@phdthesis{Hakimhashemi2009,
  author    = {Hakimhashemi, Amir Hossein},
  title     = {Time-dependent occurrence rates of large earthquakes in the Dead Sea fault zone and applications to probabilistic seismic hazard assessments},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-52486},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2009},
  abstract  = {Die relativ hohe seismische Aktivit{\"a}t der Tote-Meer-St{\"o}rungszone (Dead Sea Fault Zone - DSFZ) ist mit einem hohen Gefahrenpotential verbunden, welches zu einem erheblichen Erdbebenrisiko f{\"u}r die Ballungszentren in den L{\"a}ndern Syrien, Libanon, Pal{\"a}stina, Jordanien und Israel f{\"u}hrt. Eine Vielzahl massiver, zerst{\"o}rerischer Erdbeben hat sich in diesem Raum in den letzten zwei Jahrtausenden ereignet. Ihre Wiederholungsrate zeigt Anzeichen f{\"u}r eine zeitliche Abh{\"a}ngigkeit, insbesondere wenn lange Zeitr{\"a}ume in Betracht gezogen werden. Die Ber{\"u}cksichtigung der zeitlichen Abh{\"a}ngigkeit des Auftretens von Erdbeben ist f{\"u}r eine realistische seismische Gef{\"a}hrdungseinsch{\"a}tzung von großer Bedeutung. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, anhand des zeitabh{\"a}ngigen Auftretens von Erdbeben eine robuste wahrscheinlichkeitstheoretische seismische Gef{\"a}hrdungseinsch{\"a}tzung am Beispiel der DSFZ zu entwickeln. Mittels dieser Methode soll die zeitliche Abh{\"a}ngigkeit des Auftretens von großen Erdbeben (Mw ≥ 6) untersucht und somit eine Gef{\"a}hrdungseinsch{\"a}tzung f{\"u}r das Untersuchungsgebiet getroffen werden. Prim{\"a}r gilt es zu pr{\"u}fen, ob das Auftreten von großen Erdbeben tats{\"a}chlich einer zeitlichen Abh{\"a}ngigkeit unterliegt und wenn ja, inwiefern diese bestimmt werden kann. Zu diesem Zweck werden insgesamt vier zeitabh{\"a}ngige statistische Verteilungen (Weibull, Gamma, Lognormal und Brownian Passage Time (BPT)) sowie die zeitunabh{\"a}ngige Exponentialverteilung (Poisson-Prozess) getestet. Zur Absch{\"a}tzung der jeweiligen Modellparameter wird eine modifizierte Methode der gewichteten Maximum-Likelihood-Sch{\"a}tzung (MLE) verwendet. Um einzusch{\"a}tzen, ob die Wiederholungsrate von Erdbeben einer unimodalen oder multimodalen Form folgt, wird ein nichtparametrischer Bootstrap-Test f{\"u}r Multimodalit{\"a}t durchgef{\"u}hrt. Im Falle einer multimodalen Form wird neben der MLE zus{\"a}tzlich eine Erwartungsmaximierungsmethode (EM) herangezogen. Zur Auswahl des am besten geeigneten Modells wird zum einem das Bayesschen Informationskriterium (BIC) und zum anderen der modifizierte Kolmogorow-Smirnow-Goodness-of-Fit-Test angewendet. Abschließend werden mittels der Bootstrap-Methode die Konfidenzintervalle der gesch{\"a}tzten Parameter berechnet. Als Datengrundlage werden Erdbeben mit Mw ≥ 6 seit dem Jahre 300 n. Chr. herangezogen. Das Untersuchungsgebiet erstreckt sich von 29.5° N bis 37° N und umfasst ein ca. 40 km breites Gebiet entlang der DSFZ. Aufgrund der seismotektonischen Situation im Untersuchungsgebiet wird zwischen einer s{\"u}dlichen, zentralen und n{\"o}rdlichen Subzone unterschieden. Dabei kann die s{\"u}dliche Subzone aus Mangel an Daten nicht f{\"u}r die Analysen herangezogen werden. Die Ergebnisse f{\"u}r die zentrale Subzone zeigen keinen signifikanten multimodalen Verlauf der Wiederholungsrate von Erdbeben. Des Weiteren ist kein signifikanter Unterschied zwischen den zeitabh{\"a}ngigen und dem zeitunabh{\"a}ngigem Modell zu verzeichnen. Da das zeitunabh{\"a}ngige Modell vergleichsweise einfach interpretierbar ist, wird die Wiederholungsrate von Erdbeben in dieser Subzone unter Annahme der Exponentialverteilungs-Hypothese abgesch{\"a}tzt. Sie wird demnach als zeitunabh{\"a}ngig betrachtet und betr{\"a}gt 9.72 * 10-3 Erdbeben (mit Mw ≥ 6) pro Jahr. Einen besonderen Fall stellt die n{\"o}rdliche Subzone dar. In diesem Gebiet tritt im Durchschnitt alle 51 Jahre ein massives Erdbeben (Mw ≥ 6) auf. Das letzte Erdbeben dieser Gr{\"o}ße ereignete sich 1872 und liegt somit bereits 137 Jahre zur{\"u}ck. Somit ist in diesem Gebiet ein Erdbeben dieser St{\"a}rke {\"u}berf{\"a}llig. Im statistischen Mittel liegt die Zeit zwischen zwei Erdbeben zu 96\% unter 137 Jahren. Zudem wird eine deutliche zeitliche Abh{\"a}ngigkeit der Erdbeben-Wiederauftretensrate durch die Ergebnisse der in der Arbeit neu entwickelten statistischen Verfahren best{\"a}tigt. Dabei ist festzustellen, dass die Wiederholungsrate insbesondere kurz nach einem Erdbeben eine sehr hohe zeitliche Abh{\"a}ngigkeit aufweist. Am besten repr{\"a}sentiert werden die seismischen Bedingungen in der genannten Subzone durch ein bi-modales Weibull-Weibull-Modell. Die Wiederholungsrate ist eine glatte Zeitfunktion, welche zwei H{\"a}ufungen von Datenpunkten in der Zeit nach dem Erdbeben zeigt. Dabei umfasst die erste H{\"a}ufung einen Zeitraum von 80 Jahren, ausgehend vom Zeitpunkt des jeweiligen Bebens. Innerhalb dieser Zeitspanne ist die Wiederholungsrate extrem zeitabh{\"a}ngig. Die Wiederholungsrate direkt nach einem Beben ist sehr niedrig und steigert sich in den folgenden 10 Jahren erheblich bis zu einem Maximum von 0.024 Erdbeben/Jahr. Anschließend sinkt die Rate und erreicht ihr Minimum nach weiteren 70 Jahren mit 0.0145 Erdbeben/Jahr. An dieses Minimum schließt sich die zweite H{\"a}ufung von Daten an, dessen Dauer abh{\"a}ngig von der Erdbebenwiederholungszeit ist. Innerhalb dieses Zeitfensters nimmt die Erdbeben-Wiederauftretensrate ann{\"a}hernd konstant um 0.015 Erdbeben/Jahr zu. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage f{\"u}r eine zeitabh{\"a}ngige probabilistische seismische Gef{\"a}hrdungseinsch{\"a}tzung (PSHA) f{\"u}r die seismische Quellregion, die den n{\"o}rdlichen Raum der DSFZ umfasst.},
  language  = {en}
}
@article{BenDorFlaxLevitanetal.2021,
  author    = {Ben Dor, Yoav and Flax, Tomer and Levitan, Itamar and Enzel, Yehouda and Brauer, Achim and Erel, Yigal},
  title     = {The paleohydrological implications of aragonite precipitation under contrasting climates in the endorheic Dead Sea and its precursors revealed by experimental investigations},
  series = {Chemical geology : official journal of the European Association for Geochemistry},
  volume    = {576},
  journal   = {Chemical geology : official journal of the European Association for Geochemistry},
  publisher = {Elsevier},
  address   = {Amsterdam},
  issn      = {0009-2541},
  doi       = {10.1016/j.chemgeo.2021.120261},
  pages     = {18},
  year      = {2021},
  abstract  = {Carbonate minerals are common in both marine and lacustrine records, and are frequently used for paleoenvironmental reconstructions. The sedimentary sequence of the endorheic Dead Sea and its precursors contain aragonite laminae that provide a detailed sedimentary archive of climatic, hydrologic, limnologic and environmental conditions since the Pleistocene. However, the interpretation of these archives requires a detailed understanding of the constraints and mechanisms affecting CaCO3 precipitation, which are still debated. The implications of aragonite precipitation in the Dead Sea and in its late Pleistocene predecessor (Lake Lisan) were investigated in this study by mixing natural and synthetic brines with a synthetic bicarbonate solution that mimics flash-floods composition, with and without the addition of extracellular polymeric substances (EPS). Aragonite precipitation was monitored, and precipitation rates and carbonate yields were calculated and are discussed with respect to modern aquatic environments. The experimental insights on aragonite precipitation are then integrated with microfacies analyses in order to reconstruct and constrain prevailing limnogeological processes and their hydroclimatic drivers under low (interglacial) and high (glacial) lake level stands. Aragonite precipitation took place within days to several weeks after the mixing of the brines with a synthetic bicarbonate solution. Incubation time was proportional to bicarbonate concentration, and precipitation rates were partially influenced by ionic strength. Additionally, extracellular polymeric substances inhibited aragonite precipitation for several months. As for the lake's water budget, our calculations suggest that the precipitation of a typical aragonite lamina (0.5 mm thick) during high lake stand requires unreasonable freshwater inflow from either surface or subsurface sources. This discrepancy can be resolved by considering one or a combination of the following scenarios; (1) discontinuous aragonite deposition over parts of the lake floor; (2) supply of additional carbonate flux (or fluxes) to the lake from aeolian dust and the remobilization and dissolution of dust deposits at the watershed; (3) carbonate production via oxidation of organic carbon by sulfate-reducing bacteria. Altogether, it is suggested that aragonite laminae thickness cannot be directly interpreted for quantitatively reconstructing the hydrological balance for the entire lake, they may still prove valuable for identifying inherent hydroclimatic periodicities at a single site.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Neugebauer2015,
  author    = {Neugebauer, Ina},
  title     = {Reconstructing climate from the Dead Sea sediment record using high-resolution micro-facies analyses},
  series = {Dissertation},
  journal   = {Dissertation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85266},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xiv, 97, XXIII},
  year      = {2015},
  abstract  = {The sedimentary record of the Dead Sea is a key archive for reconstructing climate in the eastern Mediterranean region, as it stores the environmental and tectonic history of the Levant for the entire Quaternary. Moreover, the lake is located at the boundary between Mediterranean sub-humid to semi-arid and Saharo-Arabian hyper-arid climates, so that even small shifts in atmospheric circulation are sensitively recorded in the sediments. This DFG-funded doctoral project was carried out within the ICDP Dead Sea Deep Drilling Project (DSDDP) that intended to gain the first long, continuous and high-resolution sediment core from the deep Dead Sea basin. The drilling campaign was performed in winter 2010-11 and more than 700 m of sediments were recovered. The main aim of this thesis was (1) to establish the lithostratigraphic framework for the ~455 m long sediment core from the deep Dead Sea basin and (2) to apply high-resolution micro-facies analyses for reconstructing and better understanding climate variability from the Dead Sea sediments. Addressing the first aim, the sedimentary facies of the ~455 m long deep-basin core 5017-1 were described in great detail and characterised through continuous overview-XRF element scanning and magnetic susceptibility measurements. Three facies groups were classified: (1) the marl facies group, (2) the halite facies group and (3) a group involving different expressions of massive, graded and slumped deposits including coarse clastic detritus. Core 5017-1 encompasses a succession of four main lithological units. Based on first radiocarbon and U-Th ages and correlation of these units to on-shore stratigraphic sections, the record comprises the last ca 220 ka, i.e. the upper part of the Amora Formation (parts of or entire penultimate interglacial and glacial), the last interglacial Samra Fm. (~135-75 ka), the last glacial Lisan Fm. (~75-14 ka) and the Holocene Ze'elim Formation. A major advancement of this record is that, for the first time, also transitional intervals were recovered that are missing in the exposed formations and that can now be studied in great detail. Micro-facies analyses involve a combination of high-resolution microscopic thin section analysis and µXRF element scanning supported by magnetic susceptibility measurements. This approach allows identifying and characterising micro-facies types, detecting event layers and reconstructing past climate variability with up to seasonal resolution, given that the analysed sediments are annually laminated. Within this thesis, micro-facies analyses, supported by further sedimentological and geochemical analyses (grain size, X-ray diffraction, total organic carbon and calcium carbonate contents) and palynology, were applied for two time intervals: (1) The early last glacial period ~117-75 ka was investigated focusing on millennial-scale hydroclimatic variations and lake level changes recorded in the sediments. Thereby, distinguishing six different micro-facies types with distinct geochemical and sedimentological characteristics allowed estimating relative lake level and water balance changes of the lake. Comparison of the results to other records in the Mediterranean region suggests a close link of the hydroclimate in the Levant to North Atlantic and Mediterranean climates during the time of the build-up of Northern hemisphere ice sheets during the early last glacial period. (2) A mostly annually laminated late Holocene section (~3700-1700 cal yr BP) was analysed in unprecedented detail through a multi-proxy, inter-site correlation approach of a shallow-water core (DSEn) and its deep-basin counterpart (5017-1). Within this study, a ca 1500 years comprising time series of erosion and dust deposition events was established and anchored to the absolute time-scale through 14C dating and age modelling. A particular focus of this study was the characterisation of two dry periods, from ~3500 to 3300 and from ~3000 to 2400 cal yr BP, respectively. Thereby, a major outcome was the coincidence of the latter dry period with a period of moist and cold climate in Europe related to a Grand Solar Minimum around 2800 cal yr BP and an increase in flood events despite overall dry conditions in the Dead Sea region during that time. These contrasting climate signatures in Europe and at the Dead Sea were likely linked through complex teleconnections of atmospheric circulation, causing a change in synoptic weather patterns in the eastern Mediterranean. In summary, within this doctorate the lithostratigraphic framework of a unique long sediment core from the deep Dead Sea basin is established, which serves as a base for any further high-resolution investigations on this core. It is demonstrated in two case studies that micro-facies analyses are an invaluable tool to understand the depositional processes in the Dead Sea and to decipher past climate variability in the Levant on millennial to seasonal time-scales. Hence, this work adds important knowledge helping to establish the deep Dead Sea record as a key climate archive of supra-regional significance.},
  language  = {en}
}