden. Um das Antifoulingpotential von Algen aufklären zu können, muss die Ökologie von Alge und Biofilm verstanden werden, denn Algen besitzen einen überwiegend bakteriellen Biofilm. Ich vermute, dass Algen sich negativ auswirkende Arten am Aufwachsen hindem und neutrale bzw. positive Arten tolerieren oder so gar anlocken und so ihren Aufwuchs steuem. Da jede Biofilmbildung nach der Entstehung des Konditionierten-Films, der durch die Anlagerung von Makromolekiilen entsteht, mit der Festsetzung von Bakterien beginnt, wird im Rahmen dieser Diplomarbeit die Zusammensetzung des bakteriellen Aufwuchses von Makroalgen mittels molekularbiologischer Methoden untersucht. Unterschiede in der bakteriellen Zusammensetzung verschiedener Algenarten konnten Hinweise auf eine differentielle Verteidigung sein. Hierbei kann es sich um Antifouling (bestimmte Bakterien werden abgehalten) oder Profouling (bestimmte Bakterien werden angelockt) handeln.

Description: In Experimenten zum Thema Biodiversität in Gemeinschaften wurde Variabilität in unabhän-gigen Variablen lange Zeit als Störfaktor betrachtet. Heute ist diese Variabilität jedoch immer mehr von Bedeutung, da ein vermehrtes Wissen in diesem Bereich bessere Vorhersagen über die Konsequenzen der globalen Erwärmung zulassen würde. In früheren Studien (Benedetti- Checchi 2003) wurde vorhergesagt gesagt, dass die Variabilität in Störungsregimen einen Effekt auf die Struktur und Diversität von Gemeinschaften hat. Diese These sollte in dieser Studie experimentell untersucht werden. Als Modellsysteme dienten makrobenthische Auf-wuchsgemeinschaften, die vor dem Start des Experimentes drei Monate Zeit hatten, sich na-türlich zu etablieren. Platz war in diesen Gemeinschaften der einzige limitierende Faktor. Als künstliche Besiedlungsflächen dienten mit Schleifpapier angeraute PVC- Platten. Jeweils zehn dieser Platten wurden in PVC- Ringen (den experimentellen Blöcken) befestigt. An je-dem der beiden Studienorte wurden fünf solcher Blöcke ausgebracht. Die Platten wurden, abgesehen von den Kontrollen, in 150 Tagen zehn Mal mit einer Intensität von 100% gestört, wobei jeweils 20% des Bewuchses, der zu störenden Gemeinschaften, entfernt wurden. Dabei wurden die Intervalle zwischen den Störungsereignissen so variiert, dass verschiedene Variab-litätslevel durch unterschiedliche Sequenzen gegeben waren. Am Ende des Experimentes (nach 150 Tagen) wurde, für die mit dem bloßen Auge erkennbaren Organismen (〉 1 mm), die Prozent Bedeckung geschätzt, wobei dieser Auswertung eine 15tägige störungsfreie Zeit voraus ging. Abgesehen von einem Aus einem Vergleich aller teilnehmenden Länder wurde deutlich, dass der Effekt von Variabi-lität in Störungsregimen systemabhängig ist.

Description: Natural heterogeneity in ecological parameters, like population abundance, is widely recognized and investigated, while variability in the processes that control these parameters has been underappreciated. Experimental ecologists have focused mainly on the mean intensity of predictor variables and ignored the potential of manipulating levels of variance as a treatment, which ought to be considered explicitly in experimental designs to explore linkages between process and pattern. To understand the extent to which the diversity and structure of marine fouling assemblages are influenced by a temporally variable disturbance regime, I conducted a field experiment at two sites at the north-east coast of New Zealand from September 2004 to April 2005. PVC-settlement panels, grouped in blocks, were submerged for 3 months to allow for colonization before the disturbance treatment started. Within an experimental duration of 150 days the communities on the panels were disturbed 10 times, while the intensity, the size of disturbed area and the frequency of disturbance events were kept constant. Two levels of temporal variability were defined by the deviation of the lengths of time intervals between disturbance events from the mean time interval, i.e. 15 days. A disturbance regime with constant time intervals of 15 days between disturbance events served as a control. Additionally, different sequences of time intervals were nested in the two levels of variability. Undisturbed settlement panels provided reference communities. Species density, evenness and abundances were analysed by a univariate analysis of variance (ANOVA), community composition and structure by the multivariate analysis of similarities (ANOSIM). Contrarily to expectations of increasing diversity and heterogeneity of communities with increasing variability and of differences among communities that experienced different sequences, no consistent effect of variability and sequence on the fouling communities was observed. Disturbance only affected species abundances but not diversity. The results of this study were confirmed by the outcomes of 6 identical, concomitant experiments carried out in three different regions on the southern hemisphere. Possible explanations for the absence of effects, implications of this finding, advantages and disadvantages of this novel experimental approach are discussed.

Description: Unimodal patterns of diversity along gradients of both disturbance and productivity rank amongst the most celebrated generalizations in ecology, known as the Intermediate Disturbance Hypothesis (IDH) and Productivity-Diversity Hypothesis. However, doubt about their generality has arisen from studies that have failed to confirm the predicted patterns. Models suggest the interactive effects of disturbance and productivity on diversity to be responsible for the variability of diversity patterns. I conducted a 2-factorial field experiment (7 disturbance frequencies, 3 nutrient levels) on a sub-tropical intertidal rocky shore to test the dependence of the IDH on productivity (i.e. nutrient level). Treatment responses varied between three distinct community types found at the two study sites. At one site, the turf-dominated communities showed no effect of disturbance on species richness, evenness, dry mass, biotic cover or community composition. Nutrient additions statistically decreased evenness, yielded trends of increased dry mass and biotic cover, and affected community structure. At the other site, where encrusting algae dominated, disturbance increased evenness and decreased biotic cover. Nutrient enrichment produced increased species richness and dry mass, a trend of increased evenness, and changed community structure. Under high enrichment, a third type of community of mixed turf-forming and encrusting algae was formed and disturbance and productivity interacted to produce the decreasing portion of the IDH curve. Background disturbances exerted by sand, waves and intertidal stress may have interfered with the disturbance treatment. Different mechanisms controlled species coexistence in different community types, some failing to fulfill all assumptions of the IDH. Generalizations about factors that affect diversity should therefore be based on mechanisms rather than patterns.

Description: Basalts from intraplate or hotspot ocean islands are found to have distinct geochemical signatures. In particular, at strong plumes like Hawaii, Iceland or Galapagos, there is evidence for at least three geochemically distinct components. This diversity in composition is generally believed to result from the upwelling plume entraining shallow mantle material during ascent, while potentially also entraining other deep regions of the mantle. In order to understand the geochemical message brought to the surface by plumes, this thesis presents a comprehensive study on the dynamics of plume entrainment using analogue laboratory experiments and 30 numerical modelling, with the focus on the following three questions: • Which regions of the mantle arc most efficiently sampled by mantle plumes? • Is the heterogeneous nature of mantle plumes inherited at the source, or does it develop through entrainment during plume ascent? • How are the plume and plume entrainment affected by mantle discontinuities? The analogue laboratory experiments are conducted using glucose syrup contaminated with glass beads to visualize fluid flow and origin. The plume is initiated by heating from below or by injecting hot uncontaminated syrup. Results from the laboratory experiments indicate the presence of a sheath of mostly unheated ma.t〈'riA.l Pnveloping the core thermal plume structure and rising along with the plume. This 'plume sheath' is chiefly made up from material of the lowermost plume source region. All entrainment into the plume head has its origin in the plume sheath, and all entrainment of ambient material happens between plume sheath and surrounding material. The plume sheath itself is too viscous and too cold to rise under its own thermal buoyancy, which suggests that it owes its rise to drag/pull of the fast ascending plume core material. Investigating the plume sheath model inferred from the laboratory experiments via numerical modelling, it is found that the numerical models readily reproduce plume sheath behaviour in the ascending plume. Furthermore, it is observed that there is little to no vorticity within the ascending plume core, and hence no lateral transport of material found within. Numerical models for mantle conditions introduce depth-dependent viscosity, which dramatically changes the dynamics of plume ascent and plume dynamics. Most notably, the passage of an ascending plume through sharp viscosity interfaces (attributed to mineral phase changes) lead to massive distortion and deformation of the plume head. This results in a remarkably complex compositional structure of the plume, and in increased sampling of specific regions in the mantle through entrainment. Still, despite the massive disturbance of plume shape and structure, there is little to no indication of lateral transport in either plume sheath or plume core. Applying a simple melting model to the numerical calculations, it is seen that deformation of the plume head during plume ascent may result in deep source and mid-source material being entrained into the plume head and ending up in the melting portion of the plume head, thus adding to the heterogeneity of the plume head melts. Lastly, the effects of plume deflection by a moving plate is investigated. It is found that a plume rising from a zonated source region exhibits characteristic patterns in the plume swell, thus potentially allowing for the drawing of conclusions on the composition and layout of the source region from the zonation of the plume track.

Description: Der Niederschlag ist einer der wichtigsten Komponnenten im hydrologischen Kreislauf. Durch Verdunstung wird der Atmosphäre Wasserdampf von der Erdoberfläche zugeführt. Dieser Wasserdampf gilt als Transportmittel von latenter Wärme,welche beim Kondensationsprozess wieder freigesetzt wird. Durch den Niederschlag erreicht das Wasser wieder die Erdoberfläche und somit den Boden, der es zum Teil als Grundwasser speichert. Unterirdisch oder durch Flüsse fließt das Wasser dann ab. Von allen meteorologischen Größen ist der Niederschlag am schwierigsten zu modellieren, weil er auf den kleinsten räumlichen und zeitlichen Skalen stattfindet. Aufgeteilt wird der Niederschlag in konvektivenm, stratiformen und orographisch bedingten Niederschlag. Konvektiver Niederschlag ist gebunden an starke vertikale Winde und weist im Allgemeinen hohe Intensitäten während eines kurzen Zeitraums auf. Das Niederschlagsgebiet ist lokal sehr begrenzt, entsprechend hoch ist die räumliche und zeitliche Variabilität des Niederschlages. Stratiformer Niederschlag ist gebunden an Warmfronten, wo warme Luft auf kalte Luft gleitet. Orographisch bedingter Niederschlag entsteht beim Überströmen eines Hindernisses. An der Luvseite kommt es zu Hebungsvorgängen, und bei ausreichender Hebung wird Niederschlag erzeugt, während es auf der Leeseite auf Grund des Absinkens zu einer Auflösung der Wolken kommt. Olbrück (1967) fand heraus, dass Häufigkeit und Verteilung des Niederschlages in hohem Grade vom Relief abhängig sind. Das ist selbst in Landschaften der Fall, deren Relief relativ flach ist. So wurde anhand eines dichten Netzes von Stationen in Schleswig-Holstein gezeigt, das selbst Hügel mit einer Höhe von einigen Zehn Metern die Niederschlagsmenge derart beeinflussen, dass es in einzelnen Fällen bis zur doppelten Niederschlagsmenge gegenüber einer vollends flachen Landschaft kam.

Description: The study presented here examines which factors directly or indirectly connected to eutrophication, are relevant to the deterioration of seagrass populations in the Baltic Sea/Greifswalder Bodden. More particularly it is a study of the interaction effects of seagrass autotrophic competitors (epiphytic algae, drifting macroalgae and phytoplankton) on seagrass. These are interesting yet largely studied and were, in this study, investigated through the field observations and experiments of a seagrass population in the Greifswalder Bodden, Germany. Additionally to get a better understanding of the current state of the seagrass meadows and the light conditions in the Bodden, the historical development of the macrophyte populations under the influence of the eutrophication and the changing light climate were analysed over the last 25 year and discussed according to the model of "ecosystem shifts".

Description: In dieser Arbeit werden die mikrophysikalischen Prozesse innerhalb einer Wolke spektral betrachtet. Zusätzlich wird der Einfluss der Variabilität der Atmosphäre auf das Tropfenwachstum untersucht. Dazu werden den Umgebungsparametern auf verschiedene Art und Weise Störungen überlagert. Den Ausgangspunkt für sämtliche Betrachtungen der zeitlichen Entwicklung bildet ein bereits aktiviertes Tropfenspektrum. Um die Umgebungsbedingungen möglichst realistisch zu halten, wird auf eine gemessene Tropfengrößenverteilung und einen Radiosondenaufstieg zurückgegriffen. Anhand dieser Vorgaben kann gezeigt werden, dass alleine durch Kondensation größere Tropfen erzeugt werden. Allerdings braucht es dafür eine Übersättigung innerhalb der Atmosphäre. Außerdem erfolgt das Wachstum in diesem Fall auf sehr langen Zeitskalen. Da zusätzlich das komplette Tropfenspektrum deutlich schmaler wird, ist diese Art des Wachstums alleine zur Niederschlagsbildung ungeeignet. Ein Einfluss auf das Tropfenwachstum wird lediglich durch eine Variabilität der Umgebungstemperatur hervorgerufen. So wird durch leichte Schwankungen in der Umgebungstemperatur das Tropfenwachstum deutlich verlangsamt. Kleine Änderungen in der spezifischen Feuchte und im Aufwind haben keine Auswirkungen auf den Wachstumsprozess. Innerhalb einer Wolke tritt allerdings auch noch Tropfenwachstum durch Koaleszenz auf. Dabei verschmelzen die großen Tropfen mit den kleineren. Diese Wachstumsform ist von den Umgebungsbedingungen unabhängig, da sie alleine die Wechselwirkungen zwischen zwei Tropfen berücksichtigt. In diesem Fall kommt es sehr schnell zur Bildung sehr großer Tropfen. D.h. die Entstehung von Niederschlag ist somit gewährleistet. Da in einer realistischen Wolke keine Beschränkung auf eine einzelne Wachstumsform gegeben ist, wurden zum Schluss Kondensations- und Koaleszenzwachstum miteinander kombiniert. Dabei entstehen die großen Tropfen noch einmal auf deutlich kürzeren Zeitskalen. Es erfolgt sehr schnell eine Verlagerung des gesamten Tropfenspektrums zu Tropfen mit größeren Radien. D.h. hier kann Niederschlag entstehen. Diesmal wird ein starker Einfluss auf das Tropfenwachstum durch eine Variabilität des Aufwindes hervorgerufen. Eine Variation der Umgebungstemperatur erzeugt identische Auswirkungen wie bei reinem Kondensationswachstum und leichte Änderungen in der spezifischen Feuchte zeigen keine Effekte. Durch die hier untersuchten Prozesse kann das Tropfenwachstum innerhalb einer Wolke gut beschrieben werden.

Description: The purpose of this study was to investigate volcanic rocks in Panama (17-115 Ma) to understand the long-term evolution of the Galápagos hotspot, the input into the Panamanian subduction zone and the tectonic interplay with the Central American landbridge. The second focus of this study was the subduction output along the Panamanian subduction zone over the last 65 Ma. Furthermore the growth, paleotectonic and geochemical evolution of the Panamanian island arc.

Description: Comparative analyses of sugar catabolism in archaea revealed that degradation of glucose and hexose polymers proceeds via modified glycolytic pathways, mainly via modified Embden-Meyerhof pathways. The utilization of sugars by Archaeoglobus fulgidus species, which represent the first isolated archaeal sulfat reducer, has not unequivocally been demonstrated so far. Thus, in this thesis it was found that Archaeoglobus fulgidus strain 7324, rather than the type strain VC16, was able to grow on starch and sulfate as energy and carbon source. Starch was degraded to acetate via an unusual starch degradation pathway. Some key enzymes were purified and characterized. Furthermore, starch degrading and modifying enzymes from geothermal habitats were characterized to find properties useful for biotechnological applications. 2.1 Starch degradation in A. fulgidus strain 7324 A. fulgidus strain 7324 was found to grow on starch (1 g/l) and sulfate (30 mM) in presence of yeast extract (0.5 g/l) as energy and carbon source. During exponential growth on starch, 1 mol of glucose-equivalent was incompletely oxidized with sulfate to approximately 2 mol acetate, 2 mol CO2 and 1 mol H2S. Beside starch, amylose and β-cyclodextrin were used as substrates. Other sugars, e.g. glucose, fructose and maltose were not utilized. This is the first report of growth of a sulfate reducer on starch, i.e. on a polymeric sugar. Extracts of starch-grown cells of A. fulgidus Stamm 7324 contained all activites of an unusual starch degradation pathway to acetate, which includes the conversion of starch to glucose 6-phosphate as well as the conversion of glucose to pyruvate via a modified Embden-Meyerhof pathway. Specific activities of the key enzymes of the starch conversion to acetate were significantly higher in starch-grown cells than in lactate-grown cells, indicating induction of these enzymes during starch catabolism. In A. fulgidus strain VC16 neither enzyme activities of starch degradation nor the corresponding homologous genes were detected. Starch degradation to glucose 6-phosphate. Extracts of starch-grown A. fulgidus strain 7324 contained all enzymes of a starch degradation pathway so far only described for Klebsiella oxytoca and Thermococcus sp. B1001. In this pathway starch is converted to cyclodextrins by means of a cyclodextrin glucanotransferase. After transport into the cell cyclodextrins are linearised via a cyclodextrinase. By means of a maltodextrin phosphorylase the resulting maltooligodextrins are cleaved by phosporylation. The resulting glucose 1-phosphat is converted via phosphoglucomutase to glucose 6-phosphat, an intermediate of glycolysis. These four enzymes were purified and characterized. The N-terminal amino acid sequences and the molecular and catalytic properties of the enzymes were very similar to their homologs of the Thermococcales. The classical enzymes of starch degradation, α-amylase and pullulanase, could not be detected in A. fulgidus strain 7324 Glucose degradation to pyruvate via a modified Embden-Meyerhof pathway. In extracts of starch-grown cells the following enzymes of a modified Embden-Meyerhof pathway were detected: ADP-dependent glucokinase, phosphoglucose isomerase, ADP-dependent 6-phosphofructokinase, fructose-1,6-phosphate aldolase, glyceraldehyde-3-phosphate: ferredoxin oxidoreductase, phosphoglycerate mutase, enolase, and pyruvate kinase. So far, this pathway was only described for Thermococcales. The first enzyme of this modified Embden-Meyerhof pathway, ADP-dependent glucokinase, was purified and characterized. The properties of the glucokinase were similar to the glucokinases from Thermococcales. So far, formation of glucose as substrate of the ADP-dependent glucokinase can not be explained by the described starch degradation pathway. Pyruvate conversion to acetate. Pyruvate conversion to acetate involved pyruvate: ferredoxin oxidoreductase and ADP-forming acetyl-CoA synthetase. Activities of phosphotransacetylase and acetate kinase could not be detected. The findings indicate that the archaeal sulfate reducer A. fulgidus strain 7324 converts starch to acetate via an unsual starch degradation pathway, a modified Embden-Meyerhof pathway and acetyl-CoA synthetase (ADP-forming). This is the first report of a starch degradation pathway in a sulfate reducer. 2.2 Characterization of starch degrading enzymes from geothermal habitats Furthermore, starch degrading and modifying enzymes from geothermal habitats were characterized within the EC project �Thermogenes�. The genes of these enzymes were isolated from environmental DNA and organisms, respectively, originating from geothermal habitats in Iceland. The intention of these experiments was the characterization of enzymes from the glycosylhydrolase family 13 in respect to their substrate specificity, cation dependence and stability in order to find properties of biotechnological interest. Starting from seven different isolated, sequenced and cloned. Seven different genes of starch degrading enzymes were expressed in E. coli, purified and characterized. One protein showed pullulanase activity and one neopullulanase activity, respectively; five proteins exhibited cyclodextrinase activity. The characterized proteins were highly stable at moderate thermophilic conditions and showed a broad substrate spectrum, useful properties for biotechnological applications. Differences in substrate specificity can be explained by differences in amino acid sequences, e.g. the existence of a N-terminal domain correlated with cyclodextrinase activity.

Description: Ziel der vorliegenden Arbeit war es, das Tauchverhalten, Wanderungen und die Habitatnutzung von Grauwalen in der Lagune San Ignacio zu untersuchen, einem der wichtigsten Fortpflanzungs- und Aufzuchtgebiete in den mexikanischen Wintergründen. Im Vordergrund stand, die potentiellen Auswirkungen von Industrieansiedlungen im Reproduktionsgebiet jetzt und in Zukunft besser einschätzen zu können. Es sollten neue Erkenntnisse über die mögliche Beeinträchtigung des Habitats der Grauwale durch die geplante Errichtung einer Salzgewinnungsanlage gewonnen werden. Es galt anhand der Wanderbewegungen die für die Grauwale wichtigen Zonen im Lagunenareal mit telemetrischen Methoden herauszufinden und einzuschätzen, inwieweit auch angrenzende Ozeanbereiche neben der Fortpflanzung auch als Teil des Aufzuchtgebiets wichtig sind. Der Fokus lag auf den Mutter-Kalb Paaren, die als besonders sensibel gegenüber möglichen Veränderungen einzuschätzen sind. Es wurden bisher unerforschte Aspekte des Tauchverhaltens in einem Winterverbreitungsgebiet untersucht sowie das saisonale Vorkommen der Wale und der Einfluss von El Niño 1997/98.

Description: At present days the biosphere is experiencing a rapid diversity decline. Disturbance and prductivity are often cited as main factors determinig patterns of species diversity. Connell's intermediate disturbance hypothesis (IDH) postulates that diversity peaks at an intermediate level of disturbance intensity. Kondoh proposes a further model where the peak in th diversity-disturbance relationship is shifting to higher levels of disturbance with increasing productivity. To test the validity of Connell's concept and Kondoh's model for the hard-bottom communities of the south coast of Madeira Island, Portugal, an in situ experimental approach was chosen. Macrobenthic sessile communities were surveyed on artifical settlement substrate (PVC-panels, 15x15 cm). During 6 months, a total of seven disturbances frequencies and three nutrient treatment were applied. A single disturbance event comprised biomass removal of 20% of the panel area. Species richness, Pielou's evenness, Shannon index and total percent cover were recorded to measure the effects of productivity and disturbance treatments on diversity and community structure. Kondoh's model and the IDH were not supported by this study.

Description: In this work the impact of microphysics of ice crystals on the polarization behaviour of solar radiation is studied. For this purpose the single scattering model of Macke (1994) is used. The main focus is on the examination of characteristical properties of the backscattering area to draw conclusions on the microphysical consistence of the cloud. Two different types of crystals are examined, hexagonal columns and plates. If an isotropic distribution of the crystal orientation is given, the typical halos are generated. The polarization properties of both crystals are similar, conclusions on the crystal geometry are difficult to draw. The limitation of the crystal orientation to one plane shows the possible ray paths. The comparison of the two crystals displays clear differences. Choosing a maximum tilt angle to simulate the preferred horizontal orientation of atmospheric ice crystals affects the polarization properties of the two crystal geometries. The presetting of realistic parameters permits the conclusion that an inference on the microphysics of a cirrus cloud by dint of polarization properties in the backscattering area could be possible. Consideration of absorption doesn't change the polarization behaviour in a decisive manner.

Description: Durch Herbivorenfraß induzierte Verteidigung ist bei Pflanzen terrestrischer Systeme häufig nachgewiesen worden. Hierbei beruht die chemische Verteidigung auf einer Veränderung der Sek:undärmetabolite und eine mechanische Verteidigung auf physikalisch höherer Widerstandsfähigkeit der Pflanzen. Die Beispiele induzierter Verteidigung bei Makroalgen mariner Habitate sind noch relativ selten. In der vorliegenden Arbeit wurden eine Braun-, eme Grün- und drei Rotalgenarten der südafrikanischen Küste auf induzierbare Verteidigung durch Herbivorenfraß untersucht. Dabei wurde durch Herstellung von Algenhomogenat die rein chemische Verteidigung von der mechanisch-chemischen in intakten Algenstücken getrennt untersucht. Die Braunalge Dictyopteris ligulata wurde zusätzlichen Nährstoffen ausgesetzt, um einen effekt erhöhter Nährstoffzufuhr auf die Fraßverteidigung zu überprüfen. Des weiteren sollten Wachstumsraten der Algen zeigen, ob die Verteidigung metabolische Kosten beim Primärmetabolismus verursacht. Bei Fraßversuchen mit der Rotalge Galaxaura diessingiana wurden zudem die Verhaltensweisen der verwendeten Herbivoren als Ethogramme dokumentiert. Die Konsumptionsraten der Herbivoren auf der Braunalge Dictyopteris ligulata ließen zwar keine induzierte Verteidigung erkennen, allerdings bewirkten zusätzliche Nährstoffe offenbar eine erhöhte Nahrungsqualität der Algen für die Herbivoren. Metabolische Kosten konnten in den behandelten Algen nicht nachgewiesen werden. Bei der Rotalge Galaxaura diessingiana konnte mechanische Verteidigung induziert werden. Chemische Verteidigung in dieser Alge scheint unwahrscheinlich, nicht zuletzt aufgrund der beobachteten Verhaltensweisen der Herbivoren auf Algenhomogenat. Bei einer zweiten Rotalge, Gracilaria capensis, wurde festgestellt, dass der Fraß der Herbivoren an induzierten Algen stärker war, möglicherweise durch auslaufende Stimulanzien. Chemische Verteidigungsmechanismen waren in keiner der getesteten Algen nachzuweisen. Aufgrund dieser vielfältigen Ergebnisse muss davon ausgegangen werden, dass es sich bei der Interaktion von marinen Produzenten und Konsumenten um komplexe Vorgänge handelt, die nicht nur von den Organismen autonom bestimmt werden, sondern von abiotischen Faktoren, wie z.B. Licht und Nährstoffverhältnissen, in starkem Masse abhängen und auf komplexe Art und Weise die Struktur der benthischen Habitate beeinflussen.

Description: Störungen treten in der Natur mit hoher zeitlicher und räumlicher Variabilität und Stochastizität auf. Da der Fokus der ökologischen Forschung in diesem Bereich bisher auf der Intensität und Frequenz von Störungen lag, ist über die Auswirkungen der Variabilität dieser Prozesse auf die Zusammensetzung von Artengemeinschaften wenig bekannt. Gerade in Ökosystemen, in denen eine saisonale Dynamik von Ausbreitungsstadien verbreitet ist, sollte die zeitliche Variabilität der Bereitstellung von Ansiedlungsraum durch Störungen jedoch von hoher Bedeutung sein. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde der Einfluss von Störungen und der zeitlichen Variabilität ihres Auftretens auf makrobenthische Aufwuchsgemeinschaften experimentell untersucht. Das Experiment war ein Teilprojekt eines internationalen Programms (Global Approach by Modular Experiments, GAME) und wurde in dem Zeitraum von November 2004 bis April 2005 an der Südostküste Brasiliens in der Bucht von Guanabara durchgeführt. Auf künstlichen Besiedlungssubstraten wurden zunächst zwei Gruppen von verschieden alten Aufwuchsgemeinschaften etabliert und anschließend über einen Zeitraum von 150 Tagen standardisiert gestört. Dabei wurden neben ungestörten Kontrollen verschiedene Störungsbehandlungen angewendet, wobei die Störungsintensität und die Frequenz der Störungen bei allen Behandlungen gleich war. Diese Störungsbehandlungen umfassten zeitlich regelmäßige Störungen, Sequenzen zeitlich gering variabler Störungen und Sequenzen zeitlich höher variabler Störungen (nested design). Die experimentellen Einheiten waren dabei in randomisierten Blöcken angeordnet. Mit Hilfe von Kontrast-, Varianzanalysen und multivariaten Verfahren wurden die Effekte der Störung, der zeitlichen Variabilität der Störung sowie der in der Variabilitätsstufe genesteten Sequenzen auf verschiedene Variablen untersucht. Dies waren die Biomasse, die Zusammensetzung und Stuktur, α- und γ-Diversität, die Bedeckungsgrade durch die häufigsten Taxa sowie die Evenness der Gemeinschaften untersucht. Dabei konnte lediglich signifikante Effekte der Störung auf die Biomasse, Bedeckungsgrade durch einzelne Taxa und die Struktur der Artengemeinschaften festgestellt werden, weder die zeitliche Variabilität der Störungen noch die in den Variabilitätsstufen genesteten Sequenzen wiesen signifikante Effekte auf die untersuchten Variablen auf. Die zeitliche Variabilität der Störungen spielte demnach im betrachteten System keine nachweisbare Rolle. Diese Ergebnisse widersprachen zwar den Erwartungen, ließen sich jedoch mit Besonderheiten des Untersuchungsgebietes gut erklären. In der stark eutrophierten Bucht von Guanabara unterliegt die Verfügbarkeit von Ausbreitungsstadien keiner ausgeprägten zeitlichen Dynamik, die makrobenthischen Gemeinschaften waren zudem stark durch flächige Absterbeereignisse in Folge von Sauerstoffzehrung betroffen. Alternativ könnte auch die relativ kurze zeitliche Dauer der experimentellen Laufzeit von 150 Tagen die fehlenden Effekte der zeitlichen Variabilität von Störungen erklären, da diese möglicherweise zu kurz war, um Unterschiede in der saisonalen Verfügbarkeit von Ausbreitungsstadien zu erfassen. Die Resultate dieser Arbeit werden von den Ergebnissen aller anderen Teilprojekte in Chile, Neuseeland und Australien auf einer globalen Skala unterstützt Um gesicherte Aussagen über die Effekte der zeitlichen Variabilität von Störungen treffen zu können, sollten zukünftige Studien in einer dem System angepassten zeitlichen Skala durchgeführt werden. Ein mit dieser Arbeit vergleichbarer experimenteller Ansatz erscheint zu diesem Zweck gut geeignet.

Description: Juvenile Pacific white shrimps, Litopenaeus vannamei, were exposed to different light rhythms (6 h dark, 6 h light; 12 h dark, 12 h light; 24 h light; and 24 h dark) over a period of 110 days in a re-circulation system to optimise moulting frequency in terms of growth efficiency and synchronization of individual moulting. No significant varieties occurred between the different light regimes. Neither moult frequency nor growth rate differed between different light treatments. The animals increased their total weight at about 0,9 g (± 0,01) per day on average. A synchronized moult rhythm could not be identified. Feeding experiments were conducted to compare growth efficiency by means of a commercially available aquafeed on the one hand and bacterial mud on the other, which deposited in the sediment tank of the re-circulation system and was found to be repeatedly ingested by the shrimps. Investigations on the nutrient content identified the mud as inappropriate for shrimp feeding. Protein content and therefore nutrition quality of the mud was extremely low, explaining the very poor growth rate of the mud fed Litopenaeus. Moult frequency was not affected by food quality. A third experiment was accomplished to determine the individual duration of the intermoult period and the weight gain per moult. The mean duration of the intermoult period lasted 12,6 days (± 2,85). The animals increased their weight at about 1,01 g (± 0,25) per moult in average. The duration of the intermoult period did not increase with increasing age of the shrimp, but rather varied all the time.

Description: In der vorliegenden Arbeit sollte die hydrothermal Mikrobengemeinschaft des Logatchev-Hydrothermalfeldes 91 beeinflusste (LHF) am Mittelatlantischen Rücken charakterisiert werden. Von verschiedenen Standorten des LHF wurden auf den Meteorausfahrten M60/3 (2004) und M64/2 (2005) Fluid-, Sediment-, Wasser- und Makrofaunaproben genommen und mittels kulturabhängiger und molekularbiologischer Methoden untersucht und verglichen. Aus Kultivierungsversuchen mit verschiedenen Medien wurden 14 Vertreter der Vibrionales sowie je ein Vertreter von Marinobacter und Bacillus isoliert. Bei einer näheren Charakterisierung der Vibrio-Isolate zeigte sich, dass diese ein Temperaturoptimum zwischen 20°C und 33 °C hatten, sowohl aerob als auch anaerob wachsen konnten, antimikrobielle Aktivitäten gegen E. coli, Bacillus subtilis und Staphylococcus lentus besaßen und starke Variationen ihrer Zellmorphologie aufwiesen. Eine temperaturabhängige Untersuchung der Zellmorphologien zeigte, dass nach dreitägiger Inkubation in TSB-Flüssigmedium unterhalb von 14 °C nur wenige, stäbchenförmige Zellen vorlagen. Zwischen 16°C und 33°C war dagegen das Medium stark getrübt und eine Vielzahl an schwärmenden Zellen vorhanden. Oberhalb von 40°C traten ausschließlich unbewegliche Makrokokken auf. Die molekularbiologischen Methoden beruhten auf Analysen der 16S rDNA von Bakterien und Archaeen. Mit Hilfe der Denaturierenden GradientenGelelektrophorese (DGGE) wurden verschiedene Sediment- und Fluidproben beider Ausfahrten untereinander verglichen und Diversitätsunterschiede zwischen den Proben gleicher Standorte der Jahre 2004 und 2005 beobachtet. Außerdem wurden Genbanken von einer diffusen Fluidprobe und von einer, mit einer Bakterienmatte bedeckten, Sedimentprobe erstellt. Als Referenz für die in der Wassersäule vorkommenden und nicht hydrothermal beeinflussten Bakterien, diente eine weitere Genbank aus der Wassersäule 100 km außerhalb des LHF. Die Klonsequenzen aus der diffusen Fluidprobe stellten ein an Gammaproteobakterien dominiertes Gemisch aus mikrobiellen Vertretern der Wassersäule und der unterliegenden Sedimentprobe dar. Die Sedimentprobe wies dagegen eine hohe Diversität aus hauptsächlich Epsilonproteobakterien, Deltaproteobakterien und einer Gruppe an Sequenzen ohne nähere Verwandtschaft zu bislang kultivierten Vertretern auf. Viele Klonsequenzen der Sedimentprobe waren verwandt zu Bakterien aus verschiedenen phylogenetischen Gruppen, die in den Schwefelmetabolismus involviert sind. Der Schwefelmetabolismus scheint daher eine zentrale Rolle in der Mikrobengemeinschaft des untersuchten Standortes einzunehmen.

Description: Obwohl Tintenfische im marinen Nahrungsnetz eine hohe trophische Position einnehmen und sie bereits seit vielen Jahren für wisschenschaftliche und wirtschaftliche Interessen gehalten werden, sind Untersuchungen an den kritischen juvenilen Phasen äußerst selten. Die vorliegende Arbeit untersuchte im ersten Teil wissenschaftlich erstmalig das Juvenilwachstum der tropischen Stumpfdornsepie Sepia bandensis unter kontrollierten Bedingungen in einer geschlossenen Tropenkreislaufanlage. Ein enorm hoher - allerdings vermutlich auf Selektion beim Einsammeln der Eier zurückzuführender - Schlupferfog (95,5%) wurde in den ersten Wochen nach dem Schlüpfendurch eine Wachstumsrate der Paralarven von 2,23% DML/Tag abgelöst. Während der 28 tägigen Versuchsphase fand allerdings nur noch ein mäßiges Wachstum mit durchschnittlich 1,12% DML/Tag statt. Anhaltend hohe Mortalitäten führten am 28. Versuchstag zum Abbruch der Haltung unter konstanten Bedingungen. Das älteste Tier wurde 100 Tage alt und hatte eine Dorsale Mantellänge von 23 mm (Totallänge: ca. 30 mm) erreicht. In einem Teilversuch wurden 45 Sepien bei 28°C unter sonst annähernd gleichen Bedingungen wie die Tiere im Hauptversuch bei 24°C gehalten. Sowohl in den Wachstumsraten, als auch bei den Überlebensraten blieben die bei 28°C gehaltenen Tiere deutlich hinter jenen der unter 24°C gehaltenen Sepien zurück. Hungernde Sepia bandensis wiesen oft eine dunkle Pigmentierung im Kopfbereich auf ("Hungerfleck"). Zwischen dem Augenabstand und der Dorsalen Mantellänge konnte eine gute Beziehung mit einem Bestimmtheitsmaß von r2 = 0,66 entdeckt werden...

Description: Der Ausgangspunkt dieser Arbeit war die Betrachtung, inwieweit sich das mesoskalige Atmosphärenmodell GESIMA zur Simulation von kleinskaligen Wolken eignet, wobei mit „kleinskalig" eine horizontale Auflösung von 200m oder weniger ins Auge gefasst war. Die Untersuchung der Arbeitsmodi des Modells führten zu der theoretischen Erkenntnis, dass der von GESIMA unterstützte zufallsgesteuerte Störmechanismus für die in dieser Arbeit benötigten Zeitschritte nicht mehr geeignet ist, da sich die Störung einem hochfrequenten Rauschen annähert, auf das die Atmosphäre nicht mehr angemessen reagieren kann. Erste Schritte zur Untersuchung des Modellverhaltens bei kleiner werdenden Zeitschritten führten zu der Entdeckung, dass GESIMA auf kleiner werdende Zeitschritte mit einer starken Zunahme des im System vorhandenen Wassers reagiert, trotz ansonsten gleichbleibender Eingangsparameter. Dies wurde auf numerische Ungenauigkeiten bei der modellinternen Umrechnung der Stördaten zurückgeführt und führte im weiteren Verlauf der Arbeit dazu, dass zum Zwecke der Vergleichbarkeit alle Simulationen mit einheitlichen Zeitschritten durchgeführt werden mussten. Die Untersuchung des Wasserhaushalts bei verschiedenen horizontalen Auflösungen ergab ebenfalls eine Abhängigkeit der verschiedenen Wasserphasen (Wolkenwasser, Wasserdampf, Regen) von den gewählten Dimensionen, jedoch war diese Abhängigkeit bei weitem nicht so stark wie im zeitlichen Falle. Die beobachteten Änderungen wurden auf eine verbesserte Simulation kleinskaliger Turbulenzereignisse bei kleineren Skalen zurückgeführt. Die anschließenden Untersuchungen verschiedener Wolkenereignisse unter wechselnden Eingangs- und Störbedingungen zeigten, dass GESIMA, trotz seiner Auslegung auf mesoskalige Simulation, durchaus in der Lage ist, realistische, kleinskalige Wolkenereignisse zu simulieren. Dies zeigte sich sowohl an der untersuchten Mikrophysik als auch an Stabilitätsuntersuchungen in der Simulationsatmosphäre. Eine Untersuchung des Lebenszyklus' der Wolken in einem Phasenraum aus Strahlungstemperatur und Reflektivität zeigte zwar keine unbedingt überzeugend zu nennenden Ergebnisse, enttäuschte aber auch nicht vollständig. Trotz der allgemein als positiv zu betrachtenden Ergebnislage gab es auch bis zum Ende der Arbeit ungelöste Probleme mit dem Modell. Zum einen neigt das Modell dazu, in durch den eigentlichen Störvorgang unbeeinflusst gebliebenen Bereichen Schwingungen aufzubauen, die sich nicht mit zu erwartenden atmosphärischen Phänomenen erklären lassen, sondern wohl vielmehr auf numerische Reflektionen und Übertragungen durch die Simulationsränder zurückzuführen sind. Dies kann sowohl zu unerwünschter Wolkenbildung führen als auch zu einem Simulationsabbruch durch zu starke Schwingungen. Auch in anderen Situationen kam es zu nicht geklärten „Hängern" des Modells, die nur durch den Abbruch der Simulation zu beheben waren. Hier lagen aber nach Durchsicht der bis zum Abbruch berechneten Daten keine Auffälligkeiten im Modellverhalten vor und es gab keine besonderen Schwingungen oder unrealistische Feuchtigkeits- oder Windwerte, die einen Abbruch erklären würden. Des Weiteren ist es nicht gelungen, den in GESIMA vorhandenen Störmodus für Temperatur zur Arbeit zu bewegen, was eine Untersuchung von Wolkenbildung durch direkt temperaturgesteuerte Konvektion (im Gegensatz zu Konvektion, die erst durch die bei Ausfall von Wasser entstehende Temperaturstörung ausgelöst wird) ermöglicht hätte. Eine weitere Untersuchung, warum dies nicht gelungen ist, wäre daher zu begrüßen. Weitere Untersuchungen sind auch zu den schon erwähnten modellinternen Schwingungen und Abbrüchen notwendig, um die Ursache dieser Fehler zu erkennen und gegebenenfalls beseitigen zu können. Ein grundlegendes Hindernis bei der Problembehebung in GESIMA ist in der Tatsache zu suchen, dass der Code, auf dem GESIMA beruht, schon etwas älter ist und von mehreren Benutzern mit unterschiedlichen Stilvorstellungen geändert wurde. Der Code selbst ist in der Programmiersprache FORTRAN verfasst, die ihrerseits schon etwas betagt ist und einige Einschränkungen mit sich bringt. Diese beiden Punkte führen dazu, dass der Code für Außenstehende und Personen, die sich in seine Funktionsweise einarbeiten wollen oder müssen, nur schwer verständlich ist, was das Nachvollziehen der Vorgänge zwischen den verschiedenen Modulen und die Implementation der Modellgleichungen sehr erschwert. Insgesamt ist die Dokumentation des Codes selbst und die Anleitung zur Benutzung des Modells eher schlecht. Abschließend ist jedoch zu sagen, dass GESIMA trotz seines Alters und seiner teilweise kryptischen Bedienung durchaus geeignet scheint, auch heute noch nützliche und verwertbare Ergebnisse zu liefern.

Description: Mittels MSSA wurden Bojendaten des TAO-Messnetzes im tropischen Pazifik für den Zeitraum 1990-2004 analysiert. Klimavariabilität könnte dabei auf drei unterschiedlich langen Zeitskalennachgewiesen werden. Identifiziert wurden der ENSO-Mode, der Jahregang und der Sub-ENSO-Mode, der durch Merkmale der beiden anderen Moden charakterisiert wird. Der ENSO-Mode und der Jahregang stimmen mit bisherigen Arbeiten überein. Aus den Analysen geht hervor, dass sich der Sub-ENSO-Mode innrehalb des untersuchten Zeitraumes stark in Periode und Amplitude geändert hat. Es zeigten sich aber auch Veränderungen der Propagationsrichtungendes zonalen Windes und der Meeresoberflächentemperatur. Für die Übergangsphasen des Sub-ENSO-Modes sind anders als beim ENSO-Mode oder Jahresgang im Ostpazifik zonale Meereströmungen verantwortlich. Im Westpazifik findet man hingegen eine Störung in der Thermokline während der Zwischenphase des Sub-ENSO-Zyklus.

Description: Most studies on the fatty acid composition of phytoplankton are based on laboratory experiments, and numerous studies using fatty acids as food web traces were conducted with monoalgal cultures. However, fatty acid studies with natural phytoplankton communities (food quality) and the passage of these to the next food web levels (biomarkers) are not abundant. It is important to consider the differences between analyses of fatty acids from natural plankton and laboratory studies. Seston does not only contain phytoplankton, but also some portion of bacteria, protozoa and non-living particles (detritus), especially in regions with high nutrient contents. Because it is almost impossible to quantitatively separate algae from the other particles, the fatty acid composition of phytoplankton can be disguised in natural waters. The aim of this studies was to describe and compare the composition of fatty acids in natural phytoplankton and their transfer to the mesozooplankton community under different nutrient availability and grazing pressure. Furthermore the viability of using phytoplankton fatty acid biomarkers found in monoalgal culture studies was tested. The fatty acid composition of planktonic particulate matter (seston and zooplankton) was examined during summer and spring experiments carried out in Lake Schöhsee (Germany), the Hopavågen lagoon (Norway) and the Kiel Fjord (Germany). At all study sites, mesocosm experiments were carried out in polyethylene bags (volume ~1.5 or 3.4 m3) suspended in several floats. Each treatment consisted of a logarithmically scaled gradient of copedod or Daphnia densities. The copepods originated from natural assemblages, the Daphnia were laboratory-reared. In all experiments the nutrient availability influenced the fatty acid contents in seston. These results supported the idea that the ratio between SAFA, MUFA and PUFA change with variable nutrient limitation and may be used as an indicator of the physiological status of the algae. Increasing nutrient limitation lead to reduced food quality of phytoplankton because of the decrease in essential PUFA. Therefore nutrient limitation of phytoplankton can alter trophic interactions. The low food quality can inhibit zooplankton growth, because most zooplankton species are not able to synthesize de novo these fatty acids essential for growth and reproduction. However the results of the Kiel fjord experiment suggested that the lacking quality of seston can partially be compensated by seston quantity.

Description: In dieser Arbeit wird der Einfluss der Mikrophysik auf den solaren Strahlungstransport untersucht. Es werden mikrophysikalische Flugzeugmessungen von Wolkentropfengrößenverteilungen verwendet, aus denen die optischen Eigenschaften bestimmt werden. Unter Verwendung eines Monte-Carlo Strahlungstransportmodells wurden die Unterschiede in der Absorption, Reflexion und Transmission zwischen der Annahme vertikal und horizontal homogen und inhomogen verteilter Mikrophysik spektral aufgeschlüsselt und breitbandig herausgestellt. Die Untersuchungen der vertikal-variablen Mikrophysik anhand einer 1D-Säule haben gezeigt, dass die Absorptivität der Säule größer ist, wenn die Wolkentropfengrößenverteilungen mit größeren Effektivradien in den höheren Schichten liegen. Umgekehrt gilt dies für Verteilungen mit kleineren Effektivradien, die eine höhere Reflexivität aufweisen. Außerdem ist eine starke Abhängigkeit vom Sonnenzenitwinkel zu verzeichenen. In der Fallstudie der horizontal-variablen Mikrophysik ist anhand eines 2D-Wolken-Modells demonstriert worden, dass das nicht-lineare Verhalten der Absorptivität mit der optischen Dicke dazuführt, dass im mikrophysikalisch-homogenen Fall die Absorption mit zunehmender Wellenlänge überschätzt wird, obwohl der Horizontaltransport die Absorption im mikrophysikalischinhomogenen Fall erhöht. In dem Vergleich zwischen einem 3D-homogenenWolkenfeld und der korrekten 3D-Lösung wird die Absorptivität vor allem in optisch dicken Regionen spektral aufgeschlüsselt und breitbandig unterschätzt.

Description: Air bubbles in the ocean, naturally induced by breaking waves or artificially entrained by ships, remain in the water for different periods of time. Knowledge of the factors accounting for the differences in air bubble residence time (BRT) is essential for understanding processes of air sea-gas exchange as well as for the detection of underwater ship wakes in defence applications. Reasons for the differences in BRT have been found mainly with respect to physical and chemical properties of seawater, such as temperature, salinity and gas saturation level. The impact of biological factors on the behaviour of air bubbles in seawater has not previously been investigated. It is hypothesised that phytoplankton influence BRT through the production of dissolved organic material (DOM) and oxygen. Laboratory experiments were carried out in a seawater mesocosm tank system to investigate the influence of phytoplankton growth on the BRT of artificially injected air bubbles of a wide size range (10-1000 µm diameter) using both natural phytoplankton populations from Kiel Firth and phytoplankton monocultures. BRT was determined acoustically and several phytoplankton growth-related parameters (chlorophyll concentration, dissolved inorganic nutrients, dissolved organic carbon (DOC), oxygen saturation, bacteria numbers) as well as physico-chemical parameters (surface tension and viscosity) were monitored. BRT showed statistically significant covariation with oxygen saturation and chlorophyll a concentration during phytoplankton growth periods in the tank. Increases in BRT of a factor of 〉 2 were found during the chlorophyll maxima, provided that the water was sufficiently supersaturated with oxygen (~〉110%). When the seawater was undersaturated with oxygen, BRT changed only marginally regardless of the chlorophyll a concentration. No clear relationship was evident between BRT and measurements of DOC, surface tension and viscosity. Investigations of the influence of dissolved oxygen on BRT through variation of oxygen saturation of deionised water showed that oxygen saturation alone has no apparent effect on BRT. The influence of phytoplankton on the rheological properties of an air/water interface was investigated in small scale experiments using different phytoplankton monocultures. An increase in surface shear viscosity was detected for only one of the four species of microalgae tested, Nitzschia closterium. Dependency of BRT on the combination of oxygen supersaturation and other phytoplankton growth-related parameters are discussed.

Description: The aim of this thesis is to improve the mechanistic understanding of nitrogen fixation by the marine non-heterocystous cyanobacterium Trichodesmium. This diazotroph is a major contributor to the marine nitrogen cycle and thus is important for parameterizations for nitrogen fixation in Ocean Biogeochemical Circulation Models. A wide-ranging amount of information on ecophysiological characteristics of Trichodesmium has been published and is summarized in a literature review (chapter I). This review stresses that Trichodesmium abundance in the open ocean can be limited by the nutrients iron and/or phosphorus and is constrained by the physical parameters temperature and light. Nevertheless, chapter I also identifies that the effects of temperature and light availability on diazotrophic growth of Trichodesmium were not fully understood and required further investigation. Laboratory results (chapter III) demonstrate that Trichodesmium N2 fixation is confined to water temperatures of 20 – 34 °C with an optimum range of 24 – 30 °C. These findings are of particular interest with respect to global warming, considering the important role of Trichodesmium in the marine nitrogen cycle. Combining these data with climate models (HadCM3 and GFDL R30) chapter III predicts a future decline in the fixed nitrogen input by Trichodesmium that could significantly affect marine nitrogen cycling within this century. Chapters IV and V address the role of light for diazotrophic growth of Trichodesmium. Results show that Trichodesmium is well adapted to the light regimes throughout the euphotic zone of tropical and subtropical oceans. The carbon specific growth rate increases up to an irradiance of 180 μmol quanta m-2 s-1, and is constant (0.26 d-1) thereafter up to 1100 μmol quanta m-2 s-1, where light inhibition sets in. The maximum nitrogen fixation rate measured was 350 nmol N2 fixed l-1 h-1. Chapter IV further provides a simple numerical model to describe nitrogen input into seawater by Trichodesmium as a function of light intensity. This outcome is complemented by a conceptual model of nitrogen and carbon fixation of Trichodesmium presented in Chapter V. Additionally, a reassessment of a commonly applied method to measure nitrogen fixation (Acetylene Reduction Assay) was conducted (chapter II). This method was improved by providing newly derived ethylene gas solubility coefficients that are required to accurately calculate nitrogen fixation rates. These were previously unavailable from published literature and thus the presented publication contributes to a standardization of nitrogen fixation measurements. Further methodological approaches to assess nitrogen fixation and release of fixed nitrogen by diazotrophs are provided in an outlook for future work in chapter V.

Description: The Labrador Sea is one of a few sites of the world ocean where open ocean deep convection occurs. Previous ocean general circulation models of the North Atlantic tend to show large deficits in simulating observed characteristics of deep water formation in the Labrador Sea. It is shown that three key processes lead to significant improvements: 1) an adequate representation of the freshwater exchange with the Nordic Seas; 2) an efficient representation of eddy fluxes between the boundary currents and the interior of the Labrador Sea; 3) low (numerical) diapycnal mixing. Based on these results, a refined eddy resolving model of the North Atlantic is developed and analyzed with respect to the important aspects of the deep water formation and its variability in the Labrador Sea. The dominant eddy kinetic energy signal is associated with the generation of well stratified ”Cape Desolation Eddies” which are not a direct result of the deep water formation process. These eddies are able to suppress deep convection in the interior of the Labrador Sea. A second type of rather unstratified ”rim current eddies” are formed during the deep convection process. Both types contribute to the restratification after convection and are important for this process to occur on observed timescales. Beside the well known correlation between surface heat flux changes and Labrador Sea Water formation, the model suggests two novel mechanisms of convection variability related to wind stress: 1) in case of enhanced wind stress the eddy kinetic energy at Cape Desolation increases. The resulting higher generation of well stratified Cape Desolation eddies leads to significantly lower Labrador Sea Water formation; 2) wind stresses parallel to the coast west of Greenland causes Ekman transports of relatively fresh and cold water off the coast towards the interior. This buoyant water at the surface stratifies the water column on the Greenland side of the Labrador Sea and suppresses deep convection.

Description: Hydrogen peroxide (H2O2) is cytotoxic and as a reactive oxygen species (ROS) elicits oxidative stress in marine organisms (Viarengo et al. 1998). There are several sources of (H2O2) to the surface layers of the oceans and Antarctic diatoms do have the ability to decompose H202 in seawater. They decompose certain amounts of H202 in the dark and in the light and bacteria have a minor effect on the decomposition. All species of marine diatoms tested (F. cylindrus, F kerguelensis, C. dichaeta, C. debilis, and Actinocyclus sp.) were able to decompose H202 at first order. The rate constants (k) for these species of phytoplankton ranged between ~-2.0 - -5.0*10-03 μg chl-a-1 l-1 h-1. Actinocyclus sp. was the most efficient, while C. dichaeta was the least efficient decomposer. The decomposition is mediated through catalase and peroxidase enzymes inside the cell and efficiency is dependent on the permeability of the cell wall for H202 of one cell. One marine diatom (C. debilis) used in the experiments was a producer of H202 in the dark but at negligible concentrations regarding other sources of H202 like photoproduction or precipitation to the oceans.

Description: In der vorliegenden Arbeit wird - basierend auf externmorphologischen Kriterien von Brachiopodengehäusen aus dem spongiolithischen süddeutschen Oberjura - eine ökologische Interpretation von Brachiopodenassoziationen vorgestellt und diese mit nicht verschwammten Vorkommen unter Verwendung verschiedener methodischer Ansätze verglichen. Aus insgesamt elf brachiopodenführenden Lokalitäten unterschiedlicher stratigraphischer und fazieller Niveaus wurden die generell bevorzugt auftretenden Wuchsformen ermittelt, zu Standardmorphotypen zusammengefaßt und mit digitalisierten Abbildungen aus vorhergehenden Bearbeitungen ökologisch verglichen. [ …] [ … Tabelle 1. Stratigraphie, Fazies und dominierende Externmorphologie der Brachiopodengehäuse (Standardmorphotyp) in den untersuchten Lokalitäten.] Die Analysen ergaben, daß mit Hilfe des Verlaufs der dorsalen Umrißlinie, dem Verlauf der Frontalkommissur und untergeordnet der Foramengröße eine hinreichende Interpretation des Environments hinsichtlich Substratbeschaffenheit, Hydrodynamik und Bathymetrie erfolgen kann. Die wichtigsten Ergebnisse sind: a) Die Brachiopoden der süddeutschen Spongiolithfazies zeigen im Vergleich mit je einer Fauna aus einer schwach verschwammten Schichtfazies, einer Korallenfazies und einer oolithischen Mergelkalkfazies grundlegende Unterschiede in der äußeren Morphologie ihrer Gehäuse, b) In mergeldominierten Lokalitäten sind die Sphärizitätsindizes der Gehäuse deutlich höher als in der Korallenfazies, c) Reduzierte Werte des Dicken / Breiten - Verhältnisses scheinen ein Indiz für weichere Substrate zu sein, d) Im zeitlichen Verlauf (Oxfordium bis Unter-Tithonium) nehmen die Werte der Sphärizitätsindizes der Brachiopodengehäuse ab. e) Die Amplituden der Frontalkommissuren von Brachiopoden aus dem Moundbereich sind höher als diejenigen aus der Korallenfazies, f) Das Mengenverhältnis von terebratuliden zu rhynchonelliden Brachiopoden läßt Rückschlüsse auf das dominierende Substrat in den Moundbereichen zu. Ein quantitatives Übergewicht rhynchonellider Brachiopoden geht mit einem mergelreichen, stillen Tieferwasserenvironment einher, während die kalkdominierten Flachwasserbereiche mit erhöhter Hydrodynamik bevorzugt von Terebratuliden besiedelt werden, g) Untergeordnet wird ein Substratwechsel durch die Foramengröße und -position angezeigt. Große mesothyridide Foramina kennzeichnen meist Festsubstrate. Kleine hypothyridide Foramina sind eher für allomikritische Bereiche charakteristisch, h) Brachiopoden der koralligenen Fauna zeichnen sich durch Asymmetrien der Frontalkommissur (Rhynchonellida) und Asymmetrien in der dorsalen Umrißlinie aus (Terebratulida). Die artikulaten Brachiopoden aus den untersuchten „Riff-Ablagerungen scheinen hinsichtlich ihrer Morphologie und faunistischen Komposition von den kontrollierenden Bildungsfaktoren (besonders Sedimentationsrate, Substratbeschaffenheit und Hydrodynamik) der Schwamm- und Korallenassoziationen, beeinflußt worden zu sein. Die in den jeweiligen Aufschlüssen dominierenden Brachiopoden-Morphotypen reflektieren wenigstens statistisch die Bildungsbedingungen.

Description: Data on brachiopods in spongolites from the Upper Jurassic of southern Germany were collected in order to establish associations based on paleoenvironmental parameters and compare these results to similar fauna across a range of depositional paleoenvironments. Fossils were sampled and their dominant growth morphotypes identified from 11 localities representing different ages and facies of the Upper Jurassic in the Franconian and Swabian Alb. These growth morphotypes were compared to standard morphotypes and to biometric data of modern brachiopods gleaned from the literature. Through statistical analysis, it was found that the mode of commissure line and in part the diameter of the foraminae correlate well with substrate types and hydrodynamic to bathymetric paleoconditions. General results include: a) the external morphology of brachiopods from spongolites is significantly different from that of brachiopods from well-bedded limestone containing few to no sponges but corals and oolites, b) within a mostly marl substrate, the sphericity index of brachiopod shells is much larger than for shells in coral-bearing rocks, c) width to length ratios of shells are less for softer substrates indicating possible use as an index for substrate consistency, d) from the Lower Oxfordian to the Tithonian, the sphericity index of shells in general decreases, e) amplitudes of the frontal commissure line of brachiopods found within spongolite build-ups are much larger than those from coral-bearing rocks, f) Terebratulidae to Rhynchonellida biometric relations may be used as an index for judging the “quality” of the paleoenvironment; rhynchonellid brachiopods were dominantly found in marly, deeper paleoenvironments, whereas carbonate sediments deposited under shallow, high energy, water paleoconditions were colonized by terebratulid brachiopods, g) the size and position of foraminae are linked to the substrate type; brachiopods with larger mesothyrid foraminae are found associated with hard substrates while smaller hypothyrid foraminae in soft carbonate sediment areas, h) brachiopods from coral rocks are characterized by their asymmetric growth in form (Terebratulida) and of their frontal commissure (Rhychonellida). In general, brachiopods from reefal deposits appeared to have been directly influenced morphologically by paleoecologic factors, such as sedimentation rate, substrate type, and water energy levels. The dominant standard morphotype of brachiopods appears to correlate in a statistically significant way with the interpreted depositional circumstances at each locality. Due to here presented morphological data of brachiopodes from the Upper Jurassic of Southern Germany, associations of brachiopodes in spongiolites are interpreted palecologically and compared to similar faunae from other depositional environments. From 11 localities of different stratigraphical age and facies in the Franconian and Swabian Alb the dominant growth morphotypes are presented and abstracted to so-called „standard morphotypes“. The latter are compared to biometrical data of modern brachiopodes, mainly extracted from literature data. Interpreting the mathematical analyses it can be concluded that the dorsal outline, the mode of commissur line and partially the diameter of the foraminae can be used as indicator of substrates, hydrodynamical and paleobathymetrical conditions. The main results are: a) External morphology of brachiopodes from spongiolites exhibits strong differences in contrast to brachiopodes from well-bedded limestones with few or no sponges, to coral-bearing strata and to oolithic limestones, b) In localities, where marls have been predominantly deposited, the sphericity index is much larger than in the coral-bearing rocks, c) Reduced relations of width and length can be tentatively used as index for soft substrates, d) From the Lower Oxfordian to the Tithonian the sphericity index becomes smaller, e) Amplitudes of the frontal commissur line from brachiopodes of spongiolitic buildups are much higher than from brachiopodes in coral-bearing rocks, f) Quantitative relations from Terebratulidae to Rhynchonellida can be used as index for quality of substrates. Rhynchonellid brachiopodes are dominating marly, deeper environments, whereas carbona-tic sediments deposited under shallow water conditions with higher water energy are dominated by terebratulid brachiopodes. g) Changes of substrates are indicated by the size and position of foraminae. Larger mesothyrid foraminae characterize hard substrates, smaller hypothyrid foraminae are typically developed in allomicritic areas, h) Brachiopodes from coralligene rocks are characterized by their asymmetrical growth of form (Terebratulida) and of their frontal commissure (Rhynchonellida). Generally, brachiopodes from reefal deposits have been influenced morphologically by ecologically controlling factors such as the sedimentation rate, the substrate, and the water energy levels. The dominating standard morphotypes of brachiopodes in each locality reflect at least statistically the former depositional environments. (Translation: Dr. Elizabeth H. Gierlowski-Kordesch, Department of Geological Sciences, Ohio University)

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: research

Description: research

Description: research

Description: Scientists have long attempted to explain why closely similar age patterns of death are characteristic of highly diverse human and nonhuman populations. Historical efforts to identify a general "law of mortality" from these patterns that applied across species ended in 1935 when it was declared that such a law did not exist. These early efforts were conducted using mortality curves based on all causes of death. The authors predict that if comparisons of mortality are based instead on "intrinsic" causes of death (i.e., deaths that reflect the basic biology of the organism), then age patterns of mortality consistent with the historical concept of a law might be revealed. Using data on laboratory animals and humans, they demonstrate that age patterns of intrinsic mortality overlap when graphed on a biologically comparable time scale. These results are consistent with the existence of a law of mortality following sexual maturity, as originally asserted by Benjamin Gompertz and Raymond Pearl. The societal, medical, and research implications of such a law are discussed.

Description: The cruise took place from 14.8.2005 (Akureyri) – 22.8.2005 (Akureyri) Research subject: ROV studies, mapping and sampling of the Tjörnes Offset (Storagrunn, Hollinn, Nafir) Chief Scientist: Prof. Dr. Colin W. Devey, IFM-GEOMAR, Kiel Number of Scientists: 10 Project: DFG De572/13-1 Fracture Zone

Description: The ‘law of the wall’ for the inner part of a turbulent shear flow over a solid surface is one of the cornerstones of fluid dynamics, and one of the very few pieces of turbulence theory whose results include a simple analytic function for the mean velocity distribution, the logarithmic law. Various aspects of the law have recently been questioned, and this paper is a summary of the present position. Although the law of the wall for velocity has apparently been confirmed by experiment well outside its original range, the law of the wall for temperature seems to apply only to very simple flows. Since the two laws are derived by closely analogous arguments this throws suspicion on the law of the wall for velocity. Analysis of simulation data, for all the Reynolds stresses including the shear stress, shows that law-of-the-wall scaling fails spectacularly in the viscous wall region, even when the logarithmic law is relatively well behaved. Virtually all turbulence models are calibrated to reproduce the law of the wall in simple flows, and we discuss whether, in practice or in principle, their range of validity is larger than that of the law of the wall itself: the present answer is that it is not; so that when the law of the wall (or the mixing-length formula) fails, current Reynolds-averaged turbulence models are likely to fail too.

Description: Dates of Cruise: 18.7.96 - 4.8.96. General Subject of Research: Sampling of active volcanism on the middle Kolbeinsey Ridge and the Eggvin Bank. Port Calls: Kiel, Reykjavik.

Description: Im Spätsommer 1996 wurde in der oberoligozänen Fossillagerstätte Enspel im nordwestlichen Westerwald vom Geologischen Landesamt Rheinland-Pfalz, gemeinsam mit dem Landesamt für Denkmalpflege Rheinland-Pfalz, eine Forschungsbohrung niedergebracht. Die Bohrung erreichte eine Teufe von 256,3 m. Es wurden 2,6 m Basalt, etwa 137 m lakustrine Sedimente und 90 m Vulkaniklastika erbohrt. An deren Basis folgen fragmentierte devonische Sedimentgesteine, die bis zu einer Mächtigkeit von 24,3 m erbohrt wurden. Die Abfolge repräsentiert die Füllung eines komplexen, maarähnlichen Beckens. Der Bohrkern wird in einem interdisziplinären Projekt von verschiedenen Arbeitsgruppen untersucht, um Bau und Genese des ehemaligen Enspelsees zu erforschen.

Description: Abstract: In late summer 1996 the Geological Survey of Rheinland-Pfalz and the Landesamt für Denkmalpflege Rheinland-Pfalz sank a research core, in the Upper Oligocene Fossillagerstätte Enspel, Northwest-Westerwald-area. The drilling reached a depth of 256.3 m. 2.6 m of basalt, 137 m of lakustrine sediments, 90 m of pyroclastic rocks and 24.3 m of fragmented Devonian sediments were found. This section documents the filling of a complex maarlike basin. The cores are examined in an interdisciplinary research project concerning the genesis and structure of the Enspel lake system.

Description: research

Description: Eine erste taxonomische Übersicht der bisher unbeschriebenen Taphoflora aus dem Unterrotliegend (Oberkarbon – Unterperm) von Niedermoschel bei Alsenz (Saar-Becken-Becken, SW-Deutschland) wird vorgestellt. Die Flora umfasst nach aktuellem Kenntnisstand folgende Taxa: Lepidostrobophyllum sp., Sphenophyllum thoniiMAHR, Sphenophyllum cf. oblongifolium (GERMAR & KAULFUSS) UNGER, Sphenophyllum spp. (unbest. Achsen), Annularia spinulosa STERNBERG, Annularia spicata (GUTBIER) SCHIMPER, Asterophyllites equisetiformis (SCHLOTHEIM ex STERNBERG) BRONGNIART, Asterophyllites longifolius (STERNBERG) BRONGNIART, cf. Palaeostachya sp., Calamites spp., Scolecopteris cf. arborescens (SCHLOTHEIM ex BRONGNIART) STUR, Pecopteris (Scolecopteris) cf. oreopteridia (SCHLOTHEIM) BRONGNIART, Pecopteris (Scolecopteris) candolleana BRONGNIART, Pecopteris (Scolecopteris) cf. densifolia GÖPPERT, Pecopteris monyi ZEILLER, Pecopteris spp. indet, Remia pinnatifida (GUTBIER) KNIGHT, Asterotheca sternbergii (GÖPPERT) STUR, Crossotheca sp., Autunia conferta (STERNBERG) KERP, Rhachiphyllum schenkii (HEYER) KERP, Dicksonites pluckenetii (SCHLOTHEIM ex STERNBERG) STERZEL, cf. Neurodontopteris auriculata (BRONGNIART) POTONIÉ, Cordaites sp., Coniferae indet., Gomphostrobus bifidus (GEINITZ) POTONIÉ, cf. Dicranophyllum gallicum GRAND´EURY sowie verschiedene, nicht näher bestimmbare karpologische Reste, Wurzeln und Problematika. Die Flora repräsentiert damit eine der diversesten, bisher bekannt gewordenen Floren aus dem Unteren Rotliegend des Saar-Nahe-Beckens. Basierend auf der taxonomischen Zusammensetzung und der autökologischen Interpretation der nachgewiesenen Taxa wird die Taphoflora als eine allochthone Vermischung mindestens zweier Vegetationseinheiten gedeutet: der ufernahen, feuchtigkeitsliebenden Vegetation (deren Reste die Taphoflora dominieren) und der Vegetation des eher trockeneren Hinterlandes.

Description: Abstract: A first taxonomic survey of the so far undescribed taphoflora from the Lower Rotliegend (Upper Carboniferous – Lower Permian) of Niedermoschel near Alsenz (Saar-Nahe basin, Southwest Germany) is presented. The following taxa have been identified so far: Lepidostrobophyllum sp., Sphenophyllum thoniiMAHR, Sphenophyllum cf. oblongifolium (GERMAR & KAULFUSS) UNGER, Sphenophyllum spp., Annularia spinulosa STERNBERG, Annularia spicata (GUTBIER) SCHIMPER, Asterophyllites equisetiformis (SCHLOTHEIM ex STERNBERG) BRONGNIART, Asterophyllites longifolius (STERNBERG) BRONGNIART , cf. Palaeostachya sp., Calamites spp., Scolecopteris cf. arborescens (SCHLOTHEIM ex BRONGNIART) STUR, Pecopteris (Scolecopteris) cf. oreopteridia (SCHLOTHEIM) BRONGNIART, Pecopteris (Scolecopteris) candolleana BRONGNIART, Pecopteris (Scolecopteris) cf. densifolia GÖPPERT, Pecopteris monyi ZEILLER, Pecopteris spp. indet, Remia pinnatifida (GUTBIER) KNIGHT, Asterotheca sternbergii (GÖPPERT) STUR, Crossotheca sp., Autunia conferta (STERNBERG) KERP, Rhachiphyllum schenkii (HEYER) KERP, Dicksonites pluckenetii (SCHLOTHEIM ex STERNBERG) STERZEL, cf. Neurodontopteris auriculata (BRONGNIART) POTONIÉ, Cordaites sp., Coniferae indet., Gomphostrobus bifidus (GEINITZ) POTONIÉ, cf. Dicranophyllum gallicum GRAND´EURY, as well as several unidentified carpological remains, roots and problematics. Thus this flora represents one of the most diverse (in terms of species richness) floras from the Lower Rotliegend of the Saar-Nahe basin. Based on the taxonomic composition and autecological interpretations of the taxa this flora is interpretated to represent an allochthonous mix of at least two different source vegetation types: i.e. from the vegetation of wet environments (dominating the assemblage) and the vegetation of the more dry Hinterland.

Description: 1. Einleitung 2. Geologie und Material 3. Die Flora 3.1. Lycopsiden 3.2. Sphenopsiden 3.2.1. Calamiten 3.2.2. Sphenophyllen 3.3. Farne 3.4. Pteridospermen 3.4.1. Peltaspermaceen 3.4.2. Callistophytaceen 3.4.3. Medullosaceen 3.5. Cordaiten 3.6. Koniferen 3.7. „Koniferophyten“ 3.8. Incertae sedis und Problematika 4. Taphonomie und Ökologie Schriften

Description: research

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: Im folgenden wird der Zwischenbericht für das erste Jahr (1996) der vierten Förderperiode des deutschen Beitrages zum internationalen World Ocean Circulation Experiment (WOGE) vorgelegt. Die Forschungsarbeiten werden über einen Auftrag an das Alfred-Wegener-lnstitut für Polar- und Meeresforschung (AWI) durch das Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBW) gefördert. Im Forschungsverbund sind neben dem AWI acht Unterauftragnehmer und zwar die Universitäten, Bonn, Bremen, Hamburg, Heidelberg, Kiel, München, und Stuttgart sowie das Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg beteiligt. Außerdem arbeitet das Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie (BSH), Hamburg an dem Vorhaben mit. Die Untersuchungen gliedern sich thematisch und organisatorisch in 21 wissenschaftliche Teilprojekte (davon 2 am BSH), die durch das nationale WOCE-Komitee beraten und durch das AWI koordiniert und administrativ in enger Kooperation mit dem Projektträger "Biologie, Energie, Ökologie (BEO)", Warnemünde betreut werden. Die wissenschaftliche Abstimmung zwischen den Teilprojekten obliegt dem WOCE-Komitee, das mindestens einmal jährlich - bei Bedarf auch häufiger - zusammentritt und gegebenenfalls Werkstattgespräche oder Besprechungen zu speziellen Themen veranlaßt. Umfassende Informationen über den Stand und den Fortgang der Arbeiten bieten die ebenfalls einmal jährlich stattfindenden Statusseminare.

Description: Die Stammesgeschichte der Ordnung Ptenoglossa (Gastropoda, Caenogastropoda) wird anhand von 179 rezenten und fossilen Arten bis ins Paläozoikum zurückverfolgt. Ihre rezenten Überfamilien, die Cerithiopsoidea, Triphoroidea und Janthinoidea ernähren sich karnivor. Eine kollabral berippte Larvalschale stellt in den rezenten Überfamilien den ursprünglichen Zustand dar und ist die aussagekräftigste schalenmorphologische Symplesiomorphie. Dies erweist sich durch Radulauntersuchungen und den Fossilbericht. Cerithiopsoidea und Triphoroidea fressen Schwämme und bilden gemeinsam mit den mesozoischen Protorculidae ein Monophylum. Die Janthinoidea fressen Coelenteraten. Sie sind nahe mit den mesozoischen Zygopleuridae verwandt. Die Stammlinien der Schwamm- und Coelenteratenfresser waren schon in der Trias getrennt. Die Zygopleuroidea (Zygopleuridae, Pseudozygopleuridae und Protorculidae) sind folglich ein Parataxon. In allen drei Familien der Zygopleuroidea kommt die kollabral berippte Larvalschale vor und repräsentiert den ursprünglichen Zustand. Die paläozoischen Pseudozygopleuridae stellen wahrscheinlich die Schwestergruppe der rezenten und mesozoischen Ptenoglossa dar. Arten der Pseudozygopleuridae mit planktotropher und nicht planktotropher Frühontogenese können biometrisch getrennt werden. Die Abgrenzung nicht planktotropher Pseudozygopleuridae von den devonischen bis karbonischen Palaeozygopleuridae ist schwierig, weil letztere anhand eines nicht planktotrophen Protoconchs definiert wurden. Mit Hilfe von Protoconchvermessungen ist es jedoch meist möglich, beide Gruppen zu trennen. Die Außengruppe der Ptenoglossa sind die Cerithimorpha, die im Paläozoikum durch die Acanthonematidae und die Murchisoniidae repräsentiert werden. Die paläozoischen Acanthonematidae werden neu gefaßt und enthalten nun unter anderem die Gattungen Orthonema, Palaeostylus, Cerithioides und Knightella. Sie zeichnen sich durch einen heliciformen Protoconch aus, der sich grundsätzlich von dem der Pseudozygopleuridae (Ptenoglossa) unterscheidet. Mithin ist der Protoconch der Pseudozygopleuridae die wesentliche schalenmorphologische Apomorphie der Ptenoglossa. 30 Arten werden neu beschrieben (siehe Anhang A), davon 2 rezente, 8 aus dem Tertiär, 1 aus der Kreide, 13 aus der Trias, 1 aus dem Perm und 5 aus dem Karbon. Turritella hybrida MONSTER non DESHAYES erhält den neuen Namen Zygopleura hybridissima nom. nov. 5 neue Gattungen werden errichtet: Antiphora n. Gen. (Triphoroidea, Tertiär), Eorex n. gen. (Triphoroidea, Tertiär), Atorcula n. gen. (Protorculidae, Trias), Azyga n. gen. (Zygopleuridae, Trias) und Stiazyga n. gen. (Zygopleuridae, Trias). Ampezzopleurinae n. subfam. wird als Unterfamilie der Zygopleuridae WENZ errichtet. Nystiellinae CLENCH & TURNER erhält Familienstatus (Nystiellidae). Die Untergattung Cerithiopsis (Vatopsis) GRÜNDEL wird zur Gattung erhoben und von den Cerithiopsidae zu den Eumetulidae transferiert. Tembrockia GRÜNDEL wird von den Cerithiopsidae zu den Eumetulidae transferiert. Variseila DOCKERY wird von den Triforidae JOUSSEAUME zu den Eumetulidae GOLIKOV & STAROBOGATOV transferiert. Ampezzopleura BANDEL wird von den Protorculidae BANDEL zu den Zygopleuridae WENZ transferiert. Zygopleura tenuis (MÜNSTER) sensu Zardini wird als neue nominelle Art Ampezzopleura tenuis BANDEL betrachtet, für die ein Lectotyp hinterlegt wird. Teutonica SCHRÖDER wird von den Cerithiopsidae zu den Zygopleuridae transferiert. Orthonema MEEK & WORTHEN wird von den Turritellidae LOVÉN zu den Acanthonematidae WENZ zurücktransferiert. Palaeostylus MANSUY wird von den Procerithiidae COSSMANN zu den Acanthonematidae transferiert. Knightella LONGSTAFF wird von den Pseudozygopleuridae KNIGHT zu den Acanthonematidae transferiert. Cerithioides HAUGHTON wird von den Murchisoniidae zu den Acanthonematidae WENZ transferiert. Die systematische Stellung einiger weiterer Taxa wird kritisch hinterfragt. Etliche Arten werden anderen Gattungen zugeordnet (siehe Anhang A "comb. nov.").

Description: The phylogeny of the order Ptenoglossa (Gastropoda, Caenogastropoda) is traced back into the Paleozoic by studying 179 Recent and fossil species. The Recent superfamilies Cerithiopsoidea, Triphoroidea und Janthinoidea are carnivorous. A larval shell with collabral ribs represents the plesiomorphic state in the Recent superfamilies and it is the most informative symplesiomorphy that concerns to the shell morphology. Evidence for that is given by the radula morphology and the fossil record. Cerithiopsoidea and Triphoroidea feed on sponges and form a clade with the Mesozoic family Protorculidae. The Janthinoidea feed on coelenterates. They are closely related to the Mesozoic family Zygopleuridae. The stem lines of sponge eaters and coelenterate eaters have been separated from each other at least since the Triassic. Thus, the superfamily Zygopleuroidea (Zygopleuridae, Pseudozygopleuridae and Protorculidae) is a parataxon. In all three families of the Zygopleuroidea a larval shell with collabral ribs occurs and represents the plesiomorphic state. The Paleozoic Pseudozygopleuridae are presumably the sister-group of the Recent and the Mesozoic Ptenoglossa. Species of the Pseudozygopleuridae with planktotrophic and non-planktotrophic larval development can be separated from each other by measuring their protoconchs. The separation of non-planktotrophic Pseudozygopleuridae from Devonian and Carboniferous species of the Palaeozygopleuridae is difficult because Palaeozygopleuridae were defined by a non-planktotrophic protoconch, whereas Pseudozygopleuridae were defined by a larval shell of the planktotrophic type. But in most cases it is possible to identify the species by protoconch measurements. The outgroup of the Ptenoglossa are the Cerithimorpha which are represented in the Paleozoic by the families Acanthonematidae and Murchisoniidae. The Paleozoic Acanthonematidae are newly defined and contain genera like Orthonema, Palaeostylus, Cerithioides and Knightella. They have a heliciform protoconch which is fundamentally different from the protoconch of the pseudozygopleurids (Ptenoglossa). The protoconch of the Pseudozygopleuridae is the essential apomorphy concerning the shell of the Ptenoglossa. 30 species are described as new (see Anhang A), 2 of which are Recent, 8 are from the Tertiary, 1 from the Cretacous, 13 from the Triassic, 1 from the Permian and 5 from the Carboniferous. Turritella hybrida MÜNSTER non DESHAYES gets the new name Zygopleura hybridissima nom. nov. 5 new genera are erected: Antiphora n. gen. (Triphoroidea, Tertiary), Eorex n. gen. (Triphoroidea, Tertiary), Atorcula n. gen. (Protorculidae, Triassic), Azyga n. gen. (Zygopleuridae, Triassic) and Striazyga n. gen. (Zygopleuridae, Triassic). Ampezzopleurinae n. subfam. is erected as subfamily of the Zygopleuridae. Nystiellinae CLENCH & TURNER is raised on family level (Nystiellidae). The subgenus Cerithiopsis (Vatopsis) GRÜNDEL is raised on genus level and is transferred from Cerithiopsidae H. & A. ADAMS to Eumetulidae GOLIKOV & STAROBOGATOV. Tembrockia GRÜNDEL is transferred from Cerithiopsidae to Eumetulidae. Variseila DOCKERY is transferred from Triforidae JOUSSEAUME to Eumetulidae. Ampezzopleura BANDEL is transferred from Protorculidae BANDEL to Zygopleuridae WENZ. Zygopleura tenuis (MÜNSTER) sensu Zardini is deemed to be the new nominal species Ampezzopleura tenuis BANDEL (type species of Ampezzopleura) for which a lectotype is designated. Teutonica SCHRÖDER is transferred from Cerithiopsidae to Zygopleuridae. Orthonema MEEK & WORTHEN is retransferred from Turritellidae LOVÉN to Acanthonematidae WENZ. Palaeostylus MANSUY is transferred from Procerithiidae COSSMANN to Acanthonematidae. Knightella LONGSTAFF is transferred from Pseudozygopleuridae KNIGHT to Acanthonematidae. Cerithioides HAUGHTON is transferred from Murchisoniidae KOKEN to Acanthonematidae WENZ. The systematic position of several other taxa has been critically revised. The generic position of several species is changed (see Anhang A "comb. nov.").

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Die Ordnungen Cerithiimorpha und Littorinimorpha stellen umfangreiche systematische Gruppen innerhalb der basalen Caenogastropoda mit einfachen konisch-orthostrophen Protoconchen dar. Diese Großgruppen lassen sich seit der späten Trias differenzieren und lassen seit der Kreidezeit eine zunehmende Diversität erkennen. Im folgenden werden ausgewählte Vertreter aus fünf Überfamilien und 20 Familien unter besonderer Berücksichtigung ihrer frühontogenetischen Schalen beschrieben und ihre Entwicklungsgeschichte wird seit der Kreide belegt. Die Überfamilie Cerithioidea stellt die Kerngruppe der Cerithiimorpha und war mit der Familie Procerithiidae seit dem Jura weltweit im Flachmarin verbreitet. Form und Skulptur der Larvalschale ermöglichte es, die Gattung Schroederium n.g. von den Gattungen Procerithium und Cryptaulax zu trennen. In der Oberkreide lassen sich die nahe verwandten Familien Cassiopidae, Potamididae, Melanopsidae und Scaliolidae über ihre Protoconchmorphologie sicher von den Procerithiidae differenzieren. Die Familien Batillariidae und Modulidae sind durch ihre charakteristische Embryonalschalenskulptur als Schwestergruppen ausgewiesen. Ihre nahe Verwandtschaft wird auch durch anatomische Daten gestützt. Innerhalb der seit dem Eozän in Protoconcherhaltung dokumentierten Familie Cerithiidae, Unterfamilie Cerithiinae, treten abhängig vom besiedelten Habitat zwei Protoconchtypen auf, die mit zu unterscheidenden Radulatypen korrelieren. Die Unterfamilie Bittiinae konnte über Details der Larvalschalenskulptur seit dem Eozän belegt und von den Cerithiinae differenziert werden. Die Adelphotaxa Planaxidae und Thiaridae mit dem gemeinsamen Merkmal einer Bruttasche im Kopffußbereich sind ebenfalls seit dem Eozän bekannt. Larvalschalen fossiler und rezenter Planaxinae werden vergleichend dargestellt. Larvalschalen der hinsichtlich der Morphologie des Teleoconches abweichenden Unterfamilie Fossarinae belegen die Nähe zur Nominatunterfamilie und ermöglichten eine sichere Abgrenzung von gehäusekonvergenten Vertretern der Littorinimorpha. Über die Formation der frühontogenetischen Schale, die eine charakteristische Embryogenese widerspiegelt, war es möglich, die Brackwasser und limnische Biotope besiedelnden Thiaridae bis in das mittlere Eozän zu belegen, was auch Anlaß zu neuen paläobiogeographischen Interpretationen gab. Pseudamauridae konnten über ihre Protoconche von der Oberkreide bis in das Eozän belegt und von gehäusekonvergenten Naticoidea (Neomesogastropoda) und Amphibolidae innerhalb der Archaeopulmonata (Heterostropha) abgegrenzt werden. Die Phylogenese der Überfamilien Vermetoidea und Turritelloidea wurde von der Unterkreide bis rezent dokumentiert, wobei konvergente Gruppen über ihre Protoconche differenziert wurden. Innerhalb der Littorinimorpha konnten charakteristische Merkmale der Embryonal- und Larvalschalen herausgearbeitet und zur Untergliederung der Littorinoidea und Rissooidea herangezogen werden. Pickworthiidae mit alloisostroph abgewinkelten Protoconchen konnten bis in das Danium belegt werden. Der direkte Vergleich mit Protoconchen der triassischen Protstyliferidae mit detaillierten Übereinstimmungen dokumentiert die unabhängige Evolution dieser Linie. Die konvergenten Vanikoridae ließen sich über ihre Protoconchmorphologie trennen, wobei auch signifikante Unterschiede zu den übrigen Littorinimorpha dargestellt werden. Micromphalina peyrerensis und Megalomphalus (M.) antwerpensis werden neu beschrieben und den Vanikoridae eingegliedert.

Description: The orders Cerithiimorpha and Littorinimorpha represent large systematic units within the stem of Caenogastropoda with simple conical-orthostrophic protoconchs. These groups are separated since the Upper Triassic showing increasing diversity since the Upper Cretaceous. Representatives of five superfamilies and 20 families are described with special reference to their early ontogenetic shells. The family Procerithiidae within the superfamily Cerithioidea has been distributed worldwide since Jurassic times as a faunal element in shallow marine environments. Regarding the shape and sculpture of its larval shell the procerithiid Schroederium n.g. could be differentiated from the genera Procerithium and Cryptaulax. Since the Upper Cretaceous brackish-water Cassiopidae, Potamididae and Melanopsidae can be differentiated from Procerithiidae by their protoconch-morphology. The families Batillariidae and Modulidae represent Adelphotaxa. This relation is proven by the uniting character of embryonic tuberculated sculpture and data concerning their anatomy. The Cerithiidae, subfamily Cerithiinae, are documented since the Eocene with preserved protoconchs. Two types of larval sculpture are present depending on the settled habitat, correlated with two different types of radulae. The subfamily Bittiinae is also documented and distinguished from the Cerithiinae by their protoconch-morphology since the Eocene. The Adelphotaxa Planaxidae and Thiaridae with the uniting character of a brood pouch within the head-foot are present since the Eocene. Larval shells of fossil and Recent Planaxinae are compared. Protoconchs of representatives of the subfamily Fossarinae with different teleoconch-morphology proved the close relation to the Planaxinae and also made a differentiation from convergent littorinimorphs feasible. The analysis of early ontogenetic shells of brackish water and limnic Thiaridae enabled to trace them back to the Middle Eocene and made new interpretations concerning their palaeobiogeography possible. Pseudamauridae could be documented from the Upper Cretaceous to the Middle Eocene with the aid of preserved protoconchs and could be discriminated from convergent Naticoidea and Archaeopulmonata. The phylogenetic history of Vermetoidea and Turritelloidea could be reconstructed since the Early Cretaceous and convergent groups could be differentiated. Within the Littorinimorpha characters regarding the early shell could be worked out to subdivide Littorinoidea and Rissooidea. Pickworthiidae with alloisostrophic protoconchs are documented since the Danian. Comparison with protoconchs of Triassic Prostyliferidae yielded detailed accordance and documents the independent history of this lineage. The convergent Vanikoridae could be discriminated by their protoconch-morphology and significant differences to the other Littorinimorpha are presented. Micromphalina peyrerensis and Megalomphalus (M.) antwerpensis are described as new species and are included within the Vanikoridae.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Klaus Bandel & Thorsten Kowalke: Systematic value of the larval shell of fossil and modern Vanikoridae, Pickworthiidae and the genus Fossarus (Caenogastropoda, Mollusca) … 3 ; R. Thomas Becker: Eine neue und älteste Glatziella (Clymeniida) aus dem höheren Oberdevon des Nordsauerlandes (Rheinisches Schiefergebirge) … 31 ; Glenn G. Rechner: Eine Dinoflagellaten-Zysten-Vergesellschaftung des tieferen Rupelium (Unter-Oligozän) aus transgressiven Ablagerungen nördlich von Altenhausen in Sachsen-Anhalt (Blatt 3733, Erxleben) … 43 ; Joachim Gründel: Zur Kenntis einiger Gastropoden-Gattungen aus dem französischen Jura und allgemeine Bemerkungen zur Gastropodenfauna aus dem Dogger Mittel- und Westeuropas … 69 ; Joachim Gründel: Heterostropha (Gastropoda) aus dem Dogger Norddeutschlands und Nordpolens. I. Mathildoidea (Mathildidae) … 131 ; Joachim Gründel: Heterostropha (Gastropoda) aus dem Dogger Norddeutschlands und Nordpolens. III. Opisthobranchia … 177 ; C. M. Hampton & J. E. Rae: Genesis of the fossiliferous Pleistocene Hima Limestone, western Uganda, as indicated by its isotopic composition … 225 ; Helmut Keupp: Anomal kiellose Hildoceratidae (= „Subfamilie Monestierinae SAPUNOV 1965“): Ursache taxonomischer Konfusionen (Ammonoidea, Toarcium) … 233 ; Helmut Keupp: Paläopathologische Analyse einer „Population“ von Dactylioceras athleticum (SIMPSON) aus dem Unter-Toarcium von Schlaifhausen/Oberfranken … 243 ; Rolf Kohring: Eischalen neognather Vögel aus dem mitteleozänen Geiseltal (Deutschland) … 269 ; Rolf Kohring: Eggshell Structure as Evidence in Avian Systematics - Preliminary Results … 281 ; Jürgen Kriwet: Beitrag zur Kenntnis der Fischfauna des Oberjura (unteres Kimmeridgium) der Kohlengrube Guimarota bei Leiria, Mittel-Portugal: 2. Neoselachii (Pisces, Elasmobranchii) ... 293 ; Thomas Schlüter: Validity of the Paratrichoptera - an extinct Insect Order related to the Mecoptera, Diptera, Trichoptera or Lepidoptera? Suggestions based on discoveries in the Upper Triassic Molteno Formation of South Africa … 303 ; Rolf Kohring: Bibliographie 1996, Institut für Paläontologie, Freie Universität Berlin … 313 ;

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Die Andenkordillere entstand entlang des westlichen Randes von Südamerika aufgrund der Subduktion der ozeanischen Nazca-Platte unter die kontinentale Südamerikaplatte seit dem Jura. Als solche werden die Anden als ein klassisches Beispiel eines Orogens entlang eines aktiven Kontinentalrandes betrachtet. Obwohl die gegenwärtige Physiographie das Ergebnis der Andinen Tektonik ist, sind die Zentralanden das Ergebnis von einem komplexen Zusammenspiel von Präkambrischen und Paläozoischen Terrane-Akretionen und Phasen von Kompression und Extension. Die Puna und die Ostkordillere spielen in diesem Zusammenhang eine entscheidende Rolle in der tektonischen Entwicklung der Zentralanden. Die vorliegende Untersuchung befasst sich mit dem Gebiet der nördlichen argentinischen Puna und der Ostkordillere, von etwa 22°S bis 24°S und 65 °W bis 66°30' W. Es wurden etwa 1200 km Seismik interpretiert, deren Ergebnis als Randbedingung in die Konstruktion des gravimetrischen 3D Modells des Gebietes einging.

Description: The Andes Mountains developed along the western margin of SouthAmerica in response to the subduction of the oceanic Nazca Plate below the South American plate since the Jurassic times. It is considered as one of the classic examples of a mountain chain developed in an active continental margin. Although their present physiography is given by the Andean tectonics, the Central Andes are the result of complex interplay of Precambrian and Paleozoic terrane accretion and phases of compression and extension. The Puna and Eastern Cordillera represent key elements in the tectonic evolution of the Central Andes. The present study covers a region of the northern Puna and Eastern Cordillera extending from approximately 22°S to 24°S and 65 °W to 66°30'W in Argentina. About 1200 km of seismic lines were interpreted and were used as a geometrical constraint for the construction of a 3D gravity model of the area.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: In dieser Arbeit wird die elektrische Leitfähigkeit von Krustengesteinen während des partiellen Schmelzens mit der Verteilung der Schmelze im Gestein und dem Schmelzanteil als Funktion der Temperatur verglichen. Es wurden impedanzspektroskopische Messungen der elektrischen Leitfähigkeit bei Temperaturen zwischen 600 und 1200°C durchgeführt. Die Messungen erfolgten bei Normaldruck und verschiedenen Sauerstoffugazitäten. Diese Messungen wurden mit den Ergebnissen von Schmelzexperimenten verglichen. Aus den Schmelzexperimenten wurden Informationen zur Verteilung der Schmelze im Gestein und zum Schmelzanteil in Abhängigkeit von der Temperatur gewonnen. Alle Untersuchungen wurden am gleichen Gestein unter den selben experimentellen Bedingungen durchgeführt. Während des partiellen Schmelzens gibt es einen sprunghaften Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit um ein bis zwei Größenordnungen. Dieser sprunghafte Anstieg kann mit der Bildung eines vollständigen Netzwerkes an Schmelze erklärt werden, wobei die Schmelzfilme als Leitungspfade wirken. Es konnte festgestellt werden, daß zur Ausbildung der Gleichgewichtsmorphologie während des partiellen Schmelzens sehr lange Zeiten erforderlich sind. Wird die elektrische Leitfähigkeit am Beginn des Schmelzens bei konstanter Temperatur als Funktion der Zeit gemessen, so treten erst nach mehr als 200 h keine Änderungen der Leitfähigkeit mehr auf. Mit Hilfe eines modifizierten Brick-Layer-Modells (MBLM) kann die elektrische Leitfähigkeit als Funktion des Schmelzanteils berechnet werden. Dieses Modell gilt für den Fall, daß die Schmelze ein vollständiges Netzwerk entlang von Komgrenzen bildet. Mit dem Modell und den Ergebnissen aus den Schmelzexperimenten konnten theoretische Kurven der elektrischen Leitfähigkeit berechnet werden, die mit den gemessenen Kurven der elektrischen Leitfähigkeit verglichen werden können. Obwohl bereits bei Beginn des Schmelzens die Komgrenzen von Schmelze benetzt werden, wird eine vollständige Vernetzung der Schmelze erst bei höheren Temperaturen und größeren Schmelzanteilen erreicht. Dies kann durch Abweichungen vom morphologischen Gleichgewicht in den partiell geschmolzenen Proben gedeutet werden. Die Ergebnisse stützen die Annahme, daß eine Zone hoher Leitfähigkeit unter den zentralen Anden durch große Mengen an Magma verursacht wird. Mit dem MBLM konnte abgeschätzt werden, daß ca. 20% Schmelze notwendig sind, um die im Gelände mit der Magnetotellurik gemessenen Leitfähigkeiten zu erklären.

Description: The purpose of the present work is to achieve a better understanding of rocks during partial melting. Therefore the electrical conductivity of crustal rocks during partial melting was compared to the distribution of melt in the rock sample and to the melt fraction as a function of temperature. Impedance spectroscopic investigations of the electrical conductivity were conducted at temperatures between 600 and 1200°C, normal pressure and at different oxygen fugacities. These measurements were compared with the results of melting experiments. The melting experiments were performed under the same experimental conditions and the same rock sample was used. The rock samples were equilibrated at the desired temperatures, quenched and investigated using thin sections. These melting experiments provide information about the distribution of melt in the rock sample and yield the melt fraction as a function of temperature. A strong increase in electrical conductivity of about two orders of magnitude is observed during partial melting. This increase could be explained by assuming the formation of an interconnected network of melt. The charge transport follows the network forming melt films at the grain boundaries. It could be established that the formation of steady state of a partially molten rock requires a long time. The conductivity was measured as a function of time at temperatures little above the solidus. Under these conditions constant conductivity values are found after 200 h.

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Description: DFG, SUB Göttingen

Description: In der vorliegenden Arbeit wurden weitwinkelseismische Daten aus dem Land-See-kombinierten Projekt CINCA 95 ausgewertet. Die Daten wurden auf drei EW-streichenden Profilen bei 21°S, 22°S und 23.25°S registriert. Die Linien umfassen das Gebiet zwischen Peru-Chile- Trench und Westkordillere, also den Forearc-Bereich der nord-chilenischen erosiven Subduktionszone. Der Hauptteil der Daten besteht aus einer Anregerlinie auf See und einer Empfängerlinie auf Land. Ergänzend wurden Sprengungen am westlichen und östlichen Ende der Empfängerlinie durchgeführt. Aus dem Datensatz wurden in der ersten Bearbeitungsstufe mit den Methoden der Refraktionsseismik drei vp-Geschwindigkeitsmodelle erstellt, die ihre Aussage im äußeren Forearc, also dem Gebiet zwischen Rinne und Küste haben. Dabei kann folgendes festgehalten werden: • Sie zeigen die Nazca-Platte mit einem sich versteilenden Subduktionswinkel von 10° direkt nach der Subduktion auf 23-25° vor der Küste Nord-Chiles. Die subduzierte Platte zeigt, was ihren Abtauchwinkel anbelangt, keine NS-Variation. • In der Geschwindigkeitszunahme an der Oberkante der subduzierten Platte zeigt sich durchaus eine Differenz in NS-Richtung: im Norden nimmt die Geschwindigkeit von 4.5 km/s direkt nach dem Untertauchen unter die südamerikanische Platte auf 6.5 km/s auf einer Distanz von 70 km zu, während sie im Süden dazu nur noch 30 km benötigt. Diese Struktur wird als Lage erodierten und subduzierten Gesteinsmaterials zwischen den Platten interpretiert. • Bereits im westlichsten Krustenblock, also dem Teil, der heute an der Rinne zur Erosion ansteht, zeigt sich eine hohe vp-Geschwindigkeit von 5.8 km/s. Sie nimmt zur Küste hin noch auf 6.0 km/s direkt an der Oberfläche zu. Die Kruste ist im Norden deutlich differenziert. Auch dies nimmt nach Süden hin ab und so sind auf dem südlichsten Profil keine Krustenstrukturen mehr in Tiefen unterhalb von 11 km modelliert worden. • Auf den Profilen bei 21°S und 22°S wurde eine platten-parallele Diskontinuität, die die Oberkante zu einer Zone erhöhter Geschwindigkeit bildet (7.1 km/s), modelliert. Sie hat eine Neigung von 15°. Diese Diskontinuität wird im Zusammenhang mit bereits existierenden Modellen für den landseitigen Forearc als Paläo-Moho interpretiert. Das darunterliegende Gestein mit einer Geschwindigkeit von 7.0 km/s wird entsprechend als serpentinisierter oberster Mantel verstanden. • Unterhalb schließt sich eine Zone stark erniedrigter Geschwindigkeit an, die zwischen der abtauchenden Platte und der Oberplatte einen Keil bildet. Sie hat eine Geschwindigkeit von 6.4 km/s und wird als Anlagerungsort des erodierten und subduzierten Gesteins interpretiert. • Die östlich der Küste in den vp -Schnitten als Moho modellierte Diskontinuität wurde durch die vorherigen Arbeiten bestätigt und als die heutige, geophysikalische Moho interpretiert. Zur Erosion am Kontinentalrand kann folgendes festgestellt werden: • Eine Varianz im Ablauf der Erosion wird nahegelegt, kann aber nicht bewiesen werden. • Nach der hier vorgelegten Interpretation findet die Erosion in der Hauptsache frontal statt. In einem zweiten Bearbeitungsschritt wurde die seeseitige Spurdichte von 160 m zu einer CMP-Stapelung der Weitwinkeldaten ausgenutzt. Bei der Bearbeitung der Daten wurden ausschließlich Tools der Standard-Reflexionsseismik verwendet. Dabei sollte ein Strukturabbild ähnlich dem aus der Standard-Reflexionsseismik bekannten entstehen. Diese Art des Prozessierens von Daten wurde bisher auf einen Datensatz mit so großer Apertur noch nicht angewandt. Es konnte gezeigt werden, daß mit einem unkonventionellen Ansatz durchaus Zusatzinformationen aus den Daten gewonnen werden können: die Oberkante der Niedergeschwindigkeitszone sowie die ozeanische Moho konnten auf dem nördlichsten Profil bestätigt werden, die platten-parallel liegende Struktur sowie die ozeanische Moho konnten auf dem mittleren Profil bestätigt werden und auf dem südlichsten zeigte sich, dass die Unterkante der ozeanischen Kruste weiter nach Osten hin detektiert werden konnte, als durch die refraktionsseismische Bearbeitung möglich war.

Description: In this thesis wide-angle seismic data from the on-shore/off-shore CINCA 95project were analysed. The data set was recorded on three E-W profiles at 21°S, 22°S und 23.25°S. These profiles cover the region between the Peru-Chile trench and the Western Cordillera, i.e. the forearc of the north-Chile subduction zone. The north-Chile margin is an example of a non-accreting, eroding continental margin. The data set mainly consists of three off-shore lines of airgun shots and on-shore receiver lines. Additional chemical shots were performed at the ends of the receiver lines. A vp-velocity model was derived for each profile using seismic refraction interpretation methods. The models are well constrained in the outer forearc, i.e. the region between the trench and the coast line. Major results are summarized as follows. • The models show the Nazca plate subducting at an angle of 10°near the trench, increasing to 23-25° near the coast. There is no N-S variation in the behaviour of the subduction angle. • However, a N-S variation in the lateral velocity increase at the top of the subducted plate can be derived. On the northernmost profile the velocity increases from 4.5 km/s at the trench to 6.5 km/s, 70 km E of the trench, whereas on the southernmost profile, this velocity increase occurs over a distance of only 30 km. This structure is interpreted as a layer of eroded and subducted material. • In the westernmost portion of the continental crust, where erosion occurs, a high vp-velocity of 5.8 km/s is found. It increases to 6.0 km/s towards the coast. In the north the crust is more differentiated. This differentiation weakens southwards and on the southernmost profile no additional crustal structure in the upper plate was modelled beneath 11 km depth. • On the profiles at 21°S and 22°S a discontinuity parallel to the subducting plate was modelled, representing the top of a high velocity (7.1 km/s) zone. The discontinuity dips at an angle of 15°. On the basis of an existing model for the on-shore part of the forearc this discontinuity is interpreted as a paleo-Moho. The high velocity zone is thus interpreted to be serpentinized uppermost mantle. • The high velocity zone is followed by a low velocity zone, which forms a wedge between the subducting plate and the overriding plate. It has a velocity of 6.4 km/s and is interpreted as a depot for the eroded and subducted material. • The Moho east of the coast is confirmed by former studies in the area and interpreted as the recent geophysical Moho of the South American continent. Concerning erosion at a continental margin the following can be noted. • An episodical character of erosion is implied by the models but cannot be proven. • The interpretation presented in this thesis implies frontal erosion along the Peru-Chile trench in this region. For further interpretation the dense shot line off-shore (160 m shot interval) was utilized for a CMP-stack of the wide-angle data. This was achieved with standards tools used in the processing of near- vertical incidence reflection data. The goal was to achieve a structural image similar to that which can be obtained from standard near-vertical incidence data. So far, this kind of processing has not been used for data with such a large aperture. Using this non-conventional approach some further information could be drawn from the data set. On the profile at 21°S the upper boundary of the low velocity wedge between the plates could be confirmed as well as the oceanic Moho. On the profile at 22°S the plate parallel structure as well as the oceanic Moho could be confirmed. On the profile at 23.25°S, with the help of the CMP processing, the subducting oceanic Moho could be traced further east than in the velocity model which was derived using standard seismic refraction interpretation methods.

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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.

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Description: In der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse des refraktionsseismischen Experimentes PISCO'94 [Proyecto de Investigaciones Sismológicas de la Cordillera Occidental 1994] präsentiert, das 1994 vom Sonderforschungsbereich 267 "Deformationsprozesse in den Anden" im Andensegment 21-24°SZ 67-70°W durchgeführt wurde. Das Experiment knüpfte an ein in den 80er-Jahren vermessenes Netz refraktionsseismischer Profile an. Das Ziel der neuen Messungen war die Bestimmung der Lithosphärenstruktur im Bereich des magmatischen Bogens und seiner Nachbargebiete. Zu diesem Zweck wurde ein 300 km langes N-S streichendes Profil mit 4 Schußpunkten am westlichen Rand des magmatischen Bogens, der Westkordillere, vermessen. Weiterhin wurde ein neues W-E streichendes Profil, welches bei 23°30'S von der Krustenkordillere bis zur Westkordillere reicht, beobachtet. Bereits früher vermessene Profile in der Präkordillere wurden durch Gegenbeobachtungen bzw. weitere Schußpunkte ergänzt. Aus den abgeleiteten ein- und zweidimensionalen Modellierungen wurde ein dreidimensionales Übersichtsmodell für das Untersuchungsgebiet erstellt. Im Forearc-Bereich bestätigt es im wesentlichen die Ergebnisse früherer refraktionsseismischer Untersuchugen: Die Durchschnittsgeschwindigkeit der Kruste nimmt von 6.6 km/s unter der Küstenkordillere auf 6.2 km/s unter der Präkordillere ab. Die Moho der subduzierten ozeanischen Platte wird in ca. 40 km Tiefe unter der Küstenkordillere beobachtet. Die ursprüngliche kontinentale Moho wurde stark überarbeitet und ist seismisch nicht eindeutig zu bestimmen. Eine Diskontinuität in 10-12 km Tiefe unter der Küstenkordillere, die unter der Präkordillere bei ca. 20 km Tiefe liegt, wird als Grenze zwischen Ober- und Unterkruste angesehen. In 20 km Tiefe unter der Küstenkordillere befindet sich ein Bereich hoher Geschwindigkeit, der als Basis der kontinentalen Kruste interpretiert wird. Dieser Bereich läßt sich in die Präkordillere hinein verfolgen, wo er bei ca. 35-40 km Tiefe liegt. Der Bereich darunter weist bis in ca. 60 km Tiefe Krustengeschwindigkeiten (vp 〈 7.5 km/s) auf. Dies könnte durch hydratisiertes Material des peridotitischen Mantelkeils erklärt werden. Die Natur einer markanten, in 60-70 km Tiefe liegenden Diskontinuität, an der die Geschwindigkeit regional auf über 7.9 km/s zunimmt und die als "Moho" bezeichnet wird, ist unklar. Vermutlich handelt es sich um die Oberkante einer Übergangszone zwischen Asthenosphäre und Lithosphäre. Die für die magmatischen Bogen aus seismologischen und gravimetrischen Untersuchungen abgeleitete Krustendicke von ca. 70 km wird durch die neuen refraktionsseismischen Daten nicht bestätigt Bis in eine Tiefe von 60 km wurden keine Mohoreflexionen beobachtet. Jedoch können die seismischen Diskontinuitäten der Präkordillere, insbesondere die Grenze zwischen Ober- und Unterkruste in ca. 20 km Tiefe, in die Westkordillere hinein verfolgt werden. Bis in 45-60 km Tiefe überschreitet die Geschwindigkeit der beobachteten seismischen Diskontinuitäten 7.5 km/s nicht Die Durchschnittsgeschwindigkeit ist mit 5.9-6.0 km/s gering. Im Streichen des magmatischen Bogens ändern sich Krustenstruktur und Geschwindigkeitsverteilung im Übergangsbereich von steiler zu flacher Subduktion. Im Norden des Untersuchungsgebietes wird eine stark strukturierte Kruste mit z.T. extremen Niedriggeschwindigkeitszonen und starker Dämpfung seismischer Wellen beobachtet. Eine plausible Erklärung dafür ist die Existenz partieller Schmelzen in der Kruste. Als Quelle des extremen Schwerehochs, das von Calama südöstlich streicht, wurde Material mit Geschwindigkeiten von 〉 6.4 km/s in 2-10 sowie 15-20 km Tiefe bestimmt. Im südlichen Teil des Untersuchungsgebietes dagegen ist die Kruste des magmatischen Bogens relativ unstrukturiert und weist keine erhöhte Dämpfung mehr auf. Als Ursache für diese Differenzen sowie das Zurückversetzen des magmatischen Bogens südlich von 23°S wird eine (prä-neogene) dünne und harte Kruste im südlichen Teil des Untersuchungsgebietes angesehen.

Description: The object of this paper is the presentation of the results of the seismic refraction experiment PISCO'94 [Proyecto de Investigaciones Sismológicas de la Cordillera Occidental 1994], carried out in 1994 by the Collaborative Research Center 267 "Deformation Processes in the Andes" in the Andean segment 21-24°S/ 67-70°N. The experiment continued a net of seismic refraction profiles measured in the 80s. The aim of the new measurements was to investigate the crustal structure of the magmatic arc region and its vicinity. A N-S-running profile, 300 km long with 4 shotpoints, was measured along the western margin of the magmatic arc, the Western Cordillera. Furthermore a new W-E profile at 23°30'S was observed, which reaches from the Coastal Cordillera to the Western Cordillera. Complementary shotpoints and reversed observations to earlier profiles in the Precordillera were realized. From the derived 1- and 2- dimensional models a generalized three dimensional model was produced. In the forearc region it confirms essentially the results of earlier seismic refraction studies. The average P-wave velocity of the crust decreases from 6.6 km/s beneath the Coastal Cordillera to 6.2 km/s beneath the Precordillera. The Moho of the downgoing oceanic plate is observed at about 40 km depth beneath the Coastal Cordillera. The original continental Moho was strongly modified and cannot be clearly determined by seismic data. The discontinuity in 10-12 km depth beneath the Coastal Cordillera, downgoing to about 20 km depth beneath the Precordillera, is interpreted as boundary between upper and lower crust. A high velocity zone at about 20 km depth beneath the Coastal Cordillera is interpreted as base of the continental crust This zone can be continued to a depth of 35-40 km beneath the Precordillera. The region below is characterized down to about 60 km depth by crustal velocities (vp 〈7.5 km/s). One explanation could be hydrated material of the peridotitic mantle wedge. In 60-70 km depth the velocity increases regionally to values above 7.9 km/s. The nature of this prominent discontinuity, called "Moho", is unclear. It indicates probably the top of a lithosphere/asthenosphere transition zone. A crustal thickness of 70 km for the magmatic arc, derived from seismological and gravimetric investigations, is not confirmed by the new seismic refraction datas. There are no Moho observations down to 60 km, but the seismic discontinuities of the Precordillera can be traced into the Western Cordillera. A discontinuitiy at about 20 km depth is interpreted as top of the lower crust, which reaches to about 40 km depth. Down to 45-60 km the velocities of the observed seismic discontinuities do not exceed 7.5 km/s. The average velocity is low (5.9-6.0 km/s). Along the strike of the magmatic arc crustal structure and velocity are changing in the transition zone from steep to flat subduction. In the north of the area under investigation a strongly structured crust with zones of extremely low velocities and strong attenuation of seismic waves is observed. This could be explained by partial melts in the crust. As source of the gravity high SE of Calama material with velocities 〉 6.4 km/s in 2-10 and 15-20 km depth was determined. In contrary, the crust of the southern part of the area is relatively uniform without high attenuation. These differences as well as the rebound of the magmatic arc south of 23°S could be caused by a pre-neogene thin and hard crust in the southern part of the area under investigation.

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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

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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.

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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

Description: In der vorliegenden Arbeit wird die Krustenstruktur im östlichen Andenvorland untersucht. Das Gebiet umfaßt den Nordwesten Argentiniens, zwischen dem 22° und 25° südlichen Breitengrad und dem 66° und 62° westlichen Längengrad. Aus morphologischer Sicht befindet sich das Untersuchungsgebiet im Übergang zwischen dem Subandin (Sierras Subandinas) und der südlichen Ostkordillere zum Chaco Vorland (Llanura Chaqueña). Im Untersuchungsgebiet zeichnet sich ein Wechsel in den tektonischen Strukturen ab, welcher als Interaktion zwischen der tertiären Andenorogenese und kretazischen Riftbildungen gedeutet wird. Dieser als Inversionstektonik bekannte tektonischer Stil hat nicht nur oberflächennahe Strukturen hervorgerufen, sondern auch tiefgreifende Massenveränderungen verursacht. Teile dieser Modifikationen sind in der Signatur des Schwerefeldes erhalten geblieben, und somit ist die Interpretation gravimetrischer Meßergebnisse zusammen mit den geologischen Randbedingungen eine Grundvorraussetzung zur Untersuchung dieser tektonischen Interaktion. Zum Verständnis dieser Strukturen war es notwendig, sowohl den Teil des Beckens zu untersuchen, welcher nicht von der andinen Orogenese betroffen ist, als auch jenen der direkt in die letztere miteinbezogen wurde. Aus gravimetrischer Sicht ist die Bougueranomalie des Gebietes stark vom Effekt der Andenwurzel geprägt. Jedoch deuten einige Abweichungen auf die Existenz lokalerer Störkörper hin, die Ziel der Modellierung waren. Ein solcher Störkörper wurde am südöstlichen Rand des kretazischen Rifts identifiziert. Die Modellierung wurde einerseits zweidimensional durchgeführt um einen Überblick über das Gebiet zu bekommen. Eine regionale 3D Modellierung führte dann zu einer präziseren Interpretation des Gebietes. Insbesondere wurde dabei der Effekt überschobener Riftschollen am Ostrand des Beckens untersucht. Diese Überschiebungen drücken sich im gravimetrischen Restfeld als deutliche positive Anomalie aus. Allerdings kann diese Anomalie nicht direkt mit einem Astenosphärenanstieg, welcher durch Riftbildung entstanden sein könnte, in Einklang gebracht werden - wie von einigen Autoren vermutet wurde. Eine weitere modellierte Struktur bildete die Vortiefe, welche durch die Auflast der andinen Überschiebung enstanden ist. Die dadurch hervorgerufenen negativen Anomalien bilden einen deutlichen Kontrast zu der beschriebenen positiven Anomalie im Vorland, der sich auch im Restfeld als starker Gradient äußert. Die 2D Modellierung erbrachte folgende Ergebnisse: im anorogenen Breich des Untersuchungsgebietes wurde die Existenz einer deutliche Asymmetrie des Beckens bestätigt, mit einer nach Südosten geneigten Riftabscherungsfläche. Die Orogenese hinterließ deutliche Spuren in der Reaktivierung der Abscherungen wobei entlang der südostvergenten Störungen tieferes Krustenmaterial emporgeschoben wurde. Mit einer größeren Dichte wird dieser Vorgang als Ursache der positiven Anomalie intepretiert. Westvergente Störungen scheinen nur oberflächennahe Bereiche miteinbezogen haben. Im regionalen 3D Modell wurde ein Ansteigen der Unterkruste unterhalb des Beckens angenommen. Die asymmetrische Anordnung dieses Anstiegs deutet eher auf einen kompressive tektonischen Effekt hin als auf eine residuale Krustenverdünnung. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß sich in diesem Breich im Schwerefeld die Effekte des Andengradienten mit denen der überschobenen Basement-Tektonik und der Vorlandtief kombinieren und als solche fur einen starken lokalen Gradienten am Rande des Effekts der Andenwurzel verantwortlich sind.

Description: In the present study, the structure of the crust beneath the eastern Andean foreland is analyzed. The area comprises part of northwest Argentina, between 22° and 25° S and 66° and 62° W. In terms of morphotectonics, the area studied covers the transition between the Sierras Subandinas (Subandean Ranges) and the southern part of the Cordillera Oriental (Eastern Cordillera) to the Chaco plains (Llanura Chaqueña). In the area, a pervasive change controls the tectonic features, which is interpreted as a consequence of the interaction between the Andean orogeny and preexistent Cretaceous rifting. This inversion tectonics did not only result in a particular suite of near to surface structures but also modified deeply the mass distribution within the crust. This changes in mass distributions and hence density contrasts is evidenced by the gravity field. As such, a careful analysis of gravity data together with the geological boundary conditions are the basis for an analysis of this tectonic interaction. Understanding these structures implied to analyse not only the part of the rift involved in the Andean compressive orogenesis but also that part where original extensional features are still preserved. From a gravimetrical point of view, the Bouguer-anomaly of the area shows a strong overprint related with the Andean root. Some smaller changes in the field however indicate the existence of local sources, which where the target of the modelling. Such a change had been indentified at the southeastern edge of the Cretaceous rift. Modelling was performed towfold. As such, a 2D model was made in order to get an insight into the regional aspects of the area. A more detailed 3D model led to a more precise interpretation of the area. In particular, the effect of the inverted rift tectonics at the eastern edge of the basin was studied. These upthrusts correlate with a readily identifiable positive anomaly within the residual field. The anomaly neverthless cannot be directly related with an astenospheric uprise, preserved since the rifting stage, as suggested by some authors. In addition, the foredeep related with the tectonic load of the Andean overthurst, was modelled. The negative anomalies generated during this process, show a strong contrast in comparison with the positive anomaly described above, depicted also by a prominent gradient in the residual field. 2D modelling led to the following results. In the region, where Creataceous rifting structures were not overprinted by the Andean orogeny an obvious asymmetry of the basin was defined, being the master detachment dipping to the northeast. The orogeny left evidences of reactivation, where the structures of the southeastern edge were the pathways of the uplift if deeper crustal material with a higher density. This process may be responsible for a part of the positive anomaly mentioned. Structures located at the western and northwestern edge of the basin seem to have only involved nearer-to surface structures. The 3D model assumed a slight uprise of the lower crust beneath the basin. The asymmetry in goemetty seem to stand more for a tectonic effect than for a remanent thinned crust. As a summary, the gravity field in this area shows the combined effects of the regional Andean gradient with the more local effects of the basement tectonics (inverted rifting) and the overthrusted foredeep. Hence, at least these three factors seem to be responsible for the strong local gradient in a lateral position of the Andean root.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: In dieser Arbeit wurden Laborexperimente im Ultraschallfrequenzbereich und begleitende theoretische Untersuchungen durchgeführt, um zu klären, welche Absorptionsmechanismen in fluidhaltigen Sandsteinen bei geringem einaxialen (26 MPa) und bei erhöhtem hydrostatischen Druck (bis 200 Mpa) wirksam sind. Die Kenntnis der Absorptionsmechanismen ist notwendig, um die Zusammenhänge von lithologischen und seismischen Gesteinsparametern zu verstehen und für die Interpretation von seismischen Feldmessungen zu nutzen. Bekannt war bislang, daß unter geringem einaxialen Druck frequenzabhängige lokale Flüssigkeitsströmungen den wesentlichen Absorptionsmechanismus in fluidhaltigem Gestein darstellen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, daß die Kompressionswellengeschwindigkeit in fluidhaltigem Gestein bei höheren Sättigungsgraden zusätzlich von einem partiellen Gesteinsversteifungseffekt beeinflußt wird. Damit gelang eine vollständige Erklärung des sättigungsabhängigen elastischen und anelastischen Gesteinsverhaltens bei geringem einaxialen Druck. Um die Bedeutung der Gesteinsmikrostruktur (z.B. Rißdichte, Kornkontakte) für die seismischen Gesteinsparameter (Geschwindigkeit, Absorption) direkt nachzuweisen, wurde diese bei einem Gestein künstlich, thermisch verändert. Die Änderung der Mikrostruktur führt bei gleichzeitiger vernachlässigbarer Änderung der makroskopischen Gesteinsparameter (Porosität, Permeabilität) zu einer Vergrößerung der Fluideffekte. Mechanismen und Modelle, in welche ausschließlich makroskopische Gesteinsparameter ein- gehen, erfassen nicht die beobachteten Änderungen im Gesteinsverhalten. Nur mit dem auf die Gesteinsmikrostruktur bezogenen Mechanismus lokaler Flüssigkeitsströmungen konnten die Änderungen der Fluidwirkungen erklärt werden. Diese Ergebnisse an verändertem Gestein bieten somit einen direkten Beweis für den grundlegenden Einfluß der Mikrostruktur auf die seismischen Gesteinsparameter. Bislang war nicht geklärt, ob der Mechanismus lokaler Flüssigkeitsströmungen, welcher von der Existenz feiner Spalten im Gestein abhängt, auch unter erhöhtem hydrostatischen Druck das Gesteinsverhalten bestimmt. Zur Untersuchung der Absorptionsmechanismen in Gestein unter erhöhtem Druck wurden Experimente an Sandstein mit verschiedenen Saturanden und Sättigungsgraden durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass auch unter erhöhtem Druck fluidbedingte Absorptionsmechanismen wirksam sind und auch hier polare Fluide im gesamten Druckbereich eine Modulerniedrigung verursachen. Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Modellvorhersagen ergab, daß lokale Flüssigkeitsströmungen den Einfluß unterschiedlicher Fluide auf Geschwindigkeit und Absorption erklären und auch unter hohem hydrostatischen Druck von wesentlicher Bedeutung für die elastischen und anelastischen Gesteinseigenschaften sind. Folglich existieren trotz einer partiellen Rißschließung auch unter hohem hydrostatischen Druck noch Risse und Spalten im Gestein. Die thermische Veränderung der Mikrostruktur eines Gesteins bewirkt eine Geschwindigkeitserniedrigung im trockenen Gestein, welche auch bei hohem hydrostatischen Druck erhalten bleibt, sowie eine Vergrößerung der Fluideffekte. Die Erklärung des geänderten Verhaltens des fluidhaltigen Gesteins gelang mit dem Mechanismus lokaler Flüssigkeitsströmungen. Die Ergebnisse an verändertem Gestein zeigen direkt, daß die Mikrostruktur auch bei hohem hydrostatischen Druck grundlegend für die seismischen Gesteinsparameter ist. Da auch unter erhöhtem hydrostatischem Druck, also unter ’in-situ’-Bedingungen, der frequenzabhängige Mechanismus lokaler Flüssigkeitsströmungen die seismischen Gesteinsparameterwesentlich beeinflußt, muß diese Frequenzabhängigkeit bei der Übertragung von Laborergebnissen auf die Feld- und Bohrlochseismik beachtet werden.

Description: Laboratory experiments in the ultrasonic frequency range and accompanying theoretical investigations were performed with the aim to clarify which absorption mechanisms are effective in fluid-containing sandstones at low uniaxial pressure (26 MPa) and at elevated hydrostatic pressure (up to 200 MPa). The knowledge of the effective absorption mechanisms is necessary to understand the relation of lithological and seismic rock parameters and to use it for the interpretation of seismic field measurements. Preceding investigations at the TU-Berlin had revealed that at low uniaxial pressure frequency dependent local-fluid-flow is the dominating absorption mechanism in fluid-containing rock and that polar fluids lead to a modulus reduction. Within the scope of the present study the investigations of the seismic rock parameters (velocity, attenuation) at low uniaxial pressure were continued. It was shown that the compressional wave velocity in fluid-containing rock is additionally influenced by a partial rock stiffening effect at higher saturations. With this result a complete explanation of the saturation dependent elastic and anelastic rock behaviour at low uniaxial pressure was achieved. To prove the significance of the rock microstructure (e.g. crack density, crack aspect ratios, grain contact properties) for the seismic rock parameters directly, the microstructure of a sandstone was artificially changed by thermal cracking. With negligible changes of the macroscopic rock parameters (porosity, permeability) the alteration of the microstructure leads to an increase of the fluid effects on the elastic and anelastic rock properties. Mechanisms and models which are solely based on macroscopic rock parameters do not cover the observed changes in the rock behaviour. Only by applying the mechanism of local-fuid-flow related to microstructure the changes in the fluid effects can be explained. Thus these results obtained on thermally changed rock are a direct prove of the fundamental influence of the microstructure on the seismic rock parameters. Until now it has not yet been clarified whether the mechanism of local-fluid-flow which depends on the existence of narrow cracks in rock also determines the rock behaviour under elevated hydrostatic pressure. To investigate the absorption mechanisms in rock under elevated pressure ultrasonic measurements were performed on sandstone with different saturands and degrees of saturation. The experimental results reveal that under elevated pressure fluid dependent attenuation mechanisms are effective too and polar fluids cause a modulus reduction in the entire pressure range. The comparison of the experimental results with model predictions reveals that local-fluid-flow explains the influence of different fluids on the velocity and attenuation and that this mechanism is of essential significance for the elastic and anelastic rock properties even under high hydrostatic pressure. Consequently despite a partial crack closure sufficient fine cracks exist even under high hydrostatic pressure. The thermal alteration of the microstructure of a rock leads to a velocity decrease in the dry rock which is preserved at high hydrostatic pressure, as well as to an increase of the fluid effects. The explanation of the changed behaviour of the fluid-containing rock was achieved by means of the mechanism of local-fluid-flow. The results obtained on altered rock directly demonstrate that the microstructure is of fundamental significance for the seismic rock parameters at high hydrostatic pressure too. Depending on the rock microstructure the mechanism of local-fluid-flow may cause attenuation and dispersion in all frequency ranges. Since it has been shown in this study that also under elevated hydrostatic pressure, i.e. under ’in-situ’conditions, this frequency dependent mechanism essentially influences the seismic rock parameters, the frequency dependence must be taken into account by extrapolating laboratory results to field and borehole seismic.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Es wurden verschiedene nichtlineare Optimierungsverfahren auf die Geometrieparameter von Dichtemodellen angewendet. Dabei waren diese mit Randbedingungen versehen. Ein Vergleich zeigte die Vor- und Nachteile der einzelnen Algorithmen. Anhand von zwei synthetischen Testfunktionen wurde das Verfahren Downhill-Simplex mit der (1,10)-CMA-ES verglichen. Das Simplexverfahren zeigte bei weniger als zehn Parametern ein besseres Konvergenz verhalten als die Evolutionsstrategie. Bei höheren Dimensionen konvergierte die Evolutionsstrategie deutlich besser, während Simplex bei mehr als 40 Parametern nicht mehr konvergierte. Die Evolutionsstrategie zeigt unabhängig von der Anzahl der Parameter logarithmische Konvergenzgeschwindigkeit. Die Evolutionsstrategie, genetische Algorithmen. Simulated-Annealing. Threshold-Accepting und der Deluge- Algorithm wurden danach anhand eines zweidimensionalen Salzstockmodells untersucht. Dabei wurden die Geometrieparameter optimiert und die Dichten des Modells konstant gehalten. Die 52 zu optimierenden Parameter wurden mit Randbedingungen versehen. Die (1,10)-CMA-ES benötigte im Durchschnitt die wenigsten Funktionsaufrufe und erreichte die besten Qualitäten. Ausgehend von verschiedenen Startmodellen konnten ähnliche Lösungen, welche alle sehr gute Qualitätswerte hatten, gefunden werden. Rekombination verbesserte die Konvergenzeigenschaften immer. Evolutionsstrategie war stabil gegenüber numerischen Variationen. Genetische Algorithmen konvergierten zu Beginn des Optimierungsprozesses schneller als alle anderen Verfahren, erreichten aber nie die von der Evolutionsstrategie gefundenen besten durchschnittlichen Qualitätswerte. Downhill-Simplex. Simulated-Annealing. Threshold-Accepting und der Deluge-Algorithm zeigten insgesamt schlechteres Konvergenzverhalten als die Evolutionsstrategie und die genetischen Algorithmen. Eine Anwendung der Evolutionsstrategie auf ein Salzstockmodell zeigte die Probleme der Optimierung in drei Dimensionen. Dennoch konnte das Modell in Hinblick auf die gravimetrische Anpassung deutlich verbessert werden.

Description: Various non-linear optimization techniques were applied to constrained geometry parameters of density models. A comparison showed advantages and disadvantages of each method. By means of synthetical test-functions the downhill-simplex-method has been compared to the (1,10)-CMA-ES. For numbers of parameters smaller ten. better convergence behaviour was achieved with the simplex-method. However, at higher dimensions evolution-strategy converges better than the simplex- met hod. Simplex does not converge for dimensions greater than 40. Independent of the number of parameters, the evolution-strategy showed a logarithmic convergence speed. The evolution-strategy, genetic algorithms, simulated annealing, threshold accepting and the deluge algorithm were investigated using a two-dimensional salt dome model. Here only the geometry of the model was optimized, the densities were held constant. The 52 parameters were constrained. In average the (1,10)-CMA-ES required the less function evaluations and gained the best qualities. Independent of the start configuration evolution-strategy found similar solutions, whose qualities were fairly good. Recombination always improved the results in terms of convergence behaviour. The evolution-strategy was stable against numerical variations. At the beginning of the optimization process genetic algorithms converge faster than all other methods, but they never reach the average quality values which were gained by evolution-strategy. In summary the simplex-method, genetic algorithms, simulated annealing, threshold accepting and the deluge algorithm showed worse convergence behaviour than evolution-strategy and genetic algorithms. An application of evolution-strategy to a three dimensional salt dome model showed the problems encountered in three dimensions. Despite this, in terms of gravity fit. the model could be improved noticeable.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Mit einer dreidimensionalen Vorwärtsmodellierung von Dichtestrukturen der Kruste und des oberen Mantels im Gebiet von 12°-35°S und 57°-79°W wird der regionale Trend des Schwerefelds und gleichzeitig das Geoid am aktiven Kontinentalrand Südamerikas zwischen 20° S und 29°S erklärt. Das Dichtemodell umfaßt die abtauchende Nazca-Platte, Teile des südamerikanischen Kratons, den Asthenosphärenkeil zwischen Unter- und Oberplatte und die Kruste der Zentralanden. Eine Vielzahl externer geowissenschaftlicher Randbedingungen schränkt die Dichteverteilung ein. Die Strukturierung der zentralandinen Kruste im Modell orientiert sich hauptsächlich an den Ergebnissen der Refraktionsseismik. Zur Ermittlung der Krustendichten wird eine druck- und temperaturabhängige Geschwindigkeits-Dichte-Beziehung (S. Sobolev) zur Anwendung gebracht. Neben der bekannten Berechnung der Schwerewirkung dreidimensionaler Dichteverteilungen erlaubt eine neuentwickelte Berechnung des Schwerepotentials nun auch die Modellierung des Geoids. Das Einbeziehen eines Referenzdichtemodells ermöglicht die Anpassung der berechneten Felder an die beobachteten Felder bei gleichzeitiger Verwendung von Absolutdichten. Verschiedene Dichtekontraste der abtauchenden Nazca-Platte gegenüber dem umgebenden Mantel sowie mögliche Dichtekontraste innerhalb des Slab, die sich aus Phasenumwandlungen der gesteinsbildenden Minerale ergeben, werden behandelt und ihre einzelnen Beiträge zum Schwerefeld und Geoid der zentralen Anden berechnet. Mit dem fertigen Gesamtmodell wird die Zusammensetzung des Schwerefeldes und des Geoids am aktiven Kontinentalrand Südamerikas analysiert und ihre Hauptbeiträge dargestellt. Die im Modell enthaltenen Strukturen erklären das regionale Schwerefeld und das Geoid vollständig. Daraus folgt, daß aus tieferliegenden Dichteinhomogenitäten, beispielsweise an der Grenze vom oberen zum unteren Mantel oder im unteren Mantel aufgrund einer möglichen isostatischen “in situ”-Kompensation keine weiteren Beiträge zu erwarten sind. Das Schwereminimum wird hauptsächlich durch eine bis auf 65km verdickte Kruste erklärt. Die Schweremaxima in der Küstenkordillere werden durch den Beitrag des Slab und eine Zone erhöhter Dichte in mittlerer Krustentiefe verursacht. Eine anomale VΡ-ρ-Beziehung unter dem rezenten Arc läßt dort partielle Aufschmelzung vermuten. Eine Untersuchung des Schwimmgleichgewichts des Modells ergibt isostatische Unterkompensation (= Massenüberschuß) im Bereich der Küstenkordillere und der Ostkordillere sowie isostatischen Ausgleich bis leichte Überkompensation im Bereich der Westkordillere und des Altiplano bzw. der Puna.

Description: A three-dimensional foreward modelling of the density structures of the crust and the upper mantle in the region between 12°-35°S and 57°-79°W explains both the regional trend of the gravity field and the geoid at the active continental margin of South America from 20°S to 29°S. The density model comprises the downgoing Nazca plate, parts of the South American craton, the asthenospheric wedge between lower and upper plate, and the crust of the Central Andes. A large number of external geoscientific boundary conditions constrains the density distribution. The Central Andean crust of the model is structured according to the results of refraction seismic studies. A pressure and temperature dependent velocity- density relation (S. Sobolev) is applied to determine densities within the crust. Apart from the well known calculation of the gravity effect of three-dimensional density distributions, a recently developped calculation of the gravity potential now allows the modelling of the geoid. Using absolute densities, the fitting of the calculated fields to the observed fields is realized by the application of a reference density model. Several density contrasts of the subducting Nazca plate against the surrounding mantle and possible density contrasts inside the slab resulting from mineral phase transitions are discussed and their particular contributions to the Central Andean gravity field and the geoid are calculated. Using the complete model, the composition of the gravity field and the geoid at the active continental margin of South America is analyzed and the main contributions are visualized. The model structures explain both regional gravity field and geoid completely. This implies that density inhomogeneities at greater depth than presented in the model, e. g. at the interface between the upper and the lower mantle or in the lower mantle are not expected to have effects at the surface due to possible isostatic “in situ” compensation. The gravity minimum is generally explained by a crust thickened to 65 km maximum. The gravity highs in the Coastal Cordillera are caused by the contribution of the slab and a zone of increased density in mid crustal layers. An anomalous VΡ-ρ- relation beneath the recent arc implies partial melt. The investigation of the isostatic state of the density model results in isostatic undercompensation (= mass surplus) in the region of the Coastal Cordillera und the Eastern Cordillera, and isostatic equilibrium to slight overcompensation in the Altiplano/Puna region.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Mit dem Ziel, aktuelle Arbeitshypothesen zum geologischen Aufbau der Südural-Lithosphäre zu überprüfen, wird das Schwerefeld im Bereich des Südurals mit folgenden gravimetrischen Methoden untersucht: • Numerische Analyse des Schwerefeldes mit Hilfe von Tiefenabschätzungen, Wellenlängenfilterungen und des Parker- Algorithmus sowie • zwei- und dreidimensionale Dichtemodellierungen. Im Vergleich mit dem hauptsächlich eingesetzten Verfahren zur Dichtemodellierung kann festgestellt werden, daß direkte gravimetrische Auswerteverfahren, wie z.B. die Wellenlängenfilterung, für komplizierte geologische Strukturen dem indirekten Auswerteverfahren mittels Dichtemodellierung weit unterlegen sind. So ist es z.B. mit der Wellenlängenfilterung nicht möglich, langwellige negative Schwerewirkungen der paläozoischen Sedimente von den bivergenten Unterkrustenstrukturen zu trennen. Auch mit variablen Dichtekontrasten bezüglich des Krusten-Mantel-Übergangs bei der Anwendung des Parker-Algorithmus ist es nicht möglich, die Schwerewirkung dieser Grenzfläche im gesamten Untersuchungsgebiet abzuschätzen. Die Verbindung und Interpretation aller verfügbaren Randbedingungen aus der Reflexions- und Refraktionsseismik sowie den zur Verfügung stehenden Datensätzen zur Sedimentbedeckung und Moho-Tiefe führt zu komplexen dreidimensionalen Dichtemodellen der Südural-Lithosphäre. Diese führen mit den derzeit verfügbaren Ergebnissen über die strukturellen und physikalischen Eigenschaften der Südural-Lithosphäre im Bereich von 52° - 65° O und 50° - 55,5° N auf zwei gleichberechtigt nebeneinanderstehende Dichtemodelle: 1. Das Dichtemodell 1 beruht auf einer bis in 90 km Tiefe subduzierten osteuropäischen Unterkruste, die massiv eklogitisiert wurde (Dichte 3,55 g /cm3 ). Die Ursache für diese Dichteinterpretation sind geringe Dichten im Bereich der bivergenten geologischen Strukturen der Unterkruste in 24 bis 42 km Tiefe. Diese bivergenten Strukturen sind ebenso die Folgen einer fossilen Subduktion. 2. Im Dichtemodell 2 bildet eine unter dem Orogen liegende osteuropäische Unterkruste eine Krustenverdickung, in deren Folge die Krustenmächtigkeit bis zu 60 km erreicht. Während der Delamination der Unterkruste muß ebenfalls eine Eklogitisierung stattgefunden haben. Das Dichtemodell 2 basiert auf höheren Dichten der bivergenten geologischen Strukturen innerhalb der Unterkruste als im Dichtemodell 1. Eine Gebirgswurzel mit einem deutlichen Kontrast zwischen Kruste und Mantel existiert nicht im Südural. Es wird eine Übergangszone mit Dichtegradienten modelliert. Dieser Dichtegradient kann auf Eklogitisierung des Unterkrustenmaterials beruhen und könnte somit auch die Ursache für das Ausbleiben von seismischen Reflektoren sein. Mit beiden Dichtemodellen werden auch Geoidundulation und Magnetfeld berechnet und deren Wirkung mit der Geoidundulation und dem aeromagnetischen Residualfeld verglichen. Der Vergleich ergibt für die Geoidundulation und das aeromagnetische Residualfeld im langwelligen Anomalienbereich em befriedigendes Ergebnis. Die auf der Interpretation der Bouguer-Schwere beruhenden Dichtemodelle 1 und 2 lassen folgende Schlußfolgerungen zum Aufbau der Lithosphäre im Südural zu: • Die bivergenten Strukturen vor allem im unteren Krustenbereich der Südural-Lithosphäre verursachen langwellige negative Schwereanteile. Zu diesen Strukturen gehören: - die nach Osten einfällende osteuropäische Kruste, - der Falten- und Überschiebungsgürtel im Westural, - die nach Westen einfällenden Strukturen des Ost- und Transurals sowie des kasachischen Terrans. • Eine durch Obduktion in der Oberkruste eingelagerte ozeanische Kruste erzeugt in der Magnitogorsk Zone eine positive kurzwellige Schwereanomalie, die die negativen Schwerewirkungen der darunter befindlichen Strukturen überlagert. • Die negative! Schwerewirkung im Bereich der Voruralsenke ist auf die Schwerewirkung der paläozoischen Sedimentbedeckungen zurückzuführen. Die Untersuchungen zum isostatischen Verhalten der Südural-Lithosphäre zeigen, daß keine klassischen isostatischen Modelle den isostatischen Zustand des Gebirges erklären können, da eine gering ausgeprägte Topographie im Bereich des West- und Zentralurals um 50 bis 100 km nach Westen versetzt ist gegenüber der Krustenverdickung im Bereich der Magnitogorsk und Osturalzone. Mit einem modifizierten Verfahren werden Airy-, Pratt- und Vening-Memesz-Modell miteinander kombiniert. Zunächst wird der lokale isostatische Ausgleich mit Hilfe der Auflastverteilung und -kompensation aus den komplexen Dichtemodellen der Südural-Lithosphäre abgeleitet (Airy- und Pratt-Modell). Um die von den Dichtemodellen nicht mehr kompensierten Masseninhomogenitäten im Zusammenhang mit der Rigidität der Lithosphäre betrachten zu können, werden sie in eine ’’topographische” Auflast zurückgerechnet. Anschließend wird in einem Vening-Meinesz-Modell der regionale isostatische Ausgleich für diese zurückgerechnete ’’topographische” Auflast berechnet. Nur unter Berücksichtigung einer hohen Rigidität der Lithosphäre (3,8 • 1024 Nm) befinden sich beide vorgestellten Dichtemodelle im isostatischen Gleichgewicht. Dies ist offensichtlich auch ein wesentlicher Grund dafür, daß sich die geologischen Strukturen in ihrer vertikalen Position seit der Unteren Trias nicht mehr geändert haben.

Description: I investigate the gravity field in the southern Urals in order to test current hypotheses on the lithospheric structure in this area. My approach to this problem includes the following gravimetric methods: • numerical analyses of the gravity field by means of depth estimations, wavelength filtering and application of the Parker algorithm • two- and three-dimensional density modelling. In contrast to the mainly used density modelling, inverse gravity methods (e.g. wavelength filtering) are not successful at resolving the complex geological structures in this area. For example, I am not able to separate the long-wavelength components of the gravity field from Paleozoic sediments and bi-vergent structures in the lower crust. Estimating the gravity effect of the crust-mantle boundary in the study area, using the Parker-algorithm, is not possible due to its variable density contrast. Data from seismic reflection and refraction surveys and other information relating to the sedimentary cover and Moho depth have been used in the construction of complex three-dimensional density models for the southern Urals’ lithosphere. Incorporating the available details on the structural and physical properties of the southern Urals’ lithosphere in the region between 52° - 65° E and 50° - 55, 5° N, two alternative density models are derived: 1. The density model 1 is based on an East European lower crust which could have been subducted to 90 km depth and eclogitized to a density value of 3.55 g/cm3 . The low density values in the bi-vergent geological structures of the lower crust (from 24 till 42 km depth) overlie a high density body in the upper mantle. These bi-vergent geological structures may be remnants of a fossil subduction setting. 2. In the density model 2, crustal thickening is caused by the East European crust underlying the orogen. The crustal thickness is 60 km. During delamination, the East European lower crust may have been eclogitized. The density model 2 is based on higher density values for the bi-vergent geological structures within the lower crust than in the density model 1. A crustal root, having a significant density contrast between crust and mantle, does not exist in the southern Urals. Using a density gradient, a transition zone is modelled. This density gradient is inferred to be due to eclogitized material in the lower crust. The increasing density could be the cause for the lack of seismic reflectors. The geoid undulation and the magnetic field are calculated for both density models. The results compare satisfactorily with the long- wavelength components of the observed geoid undulation and aeromagnetic residual field. Based on the interpretation of the Bouguer gravity, density models 1 and 2 reveal implications concerning the lithospheric fabric of the southern Urals: • The bi-vergent structures, particularly in the lower crust of the southern Urals’ lithosphere, cause long-wavelength gravity lows. There are following structures: ─ the East European crust dipping to the east, ─ the foreland fold and thrust belt located in the western Urals, ─ the westward-dipping structures of the eastern and Trans-Urals as well as the Kazakhstan terrain. • The obducted oceanic crust in the upper crust of the Magnitogorsk zone causes positive short-wavelength gravity anomalies which are superimposed on the long-wavelength negative gravity effects of the structures located beneath. • Negative gravity anomalies in the area of the Pre-Uralian Foredeep are associated with the gravity effects of the paleozoic sedimentary cover. The investigations into the isostatic behaviour of the southern Urals’ lithosphere show that no classic isostatic model is able to explain the isostatic state of the orogen. The moderate topography in the area of the West and Central Urals is shifted by 50 to 100 km to the west, relative to the largest crustal thickness beneath the Magnitogorsk and East Uralian Zone. A modified method combines the Airy-, the Pratt- and the Vening-Meinsz models. Firstly the local isostatic balance is inferred from the load distribution and the load compensation using the complex density models of the southern Urals’ lithosphere (Airy- and Pratt-model). In order to consider the non-compensated mass inhomogeneities of the density models according to the flexural rigidity of the lithosphere, the non-compensated mass inhomogeneities are recalculated to a ’’topographic” load. Next, the regional isostatic balance as a Vening-Meinesz-model is calculated for the recalculated ’’topographic” load. When allowance is made for the high flexural rigidity of the lithosphere (3.8 • 1024 Nm), both density models presented here are in isostatic balance. Obviously this is the main reason why the geological structures have not changed their vertical position since the Lower Triassic time.

Description: Целью данной работы является проверка существующих моделей строения литосферы Южного Урала по гравиметрическим данным. Для этого исрользуются методы численного анализа гравитационного поля, основанные на: • эмпирической оценке глубин источников аномалий, частотной фильтрации, методе Паркера и • прямом гравитационном моделировании литосферы (двух- и трехмерном). В отличие от обычно используемой технологии гравитационного моделирования, такие методы, как, например, частотная фильтрация не могут быть использованы в данном случае. Невозможно разделить влияние длинноволновых компонент гравитационного поля, обусловленных влиянием палеозойских осадочных отложений и наклоненных слоев нижней коры ц обеих сторон Урала. Также неправомерно использовать алгоритм Паркера для оценки влияния границы между корой мантией вследствие переменного перепада плотности на ней. Включение в анализ доступных опорных данных, основанных на результатах сейсмических методов с использованием отраженных и преломленных волн, данных об осадочном чехле и положении границы Мохо приводит к созданию комплексной плотностной модели литосферы Южного Урала. Использование всех существующих данных о структуре и физических свойствах литосферы Южного Урала в пределах 52° - 65° Е и 50° - 55,5° N позволило построить две эквивалентные плотностные модели: 1. Первая плотностная модель основана на представлении о том, что нижняя кора Восточно-Европейской платформы погружается на глубину 90 кт, при этом происходит эклогитизация её вещества с увеличением плотности до 3,55 g/cm3. Таким образом, наклоненные с обеих сторон блоки нижней коры ответственны за существование высокоплотного тела в верхней мантии. На глубинах 24 - 42 km они характеризуются сравнительно низкими значениями плотностей. Существование этих блоков может быть объяснено также как результат обычной субдукции. 2. Согласно второй модели, утолщение коры объясняется поддвигом под ороген коры Восточно-Европейской платформы. Толщина коры достигает 60 кт. Вследствие деламинации, часть её также должна быть эклогитизирована. Во второй модели значения плотностей наклоненных блоков нижней коры существенно больше, чем в пербой. Копень коры с существенным перепадом плотности под Южным Уралом отсутствует. Вместо этого мы используем при моделировании переходную зону с некоторым градиентом плотности. Этот градиент может быть оценен в предположении об эклогитизации нижней коры. Непрерывное увеличение плотности может быть связано с отсутствием отражающих горизонтов на этих глубинах. Ундуляции геоида и вариации магнитного поля были рассчитаны для обоих моделей и сопоставлены с наблюденными значениями геоида и аэромагнитными измерениями. Оказалось, что удовлетворительное соответствие наблюдается только для длинноволновых аномалий. Таким образом, основанные на интерпретации аномалий Буге плотностые модели 1 и 2 позволяют сформулировать следующие выводы о строении литосферы Южного Урала: • наклоненные в сторону Урала структуры коры, в особенности нижней, ответственны за существование длинноволнового гравитационного минимума. К ним можно отнести: ─ погружающуюся на Восток Восточно-Европейскую платформу, ─ предгорный складчатый пояс Южного Урала, ─ заглубленные в западном напрвлении структуры Восточный зоны, Трансуральской зоны и Казахстанского террэйна. • Фрагмент океанической коры, находящийся вблизи от поверхности в Магнитогорской зоне, вызывает сравнительно коротковолновую положительную аномалию гравитационного поля, которая наложена на длинноволновую отрицательную аномалию, обусловленную структурами, располагающимися ниже. • Отрицательная аномалия в районе Предуральского прогиба может быть объяснена за счёт гравитационного эффекта палеозойского осадочного чехла. Исследование изостатического состояния литосферы Южного Урала показывает, что классические изостатические модели не позволяют объяснить изостазию этого горного массива. Современная топография Западного и Центрального Урала смещена на 50 - 100 кт к западу по отношению к самому глубокому корню коры. Модифицированный метод соединяет изостатические модели Эри, Пратта и Вейнинг-Мейнеса. Первоначально, локальный изостатический баланс оценивается на основании данных о нагрузке и её компенсации в соответствие с построенной комплексной моделью литосферы Южного Урала (модели Эри и Пратта). Для того, чтобы оценить сумму нескомпенсированных плотностных неоднородностей, поддерживаемых за счёт жесткости литосферы, эти неоднородности пересчитываются в ” топографическую” нагрузку. Затем, для этой нагрузки рассчитывается региональная изостатическая компенсация в соответствие со схемой Вейнинг-Мейнеса. Обе рассмотренные плотностные модели могут считаться изостатически сбалансированы только в предположении о высокой эффективной жесткости литосферы (3,8 • 1024 Nm). Очевидно, это является также основной причиной того, что эти геологические структуры не претерпели существенных вертикальных движений со времени позднего Триаса.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Das Normal-Null (NN), bei Höhenangaben am Wegesrand als „Höhe über NN" mehr oder weniger bekannt, eröffnet zahlreiche Fragen: Was ist ein Normal-Null? Was bedeutet eine Höhenangabe über Normal-Null? Die Beantwortung dieser Fragen hat den Berufsstand der Geodäten mit dem Fachgebiet Geodäsie mitgeprägt. (yeco8mcmx: Teilung der Erde, historische Bezüge in Aristoteles: Metaphysik, Buch 2, 997 b, 26, 31). Die geodätische Höhenbezugsfläche als Normal-Null entstammt einem Vorschlag von C. F. Gauß (1828), im Detail ausgearbeitet von seinem Schüler J. B. Usting (1873, Göttinger Schule): Der mittlere Meeresspiegel ist das Normal-Null, genannt Geoid, physikalisch eine Äquipotentialfläche des Schwerepotentials zu einem Referenzzeitpunkt. Denken wir uns den mittleren Meeresspiegel, beispielsweise über einen Kanal, fortgesetzt „unter die feste Erde", so erhalten wir die Fläche des Normal-Null, auf welche sich lokale Höhenangaben beziehen. Neben der Höhenbezugsfläche Geoid ist auch die Höhenangabe eines Punktes auf der Erdoberfläche physikalisch, nämlich im Sinne dynamischer Höhen als gravitative Spannung gegen Erde, als Unterschied des Schwerepotentials W - W0 gegenüber dem geoidalen Potentialwert W0 definiert. Konkret sind metrische Höhenangaben im Sinne des obigen Beispiels „orthometrisch", das heißt sie geben die „Länge der Lotlinie" von einem Punkt der Erdoberfläche zu einem Projektionspunkt „unterhalb" auf dem Geoid an. Genauer gesagt bestimmt die Länge der geodätischen Linie zwischen Oberflächenpunkt und Geoid die geodätische Höhe eines Punktes, namentlich gerechnet mit einer konform-flachen Metrik und dem halbierten Quadrat des Schwerevektors als Konformfaktor. Der Gradient in einem derartig physikalisch definierten Höhensystem gibt an, „wohin das Wasser fließt". So ist eine topographische Situation vorstellbar, in der Wasser einen geometrischen Berg „hinauffließt".