ALBERT

Description: Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zur Gezeitenforschung im allgemeinen, und zur Überprüfung von Meeresgezeitenmodellen in Südskandinavien im speziellen dar. Die relativ gut bekannten Krusten- Mantelstrukturen im Bereich Dänemarks ermöglichen die Interpretation von beobachteten ozeanischen Auflasteffekten, hinsichtlich der Beurteilung verschiedener Meeresgezeitenmodelle. Mit zwei ASKANIA Gravimetern und einem LaCoste & Romberg Erdgezeitengravimeter wurden Gezeitenregistrierungen an sieben verschiedenen Orten in Dänemark durchgeführt. Der Auflasteffekt für die Hauptpartialtide M2 liegt zwischen 0.75 μgal und 1.40 μgal, sowie 52° und 87°, wobei die größten Amplituden in Südwest - Jütland beobachtet wurden. Der Effekt klingt nach Norden und Osten, mit zunehmender Entfernung von der Deutschen Bucht ab. Neben der Gezeitenanalyse wurden die Registrierungen auf nicht lineare Einflüsse des Wattgebietes und auf Effekte von windfeld verursachten Auflasten untersucht. In den küstennahen Stationen Varde und Møgeltdnder lassen sind keine signifikanten "höheren Harmonischen" der Hauptgezeitenwellen nachweisen. Allerdings kann der spektrale Nachweis eines periodischen Signals (3 Stunden, 15 Minuten) in der Registrierung aus Møgeltdnder erbracht werden. Für drei Sturmfluten mit extremen Wasserständen wurden die Einflüsse auf die Gravimeterregistrierungen untersucht. Mit der Einschränkung, daß die Gerätedrift nicht genau genug bekannt ist, lassen sich größere Driftgradienten ca. einen Tag vor und einen Tag nach den maximalen Wasserständen feststellen. Die theoretischen Auflasteffekte wurden nach dem Algorithmus von FARRELL (1972) berechnet. Vor den Modellrechnungen wurde untersucht, in welchem Maße die Ergebnisse von der Wahl des Erdmodells und der Modellierung der regionalen und lokalen Geologie abhängen. Der Einfluß des Erdmodells ebenso wie der Krusten- Mantelstruktur auf den theoretischen Auflasteffekt ist mit ca. 5 % äußerst gering. Für die Überprüfung der Meeresgezeitenmodelle wurden theoretische Auflasteffekte mit den Modellen von Schwiderski, Mathisen, Flather und des Deutschen Hydrographischen Instituts (DHI) berechnet und mit den beobachteten Auflasteffekten verglichen. Es zeigt sich, daß bei der Verknüpfung, Modifikation und Erweiterung von Meeresgezeitenmodellen die Konservierung der modellierten Wassermasse eine wesentliche Rolle spielt. Der regionalen Fragestellung entsprechend wurde die Massenkonservierung der adaptierten Meeresgezeitenmodelle als Normierung auf Schwiderski’s Modell der Nordsee realisiert. Dies bewirkt eine deutlich bessere Übereinstimmung von modelliertem und beobachtetem Auflasteffekt. Die Modellrechnungen bestätigen vor allem das vom DHI verwendete Meeresgezeitenmodell für die Deutsche Bucht. Eine Modellerweiterung für den Skagerrak, Kattegat, Beltsee und südliche Ostsee, sowie eine Verfeinerung der Gridstruktur an der Nordseeküste erhöhen zusätzlich die Korrelation von theoretischem und beobachtetem Auflasteffekt. Dieses Meeresgezeitenmodell ist in Kapitel 6.4.6 beschrieben und im Anhang (Kapitel 13.6) in dem von Schwiderski verwendeten Format wiedergegeben und kann für Auflastberechnungen in Südskandinavien, auch hinsichtlich der Korrektur geodätischer Messungen, herangezogen werden. Bei der Interpretation der Ergebnisse wurde versucht, Hinweise über die Richtung möglicher Verbesserungen der Meeresgezeitenmodelle der Deutschen Bucht und der östlichen Nordsee heraus zuarbeiten. Hierbei ist einerseits die Methode zur Ausgleichung von Restvektordifferenzen zwischen den Stationen eingesetzt worden, andererseits wurden ca. 150 Modellrechnungen mit schrittweise modifizierten Amplituden und Phasen der Meeresgezeitenmodelle für die genannten Meeresgebiete gerechnet. Die Ausgleichung führt bei unveränderten Phasen der Modelle zu einer Vergrößerung der Amplituden in der Deutschen Bucht und einer Amplitudenverminderung in der östlichen Nordsee. Die Summe der Restvektordifferenzen zwischen den Stationen wird dabei von 0.5 pgal auf 0.2 pgal reduziert. Die systematische Variation der Amplituden und Phasen der Meeresgezeitenmodelle der Deutschen Bucht, der östlichen Nordsee und des Nordsee Küstenbereichs ergibt eine Verringerung der mittleren Restvektoramplitude von 0.22 μgal auf 0.15 μgal bei größeren Phasen der Modelle (Östliche Nordsee und Schelfgebiet +20°, Deutsche Bucht +10°) und einer Verringerung der Modellamplituden (östliche Nordsee -5 cm, Schelf -20 cm und Deutsche Bucht -10 cm). Diese Resultate können als Randbedingungen für ozeanographische Überlegungen zur Verbesserung der Meeresgezeitenmodelle genutzt werden.

Description: This work is a contribution to general tidal research and specially to the investigation of ocean tide models in the area of South Scandinavia. The relatively well known crust - mantel structures in the region of Denmark enable the interpretation of observed ocean load effects with regard to view of different ocean tide models. Earth tide measurements were carried out with two ASKANIA gravimeters and one LaCoste & Romberg Earth tide gravimeter at seven different stations in Denmark. The load effect of the main tidal wave M2 is between 0.75 μgal and 1.40 μgal, with 52° to 87° phase; highest amplitudes were observed in Southwest Jutland. The effect is decreasing to north and east with larger distance to the German Bight. In addition to the Earth tide analysis, the recordings were investigated with regard to non-linear influences, due to tidal water level changes in the coastal area, and to loading effects during storms and windfields. For the coastal stations Varde and M0gelt0nder no significant higher harmonicals of the main tidal waves were found. But the spectral investigation of the record at M0gelt0nder shows a periodical signal of 3 hours and 15 minutes. The theoretical load effect was calculated according to the method of FARRELL (1972). Before the model calculations, the influence of the chosen earthmodel and the modelled regional and local geology was investigated. The effect due to changes in the earthmodel or to the structure of the crust to the theoretical load effect is very small with about 5 %. For reviewing the ocean tide models, the theoretical load effects of the models from Schwiderski, Mathisen, Flather and the German Hydrographical Institute (DHI) were calculated and compared with the observed load effects. It was shown that for the adaption, modification and extension of ocean tide models, the conservation of water, moved by tides, playes a decisive role. Corresponding to the regional question the massconservation of the adapted ocean tide models were realized as normalisation to Schwiderski’s model for the North Sea. This produces an increased agreement of the theoretical and the observed load effect. The model calculations confirm especially the ocean tide model of the DHI. The extension of the model for the Skagerrak, Kattegat, Belt Sea and South Baltic Sea and the refined gridstructure of the North Sea coast leads to further improvement of correlation between theoretical and observed load effects. This model is described in chapter 6.4.6 and reproduced in the appendix (chapter 13.6) in the format applied by Schwiderski. The ocean tide model can be used for load calculations in South Scandinavia and for correction of geodetical precise measuremants. The interpretation of the results was carried out in order to find out the requirements of possible improvements for the ocean tide model (M2) of the German Bight and the East North Sea. On the one side the method for the adjustment of the rest vectors between the stations was used, on the other side 150 model calculations were carried out by varying the amplitudes and phases of the ocean tide models for the mentioned sea areas. The adjustement leads with constant model phases to increased amplitudes in the German Bight and decreased amplitudes in the East North Sea. The sum of the restvector differences between the stations was reduced from 0.5 μgal to 0.2 μgal. But the systematical variation of the amplitudes and phases for the ocean tide models of the German Bight, the East North Sea and the coastal area at the North Sea leads to a reduced mean restvector amplitude from 0.22 pgal to 0.15 pgal with increased model phases (East North Sea and Shelf Area +20°, German Bight +10°) and decreased amplitudes (East North Sea -5 cm, Shelf Area -20 cm and German Bight -10 cm). These results can be used as boundary conditions of oceanographical considerations for the improvement of ocean tide models.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

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

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

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

Description: research

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

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

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

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

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

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

Description: research

Description: Fennoskandien ist seit jeher ein Gebiet, auf das sich die geowissenschaftlichen Interessen konzentrierten. Ein Grund dafür ist die seit langem bekannte Landhebung von ca. 10 mm pro Jahr im Zentrum, das im nördlichen Teil des Bottnischen Meerbusens liegt. Neben den seismischen Untersuchungen der Struktur der Lithosphäre wird seit 1966 mit Hilfe der Präzisionsgravimetrie entlang der sog. Landhebungslinien versucht, durch wiederholte Schweremessungen den Effekt der Landhebung zu erfassen und dadurch, neben den Präzisionsnivellements, auch Hinweise auf den Mechanismus zu erhalten. Parallel dazu wurden an vielen Orten gravimetrische Gezeitenbeobachtungen durchgeführt, um realistische Gezeitenparameter für die Korrektur der Präzisionsgravimetrie zu ermitteln. Dabei stellte sich heraus, daß im Bereich der norwegischen Küste eine starke Anomalie der Parameter von bis zu 35% in der Amplitude und mehr als 20° in der Phase festzustellen ist, die man auf die Wirkung der ozeanischen Auf lastgezeiten zurückführen kann. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit den gravimetrischen Gezeitenregistrierungen entlang der Geotraverse "Blaue Straße". Dieses Profil beginnt an der norwegischen Küste in der Nähe des Polarkreises und läuft mit etwa 125° in südöstlicher Richtung bis an den Finnischen Meerbusen nahe der sowjetischen Grenze. Die Besonderheit der Stationsauswahl liegt in der Verdichtung der Meßorte im Bereich der Küste: Hierdurch ist es möglich, das Abklingen des Effektes der ozeanischen Auflast zu erfassen. Dies erlaubt gezielte Mode 11 Untersuchungen zur Überprüfung von lokalen Meeresgezeitenmodellen mit einer unabhängigen Methode: Neben den elastischen Eigenschaften der Lithosphäre, insbesondere der Tiefe der Krusten-/Mantelgrenze gehen lediglich die Verteilung der Amplituden und Phasen der Meeresgezeit in die Rechnung ein, nicht aber die Parameter und die Randbedingungen, die zu ihrer Modellierung benötigt werden. Durch die Verdichtung der Stationen im Küstenbereich können auch Aufschlüsse über die Struktur der Lithosphäre, vor allem die Moho - Tiefe, gewonnen werden. Es standen für die Messungen in den Jahren 1980 bis 1983 fünf Gravimeter zur Verfügung, mit denen insgesamt sieben Stationen vermessen wurden. Die Registrierzeiträume lagen zwischen 10 und 26 Monaten. Im Folgenden werden die bisherigen geowissenschaftlichen Befunde für Fennoskandien und für das Pof il "Blaue Staße" im Besonderen zusammengefaßt, die Methoden der Auflastberechnung diskutiert und die Problematik der Modellierung der Meeresgezeiten dargestellt. Die Messungen schließen intensive experimentelle Arbeiten wie auch Überlegungen zur Datenbearbeitung und Analyse ein. Besonderer Wert war dabei auf die Kalibrierung der Gravimeter zu legen, die im Berliner Gezeitenobservatorium (Insulaner) erfolgte. Die Interpretation der Residuen der Welle M2 hinsichtlich der Auf lastgezeiten ergab schließlich, daß die Schelfgezeiten bei der Modellierung in der Phase um 15 bis 20° verzögert werden müßten, um der Beobachtung zu entsprechen. Hierdurch wird natürlich das Meeresgezeitenmodell nicht korrigiert, die gefundenen Abweichungen sind aber ein Hinweis für die Berechnung der Modelle. Überdies ergab sich eine besonders gute Übereinstimmung für eine flache Kruste. Dies steht im Einklang mit seismischen Ergebnissen aus dem Küstenbereich und bestätigt das Fehlen einer Gebirgswurzel unter den Kaledoniden. Auch für das Residuum der Welle 01 wird eine Inkonsistenz mit dem Meeresgezeitenmodell festgestellt, die sich hier allerdings nicht aus der Modellierung der Schelfgezeiten erklären läßt: Die Amplituden von 01 liegen bei 3 bis 5 cm. Die lokale Wirkung ist demnach gegenüber M2 (80 bis 100 cm) zu klein. Für die Korrekturen der Präzisionsschweremessungen komplettiert dieses Profil das bereits vorhandene Stationsnetz und ermöglicht die flächenhafe Interpolation. Daraus lassen sich dann später unter Hinzuziehung der anderen Hauptwellen realistische Gezeitenkorrekturen für alle Stationen ermitteln.

Description: Fennoscandia has always been an area of special interest for geoscientists. One reason for that ist certainly the well known land uplift of about 10mm/yr in its center, which is located in the northern part of the Gulf of Bothnia. Besides the seismic research of the structure of the Lithosphere since 1966 precise gravity surveys are carried out along the so called land uplift lines. By repetition of these measurements it is hoped to monitor the effect of land uplift, and to get indications of its mechanism. In addition tidal gravity observations were carried out at many places to achieve realistic tidal parameters for the correction of the precise gravity surveys. It was found that esp. adjacent to the sea there is a strong anomaly of the parameters of up to 35% in amplitude and more than 20° in phase. This can be allocated to the effect of the ocean tides. The present work deals with the tidal gravity measurements along the geotraverse 'Blue Road'. This profile starts at the Norwegian coast close to the polar circle running about 125° south-east till the Gulf of Finland, close to the Sowjet border. The speciality of the choice of the station locations is in their concentration near the coast. By these means it is possible to monitor the decrease of the effect of the ocean loading. This enables the check of local ocean tide models by an independent method: In addition to the elastic properties of the Lithosphere, esp. the depth of the crust/mantle boundary, only the distribution of the calculated ocean tidal amplitudes and phases are included into the calculations; the parameters and boundary conditions necessary for the calculation of these models are not used. By concentration of the stations near the coast also hints on the structure of the Lithosphere, esp. the depth of the Moho can be achieved. The measurements were carried out during a period from 1980 to 1983, and five gravimeters were available to measure at seven stations. The recording intervals were between 10 and 23 months each. In the following the geoscientif ic findings obtained up to now for Fennoscandia are put together, in detail for the 'Blue Road' profile. The methods of loading calculations and the problem of modelling the ocean tides are reviewed. The preparations of the measurements include intense experimental work as well as efforts in data treatment and analysis. Special care was necessary for the calibration of the gravimeters which was performed at the Tidal Observatory Berlin (Insulaner). The interpretation of the tidal residuals of the constituent M2 resulted in the fact, that the shelf tides should be retarded by 15 to 20° to fit the observations. Of course, this is no way to correct the tidal chart, but it provides boundary conditions for the calculation of these models. In addition, the best fit was achieved assuming a fairly thin crust in the coastal area. This corresponds to seismic results and confirms the lack of a mountain root below the Caledonides. For the residual of 01 the interpretation showed a significant restvector, too. But here it is not possible to use the shelf area for an explanation: In contrary to M2 (amplitudes of up to 100 cm) the 01 amplitudes of the shelf tides are only in the order of 3 to 5 cm, which is too small. These profile measurements complete the Fennoscandian net of tidal results. This enables the spatial interpolation of the values and, by addition of the other main tidal constituents, it will be possible to derive realistic tidal corections for the repeated precise gravity surveys.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen