TY - THES A1 - Pfalz, Gregor T1 - Advancing knowledge of Arctic lake system dynamics: A data-driven perspective on spatiotemporal patterns T1 - Fortschritte im Verständnis der Dynamik arktischer Seesysteme: Eine datengetriebene Perspektive auf raumzeitliche Muster N2 - Ecosystems play a pivotal role in addressing climate change but are also highly susceptible to drastic environmental changes. Investigating their historical dynamics can enhance our understanding of how they might respond to unprecedented future environmental shifts. With Arctic lakes currently under substantial pressure from climate change, lessons from the past can guide our understanding of potential disruptions to these lakes. However, individual lake systems are multifaceted and complex. Traditional isolated lake studies often fail to provide a global perspective because localized nuances—like individual lake parameters, catchment areas, and lake histories—can overshadow broader conclusions. In light of these complexities, a more nuanced approach is essential to analyze lake systems in a global context. A key to addressing this challenge lies in the data-driven analysis of sedimentological records from various northern lake systems. This dissertation emphasizes lake systems in the northern Eurasian region, particularly in Russia (n=59). For this doctoral thesis, we collected sedimentological data from various sources, which required a standardized framework for further analysis. Therefore, we designed a conceptual model for integrating and standardizing heterogeneous multi-proxy data into a relational database management system (PostgreSQL). Creating a database from the collected data enabled comparative numerical analyses between spatially separated lakes as well as between different proxies. When analyzing numerous lakes, establishing a common frame of reference was crucial. We achieved this by converting proxy values from depth dependency to age dependency. This required consistent age calculations across all lakes and proxies using one age-depth modeling software. Recognizing the broader implications and potential pitfalls of this, we developed the LANDO approach ("Linked Age and Depth Modelling"). LANDO is an innovative integration of multiple age-depth modeling software into a singular, cohesive platform (Jupyter Notebook). Beyond its ability to aggregate data from five renowned age-depth modeling software, LANDO uniquely empowers users to filter out implausible model outcomes using robust geoscientific data. Our method is not only novel but also significantly enhances the accuracy and reliability of lake analyses. Considering the preceding steps, this doctoral thesis further examines the relationship between carbon in sediments and temperature over the last 21,000 years. Initially, we hypothesized a positive correlation between carbon accumulation in lakes and modelled paleotemperature. Our homogenized dataset from heterogeneous lakes confirmed this association, even if the highest temperatures throughout our observation period do not correlate with the highest carbon values. We assume that rapid warming events contribute more to high accumulation, while sustained warming leads to carbon outgassing. Considering the current high concentration of carbon in the atmosphere and rising temperatures, ongoing climate change could cause northern lake systems to contribute to a further increase in atmospheric carbon (positive feedback loop). While our findings underscore the reliability of both our standardized data and the LANDO method, expanding our dataset might offer even greater assurance in our conclusions. N2 - Ökosysteme spielen eine zentrale Rolle bei der Bewältigung des Klimawandels, gelten jedoch auch als äußerst anfällig für drastische Umweltveränderungen. Die Erforschung ihrer historischen Dynamiken kann unser Verständnis darüber verbessern, wie sich zukünftige Veränderungen angesichts beispielloser Umweltveränderungen auf sie auswirken können. Angesichts des enormen Stresses, dem arktische Seen durch den Klimawandel ausgesetzt sind, können konkrete Fälle aus der Vergangenheit helfen, mögliche Schwankungen im Ökosystem des Sees besser zu verstehen und zu deuten. Einzelne Seesysteme unterliegen jedoch einer inhärenten Komplexität und vielschichtigen Beschaffenheit. Klassische Einzelanalysen von Seen liefern oft keine globale Perspektive, da lokale Besonderheiten – wie individuelle Seeparameter, Einzugsgebiete und Seehistorien – allgemeinere Schlussfolgerungen überlagern können. Eine differenzierte Herangehensweise ist hierbei erforderlich, um Seesysteme im globalen Kontext angemessen zu analysieren. Ein Schlüssel zur Bewältigung dieser Herausforderung ist die datenwissenschaftliche Analyse von sedimentologischen Daten aus mehreren nördlichen Seesystemen. Diese Dissertation fokussiert sich dabei auf das Gebiet des nördlichen Eurasiens mit einem besonderen Fokus auf Seesystem in Russland (n=59). Die gesammelten sedimentologischen Daten für diese Doktorarbeit mussten hierfür zunächst standardisiert und homogenisiert werden. Hierfür wurde ein konzeptuelles Modell für die Integration und Standardisierung von heterogenen Multi-Proxy-Daten in ein relationales Datenbankverwaltungssystem (PostgreSQL) entworfen. Die Erstellung einer Datenbank aus der gesammelten Datenkollektion ermöglichte die numerische, vergleichende Analyse zwischen räumlich getrennten Seen als auch zwischen verschiedenen Proxys. Eine Analyse von mehreren Seen erforderte zudem eine gemeinsame Analyseebene, welche wir durch die Umwandlung von einer Tiefenabhängigkeit zu Altersabhängigkeit der Proxywerte erreichten. Diese bedurfte aber, dass die zugehörigen Alter von Proxywerte von allen Seen mit demselben Verfahren einer Alterstiefenmodellsoftware berechnet werden müssen. Angesichts der weitreichenden Implikationen und potenziellen Fallstricke entwickelten wir den LANDO-Ansatz („Linked Age and Depth Modelling“). LANDO stellt eine innovative Integration mehrerer Alters-Tiefen-Modellierungssoftware in eine einheitliche, kohärente Plattform (Jupyter Notebook) dar. Neben seiner Fähigkeit, Daten von fünf renommierten Alters-Tiefen-Modellierungssoftware zu aggregieren, ermöglicht LANDO es den Nutzern auf einzigartige Weise, unbegründete Modellergebnisse anhand robuster geowissenschaftlicher Daten herauszufiltern. Unsere Methode ist nicht nur neuartig, sondern steigert auch signifikant die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Seeanalysen. Schlussendlich unter Berücksichtigung der vorangegangenen Schritte betrachtet die Doktorarbeit den Zusammenhang zwischen Kohlenstoff in Sedimenten und Temperatur über die letzten 21 000 Jahre. Zunächst nehmen wir an, dass es eine positive Korrelation zwischen Kohlenstoffakkumulation in Seen und modellierter Paläo-Temperatur gibt. Diese kann dank des homogenisierten Datensatzes von heterogenen Seen bestätigt werden, wenn auch die höchsten Temperaturen über unseren Betrachtungszeitraum nicht korrelieren mit den höchsten Kohlenstoffwerten. Wir gehen davon aus, dass schnelle Erwärmungsereignisse eher zu einer hohen Akkumulation beitragen, während bestehende Erwärmung eher zu einer Ausgasung von Kohlenstoff führt. In Anbetracht der aktuellen hohen Konzentration von Kohlenstoff in der Atmosphäre und der steigenden Temperaturen, können bei einem weiterführenden Klimawandel nördliche Seesysteme zu einem weiteren Anstieg von atmosphärischem Kohlenstoff führen (positive Feedbackschleife). Obwohl die bemerkenswerten Ergebnisse zeigen, dass unser Ansatz aus standardisierten Daten und LANDO zuverlässig ist, könnte eine größere Datenmenge das Vertrauen in die Ergebnisse noch weiter stärken. KW - Arcitc KW - lake systems KW - paleotemperature KW - carbon KW - climate data science KW - Paläolimnologie KW - Eurasien KW - Paläoklimatologie KW - Seesedimente KW - Klimadatenwissenschaften KW - Kohlenstoff Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-636554 ER - TY - THES A1 - Koyan, Philipp T1 - 3D attribute analysis and classification to interpret ground-penetrating radar (GPR) data collected across sedimentary environments: Synthetic studies and field examples T1 - 3D Attributanalyse und -klassifizierung zur Interpretation von Georadar-Daten in sedimentären Umgebungen: Synthetische Studien und Feldbeispiele N2 - Die Untersuchung des oberflächennahen Untergrundes erfolgt heutzutage bei Frage- stellungen aus den Bereichen des Bauwesens, der Archäologie oder der Geologie und Hydrologie oft mittels zerstörungsfreier beziehungsweise zerstörungsarmer Methoden der angewandten Geophysik. Ein Bereich, der eine immer zentralere Rolle in Forschung und Ingenieurwesen einnimmt, ist die Untersuchung von sedimentären Umgebungen, zum Beispiel zur Charakterisierung oberflächennaher Grundwassersysteme. Ein in diesem Kontext häufig eingesetztes Verfahren ist das des Georadars (oftmals GPR - aus dem Englischen ground-penetrating radar). Dabei werden kurze elektromagnetische Impulse von einer Antenne in den Untergrund ausgesendet, welche dort wiederum an Kontrasten der elektromagnetischen Eigenschaften (wie zum Beispiel an der Grundwasseroberfläche) reflektiert, gebrochen oder gestreut werden. Eine Empfangsantenne zeichnet diese Signale in Form derer Amplituden und Laufzeiten auf. Eine Analyse dieser aufgezeichneten Signale ermöglicht Aussagen über den Untergrund, beispielsweise über die Tiefenlage der Grundwasseroberfläche oder die Lagerung und Charakteristika oberflächennaher Sedimentschichten. Dank des hohen Auflösungsvermögens der GPR-Methode sowie stetiger technologischer Entwicklungen erfolgt heutzutage die Aufzeichnung von GPR- Daten immer häufiger in 3D. Trotz des hohen zeitlichen und technischen Aufwandes für die Datenakquisition und -bearbeitung werden die resultierenden 3D-Datensätze, welche den Untergrund hochauflösend abbilden, typischerweise von Hand interpretiert. Dies ist in der Regel ein äußerst zeitaufwendiger Analyseschritt. Daher werden oft repräsentative 2D-Schnitte aus dem 3D-Datensatz gewählt, in denen markante Reflektionsstrukuren markiert werden. Aus diesen Strukturen werden dann sich ähnelnde Bereiche im Untergrund als so genannte Radar-Fazies zusammengefasst. Die anhand von 2D-Schnitten erlangten Resultate werden dann als repräsentativ für die gesamte untersuchte Fläche angesehen. In dieser Form durchgeführte Interpretationen sind folglich oft unvollständig sowie zudem in hohem Maße von der Expertise der Interpretierenden abhängig und daher in der Regel nicht reproduzierbar. Eine vielversprechende Alternative beziehungsweise Ergänzung zur manuellen In- terpretation ist die Verwendung von so genannten GPR-Attributen. Dabei werden nicht die aufgezeichneten Daten selbst, sondern daraus abgeleitete Größen, welche die markanten Reflexionsstrukturen in 3D charakterisieren, zur Interpretation herangezogen. In dieser Arbeit wird anhand verschiedener Feld- und Modelldatensätze untersucht, welche Attribute sich dafür insbesondere eignen. Zudem zeigt diese Arbeit, wie ausgewählte Attribute mittels spezieller Bearbeitungs- und Klassifizierungsmethoden zur Erstellung von 3D-Faziesmodellen genutzt werden können. Dank der Möglichkeit der Erstellung so genannter attributbasierter 3D-GPR-Faziesmodelle können zukünftige Interpretationen zu gewissen Teilen automatisiert und somit effizienter durchgeführt werden. Weiterhin beschreiben die so erhaltenen Resultate den untersuchten Untergrund in reproduzierbarer Art und Weise sowie umfänglicher als es bisher mittels manueller Interpretationsmethoden typischerweise möglich war. N2 - Today, near-surface investigations are frequently conducted using non-destructive or minimally invasive methods of applied geophysics, particularly in the fields of civil engineering, archaeology, geology, and hydrology. One field that plays an increasingly central role in research and engineering is the examination of sedimentary environments, for example, for characterizing near-surface groundwater systems. A commonly employed method in this context is ground-penetrating radar (GPR). In this technique, short electromagnetic pulses are emitted into the subsurface by an antenna, which are then reflected, refracted, or scattered at contrasts in electromagnetic properties (such as the water table). A receiving antenna records these signals in terms of their amplitudes and travel times. Analysis of the recorded signals allows for inferences about the subsurface, such as the depth of the groundwater table or the composition and characteristics of near-surface sediment layers. Due to the high resolution of the GPR method and continuous technological advancements, GPR data acquisition is increasingly performed in three-dimensional (3D) fashion today. Despite the considerable temporal and technical efforts involved in data acquisition and processing, the resulting 3D data sets (providing high-resolution images of the subsurface) are typically interpreted manually. This is generally an extremely time-consuming analysis step. Therefore, representative 2D sections highlighting distinctive reflection structures are often selected from the 3D data set. Regions showing similar structures are then grouped into so-called radar facies. The results obtained from 2D sections are considered representative of the entire investigated area. Interpretations conducted in this manner are often incomplete and highly dependent on the expertise of the interpreters, making them generally non-reproducible. A promising alternative or complement to manual interpretation is the use of GPR attributes. Instead of using the recorded data directly, derived quantities characterizing distinctive reflection structures in 3D are applied for interpretation. Using various field and synthetic data sets, this thesis investigates which attributes are particularly suitable for this purpose. Additionally, the study demonstrates how selected attributes can be utilized through specific processing and classification methods to create 3D facies models. The ability to generate attribute-based 3D GPR facies models allows for partially automated and more efficient interpretations in the future. Furthermore, the results obtained in this manner describe the subsurface in a reproducible and more comprehensive manner than what has typically been achievable through manual interpretation methods. KW - ground-penetrating radar KW - sedimentary environments KW - 3D KW - applied geophysics KW - near-surface geophysics KW - Georadar KW - sedimentäre Systeme KW - angewandte Geophysik KW - oberflächennahe Geophysik KW - Attribute KW - attributes KW - geophysics KW - Geophysik Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-639488 ER - TY - THES A1 - Sharma, Shubham T1 - Integrated approaches to earthquake forecasting T1 - Integrierte Ansätze zur Vorhersage von Erdbeben BT - insights from Coulomb stress, seismotectonics, and aftershock sequences BT - Erkenntnisse aus Coulomb-Stress, Seismotektonik und Nachbebenfolgen N2 - A comprehensive study on seismic hazard and earthquake triggering is crucial for effective mitigation of earthquake risks. The destructive nature of earthquakes motivates researchers to work on forecasting despite the apparent randomness of the earthquake occurrences. Understanding their underlying mechanisms and patterns is vital, given their potential for widespread devastation and loss of life. This thesis combines methodologies, including Coulomb stress calculations and aftershock analysis, to shed light on earthquake complexities, ultimately enhancing seismic hazard assessment. The Coulomb failure stress (CFS) criterion is widely used to predict the spatial distributions of aftershocks following large earthquakes. However, uncertainties associated with CFS calculations arise from non-unique slip inversions and unknown fault networks, particularly due to the choice of the assumed aftershocks (receiver) mechanisms. Recent studies have proposed alternative stress quantities and deep neural network approaches as superior to CFS with predefined receiver mechanisms. To challenge these propositions, I utilized 289 slip inversions from the SRCMOD database to calculate more realistic CFS values for a layered-half space and variable receiver mechanisms. The analysis also investigates the impact of magnitude cutoff, grid size variation, and aftershock duration on the ranking of stress metrics using receiver operating characteristic (ROC) analysis. Results reveal the performance of stress metrics significantly improves after accounting for receiver variability and for larger aftershocks and shorter time periods, without altering the relative ranking of the different stress metrics. To corroborate Coulomb stress calculations with the findings of earthquake source studies in more detail, I studied the source properties of the 2005 Kashmir earthquake and its aftershocks, aiming to unravel the seismotectonics of the NW Himalayan syntaxis. I simultaneously relocated the mainshock and its largest aftershocks using phase data, followed by a comprehensive analysis of Coulomb stress changes on the aftershock planes. By computing the Coulomb failure stress changes on the aftershock faults, I found that all large aftershocks lie in regions of positive stress change, indicating triggering by either co-seismic or post-seismic slip on the mainshock fault. Finally, I investigated the relationship between mainshock-induced stress changes and associated seismicity parameters, in particular those of the frequency-magnitude (Gutenberg-Richter) distribution and the temporal aftershock decay (Omori-Utsu law). For that purpose, I used my global data set of 127 mainshock-aftershock sequences with the calculated Coulomb Stress (ΔCFS) and the alternative receiver-independent stress metrics in the vicinity of the mainshocks and analyzed the aftershocks properties depend on the stress values. Surprisingly, the results show a clear positive correlation between the Gutenberg-Richter b-value and induced stress, contrary to expectations from laboratory experiments. This observation highlights the significance of structural heterogeneity and strength variations in seismicity patterns. Furthermore, the study demonstrates that aftershock productivity increases nonlinearly with stress, while the Omori-Utsu parameters c and p systematically decrease with increasing stress changes. These partly unexpected findings have significant implications for future estimations of aftershock hazard. The findings in this thesis provides valuable insights into earthquake triggering mechanisms by examining the relationship between stress changes and aftershock occurrence. The results contribute to improved understanding of earthquake behavior and can aid in the development of more accurate probabilistic-seismic hazard forecasts and risk reduction strategies. N2 - Ein umfassendes Verständnis der seismischen Gefahr und Erdbebenauslösung ist wichtig für eine Minderung von Erdbebenrisiken. Die zerstörerische Natur von Erdbeben motiviert Forscher dazu, trotz der scheinbaren Zufälligkeit der Erdbebenereignisse an Vorhersagen zu arbeiten. Das Verständnis der den Beben zugrunde liegenden Mechanismen und Muster ist angesichts ihres Potenzials für weitreichende Verwüstung und den Verlust von Menschenleben von entscheidender Bedeutung. Diese Arbeit kombiniert Methoden, einschließlich der Berechnung der Coulombschen Spannung und der Analyse von Nachbeben, um die Komplexitäten von Erdbeben besser zu verstehen und letztendlich die Bewertung der seismischen Gefahr zu verbessern. Das Coulomb Spannungskriterium (CFS) wird oft verwendet, um die räumliche Verteilung von Nachbeben nach großen Erdbeben vorherzusagen. Jedoch ergeben sich Unsicherheiten bei der Berechnung von CFS aus nicht eindeutigen slip-inversion und der unbekannten Störungsnetzwerken, insbesondere aufgrund der Unsicherheit bezüglich der Nachbebenmechanismen (Empfänger). Neueste Studien deuten darauf hin dass alternative Spannungsgrößen und Deep-Learning-Ansätze gegenüber CFS mit vordefinierten Empfängermechanismen. Um diese Ergebnisse zu hinterfragen, habe ich 289 Slip-inversion uberlegensind aus der SRCMOD-Datenbank verwendet, um realistischere CFS-Werte für einen geschichteten Halbraum und variable Empfängermechanismen zu berechnen. Dabei habe ich auch den Einfluss von Magnitudenschwellenwerten, Gittergrößenvariationen und der Nachbeben-Dauer auf die vorhersagemöglichkeiten der Spannungsmetriken unter Verwendung der ROC-Analyse (Receiver Operating Characteristic) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die berudzsidtizung von variablen Empfangermechanism und größere Nachbeben und kürzere Zeiträume die vorhersagekraft steigern, wobei die relative Rangfolge der verschiedenen Spannungsmetriken nicht geändert wird. Um die Coulomb Spannungsberechnungen genauer mit den Ergebnissen von Erdbebenstudien abzugleichen, habe ich die Quelleneigenschaften des Erdbebens von Kaschmir aus dem Jahr 2005 und seiner Nachbeben mit dem ziel, die Seismotektonik des NW-Himalaya Syntaxis zu entschlüsseln, detailliert untersucht. Ich habe gleichzeitig das Hauptbeben und seine größten Nachbeben unter Verwendung von seismischen Phaseneinsetzen relokalisiert und anschließend eine umfassende Analyse der Coulomb Spannungsänderungen auf den Bruchflächen der Nachbeben durchgeführt. Durch die Berechnung der Coulomb Spannungsänderungen an den während der Nachbeben aktivierten Störungen konnte ich herausfinden, dass alle großen Nachbeben in Regionen mit positiven Spannungsänderungen liegen, was auf eine Auslösung durch entweder ko-seismische oder post-seismische Verschiebungen des Hauptbebens hinweist. Schließlich habe ich die Beziehung zwischen den durch Hauptbeben verursachten Spannungsänderungen und den damit verbundenen seismischen Parametern untersucht, insbesondere denen der Häufigkeits-Magnituden (Gutenberg-Richter) Verteilung und des zeitlichen Nachbebenabklingens (Omori-Utsu-Gesetz). Zu diesem Zweck habe ich meinen globalen Datensatz von 127 Hauptbeben-Nachbeben-Sequenzen mit den in der Umgebung der Hauptbeben berechneten Coulomb Spannungen ($\Delta$CFS) zusammen mit den alternativen, empfänger-unabhängigen Spannungsmetriken, verwendet und die Eigenschaften in Abhängigkeit der Spannungswerte analysiert. Überraschenderweise zeigen die Ergebnisse eine klar positive Korrelation zwischen dem $b$-Wert der Gutenberg-Richter-Verteilung und der induzierten Spannung, was im Kontrast zu den Erwartungen aus Laborexperimenten steht. Diese Beobachtung unterstreicht die Bedeutung struktureller Heterogenitäten und Festigkeitsvariationen in seismischen Mustern. Darüber hinaus zeigt die Studie, dass die Anzahl von Nachbeben nichtlinear mit der Spannung zunimmt, während die Omori-Utsu-Parameter $c$ und $p$ systematisch mit zunehmenden Spannungsänderungen abnehmen. Diese teilweise unerwarteten Ergebnisse haben bedeutende Auswirkungen auf zukünftige Abschätzungen der Nachbebengefahr. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern wertvolle Einblicke in die Mechanismen der Erdbebenauslösung, indem sie die Beziehung zwischen Spannungsänderungen und dem Auftreten von Nachbeben untersuchen. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis des Verhaltens von Erdbeben bei und können bei der Entwicklung genauerer probabilistischer, seismischer Gefahreneinschätzungen und Risikominderungsstrategien helfen. KW - earthquake KW - forecasting KW - hazards KW - seismology KW - Erdbeben KW - Vorhersage KW - Gefahren KW - Seismologie Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-636125 ER - TY - GEN A1 - Kumar, Rohini A1 - Hesse, Fabienne A1 - Rao, P. Srinivasa A1 - Musolff, Andreas A1 - Jawitz, James A1 - Sarrazin, Francois A1 - Samaniego, Luis A1 - Fleckenstein, Jan H. A1 - Rakovec, Oldrich A1 - Thober, S. A1 - Attinger, Sabine T1 - Strong hydroclimatic controls on vulnerability to subsurface nitrate contamination across Europe T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Subsurface contamination due to excessive nutrient surpluses is a persistent and widespread problem in agricultural areas across Europe. The vulnerability of a particular location to pollution from reactive solutes, such as nitrate, is determined by the interplay between hydrologic transport and biogeochemical transformations. Current studies on the controls of subsurface vulnerability do not consider the transient behaviour of transport dynamics in the root zone. Here, using state-of-the-art hydrologic simulations driven by observed hydroclimatic forcing, we demonstrate the strong spatiotemporal heterogeneity of hydrologic transport dynamics and reveal that these dynamics are primarily controlled by the hydroclimatic gradient of the aridity index across Europe. Contrasting the space-time dynamics of transport times with reactive timescales of denitrification in soil indicate that similar to 75% of the cultivated areas across Europe are potentially vulnerable to nitrate leaching for at least onethird of the year. We find that neglecting the transient nature of transport and reaction timescale results in a great underestimation of the extent of vulnerable regions by almost 50%. Therefore, future vulnerability and risk assessment studies must account for the transient behaviour of transport and biogeochemical transformation processes. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1352 KW - travel time distributions KW - groundwater vulnerability KW - flux tracking KW - transit-time KW - water age KW - nitrogen KW - model KW - dynamics KW - pollution KW - patterns Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-549875 SN - 1866-8372 IS - 1 ER - TY - THES A1 - Lilienkamp, Henning T1 - Enhanced computational approaches for data-driven characterization of earthquake ground motion and rapid earthquake impact assessment T1 - Fortgeschrittene Berechnungsansätze für die datengestützte Charakterisierung von Erdbeben-Bodenbewegungen und die schnelle Einschätzung von Erdbebenauswirkungen N2 - Rapidly growing seismic and macroseismic databases and simplified access to advanced machine learning methods have in recent years opened up vast opportunities to address challenges in engineering and strong motion seismology from novel, datacentric perspectives. In this thesis, I explore the opportunities of such perspectives for the tasks of ground motion modeling and rapid earthquake impact assessment, tasks with major implications for long-term earthquake disaster mitigation. In my first study, I utilize the rich strong motion database from the Kanto basin, Japan, and apply the U-Net artificial neural network architecture to develop a deep learning based ground motion model. The operational prototype provides statistical estimates of expected ground shaking, given descriptions of a specific earthquake source, wave propagation paths, and geophysical site conditions. The U-Net interprets ground motion data in its spatial context, potentially taking into account, for example, the geological properties in the vicinity of observation sites. Predictions of ground motion intensity are thereby calibrated to individual observation sites and earthquake locations. The second study addresses the explicit incorporation of rupture forward directivity into ground motion modeling. Incorporation of this phenomenon, causing strong, pulse like ground shaking in the vicinity of earthquake sources, is usually associated with an intolerable increase in computational demand during probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) calculations. I suggest an approach in which I utilize an artificial neural network to efficiently approximate the average, directivity-related adjustment to ground motion predictions for earthquake ruptures from the 2022 New Zealand National Seismic Hazard Model. The practical implementation in an actual PSHA calculation demonstrates the efficiency and operational readiness of my model. In a follow-up study, I present a proof of concept for an alternative strategy in which I target the generalizing applicability to ruptures other than those from the New Zealand National Seismic Hazard Model. In the third study, I address the usability of pseudo-intensity reports obtained from macroseismic observations by non-expert citizens for rapid impact assessment. I demonstrate that the statistical properties of pseudo-intensity collections describing the intensity of shaking are correlated with the societal impact of earthquakes. In a second step, I develop a probabilistic model that, within minutes of an event, quantifies the probability of an earthquake to cause considerable societal impact. Under certain conditions, such a quick and preliminary method might be useful to support decision makers in their efforts to organize auxiliary measures for earthquake disaster response while results from more elaborate impact assessment frameworks are not yet available. The application of machine learning methods to datasets that only partially reveal characteristics of Big Data, qualify the majority of results obtained in this thesis as explorative insights rather than ready-to-use solutions to real world problems. The practical usefulness of this work will be better assessed in the future by applying the approaches developed to growing and increasingly complex data sets. N2 - Das rapide Wachstum seismischer und makroseismischer Datenbanken und der vereinfachte Zugang zu fortschrittlichen Methoden aus dem Bereich des maschinellen Lernens haben in den letzen Jahren die datenfokussierte Betrachtung von Fragestellungen in der Seismologie ermöglicht. In dieser Arbeit erforsche ich das Potenzial solcher Betrachtungsweisen im Hinblick auf die Modellierung erdbebenbedingter Bodenerschütterungen und der raschen Einschätzung von gesellschaftlichen Erdbebenauswirkungen, Disziplinen von erheblicher Bedeutung für den langfristigen Erdbebenkatastrophenschutz in seismisch aktiven Regionen. In meiner ersten Studie nutze ich die Vielzahl an Bodenbewegungsdaten aus der Kanto Region in Japan, sowie eine spezielle neuronale Netzwerkarchitektur (U-Net) um ein Bodenbewegungsmodell zu entwickeln. Der einsatzbereite Prototyp liefert auf Basis der Charakterisierung von Erdbebenherden, Wellenausbreitungspfaden und Bodenbeschaffenheiten statistische Schätzungen der zu erwartenden Bodenerschütterungen. Das U-Net interpretiert Bodenbewegungsdaten im räumlichen Kontext, sodass etwa die geologischen Beschaffenheiten in der Umgebung von Messstationen mit einbezogen werden können. Auch die absoluten Koordinaten von Erdbebenherden und Messstationen werden berücksichtigt. Die zweite Studie behandelt die explizite Berücksichtigung richtungsabhängiger Verstärkungseffekte in der Bodenbewegungsmodellierung. Obwohl solche Effekte starke, impulsartige Erschütterungen in der Nähe von Erdbebenherden erzeugen, die eine erhebliche seismische Beanspruchung von Gebäuden darstellen, wird deren explizite Modellierung in der seismischen Gefährdungsabschätzung aufgrund des nicht vertretbaren Rechenaufwandes ausgelassen. Mit meinem, auf einem neuronalen Netzwerk basierenden, Ansatz schlage ich eine Methode vor, umdieses Vorhaben effizient für Erdbebenszenarien aus dem neuseeländischen seismischen Gefährdungsmodell für 2022 (NSHM) umzusetzen. Die Implementierung in einer seismischen Gefährdungsrechnung unterstreicht die Praktikabilität meines Modells. In einer anschließenden Machbarkeitsstudie untersuche ich einen alternativen Ansatz der auf die Anwendbarkeit auf beliebige Erdbebeszenarien abzielt. Die abschließende dritte Studie befasst sich mit dem potenziellen Nutzen der von makroseismischen Beobachtungen abgeleiteten pseudo-Erschütterungsintensitäten für die rasche Abschätzung von gesellschaftlichen Erdbebenauswirkungen. Ich zeige, dass sich aus den Merkmalen solcher Daten Schlussfolgerungen über die gesellschaftlichen Folgen eines Erdbebens ableiten lassen. Basierend darauf formuliere ich ein statistisches Modell, welches innerhalb weniger Minuten nach einem Erdbeben die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten beachtlicher gesellschaftlicher Auswirkungen liefert. Ich komme zu dem Schluss, dass ein solches Modell, unter bestimmten Bedingungen, hilfreich sein könnte, um EntscheidungsträgerInnen in ihren Bestrebungen Hilfsmaßnahmen zu organisieren zu unterstützen. Die Anwendung von Methoden des maschinellen Lernens auf Datensätze die sich nur begrenzt als Big Data charakterisieren lassen, qualifizieren die Mehrheit der Ergebnisse dieser Arbeit als explorative Einblicke und weniger als einsatzbereite Lösungen für praktische Fragestellungen. Der praktische Nutzen dieser Arbeit wird sich in erst in Zukunft an der Anwendung der erarbeiteten Ansätze auf wachsende und zunehmend komplexe Datensätze final abschätzen lassen. KW - seismology KW - machine learning KW - deep learning KW - ground motion modeling KW - seismic hazard KW - rapid earthquake impact assessment KW - geophysics KW - Deep Learning KW - Geophysik KW - Bodenbewegungsmodellierung KW - maschinelles Lernen KW - schnelle Einschätzung von Erdbebenauswirkungen KW - seismische Gefährdung KW - Seismologie Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-631954 ER - TY - GEN A1 - Palmer, Matthew D. A1 - Gregory, Jonathan A1 - Bagge, Meike A1 - Calvert, Daley A1 - Hagedoorn, Jan Marius A1 - Howard, Tom A1 - Klemann, Volker A1 - Lowe, Jason A. A1 - Roberts, Chris A1 - Slangen, Aimee B. A. A1 - Spada, Giorgio T1 - Exploring the drivers of global and local sea‐level change over the 21st century and beyond T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - We present a new set of global and local sea‐level projections at example tide gauge locations under the RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5 emissions scenarios. Compared to the CMIP5‐based sea‐level projections presented in IPCC AR5, we introduce a number of methodological innovations, including (i) more comprehensive treatment of uncertainties, (ii) direct traceability between global and local projections, and (iii) exploratory extended projections to 2300 based on emulation of individual CMIP5 models. Combining the projections with observed tide gauge records, we explore the contribution to total variance that arises from sea‐level variability, different emissions scenarios, and model uncertainty. For the period out to 2300 we further breakdown the model uncertainty by sea‐level component and consider the dependence on geographic location, time horizon, and emissions scenario. Our analysis highlights the importance of local variability for sea‐level change in the coming decades and the potential value of annual‐to‐decadal predictions of local sea‐level change. Projections to 2300 show a substantial degree of committed sea‐level rise under all emissions scenarios considered and highlight the reduced future risk associated with RCP2.6 and RCP4.5 compared to RCP8.5. Tide gauge locations can show large ( > 50%) departures from the global average, in some cases even reversing the sign of the change. While uncertainty in projections of the future Antarctic ice dynamic response tends to dominate post‐2100, we see substantial differences in the breakdown of model variance as a function of location, time scale, and emissions scenario. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1353 KW - climate change KW - CMIP5 models KW - RCP scenarios KW - sea-level projections KW - tide gauge observations Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-549881 SN - 1866-8372 IS - 9 ER - TY - GEN A1 - Kämpf, Lucas A1 - Plessen, Birgit A1 - Lauterbach, Stefan A1 - Nantke, Carla A1 - Meyer, Hanno A1 - Chapligin, Bernhard A1 - Brauer, Achim T1 - Stable oxygen and carbon isotopes of carbonates in lake sediments as a paleoflood proxy T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Lake sediments are increasingly explored as reliable paleoflood archives. In addition to established flood proxies including detrital layer thickness, chemical composition, and grain size, we explore stable oxygen and carbon isotope data as paleoflood proxies for lakes in catchments with carbonate bedrock geology. In a case study from Lake Mondsee (Austria), we integrate high-resolution sediment trapping at a proximal and a distal location and stable isotope analyses of varved lake sediments to investigate flood-triggered detrital sediment flux. First, we demonstrate a relation between runoff, detrital sediment flux, and isotope values in the sediment trap record covering the period 2011-2013 CE including 22 events with daily (hourly) peak runoff ranging from 10 (24) m(3) s(-1) to 79 (110) m(3) s(-1). The three- to ten-fold lower flood-triggered detrital sediment deposition in the distal trap is well reflected by attenuated peaks in the stable isotope values of trapped sediments. Next, we show that all nine flood-triggered detrital layers deposited in a sediment record from 1988 to 2013 have elevated isotope values compared with endogenic calcite. In addition, even two runoff events that did not cause the deposition of visible detrital layers are distinguished by higher isotope values. Empirical thresholds in the isotope data allow estimation of magnitudes of the majority of floods, although in some cases flood magnitudes are overestimated because local effects can result in too-high isotope values. Hence we present a proof of concept for stable isotopes as reliable tool for reconstructing flood frequency and, although with some limitations, even for flood magnitudes. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1357 KW - detrital carbonate KW - varved sediments KW - record KW - Baldeggersee KW - delta-c-13 KW - alps Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-550004 SN - 1866-8372 IS - 1 ER - TY - GEN A1 - Scholz, Carolin A1 - Voigt, Christian C. T1 - Diet analysis of bats killed at wind turbines suggests large-scale losses of trophic interactions T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Agricultural practice has led to landscape simplification and biodiversity decline, yet recently, energy-producing infrastructures, such as wind turbines, have been added to these simplified agroecosystems, turning them into multi-functional energy-agroecosystems. Here, we studied the trophic interactions of bats killed at wind turbines using a DNA metabarcoding approach to shed light on how turbine-related bat fatalities may possibly affect local habitats. Specifically, we identified insect DNA in the stomachs of common noctule bats (Nyctalus noctula) killed by wind turbines in Germany to infer in which habitats these bats hunted. Common noctule bats consumed a wide variety of insects from different habitats, ranging from aquatic to terrestrial ecosystems (e.g., wetlands, farmland, forests, and grasslands). Agricultural and silvicultural pest insects made up about 20% of insect species consumed by the studied bats. Our study suggests that the potential damage of wind energy production goes beyond the loss of bats and the decline of bat populations. Bat fatalities at wind turbines may lead to the loss of trophic interactions and ecosystem services provided by bats, which may add to the functional simplification and impaired crop production, respectively, in multi-functional ecosystems. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1358 KW - bat fatalities KW - biodiversity decline KW - food web KW - green-green dilemma KW - renewable energy KW - wind energy production KW - wind energy-biodiversity KW - conflict Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-591568 SN - 1866-8372 IS - 7 ER - TY - GEN A1 - Müller, Daniela A1 - Tjallingii, Rik A1 - Plociennik, Mateusz A1 - Luoto, Tomi P. A1 - Kotrys, Bartosz A1 - Plessen, Birgit A1 - Ramisch, Arne A1 - Schwab, Markus Julius A1 - Blaszkiewicz, Miroslaw A1 - Slowinski, Michal A1 - Brauer, Achim T1 - New insights into lake responses to rapid climate change BT - The Younger Dryas in Lake Goscia(z) over dot, central Poland T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - The sediment profile from Lake Goscia(z) over dot in central Poland comprises a continuous, seasonally resolved and exceptionally well-preserved archive of the Younger Dryas (YD) climate variation. This provides a unique opportunity for detailed investigation of lake system responses during periods of rapid climate cooling (YD onset) and warming (YD termination). The new varve record of Lake Goscia(z) over dot presented here spans 1662 years from the late Allerod (AL) to the early Preboreal (PB). Microscopic varve counting provides an independent chronology with a YD duration of 1149+14/-22 years, which confirms previous results of 1140 +/- 40 years. We link stable oxygen isotopes and chironomid-based air temperature reconstructions with the response of various geochemical and varve microfacies proxies especially focusing on the onset and termination of the YD. Cooling at the YD onset lasted similar to 180 years, which is about a century longer than the terminal warming that was completed in similar to 70 years. During the AL/YD transition, environmental proxy data lagged the onset of cooling by similar to 90 years and revealed an increase of lake productivity and internal lake re-suspension as well as slightly higher detrital sediment input. In contrast, rapid warming and environmental changes during the YD/PB transition occurred simultaneously. However, initial changes such as declining diatom deposition and detrital input occurred already a few centuries before the rapid warming at the YD/PB transition. These environmental changes likely reflect a gradual increase in summer air temperatures already during the YD. Our data indicate complex and differing environmental responses to the major climate changes related to the YD, which involve different proxy sensitivities and threshold processes. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1359 KW - central Poland KW - Younger Dryas KW - sedimentation pattern KW - lake sediments Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-563386 SN - 0300-9483 SN - 1502-3885 SN - 1866-8372 IS - 2 ER - TY - GEN A1 - Dietze, Michael A1 - Krautblatter, Michael A1 - Illien, Luc A1 - Hovius, Niels T1 - Seismic constraints on rock damaging related to a failing mountain peak BT - The Hochvogel, Allgäu T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Large rock slope failures play a pivotal role in long-term landscape evolution and are a major concern in land use planning and hazard aspects. While the failure phase and the time immediately prior to failure are increasingly well studied, the nature of the preparation phase remains enigmatic. This knowledge gap is due, to a large degree, to difficulties associated with instrumenting high mountain terrain and the local nature of classic monitoring methods, which does not allow integral observation of large rock volumes. Here, we analyse data from a small network of up to seven seismic sensors installed during July-October 2018 (with 43 days of data loss) at the summit of the Hochvogel, a 2592 m high Alpine peak. We develop proxy time series indicative of cyclic and progressive changes of the summit. Modal analysis, horizontal-to-vertical spectral ratio data and end-member modelling analysis reveal diurnal cycles of increasing and decreasing coupling stiffness of a 260,000 m(3) large, instable rock volume, due to thermal forcing. Relative seismic wave velocity changes also indicate diurnal accumulation and release of stress within the rock mass. At longer time scales, there is a systematic superimposed pattern of stress increased over multiple days and episodic stress release within a few days, expressed in an increased emission of short seismic pulses indicative of rock cracking. Our data provide essential first order information on the development of large-scale slope instabilities towards catastrophic failure. (c) 2020 The Authors. Earth Surface Processes and Landforms published by John Wiley & Sons Ltd T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1360 KW - environmental seismology KW - fatigue KW - fundamental frequency KW - HVSR KW - mass KW - wasting KW - mountain geomorphology KW - natural hazard KW - noise cross KW - correlation KW - seismic monitoring KW - slope failure Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-568787 SN - 1866-8372 IS - 2 ER - TY - GEN A1 - Terbishalieva, Baiansuluu A1 - Timmerman, Martin Jan A1 - Mikolaichuk, Alexander A1 - Altenberger, Uwe A1 - Slama, Jiri A1 - Schleicher, Anja Maria A1 - Sudo, Masafumi A1 - Sobel, Edward A1 - Cichy, Sarah Bettina T1 - Calc-alkaline volcanic rocks and zircon ages of the late Tonian BT - Early Cryogenian arc-related Big Naryn Complex in the Eastern Djetim-Too Range, Middle Tianshan block, Kyrgyzstan T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - The Big Naryn Complex (BNC) in the East Djetim-Too Range of the Kyrgyz Middle Tianshan block is a tectonized, at least 2 km thick sequence of predominantly felsic to intermediate volcanic rocks intruded by porphyric rhyolite sills. It overlies a basement of metamorphic rocks and is overlain by late Neoproterozoic Djetim-Too Formation sediments; these also occur as tectonic intercalations in the BNC. The up to ca. 1100 m thick Lower Member is composed of predominantly rhyolites-to-dacites and minor basalts, while the at least 900 m thick pyroclastic Upper Member is dominated by rhyolitic-to-dacitic ignimbrites. Porphyric rhyolite sills are concentrated at the top of the Lower Member. A Lower Member rhyolite and a sill sample have LA-ICP-MS U-Pb zircon crystallization ages of 726.1 +/- 2.2 Ma and 720.3 +/- 6.5 Ma, respectively, showing that most of the magmatism occurred within a short time span in the late Tonian-early Cryogenian. Inherited zircons in the sill sample have Neoarchean (2.63, 2.64 Ga), Paleo- (2.33-1.81 Ga), Meso- (1.55 Ga), and Neoproterozoic (ca. 815 Ma) ages, and were derived from a heterogeneous Kuilyu Complex basement. A 1751 +/- 7 Ma Ar-40/Ar-39 age for amphibole from metagabbro is the age of cooling subsequent to Paleoproterozoic metamorphism of the Kuilyu Complex. The large amount of pyroclastic rocks, and their major and trace element compositions, the presence of Neoarchean to Neoproterozoic inherited zircons and a depositional basement of metamorphic rocks point to formation of the BNC in a continental magmatic arc setting. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1361 KW - Tianshan orogenic belt KW - Big Naryn complex KW - Tonian–Cryogenian KW - magmatic arc KW - calc-alkaline KW - Kuilyu complex Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-569585 SN - 1437-3254 SN - 1437-3262 SN - 1866-8372 IS - 1 ER - TY - GEN A1 - Ghani, Humaad A1 - Sobel, Edward A1 - Zeilinger, Gerold A1 - Glodny, Johannes A1 - Zapata, Sebastian A1 - Irum, Irum T1 - Palaeozoic and Pliocene tectonic evolution of the Salt Range constrained by low-temperature thermochronology T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - The Salt Range in Pakistan exposes Precambrian to Pleistocene strata outcropping along the Salt Range Thrust (SRT). To better understand the in-situ Cambrian and Pliocene tectonic evolution of the Pakistan Subhimalaya, we have conducted low-temperature thermochronological analysis using apatite (U-Th-Sm)/He and fission track dating. We combine cooling ages from different samples located along the thrust front of the SRT into a thermal model that shows two major cooling events associated with rifting and regional erosion in the Late Palaeozoic and SRT activity since the Pliocene. Our results suggest that the SRT maintained a long-term average shortening rate of similar to 5-6 mm/yr and a high exhumation rate above the SRT ramp since similar to 4 Ma. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1368 KW - exhumation KW - fault bend fold KW - ramp KW - Salt Range Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-562567 SN - 1866-8372 IS - 3 ER - TY - GEN A1 - Pilz, Marco A1 - Cotton, Fabrice A1 - Razafindrakoto, Hoby Njara Tendrisoa A1 - Weatherill, Graeme A1 - Spies, Thomas T1 - Regional broad-band ground-shaking modelling over extended and thick sedimentary basins BT - An example from the Lower Rhine Embayment (Germany) T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - The simulation of broad-band (0.1 to 10 + Hz) ground-shaking over deep and spatially extended sedimentary basins at regional scales is challenging. We evaluate the ground-shaking of a potential M 6.5 earthquake in the southern Lower Rhine Embayment, one of the most important areas of earthquake recurrence north of the Alps, close to the city of Cologne in Germany. In a first step, information from geological investigations, seismic experiments and boreholes is combined for deriving a harmonized 3D velocity and attenuation model of the sedimentary layers. Three alternative approaches are then applied and compared to evaluate the impact of the sedimentary cover on ground-motion amplification. The first approach builds on existing response spectra ground-motion models whose amplification factors empirically take into account the influence of the sedimentary layers through a standard parameterization. In the second approach, site-specific 1D amplification functions are computed from the 3D basin model. Using a random vibration theory approach, we adjust the empirical response spectra predicted for soft rock conditions by local site amplification factors: amplifications and associated ground-motions are predicted both in the Fourier and in the response spectra domain. In the third approach, hybrid physics-based ground-motion simulations are used to predict time histories for soft rock conditions which are subsequently modified using the 1D site-specific amplification functions computed in method 2. For large distances and at short periods, the differences between the three approaches become less notable due to the significant attenuation of the sedimentary layers. At intermediate and long periods, generic empirical ground-motion models provide lower levels of amplification from sedimentary soils compared to methods taking into account site-specific 1D amplification functions. In the near-source region, hybrid physics-based ground-motions models illustrate the potentially large variability of ground-motion due to finite source effects. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1371 KW - ground-motion modelling KW - site effects KW - scenario KW - random vibration KW - theory KW - hybrid modelling Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-571655 SN - 1866-8372 IS - 2 ER - TY - GEN A1 - Klose, Tim A1 - Chaparro, M. Carme A1 - Schilling, Frank A1 - Butscher, Christoph A1 - Klumbach, Steffen A1 - Blum, Philipp T1 - Fluid flow simulations of a large-scale borehole leakage experiment T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Borehole leakage is a common and complex issue. Understanding the fluid flow characteristics of a cemented area inside a borehole is crucial to monitor and quantify the wellbore integrity as well as to find solutions to minimise existing leakages. In order to improve our understanding of the flow behaviour of cemented boreholes, we investigated experimental data of a large-scale borehole leakage tests by means of numerical modelling using three different conceptual models. The experiment was performed with an autoclave system consisting of two vessels bridged by a cement-filled casing. After a partial bleed-off at the well-head, a sustained casing pressure was observed due to fluid flow through the cementsteel composite. The aim of our simulations is to investigate and quantify the permeability of the cement-steel composite. From our model results, we conclude that the flow occurred along a preferential flow path at the cement-steel interface. Thus, the inner part of the cement core was impermeable during the duration of the experiment. The preferential flow path can be described as a highly permeable and highly porous area with an aperture of about 5 mu m and a permeability of 3 . 10(-12) m(2) (3 Darcy). It follows that the fluid flow characteristics of a cemented area inside a borehole cannot be described using one permeability value for the entire cement-steel composite. Furthermore, it can be concluded that the quality of the cement and the filling process regarding the cement-steel interface is crucial to minimize possible well leakages. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1372 KW - borehole leakage KW - sustained casing pressure KW - permeability test KW - cement KW - modelling Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-573539 SN - 1866-8372 IS - 1 ER - TY - GEN A1 - Rodriguez Piceda, Constanza A1 - Scheck Wenderoth, Magdalena A1 - Gomez Dacal, Maria Laura A1 - Bott, Judith A1 - Prezzi, Claudia Beatriz A1 - Strecker, Manfred T1 - Lithospheric density structure of the southern Central Andes constrained by 3D data-integrative gravity modelling T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - The southern Central Andes (SCA) (between 27 degrees S and 40 degrees S) is bordered to the west by the convergent margin between the continental South American Plate and the oceanic Nazca Plate. The subduction angle along this margin is variable, as is the deformation of the upper plate. Between 33 degrees S and 35 degrees S, the subduction angle of the Nazca plate increases from sub-horizontal (< 5 degrees) in the north to relatively steep (similar to 30 degrees) in the south. The SCA contain inherited lithological and structural heterogeneities within the crust that have been reactivated and overprinted since the onset of subduction and associated Cenozoic deformation within the Andean orogen. The distribution of the deformation within the SCA has often been attributed to the variations in the subduction angle and the reactivation of these inherited heterogeneities. However, the possible influence that the thickness and composition of the continental crust have had on both short-term and long-term deformation of the SCA is yet to be thoroughly investigated. For our investigations, we have derived density distributions and thicknesses for various layers that make up the lithosphere and evaluated their relationships with tectonic events that occurred over the history of the Andean orogeny and, in particular, investigated the short- and long-term nature of the present-day deformation processes. We established a 3D model of lithosphere beneath the orogen and its foreland (29 degrees S-39 degrees S) that is consistent with currently available geological and geophysical data, including the gravity data. The modelled crustal configuration and density distribution reveal spatial relationships with different tectonic domains: the crystalline crust in the orogen (the magmatic arc and the main orogenic wedge) is thicker (similar to 55 km) and less dense (similar to 2900 kg/m(3)) than in the forearc (similar to 35 km, similar to 2975 kg/m(3)) and foreland (similar to 30 km, similar to 3000 kg/m(3)). Crustal thickening in the orogen probably occurred as a result of stacking of low-density domains, while density and thickness variations beneath the forearc and foreland most likely reflect differences in the tectonic evolution of each area following crustal accretion. No clear spatial relationship exists between the density distribution within the lithosphere and previously proposed boundaries of crustal terranes accreted during the early Paleozoic. Areas with ongoing deformation show a spatial correlation with those areas that have the highest topographic gradients and where there are abrupt changes in the average crustal-density contrast. This suggests that the short-term deformation within the interior of the Andean orogen and its foreland is fundamentally influenced by the crustal composition and the relative thickness of different crustal layers. A thicker, denser, and potentially stronger lithosphere beneath the northern part of the SCA foreland is interpreted to have favoured a strong coupling between the Nazca and South American plates, facilitating the development of a sub-horizontal slab. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1369 KW - Central andes KW - Lithospheric structure KW - Crustal density KW - Gravity KW - modelling KW - Subduction Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-562628 SN - 1866-8372 IS - 7 ER - TY - THES A1 - Jiménez Álvaro, Eliana T1 - Análisis neotectónico y lito-tefroestratigráfico de los grandes movimientos en masa asociados al fallamiento activo de la cuenca intermontana Quito-Guayllabamba, Ecuador T1 - Neotectonic and litho-tephrostratigraphic analysis of large mass movements associated with active faulting in the Quito-Guayllabamba intermontane basin, Ecuador T1 - Neotektonische und litho-tephrostratigraphische Auswertung der großen Massenbewegungen im Zusammenhang mit dem aktiven Verwerfungen im intermontanen Quito-Guayllabamba-Becken, Ecuador N2 - Within the Quito-Guayllabamba intermontane basin of Ecuador, five unusually large colluvial deposits of ancient landslides have been identified and analyzed in this study. The voluminous rotational MM-5 Guayllabamba landslide is the largest one, with a volume of 1183 million m3. The mega debris-avalanches MM-1 Conocoto, MM-3 Oyacoto, and MM-4 San Francisco were originally triggered by an initial rupture that was associated with a rotational landslide, the corresponding deposits have volumes between 399 to 317 million m3. Finally, the deposit with the smallest volume, the MM-2 Batán rotational landslide and debris fall, has a volume of 8,7 million m3. In this thesis, a detailed study of these large mass movements was carried out using neotectonic and litho-tephrostratigraphic methods to understand the geological and geomorphological boundary conditions that might have been relevant for triggering such mass movements. The neotectonic part of the study was based on the qualitative and quantitative geomorphic analysis of these large mass-movement deposits through the structural characterization of anticlines located east of the Quito sub-basin and their collapsed flanks that constitute the break-off areas. This part of the analysis was furthermore supported by the application of different morphometric indices to reveal tectonically forced landscape evolution processes that may have aided mass-movement generation. The litho-tephrostratigraphic part of the study was based on the analysis of petrographic, geochemical, and geochronological characteristics of soil horizons and intercalated volcanic ashes with the aim to constrain the timing of individual mass-movement events and their potential correlation. The results were integrated into chronostratigraphic schemes using break-off surfaces, cross-cutting and superposition relationships of landslide deposits and subsequently deposited strata to understand the mass movements in the tectonic and temporal context of the intermontane basin setting, as well as to identify the triggering mechanisms for each event. The MM-5 Guayllabamba mass movement is the result of the collapse of the southwestern slope of the Mojanda volcano and was triggered by the interaction of geologic and morphologic conditions approximately 0,81 Ma. The first debris-avalanche episode of the MM-3 Oyacoto and MM-4 San Francisco mass movements could be related to both geological and morphological conditions, given the highly fractured rocks and uplift of the Bellavista-Catequilla anticline that was subsequently incised at the foot of the slope by fluvial erosion. This first episode of collapse most likely occurred around 0,8 Ma. The MM-2 Batán mass movement was possibly also facilitated by a combination of geological and morphological conditions, most likely associated with a reduction in the lithostatic stresses affecting the Chiche and Machángara formations and an increase of shear stresses during lateral fluvial scouring processes at the flanks of the source areas. This points to a linked process between river erosion and uplift processes associated with the evolution of the El Batán-La Bota anticline that could have occurred between 0,5 and 0,25 Ma. The voluminous MM-1 Conocoto debris avalanche, as well as the second debris avalanche episode that generated the MM-3 Oyacoto and MM-4 San Francisco mass movements, were caused by the gravitational collapse of the Mojanda and Cangahua formations that are characterized by the intercalation of volcanic ashes. The failure of the eastern flank of the anticlines probably was associated with increased available humidity related to regional Holocene climatic variations. The results of paleosol chronology combined with regional chronostratigraphic and paleoclimate data suggests that these debris avalanches were triggered between 5 and 4 ka. Active tectonics has shaped the morphological features of the Quito-Guayllabamba intermontane basin. The triggering of mass movements in this environment is associated with failure of Pleistocene lithologies (lake sediments, alluvial and volcanic deposits) subjected to ongoing deformation processes, seismic activity, and superposed episodes of climate variability. The Metropolitan District of Quito is an integral part of this complex environment and the geological, climatic, and topographic conditions that continue to influence the urban geographic space within this intermontane basin. The city of Quito comprises the area with the largest urban consolidation including the sub-basins of Quito and San Antonio, with a population of 2,872 million inhabitants, reflecting the importance of studying the inherent geological and climatic hazards that this region is confronted with. N2 - Innerhalb des intermontanen Beckens von Quito-Guayllabamba in Ecuador wurden fünf ungewöhnlich große alte Erdrutschablagerungen identifiziert und in dieser Studie analysiert. Die voluminöse, mit einer Rotationsbewegung verbundene Ablagerung MM-5 von Guayllabamba ist mit einem Volumen von 1183 Mio. m3 die größte dieser Massenbewegungsablagerungen. Die Megaschuttlawinen MM-1 von Conocoto, MM-3 Oyacoto und MM-4 von San Francisco wurden ursprünglich durch eine Ruptur an den oberen Hängen ausgelöst, die ebenfalls mit Rotationsbewegungen verbunden waren, die entsprechenden Ablagerungen haben ein Volumen zwischen 399 und 317 Mio. m3. Die kleinste Ablagerung, die Ablagerung MM-2 von Batán, hat ein Volumen von 8,7 Mio. m3. In dieser Arbeit wurde eine detaillierte Untersuchung dieser großen Massenbewegungen mit neotektonischen, litho-tephrostratigraphischen und geomorphologischen Methoden durchgeführt, um die geologischen und geomorphologischen Randbedingungen zu verstehen, die für die Auslösung solcher Massenbewegungen relevant gewesen sein könnten. Der neotektonische Teil der Studie basierte auf der qualitativen und quantitativen geomorphologischen Analyse dieser voluminösen Ablagerungen über eine strukturelle Charakterisierung der Antiklinalen und ihrer kollabierten Flanken östlich des Quito-Subbbeckens, die Abrisszonen bilden. Dieser Teil der Analyse wurde durch die Anwendung verschiedener morphometrischer Indizes unterstützt, um tektonisch bedingte Landschaftsentwicklungsprozesse aufzuzeigen, welche die Entstehung der Massenbewegungen begünstigt haben könnten. Der litho-tephrostratigraphische Teil der Studie basierte auf der Analyse petrographischer, geochemischer und geochronologischer Merkmale von Paläo-Bodenhorizonten und zwischengeschalteten vulkanischen Aschen mit dem Ziel, die Chronologie einzelner Massenbewegungsereignisse zunächst einzugrenzen und Ablagerungen eventuell miteinander zu korrelieren. Die Ergebnisse wurden in chronostratigraphische Schemata integriert, die Abrisskanten, Aufschlüsse und stratigraphische Überlappungsbeziehungen von Erdrutschablagerungen und später abgelagerten Schichten verwenden, um die Massenbewegungen im tektonischen und zeitlichen Kontext der intermontanen, sowie die Auslösemechanismen der einzelnen Ereignisse zu identifizieren. Die Massenbewegung MM-5 von Guayllabamba ist das Ergebnis des Kollapses des Südwesthangs des Vulkans Mojanda und wurde durch das Zusammenspiel geologischer und morphologischer Bedingungen vor etwa 0,81 Ma ausgelöst. Die erste Schuttlawinen-Episode MM-3 Oyacoto und MM-4 San Francisco könnte sowohl mit den geologischen als auch mit den morphologischen Bedingungen zusammenhängen, da das Gestein stark zerklüftet ist und die Bellavista-Catequilla-Antiklinale angehoben wurde, die anschließend am Fuß des Hanges durch fluviale Erosion eingeschnitten wurde. Höchstwahrscheinlich ereignete sich diese erste Massenbewegungsphase um 0,8 Ma. Die Massenbewegung der Ablagerung von MM-2 Batán wurde möglicherweise auch durch eine Kombination von geologischen und morphologischen Bedingungen begünstigt, die vermutlich mit einer Verringerung des lithostatischen Druckes in den Formationen Chiche und Machángara sowie einer Zunahme der Scherspannungen im Zuge der seitlichen fluvialen Kolkprozesse an den Flanken der Abrissregionen verbunden waren. Dies deutet auf einen verknüpften Prozess zwischen fluvialer Erosion und Hebungsprozessen im Zusammenhang mit der Entwicklung der El Batán-La Bota-Antiklinale hin, der zwischen 0,5 und 0,25 Ma stattgefunden haben könnte. Die voluminöse Schuttlawine MM-1 von Conocoto sowie die zweite Schuttlawine, welche die Ablagerungen von MM-3 Oyacoto und MM-4 San Francisco generierte, wurden durch den gravitativen Kollaps der Mojanda- und Cangahua-Formationen ausgelöst, der durch die zwischengeschalteten vulkanischen Aschen begünstigt wurde. Das Versagen der Bergflanken war möglicherweise auch begünstigt durch die Zunahme der verfügbaren Feuchtigkeit und des erhöhten Porendruckes im Zusammenhang mit regionalen klimatischen Schwankungen während des Holozäns. Die Ergebnisse der Chronologie der Paläoböden in Verbindung mit regionalen chronostratigraphischen und paläoklimatischen Daten legen nahe, dass diese Schuttlawinen zwischen 5 und 4 ka ausgelöst wurden. Die aktive Tektonik hat die morphologischen Merkmale des intermontanen Quito-Guayllabamba-Beckens fundamental geprägt. Die Auslösung von Massenbewegungen in diesem Gebiet steht im Zusammenhang mit Verwerfungen in den pleistozänen Ablagerungen (lakustrische Sedimente, alluviale und vulkanische Ablagerungen), die laufenden Deformationsprozessen, seismischer Aktivität sowie überlagerten Episoden klimatischer Variabilität ausgesetzt sind. Der Stadtbezirk Quito ist ein integraler Bestandteil dieser komplexen Region und der geologischen, klimatischen und topografischen Bedingungen, die den städtischen Siedlungsraum in diesem intermontanen Becken weiterhin beeinflussen werden. Die Stadt Quito umfasst das Gebiet mit der größten urbanen Konsolidierung, einschließlich der Teileinzugsgebiete von Quito und San Antonio, mit einer Bevölkerung von 2,872 Millionen Einwohnern, was die Bedeutung der Untersuchung der inhärenten geologischen und klimatischen Gefahren widerspiegelt, mit denen diese Region konfrontiert ist. N2 - Dentro de la cuenca intermontana de Quito-Guay llabamba de Ecuador, se han identificado y analizado en este estudio, cinco depósitos coluviales inusualmente grandes de antiguos deslizamientos. El gran deslizamiento rotacional MM-5 Guayllabamba es el más extenso, con un volumen de 1183 millones de m3. Las mega avalanchas de escombros MM-1 Conocoto, MM-3 Oyacoto, y MM-4 San Francisco fueron desencadenadas originalmente por una ruptura inicial que estuvo asociada a un deslizamiento rotacional, los depósitos correspondientes tienen volúmenes entre 399 a 317 millones de m3. Finalmente, el depósito de menor volumen, el deslizamiento rotacional y caída de detritos MM-2 Batán, tiene un volumen de 8,7 millones de m3. En esta tesis, se realizó un estudio detallado de estos grandes movimientos en masa utilizando métodos neotectónicos y lito-tefrostratigráficos para comprender las condiciones geológicas y geomorfológicas de contorno que podrían ser relevantes para desencadenar estos movimientos en masa. La parte neotectónica del estudio se basó en el análisis geomorfológico cualitativo y cuantitativo de estos grandes depósitos de movimientos en masa, a través de la caracterización estructural de anticlinales ubicados al este de la subcuenca de Quito y sus flancos colapsados que constituyen las áreas de ruptura. Esta parte del análisis fue además apoyada por la aplicación de diferentes índices morfométricos para revelar procesos de evolución del paisaje forzados tectónicamente que pueden haber contribuido a la generación de movimientos en masa. La parte lito-tefrostratigráfica del estudio se basó en el análisis de las características petrográficas, geoquímicas y geocronológicas de los horizontes del suelo y de las cenizas volcánicas intercaladas, con el objetivo de restringir la cronología de los eventos individuales de movimientos en masa y su posible de correlación. Los resultados se integraron en esquemas cronoestratigráficos utilizando superficies de ruptura, relaciones transversales y de superposición de depósitos de deslizamiento y estratos posteriores para comprender los movimientos en masa en el contexto tectónico y temporal del entorno de la cuenca intermontana, así como para identificar los mecanismos desencadenantes de cada evento. El movimiento en masa MM-5 Guayllabamba es el resultado del colapso de la ladera suroeste del volcán Mojanda y fue desencadenado por la interacción de condiciones geológicas y morfológicas hace aproximadamente 0,81 Ma. El primer episodio de avalancha de escombros de los movimientos en masa MM-3 Oyacoto y MM-4 San Francisco podría estar relacionado con condiciones tanto geológicas como morfológicas, dadas las rocas altamente fracturadas y el levantamiento del anticlinal Bellavista-Catequilla que posteriormente fue inciso al pie de la ladera por la erosión fluvial. Este primer episodio de colapso probablemente ocurrió alrededor de los 0,8 Ma. El movimiento en masa MM-2 Batán posiblemente también fue desencadenado por una combinación de condiciones geológicas y morfológicas, asociadas a una reducción de los esfuerzos litostáticos que afectaron a las formaciones Chiche y Machángara y a un aumento de los esfuerzos de cizalla durante procesos de socavación fluvial lateral en los flancos de las áreas de origen. Esto apunta a un proceso vinculado entre la erosión fluvial y los procesos de levantamiento asociados a la evolución del anticlinal El Batán-La Bota que podría haber ocurrido entre 0,5 y 0,25 Ma. La voluminosa avalancha de escombros MM-1 Conocoto, así como el segundo episodio de avalancha de escombros que generó los movimientos en masa MM-3 Oyacoto y MM-4 San Francisco, fueron provocados por el colapso gravitacional de las formaciones Mojanda y Cangahua que se caracterizan por la intercalación de cenizas volcánicas. La falla del flanco oriental de los anticlinales probablemente estuvo asociada al incremento de la humedad disponible relacionada con las variaciones climáticas regionales del Holoceno. Los resultados de la cronología de los paleosuelos combinados con los datos cronoestratigráficos y paleoclimáticos regionales sugieren que estas avalanchas de escombros se desencadenaron entre 5 y 4 ka. La tectónica activa ha modelado los rasgos morfológicos de la cuenca intermontana Quito-Guayllabamba. El desencadenamiento de movimientos en masa en este ambiente está asociado a rupturas en litologías del Pleistoceno (sedimentos lacustres, depósitos aluviales y volcánicos) sometidas a procesos de deformación, actividad sísmica y episodios superpuestos de variabilidad climática. El Distrito Metropolitano de Quito es parte integral de este complejo entorno y de las condiciones geológicas, climáticas y topográficas que continúan influyendo en el espacio geográfico urbano dentro de esta cuenca intermontana. La ciudad de Quito comprende el área de mayor consolidación urbana incluyendo las subcuencas de Quito y San Antonio, con una población de 2,872 millones de habitantes, lo que refleja la importancia del estudio de las amenazas geológicas y climáticas inherentes a esta región. KW - große Massenbewegungen KW - intermontane Becken KW - aktive Verwerfungen KW - Auslösemechanismus KW - Klima KW - large mass movements KW - intermontane basin KW - active faulting KW - trigger mechanism KW - climate KW - grandes movimientos en masa KW - cuenca intermontana KW - fallamiento activo KW - mecanismos de disparo KW - clima Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-622209 ER - TY - GEN A1 - Jones, Benjamin M. A1 - Arp, Christopher D. A1 - Grosse, Guido A1 - Nitze, Ingmar A1 - Lara, Mark J. A1 - Whitman, Matthew S. A1 - Farquharson, Louise M. A1 - Kanevskiy, Mikhail A1 - Parsekian, Andrew D. A1 - Breen, Amy L. A1 - Ohara, Nori A1 - Rangel, Rodrigo Correa A1 - Hinkel, Kenneth M. T1 - Identifying historical and future potential lake drainage events on the western Arctic coastal plain of Alaska T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Arctic lakes located in permafrost regions are susceptible to catastrophic drainage. In this study, we reconstructed historical lake drainage events on the western Arctic Coastal Plain of Alaska between 1955 and 2017 using USGS topographic maps, historical aerial photography (1955), and Landsat Imagery (ca. 1975, ca. 2000, and annually since 2000). We identified 98 lakes larger than 10 ha that partially (>25% of area) or completely drained during the 62-year period. Decadal-scale lake drainage rates progressively declined from 2.0 lakes/yr (1955-1975), to 1.6 lakes/yr (1975-2000), and to 1.2 lakes/yr (2000-2017) in the ~30,000-km(2) study area. Detailed Landsat trend analysis between 2000 and 2017 identified two years, 2004 and 2006, with a cluster (five or more) of lake drainages probably associated with bank overtopping or headward erosion. To identify future potential lake drainages, we combined the historical lake drainage observations with a geospatial dataset describing lake elevation, hydrologic connectivity, and adjacent lake margin topographic gradients developed with a 5-m-resolution digital surface model. We identified ~1900 lakes likely to be prone to drainage in the future. Of the 20 lakes that drained in the most recent study period, 85% were identified in this future lake drainage potential dataset. Our assessment of historical lake drainage magnitude, mechanisms and pathways, and identification of potential future lake drainages provides insights into how arctic lowland landscapes may change and evolve in the coming decades to centuries. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1376 KW - Arctic lakes KW - drained lake basins KW - lake drainage KW - permafrost regions KW - thermokarst lakes Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-610435 SN - 1866-8372 IS - 1 ER - TY - GEN A1 - Eichhorn, Sebastian A1 - Rusche, Karsten A1 - Weith, Thomas T1 - Integrative governance processes towards sustainable spatial development BT - solving conflicts between urban infill development and climate change adaptation T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Due to the high concentration of people and infrastructures in European cities, the possible impacts of climate change are particularly high (cities' social, economic and technical vulnerabilities). Adaptation measures to reduce the sensitivity of a city to climate risks are therefore of particular importance. Nevertheless, it is also common to develop compact and dense urban areas to reduce urban sprawl. Urban infill development and sustainable spatial climate policies are thus in apparent conflict with each other. This article examines how German cities deal with the tensions between these two policy fields. Using six case studies, a new heuristic analysis method is applied. This study identifies three key governance aspects that are essential for promoting the joint implementation: instruments, organisation and interaction. Based on our case studies, we conclude that successful implementation can only be achieved through integrative governance including all three domains. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1387 KW - urban infill development KW - climate change adaptation KW - governance KW - social KW - innovation KW - heuristic analysis Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-594964 SN - 1866-8372 IS - 12 ER - TY - THES A1 - Antonoglou, Nikolaos T1 - GNSS-based remote sensing: Innovative observation of key hydrological parameters in the Central Andes T1 - GNSS-basierte Fernerkundung: Innovative Beobachtung der wichtigsten hydrologischen Parameter in den zentralen Anden N2 - The Central Andean region is characterized by diverse climate zones with sharp transitions between them. In this work, the area of interest is the South-Central Andes in northwestern Argentina that borders with Bolivia and Chile. The focus is the observation of soil moisture and water vapour with Global Navigation Satellite System (GNSS) remote-sensing methodologies. Because of the rapid temporal and spatial variations of water vapour and moisture circulations, monitoring this part of the hydrological cycle is crucial for understanding the mechanisms that control the local climate. Moreover, GNSS-based techniques have previously shown high potential and are appropriate for further investigation. This study includes both logistic-organization effort and data analysis. As for the prior, three GNSS ground stations were installed in remote locations in northwestern Argentina to acquire observations, where there was no availability of third-party data. The methodological development for the observation of the climate variables of soil moisture and water vapour is independent and relies on different approaches. The soil-moisture estimation with GNSS reflectometry is an approximation that has demonstrated promising results, but it has yet to be operationally employed. Thus, a more advanced algorithm that exploits more observations from multiple satellite constellations was developed using data from two pilot stations in Germany. Additionally, this algorithm was slightly modified and used in a sea-level measurement campaign. Although the objective of this application is not related to monitoring hydrological parameters, its methodology is based on the same principles and helps to evaluate the core algorithm. On the other hand, water-vapour monitoring with GNSS observations is a well-established technique that is utilized operationally. Hence, the scope of this study is conducting a meteorological analysis by examining the along-the-zenith air-moisture levels and introducing indices related to the azimuthal gradient. The results of the experiments indicate higher-quality soil moisture observations with the new algorithm. Furthermore, the analysis using the stations in northwestern Argentina illustrates the limits of this technology because of varying soil conditions and shows future research directions. The water-vapour analysis points out the strong influence of the topography on atmospheric moisture circulation and rainfall generation. Moreover, the GNSS time series allows for the identification of seasonal signatures, and the azimuthal-gradient indices permit the detection of main circulation pathways. N2 - Die Zentralanden sind eine Region, in der verschiedene Klimazonen nur durch kurze Übergänge gekennzeichnet sind. Der geographische Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in den südlichen Zentralanden im Grenzgebiet zwischen Argentinien, Bolivien und Chile, und der wissenschaftliche Schwerpunkt ist in der Überwachung der Bodenfeuchtigkeit und des Wasserdampfs mit Fernerkundungsmethoden des Globales Navigationssatellitensystem (Global Navigation Satellite System - GNSS) angesiedelt. Wegen der raschen zeitlichen und räumlichen Schwankungen des Wasserdampfs und den damit häufig verbundenen Niederschlägen und der Feuchtigkeitszirkulation ist die Beobachtung dieses Teils des hydrologischen Zyklus von entscheidender Bedeutung für das Verständnis des lokalen Klimas. Darüber hinaus haben GNSS-gestützte Techniken in anderen Studien bereits ein hohes Potenzial gezeigt, erfordern aber in einigen Bereichen weitere Untersuchungen. Diese Studie umfasst sowohl logistischen Aufwand als auch Datenanalyse. Dazu wurden drei GNSS-Bodenstationen in abgelegenen Orten im Nordwesten Argentiniens installiert, um Beobachtungen zu sammeln, da dort keine externen Daten verfügbar waren. Die methodische Entwicklung für die Beobachtung der Klimavariablen Bodenfeuchtigkeit und Wasserdampfs ist unabhängig voneinander. Die Messung der Bodenfeuchte mit Hilfe der GNSS-Reflektometrie ist eine Annäherung, die vielversprechende Ergebnisse erbracht hat, aber bisher noch nicht operationell eingesetzt wurde. Daher wurde ein fortschrittlicherer Algorithmus entwickelt, der Beobachtungen von mehreren Satellitenkonstellationen nutzt und unter anderem Daten von zwei Pilotstationen in Deutschland verwendet. Außerdem wurde dieser Algorithmus leicht modifiziert und in einer Meeresspiegelmesskampagne eingesetzt. Obwohl diese Andwendung nicht direkt mit der Überwachung hydrologischer Parameter zusammenhängt, basiert die Methodik auf denselben Prinzipien und hilft bei der Bewertung des entwickelten Algorithmus. Auf der anderen Seite ist die Überwachung des Wasserdampfs mit GNSS-Beobachtungen eine anerkannte Technik, die in der Praxis bereits seit mehreren Jahren eingesetzt wird. Diese Studie befasst sich daher mit der Durchführung einer meteorologischen Analyse der Luftfeuchtigkeitswerte entlang des Zenits und der Entwicklung von klimatischen Indizes, die sich auf den azimutalen Gradienten beziehen. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass die Qualität der Bodenfeuchtebeobachtungen mit dem neuen Algorithmus vielversprechend und besser sind. Darüber hinaus zeigt die Analyse anhand der Stationen im nordwesten Argentiniens die Grenzen dieser Technologie aufgrund der sehr unterschiedlichen Bodenbedingungen auf und gibt mögliche zukünftige Forschungsrichtung an. Die Wasserdampfanalyse verdeutlicht den Einfluss der Topographie auf die Luftfeuchtigkeit und der Regenmenge. Außerdem ermöglichen die GNSS-Zeitreihen die Identifizierung der jahreszeitlichen Signaturen, und Messungen der azimutal Gradienten erlauben die Erkennung der wichtigsten Zirkulationswege. KW - remote sensing KW - GNSS KW - GPS KW - water vapour KW - soil moisture KW - Central Andes KW - zentrale Anden KW - globales Navigationssatellitensystem KW - globales Positionsbestimmungssystem KW - Fernerkundung KW - Bodenfeuchtigkeit KW - Wasserdampf Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-628256 ER - TY - GEN A1 - Foster, William J. A1 - Garvie, Christopher L. A1 - Weiss, Anna M. A1 - Muscente, A. Drew A1 - Aberhan, Martin A1 - Counts, John W. A1 - Martindale, Rowan C. T1 - Resilience of marine invertebrate communities during the early Cenozoic hyperthermals T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - The hyperthermal events of the Cenozoic, including the Paleocene-Eocene Thermal Maximum, provide an opportunity to investigate the potential effects of climate warming on marine ecosystems. Here, we examine the shallow benthic marine communities preserved in the late Cretaceous to Eocene strata on the Gulf Coastal Plain (United States). In stark contrast to the ecological shifts following the end-Cretaceous mass extinction, our data show that the early Cenozoic hyperthermals did not have a long-term impact on the generic diversity nor composition of the Gulf Coastal Plain molluscan communities. We propose that these communities were resilient to climate change because molluscs are better adapted to high temperatures than other taxa, as demonstrated by their physiology and evolutionary history. In terms of resilience, these communities differ from other shallow-water carbonate ecosystems, such as reef communities, which record significant changes during the early Cenozoic hyperthermals. These data highlight the strikingly different responses of community types, i.e., the almost imperceptible response of molluscs versus the marked turnover of foraminifera and reef faunas. The impact on molluscan communities may have been low because detrimental conditions did not devastate the entire Gulf Coastal Plain, allowing molluscs to rapidly recolonise vacated areas once harsh environmental conditions ameliorated. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1410 KW - eocene thermal maximum KW - gulf coastal plain KW - climate-change KW - ocean acidification KW - extinction event KW - carbon-cycle KW - heat-stress KW - origination KW - ecosystems KW - diversity Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-516011 SN - 1866-8372 IS - 1 ER -