TY  - THES
A1  - Melnick, Daniel
T1  - Neogene seismotectonics of the south-central Chile margin : subduction-related processes over various temporal and spatial scales
T1  - Neogene Seismotektonik des süd-zentralen chilenischen aktiven Plattenrandes : Subduktionsprozesse in unterschiedlichen Zeit- und Raumskalen
N2  - The Andean orogen is the most outstanding example of mountain building caused by the subduction of oceanic below continental lithosphere. The Andes formed by the subduction of the Nazca and Antarctic oceanic plates under the South American continent over at least ~200 million years. Tectonic and climatic conditions vary markedly along this north-south–oriented plate boundary, which thus represents an ideal natural laboratory to study tectonic and climatic segmentation processes and their possible feedbacks. Most of the seismic energy on Earth is released by earthquakes in subduction zones, like the giant 1960, Mw 9.5 event in south-central Chile. However, the segmentation mechanisms of surface deformation during and between these giant events have remained poorly understood. The Andean margin is a key area to study seismotectonic processes because of its along-strike variability under similar plate kinematic boundary conditions. Active deformation has been widely studied in the central part of the Andes, but the south-central sector of the orogen has gathered less research efforts. This study focuses on tectonics at the Neogene and late Quaternary time scales in the Main Cordillera and coastal forearc of the south-central Andes. For both domains I document the existence of previously unrecognized active faults and present estimates of deformation rates and fault kinematics. Furthermore these data are correlated to address fundamental mountain building processes like strain partitioning and large-scale segmentation. In the Main Cordillera domain and at the Neogene timescale, I integrate structural and stratigraphic field observations with published isotopic ages to propose four main phases of coupled styles of tectonics and distribution of volcanism and magmatism. These phases can be related to the geometry and kinematics of plate convergence. At the late Pleistocene timescale, I integrate field observations with lake seismic and bathymetric profiles from the Lago Laja region, located near the Andean drainage divide. These data reveal Holocene extensional faults, which define the Lago Laja fault system. This fault system has no significant strike-slip component, contrasting with the Liquiñe-Ofqui dextral intra-arc system to the south, where Holocene strike-slip markers are ubiquitous. This contrast in structural style along the arc is coincident with a marked change in along-strike fault geometries in the forearc, across the Arauco Peninsula. Thereon I propose that a net gradient in the degree of partitioning of oblique subduction occurs across the Arauco transition zone. To the north, the margin parallel component of oblique convergence is distributed in a wide zone of diffuse deformation, while to the south it is partitioned along an intra-arc, margin-parallel strike-slip fault zone. In the coastal forearc domain and at the Neogene timescale, I integrate structural and stratigraphic data from field observations, industry reflection-seismic profiles and boreholes to emphasize the influence of climate-driven filling of the trench on the mechanics and kinematics of the margin. I show that forearc basins in the 34-45°S segment record Eocene to early Pliocene extension and subsidence followed by ongoing uplift and contraction since the late Pliocene. I interpret the first stage as caused by tectonic erosion due to high plate convergence rates and reduced trench fill. The subsequent stage, in turn, is related to accretion caused by low convergence rates and the rapid increase in trench fill after the onset of Patagonian glaciations and climate-driven exhumation at ~6-5 Ma. On the late Quaternary timescale, I integrate off-shore seismic profiles with the distribution of deformed marine terraces from Isla Santa María, dated by the radiocarbon method, to show that inverted reverse faulting controls the coastal geomorphology and segmentation of surface deformation. There, a cluster of microearthquakes illuminates one of these reverse faults, which presumingly reaches the plate interface. Furthermore, I use accounts of coseismic uplift during the 1835 M>8 earthquake made by Charles Darwin, to propose that this active reverse fault has been mechanically coupled to the megathrust. This has important implications on the assessment of seismic hazards in this, and other similar regions. These results underscore the need to study plate-boundary deformation processes at various temporal and spatial scales and to integrate geomorphologic, structural, stratigraphic, and geophysical data sets in order to understand the present distribution and causes of tectonic segmentation.
N2  - Die Anden sind eine einzigartige Gebirgskette entstanden aus der Subduktion von ozeanischer unter kontinentale Lithosphäre. Seit mehr als 200 Millionen Jahren bewirkt die Subduktion der ozeanischen Nazca- und Antarktisplatte unter den Südamerikanischen Kontinent eine stete Entwicklung des aktiven Plattenrandsystems. Entlang der Plattengrenze ändern sich die tektonischen und klimatischen Bedingungen in markanter Weise und machen dieses Orogen zu einem idealen natürlichen Laboratorium für das Studium tektonischer und klimatischer Prozesse und deren rückgekoppelte Wechselwirkungen. Der grösste Teil der seismischen Energie auf der Erde wird durch Erdbeben an Subduktionszonen freigesetzt, wie das spektakulärste Beispiel des Valdivia-Bebebens von 1960 im süd-zentral chilenischen Küstenbereich – mit Mw 9,5 das stärkste je gemessene seismische Ereignis, unterstreicht. Die Verteilungsmechanismen der Oberflächendeformation während und zwischen solchen gewaltigen Vorgängen blieben jedoch weitgehend unverstanden. Wegen seiner im Streichen veränderlichen Eigenschaften bei ähnlich bleibenden plattenkinematischen Randbedingungen nimmt die Subduktionszone des Anden-Orogens eine Schlüsselstellung für das Studium seismotektonischer Segmentationsprozesse ein. Aktive Deformationsprozesse sind im zentralen Teil der Anden in grösserem Umfang untersucht worden, während der mittlere bis südliche Abschnitt des Orogens bisher weniger Bearbeitung fand. Die vorliegende Arbeit ist auf die seismotektonischen Prozesse des Neogen und Spätquartärs in der Hauptkordillere und dem Küstenbereich der südlichen Zentralanden konzentriert. In beiden Strukturzonen kann die Existenz bisher nicht bekannter aktiver Störungen belegt werden und es werden Abschätzungen der Deformationsraten sowie der Kinematik präsentiert. Diese Daten bilden desweiteren die Basis, um Aussagen zu grundlegenden gebirgsbildenden Prozessen, der Verformungsverteilung und der gross-skaligen Segmentation zu treffen. Für das Neogen im untersuchten Abschnitt der Hauptkordillere sind strukturelle und stratigraphische Geländebeobachtungen durch publizierte Isotopendaten ergänzt worden, so dass vier Hauptphasen mit jeweils spezifischem tektonischen Stil und Verteilungsmustern von Vulkanismus und Magmatismus unterschieden werden können. Auf der spätpleistozänen Zeitskala sind die Geländebeobachtungen mit seismischen und bathymetrischen Seeprofilen aus der Lago-Laja-Region kombiniert worden, die sich nahe der Wasserscheide der Anden befinden. Diese Daten belegen extensionale holozäne Störungen, die das Lago-Laja-Störungssystem bestimmen. Im Gegensatz zum dextralen Liquiñe-Ofqui-System im Süden, wo holozäne, dextrale Blattverschiebungen allgegenwärtig sind, besitzt dieses Störungssystem keine signifikante Blattverschiebungskomponente. Dieser Kontrast entlang der Kordilliere fällt mit einer markanten Änderung der Störungsmuster im Forearc zusammen. Im Norden verteilt sich die randparallele Komponente der schrägen Subduktion auf eine breite Zone diffuser Verformung, während sie im Süden entlang einer Intra-arc- und randparallelen Blattverschiebungszone partitioniert auftritt. Im Küstenbereich werden Struktur- und stratigraphische Daten aus Geländebeobachtungen mit reflektionsseismischen Profilen und Bohrlochmessdaten verbunden, um Information zum Einfluss einer klimatisch-gesteuerten Auffüllung des Grabens auf die Mechanismen und die Kinematik des Randes während des Neogen zu erhalten. Es zeigt sich, dass Forearc-Becken im Segment bei 34–45° S eozäne bis frühpliozäne Dehnung und Subsidenz aufzeigen, denen spätpliozäne und noch aktive Hebung und Verkürzung folgten. Das erste Stadium kann mit tektonischer Erosion infolge hoher Plattenkonvergenzraten und geringerer Grabenfüllung erklärt werden. Das nachfolgende Stadium hingegen ist mit Akkretionsprozessen zu erklären, die durch geringe Konvergenzraten und gesteigerte Grabenauffüllung nach dem Einsetzen der Patagonischen Vereisung und klimagesteuerter Exhumierung vor etwa 6–5 Ma verursacht wurden. Auf der spätpleistozänen Zeitebene werden seismische Profile mit der Oberflächenentwicklung aus deformierten, 14C-datierten, marinen Terrassen der Isla Santa María integriert und gezeigt dass die Küstenmorphologie und die Segmentation der Oberflächendeformation von Aufschiebungen kontrolliert werden. In diesem Gebiet zeichnet ein Cluster von Mikrobeben eine dieser Störungen, die vermutlich die Plattengrenzfläche erreicht, deutlich nach. Desweiteren zeigen Berechnungen der koseismischen Hebung während des Erdbebens von 1835 mit M>8 nach Aufzeichnungen von Charles Darwin, dass diese aktive Verwerfung mechanisch an die Subduktionszone gekoppelt war und durch das Ereignis von 1835 aktiviert wurde. Diese Erkenntnisse haben grosse Bedeutung für die Abschätzung der seismischen Gefährdung in der Region. Die gewonnenen Ergebnisse dieser Arbeit unterstreichen den Bedarf an integrierten Untersuchungen der Deformationsprozesse an aktiven Plattenrändern in verschiedenen Zeit- und Raumskalen, ebenso wie die Notwendigkeit, diese mit geomorphologischen, strukturellen und geophysikalischen Datensätzen zu verknüpfen, um einen Beitrag zum Verständnis der gegenwärtigen Verteilung und Ursachen der tektonischen Segmentation sowie der Gefährdungsabschätzung zu leisten.
KW  - Seismotektonik
KW  - Chile
KW  - neogene
KW  - seismotectonics
KW  - Chile
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12091
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rößler, Dirk
T1  - Retrieval of earthquake source parameters in inhomogeneous anisotropic mediawith application to swarm events in West Bohemia in 2000
T1  - Bestimmung von Erdbebenparametern in inhomogenen anisotropen Medien mit Anwendung auf Schwarmbeben im Vogtland im Jahr 2000
N2  - Earthquakes form by sudden brittle failure of rock mostly as shear ruptures along a rupture plane. Beside this, mechanisms other than pure shearing have been observed for some earthquakes mainly in volcanic areas. Possible explanations include complex rupture geometries and tensile earthquakes. Tensile earthquakes occur by opening or closure of cracks during rupturing. They are likely to be often connected with fluids that cause pressure changes in the pore space of rocks leading to earthquake triggering. Tensile components have been reported for swarm earthquakes in West Bohemia in 2000. The aim and subject of this work is an assessment and the accurate determination of such tensile components for earthquakes in anisotropic media. Currently used standard techniques for the retrieval of earthquake source mechanisms assume isotropic rock properties. By means of moment tensors, equivalent forces acting at the source are used to explain the radiated wavefield. Conversely, seismic anisotropy, i.e. directional dependence of elastic properties, has been observed in the earth's crust and mantle such as in West Bohemia. In comparison to isotropy, anisotropy causes modifications in wave amplitudes and shear-wave splitting. In this work, effects of seismic anisotropy on true or apparent tensile source components of earthquakes are investigated. In addition, earthquake source parameters are determined considering anisotropy. It is shown that moment tensors and radiation patterns due to shear sources in anisotropic media may be similar to those of tensile sources in isotropic media. In contrast, similarities between tensile earthquakes in anisotropic rocks and shear sources in isotropic media may exist. As a consequence, the interpretation of tensile source components is ambiguous. The effects that are due to anisotropy depend on the orientation of the earthquake source and the degree of anisotropy. The moment of an earthquake is also influenced by anisotropy. The orientation of fault planes can be reliably determined even if isotropy instead of anisotropy is assumed and if the spectra of the compressional waves are used. Greater difficulties may arise when the spectra of split shear waves are additionally included. Retrieved moment tensors show systematic artefacts. Observed tensile source components determined for events in West Bohemia in 1997 can only partly be attributed to the effects of moderate anisotropy. Furthermore, moment tensors determined earlier for earthquakes induced at the German Continental Deep Drilling Program (KTB), Bavaria, were reinterpreted under assumptions of anisotropic rock properties near the borehole. The events can be consistently identified as shear sources, although their moment tensors comprise tensile components that are considered to be apparent. These results emphasise the necessity to consider anisotropy to uniquely determine tensile source parameters. Therefore, a new inversion algorithm has been developed, tested, and successfully applied to 112 earthquakes that occurred during the most recent intense swarm episode in West Bohemia in 2000 at the German-Czech border. Their source mechanisms have been retrieved using isotropic and anisotropic velocity models. Determined local magnitudes are in the range between 1.6 and 3.2. Fault-plane solutions are similar to each other and characterised by left-lateral faulting on steeply dipping, roughly North-South oriented rupture planes. Their dip angles decrease above a depth of about 8.4km. Tensile source components indicating positive volume changes are found for more than 60% of the considered earthquakes. Their size depends on source time and location. They are significant at the beginning of the swarm and at depths below 8.4km but they decrease in importance later in the course of the swarm. Determined principle stress axes include P axes striking Northeast and Taxes striking Southeast. They resemble those found earlier in Central Europe. However, depth-dependence in plunge is observed. Plunge angles of the P axes decrease gradually from 50° towards shallow angles with increasing depth. In contrast, the plunge angles of the T axes change rapidly from about 8° above a depth of 8.4km to 21° below this depth. By this thesis, spatial and temporal variations in tensile source components and stress conditions have been reported for the first time for swarm earthquakes in West Bohemia in 2000. They also persist, when anisotropy is assumed and can be explained by intrusion of fluids into the opened cracks during tensile faulting.
N2  - Erdbeben entstehen durch plötzlichen Sprödbruch des Gesteins, meist als Scherbruch entlang einer Bruchfläche. Daneben werden für einige Beben v.a. in vulkanischen Gebieten auch Mechanismen beobachtet, die scheinbar vom Modell des Scherbruches abweichen. Ursachen dafür beinhalten komplexe Bruchgeometrien und tensile Erdbeben. Bei tensilen Erdbeben kommt es während des Bruchs zum Öffnen oder Schließen der Bruchfläche und damit zu Volumenänderungen. Erdbeben mit tensilen Anteilen stehen wahrscheinlich oft im Zusammenhang mit Fluiden, welche zur Durckänderung im Porenraum von Gesteinen und damit zum Auslösen des Bebens führen. Sie wurden auch im Vogtland während eines Erdbebenschwarms im Jahr 1997 beobachtet. Die Beurteilung und sichere Bestimmung tensiler Anteile von Erdbeben sind Ziel und Gegenstand dieser Arbeit. Bei Standardverfahren zur Bestimmung von Erdbebenmechanismen werden isotrope Gesteinseigenschaften angenommen. Momententensoren beschreiben dabei Kräfte, die das abgestrahlte Wellenfeld erklären. Allerdings wird seismische Anisotropie, d.h. Richtungsabhängigkeit elastischer Eigenschaften, in der Erdkruste und im Mantel wie z.B. im Vogtland beobachtet. Anisotropie bewirkt im Vergleich zu isotropen Medien Veränderungen der Wellenamplituden und -polariserungen sowie das Aufspalten von Scherwellen. In der vorliegenden Arbeit werden daher der Einfluss seismischer Anisotropie auf wahre oder scheinbar auftretende tensile Quellanteile untersucht und Erdbebenmechanismen unter Berücksichtigung seismischer Anisotropie bestimmt. Es wird gezeigt, dass Momententensoren und Abstrahlmuster von Scherbrüchen in anisotropen Medien denen von tensilen Brüchen in isotropen Medien ähneln können. Umgekehrt treten Ähnlichkeiten tensiler Beben in anisotropen Gesteinen mit Scherbrüchen in isotropen Medien auf. Damit existieren Mehrdeutigkeiten beobachteter tensiler Quellanteile. Die Effekte von Anisotropie hängen von der Orientierung des Bruches und vom Grad der Anisotropie ab. Außerdem beeinflusst Anisotropie das Moment eines Bebens. Herdflächenorientierungen können auch dann verlässlich bestimmt werden, wenn man Isotropie statt Anisotropie annimmt und die Spektren von Kompressionswellen verwendet. Bei Hinzunahme der Spektren von Scherwellen können Uneindeutigkeiten auftreten. Abgeleitete Momententensoren zeigen systematische Artefakte. Beobachtungen tensiler Quellanteile von Beben im Vogtland im Jahr 1997 können nicht allein durch moderate Anisotropie erklärt werden. Weiterhin wurden früher bestimmte Momententensoren induzierter Beben nahe der Kontinentalen Tiefbohrung, Bayern, unter Annahme anisotroper Parameter reinterpretiert. Die Beben werden einheitlich als Scherbrüche charakterisiert, obwohl deren Momententensoren tensile Bestandteile enthalten, die als scheinbar angesehen werden. Die Resultate unterstreichen die Notwendigkeit, seismische Anisotropie zu berücksichtigen, um tensile Komponenten von Erdbeben eindeutig zu bestimmen. Ein daher neu entwickelter Inversionsalgorithmus wurde getestet und erfolgreich auf 112 Erdbeben der letzten intensiven Schwarmepisode im Jahr 2000 im Vogtland an der deutsch-tschechischen Grenze angewandt. Die Herdparameter wurden unter Verwendung isotroper und anisotroper Geschwindigkeitsmodelle ermittelt. Die Beben zeigen Lokalmagnituden zwischen 1,6 und 3,2. Sie weisen zueinander ähnliche Herdflächenlösungen mit linkslateralem Versatz auf steil einfallenden, etwa Nord-Süd orientierten Bruchflächen auf. Die Fallwinkel nehmen oberhalb 8,4km Tiefe ab. Für über 60% der betrachteten Erdbeben werden tensile Quellanteile mit Volumenvergrößerung beobachtet. Die tensilen Komponenten zeigen Abhängigkeiten von Herdzeit und -ort. Sie sind zu Beginn des Schwarms sowie in Tiefen unterhalb 8,4km besonders signifikant und nehmen später an Bedeutung ab. Abgeleitete Hauptspannungsachsen enthalten P Achsen mit nordwestlicher und T Achsen mit südwestlicher Streichrichtung. Sie ähneln denen in Mitteleuropa. Es werden tiefenabhängige Fallwinkel beobachtet. Die Änderungen erfolgen für die P Achsen graduell von 50° hin zu flacheren Fallwinkeln bei tieferen Beben. Sie erfolgen jedoch abrupt für die T Achsen von etwa 8° oberhalb einer Tiefe von etwa 8,4km zu 21° einfallend unterhalb dessen. Mit dieser Arbeit werden erstmals zeitliche und räumliche Veränderungen tensiler Quellanteile und Spannungszustände im Vogtland für Erdbeben im Jahr 2000 beobachtet. Diese haben auch dann Bestand, wenn seismische Anisotropie berücksichtigt wird. Sie können durch Fluide erklärt werden, die in die Bruchflächen eindringen.
KW  - Seismologie
KW  - Momententensor
KW  - Anisotropie
KW  - Erdbeben
KW  - Wellenausbreitung
KW  - Vogtland
KW  - Schwarmbeben
KW  - tensile Anteile
KW  - Hauptspannungsachse
KW  - earthquake swarm
KW  - anisotropy
KW  - tensile earthquakes
KW  - moment tensor
KW  - West Bohemia
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7758
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sorrel, Philippe
T1  - The Aral Sea : a palaeoclimate archive
T1  - Der Aralsee : ein Paläoklimaarchiv
N2  - The intracontinental endorheic Aral Sea, remote from oceanic influences, represents an excellent sedimentary archive in Central Asia that can be used for high-resolution palaeoclimate studies. We performed palynological, microfacies and geochemical analyses on sediment cores retrieved from Chernyshov Bay, in the NW part of the modern Large Aral Sea. The most complete sedimentary sequence, whose total length is 11 m, covers approximately the past 2000 years of the late Holocene. High-resolution palynological analyses, conducted on both dinoflagellate cysts assemblages and pollen grains, evidenced prominent environmental change in the Aral Sea and in the catchment area. The diversity and the distribution of dinoflagellate cysts within the assemblages characterized the sequence of salinity and lake-level changes during the past 2000 years. Due to the strong dependence of the Aral Sea hydrology to inputs from its tributaries, the lake levels are ultimately linked to fluctuations in meltwater discharges during spring. As the amplitude of glacial meltwater inputs is largely controlled by temperature variations in the Tien Shan and Pamir Mountains during the melting season, salinity and lake-level changes of the Aral Sea reflect temperature fluctuations in the high catchment area during the past 2000 years. Dinoflagellate cyst assemblages document lake lowstands and hypersaline conditions during ca. 0–425 AD, 920–1230 AD, 1500 AD, 1600–1650 AD, 1800 AD and since the 1960s, whereas oligosaline conditions and higher lake levels prevailed during the intervening periods. Besides, reworked dinoflagellate cysts from Palaeogene and Neogene deposits happened to be a valuable proxy for extreme sheet-wash events, when precipitation is enhanced over the Aral Sea Basin as during 1230–1450 AD. We propose that the recorded environmental changes are related primarily to climate, but may have been possibly amplified during extreme conditions by human-controlled irrigation activities or military conflicts. Additionally, salinity levels and variations in solar activity show striking similarities over the past millennium, as during 1000–1300 AD, 1450–1550 and 1600–1700 AD when low lake levels match well with an increase in solar activity thus suggesting that an increase in the net radiative forcing reinforced past Aral Sea’s regressions. On the other hand, we used pollen analyses to quantify changes in moisture conditions in the Aral Sea Basin. High-resolution reconstruction of precipitation (mean annual) and temperature (mean annual, coldest versus warmest month) parameters are performed using the “probability mutual climatic spheres” method, providing the sequence of climate change for the past 2000 years in western Central Asia. Cold and arid conditions prevailed during ca. 0–400 AD, 900–1150 AD and 1500–1650 AD with the extension of xeric vegetation dominated by steppe elements. Conversely, warmer and less arid conditions occurred during ca. 400–900 AD and 1150–1450 AD, where steppe vegetation was enriched in plants requiring moister conditions. Change in the precipitation pattern over the Aral Sea Basin is shown to be predominantly controlled by the Eastern Mediterranean (EM) cyclonic system, which provides humidity to the Middle East and western Central Asia during winter and early spring. As the EM is significantly regulated by pressure modulations of the North Atlantic Oscillation (NAO) when the system is in a negative phase, a relationship between humidity over western Central Asia and the NAO is proposed. Besides, laminated sediments record shifts in sedimentary processes during the late Holocene that reflect pronounced changes in taphonomic dynamics. In Central Asia, the frequency of dust storms occurring during spring when the continent is heating up is mostly controlled by the intensity and the position of the Siberian High (SH) Pressure System. Using titanium (Ti) content in laminated sediments as a proxy for aeolian detrital inputs, changes in wind dynamics over Central Asia is documented for the past 1500 years, offering the longest reconstruction of SH variability to date. Based on high Ti content, stronger wind dynamics are reported from 450–700 AD, 1210–1265 AD, 1350–1750 AD and 1800–1975 AD, reporting a stronger SH during spring. In contrast, lower Ti content from 1750–1800 AD and 1980–1985 AD reflect a diminished influence of the SH and a reduced atmospheric circulation. During 1180–1210 AD and 1265–1310 AD, considerably weakened atmospheric circulation is evidenced. As a whole, though climate dynamics controlled environmental changes and ultimately modulated changes in the western Central Asia’s climate system, it is likely that changes in solar activity also had an impact by influencing to some extent the Aral Sea’s hydrology balance and also regional temperature patterns in the past. <hr> The appendix of the thesis is provided via the HTML document as ZIP download.
N2  - Der Aralsee ist ein intrakontinental gelegenes endorheisches Gewässer fernab von ozeanischen Einflüssen, welches ein exzellentes sedimentäres Archiv für hochauflösende Paläoklimastudien in Zentralasien darstellt. In der vorliegenden Studie wurden umfangreiche palynologische, mikrofazielle und geochemische Analysen anhand von mehreren Bohrkernen aus der Chernyshov-Bucht im NW des heutigen Großen Aralsees durchgeführt. Die vollständigste der erbohrten Sequenzen weist dabei eine Länge von 11 m auf und beinhaltet näherungsweise die letzten 2000 Jahre des Holozän. Die hochauflösenden palynologischen Analysen der Studie, welche sowohl die Untersuchung von Dinoflagellatenzysten als auch Pollen beinhaltet, zeugen von einschneidenden Umweltveränderungen im Aralsee und seinem Einzugsgebiet. Die Untersuchung von Diversität und räumlicher Verbreitung der fossilen Dinoflagellatenzysten vermittelt dabei ein genaues Bild von den Salinitäts- und Seespiegeländerungen der letzten 2000 Jahre. Aufgrund der weitgehenden Abhängigkeit der hydrologischen Verhältnisse des Aralsees von der Wasserführung seinen tributären Flüsse, hängt sein Seespiegel unmittelbar von den Schmelzwasserzuflüssen im Frühjahr ab. Da der Schmelzwasserzufluss seinerseits mit den Temperaturveränderungen im Tien Shan und Pamir während der Schneeschmelze in Verbindung steht, spiegeln die Paläo-Salinität und der Paläo-Seespiegel des Aralsees folglich die Temperaturveränderungen im hochgelegenen Einzugsgebiet des Aralsees wider. Die Untersuchung der fossilen Dinoflagellatenzysten belegt besonders niedrige Seestände und hypersaline Bedingungen während der Perioden 0–425 AD, 920–1230 AD, 1500 AD, 1600 AD, 1800 AD und seit 1960, wohingegen oligohaline Bedingungen und höhere Seestände zwischen diesen Phasen dokumentiert sind. Ferner stellen umgelagerte Dinoflagellatenzysten aus Paläogenen und Neogenen Ablagerungen wertvolle Proxies für den Beleg von extremen Flächenspülereignissen dar, wie sie beispielsweise 1230–1450 AD aufgetreten und durch sehr hohe Niederschläge dokumentiert sind. Anhand der in der Studie erarbeiteten Daten ist davon auszugehen, dass die am Aralsee nachgewiesenen Umweltveränderungen im Wesentlichen von klimatischen Änderungen induziert wurden, durch historischen Bewässerungsfeldbau oder militärischen Konflikten jedoch noch verstärkt werden konnten. Darüber hinaus zeigen die Seestandsveränderungen eine sehr hohe Korrelation mit der Sonnenaktivität im letzten Jahrtausend, wie etwa während den Perioden 1000–1300 AD, 1450–1550 und 1600–1700 AD. Komplementär zu der Untersuchung von Dinoflagellatenzysten liefert die Pollenanalyse wertvolle Klimadaten für das Becken des Aralsees. Verschiedene Temperatur- (Jahresmittel, kältester gegen wärmster Monat) und Niederschlagsparameter wurden mit Hilfe der Methode der „probability mutual climatic spheres“ quantitative ausgewertet, womit die Klimaentwicklung im westlichen Zentralasien der letzten 2000 Jahre nachvollzogen werden konnte. Kalte und aride Bedingungen wiesen demnach die durch trockenangepasste Vegetation und Steppenelementen geprägten Perioden 0–400 AD, 900–1150 AD und 1500–1650 AD auf. Andererseits traten warme und weniger aride Klimabedingungen in den durch niederschlagsbedürftigere Pflanzen gekennzeichneten Zeiträumen 400–900 AD and 1150–1450 AD in den Vordergrund. Die Studie zeigt für das Becken des Aralsees, dass die Veränderungen im Niederschlagsmuster hauptsächlich vom zyklonalen System des östlichen Mittelmeergebietes (EM) gesteuert werden, welches den nahen Osten und das westliche Zentralasien mit Feuchtigkeit im Winter und Frühjahr versorgt. Da seinerseits das EM maßgeblich von Luftdruckänderungen der Nordatlantischen Oszillation (NAO) während seiner negativen Phase reguliert wird, ist ein Zusammenhang zwischen der Feuchtigkeit im westlichen Zentralasien und dem NAO anzunehmen. Außerdem belegen die laminierten Sedimente Veränderungen in den Sedimentationsprozessen während des späten Holozän, sowie ausgeprägte Änderungen im taphonomischen Verhalten. In Zentralasien hängt die Häufigkeit der im Frühjahr auftretenden Staubstürme hauptsächlich von der Intensität und der Position des Sibirienhochs (SH) ab. Der Gehalt an Titanium (Ti) als Proxy für äolischen Eintrag in den laminierten Sedimenten erlaubt die Rekonstruktion von winddynamischen Veränderungen in Zentralasien in den letzten 1500 Jahren. Die Studie beinhaltet daher die bislang längste Analyse der Variabilität des SH. Hohe Titaniumwerte sprechen für eine stärkere Winddynamik während den Perioden 450–700 AD, 1210–1265 AD, 1350–1750 AD und 1800–1975 AD, und dokumentieren demzufolge eine stärker ausgeprägtes SH während des Frühjahrs. Umgekehrt belegen geringe Titaniumwerte für die Zeit von 1180–1210 AD, 1265–1310 AD, 1750–1800 AD und 1980–1985 AD einen reduzierten Einfluss des SH.
T2  - The Aral Sea : a palaeoclimate archive
KW  - Aralsee
KW  - spätes Holozän
KW  - Klimaveränderung
KW  - Seestandsänderung
KW  - Dinoflagellatenzyste
KW  - Pollenanalyse
KW  - Winddynamik
KW  - Zentralasien
KW  - Mediterranes Tiefdrucksystem
KW  - Sibirienhoch
KW  - Vegetation
KW  - NAO
KW  - Aral Sea
KW  - late holocene
KW  - climatic change
KW  - lake-level change
KW  - Central Asia
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7807
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Riedel, Michael R.
A1  - Ziemann, Martin Andreas
A1  - Oberhänsli, Roland
T1  - Pattern dynamics applied to the kinetics of mineral phase transformations
N2  - Interdisziplinäres Zentrum für Musterdynamik und Angewandte Fernerkundung Workshop vom 9. - 10. Februar 2006
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7316
N1  - [Poster]
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Ohrnberger, Matthias
A1  - Wassermann, Joachim
A1  - Richter, Gudrun
T1  - Automatic detection and classification of seismic signals for monitoring purposes
N2  - Interdisziplinäres Zentrum für Musterdynamik und Angewandte Fernerkundung Workshop vom 9. - 10. Februar 2006
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7294
N1  - [Poster]
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Hainzl, Sebastian
A1  - Scherbaum, Frank
A1  - Zöller, Gert
T1  - Spatiotemporal earthquake patterns
N2  - Interdisziplinäres Zentrum für Musterdynamik und Angewandte Fernerkundung Workshop vom 9. - 10. Februar 2006
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7267
N1  - [Poster]
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Rehak, Katrin
A1  - Strecker, Manfred
A1  - Echtler, Helmut Peter
T1  - DEM supported tectonic geomorphology : the Coastal Cordillera of the South-Central Chilean active margin ; [Poster]
N2  - Fluvial systems are one of the major features shaping a landscape. They adjust to the prevailing tectonic and climatic setting and therefore are very sensitive markers of changes in these systems. If their response to tectonic and climatic forcing is quantified and if the climatic signal is excluded, it is possible to derive a local deformation history. Here, we investigate fluvial terraces and erosional surfaces in the southern Chilean forearc to assess a long-term geomorphic and hence tectonic evolution. Remote sensing and field studies of the Nahuelbuta Range show that the long-term deformation of the Chilean forearc is manifested by breaks in topography, sequences of differentially uplifted marine, alluvial and strath terraces as well as tectonically modified river courses and drainage basins. We used SRTM-90-data as basic elevation information for extracting and delineating drainage networks. We calculated hypsometric curves as an indicator for basin uplift, stream-length gradient indices to identify stream segments with anomalous slopes, and longitudinal river profiles as well as DS-plots to identify knickpoints and other anomalies. In addition, we investigated topography with elevation-slope graphs, profiles, and DEMs to reveal erosional surfaces. During the first field trip we already measured palaeoflow directions, performed pebble counting and sampled the fluvial terraces in order to apply cosmogenic nuclide dating (<sup>10Be, <sup>26Al) as well as provenance analyses. Our preliminary analysis of the Coastal Cordillera indicates a clear segmentation between the northern and southern parts of the Nahuelbuta Range. The Lanalhue Fault, a NW-SE striking fault zone oblique to the plate boundary, defines the segment boundary. Furthermore, we find a complex drainage re-organisation including a drainage reversal and wind gap on the divide between the Tirúa and Pellahuén basins east of the town Tirúa. The coastal basins lost most of their Andean sediment supply areas that existed in Tertiary and in part during early Pleistocene time. Between the Bío-Bío and Imperial rivers no Andean river is recently capable to traverse the Coastal Cordillera, suggesting ongoing Quaternary uplift of the entire range. From the spatial distribution of geomorphic surfaces in this region two uplift signals may be derived: (1) a long-term differential uplift process, active since the Miocene and possibly caused by underplating of subducted trench sediments, (2) a younger, local uplift affecting only the northern part of the Nahuelbuta Range that may be caused by the interaction of the forearc with the subduction of the Mocha Fracture Zone at the latitude of the Arauco peninsula. Our approach thus provides results in our attempt to decipher the characteristics of forearc development of active convergent margins using long-term geomorphic indicators. Furthermore, it is expected that our ongoing assessment will constrain repeatedly active zones of deformation.  <hr>  Interdisziplinäres Zentrum für Musterdynamik und Angewandte Fernerkundung Workshop vom 9. - 10. Februar 2006
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7224
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heim, Birgit
T1  - Qualitative and quantitative analyses of Lake Baikal's surface-waters using ocean colour satellite data (SeaWiFS)
T1  - Qualitative und quantitative Analysen des Baikalsee Oberflächenwassers auf der Grundlage von Ocean Colour Satellitendaten (SeaWiFS)
N2  - One of the most difficult issues when dealing with optical water remote-sensing is its acceptance as a useful application for environmental research. This problem is, on the one hand, concerned with the optical complexity and variability of the investigated natural media, and therefore the question arises as to the plausibility of the parameters derived from remote-sensing techniques. Detailed knowledge about the regional bio- and chemico-optical properties is required for such studies, however such information is seldom available for the sites of interest. On the other hand, the primary advantage of remote-sensing information, which is the provision of a spatial overview, may not be exploited fully by the disciplines that would benefit most from such information. It is often seen in a variety of disciplines that scientists have been primarily trained to look at discrete data sets, and therefore have no experience of incorporating information dealing with spatial heterogeneity.  In this thesis, the opportunity was made available to assess the potential of Ocean Colour data to provide spatial and seasonal information about the surface waters of Lake Baikal (Siberia). While discrete limnological field data is available, the spatial extension of Lake Baikal is enormous (ca. 600 km), while the field data are limited to selected sites and expedition time windows. Therefore, this remote-sensing investigation aimed to support a multi-disciplinary limnological investigation within the framework of the paleoclimate EU-project ‘High Resolution CONTINENTal Paleoclimate Record in Lake Baikal, Siberia (CONTINENT)’ using spatial and seasonal information from the SeaWiFS satellite (NASA). From this, the SeaWiFS study evolved to become the first efficient bio-optical satellite study of Lake Baikal.  During the course of three years, field work including spectral field measurements and water sampling, was carried out at Lake Baikal in Southern Siberia, and at the Mecklenburg and Brandenburg lake districts in Germany. The first step in processing the SeaWiFS satellite data involved adapting the SeaDAS (NASA) atmospheric-correction processing to match as close as possible the specific conditions of Lake Baikal. Next, various Chl-a algorithms were tested on the atmospherically-corrected optimized SeaWiFS data set (years 2001 to 2002), comparing the CONTINENT pigment ground-truth data with the Chl-a concentrations derived from the satellite data. This showed the high performance of the global Chl-a products OC2 and OC4 for the oligotrophic, transparent waters (bio-optical Case 1) of Lake Baikal. However, considerable Chl-a overestimation prevailed in bio-optical Case 2 areas for the case of discharge events. High-organic terrigenous input into Lake Baikal could be traced and information extracted using the SeaWiFS spectral data. Suspended Particulate Matter (SPM) was quantified by the regression of the SeaDAS attenuation coefficient as the optical parameter with SPM field data.  Finally, the Chl-a and terrigenous input maps derived from the remote sensing data were used to assist with analyzing the relationships between the various discrete data obtained during the CONTINENT field work. Hence, plausible spatial and seasonal information describing autochthonous and allochthonous material in Lake Baikal could be provided by satellite data.Lake Baikal, with its bio-optical complexity and its different areas of Case 1 and Case 2 waters, is a very interesting case study for Ocean Colour analyses. Proposals for future Ocean Colour studies of Lake Baikal are discussed, including which bio-optical parameters for analytical models still need to be clarified by field investigations.
N2  - Die Gewässerfernerkundung entwickelte sich seit den 70ern vor allem aus der Ozeanographie und der Atmosphärenforschung, und wird inzwischen als anerkannte Methode genutzt, um global die Phytoplanktonverteilung in den Weltmeeren erfassen zu können, u.a. für CO2-Haushaltsmodellierungen. Atmosphärenkorrigierte Multi- und Hyperspektralscannerdaten ermöglichen die Qualifizierung bio-optischer Gewässertypen und die Quantifizierung optisch sichtbarer Wasserinhaltsstoffe und bieten gerade auch für dynamische und heterogene Küsten- und Binnengewässer das große Potential des räumlichen Informationsgewinnes.Im Rahmen des Paläoklimaprojektes CONTINENT wurde in dieser Arbeit das Oberflächenwasser des Baikalsees mit Gewässerfernerkungsmethoden analysiert. Wichtig für die Interpretation von Klima-Proxies sind v.a. auch Hinweise auf die Verteilung des autochthonen Materials im Baikalsee (Fernerkundungsparameter: Chlorophyll-a), ebenso wie Hinweise auf allochthone Einträge an den Bohrungsstellen (Fernerkundungsparameter ‚Terrigener Eintrag’). Auf den Geländekampagnen in den Sommern 2001, 2002, 2003 in Sibirien und in Deutschland wurden Feldspektrometermessungen mit gleichzeitiger Wasserprobenahme auf die optisch sichtbaren Wasserinhaltsstoffe Phytoplankton, Schwebstoff, und DOC durchgeführt. Dabei konnten Messtechniken für Geländespektrometer evaluiert, und grundlegende Aussagen über die spektrale Verteilung des In-Wasser Lichtfeldes im Baikalsee gemacht werden.  Die Ocean Colour Satellitendaten des NASA-Instrumentes SeaWiFS und die Möglichkeiten der komplexen NASA Software SeaDAS wurden genutzt. Für die Ableitung des am Baikalsee anzutreffenden organikreichen terrigenen Eintrages, wurde ein vorläufiger Algorithmus aus den Geländedaten generiert. Verschiedene Algorithmen für den Parameter ‚Chlorophyll-a’ wurden mit dem Geländedatensatz der Projektpartnerin S. Fietz (Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, IGB) evaluiert. Als geeignetester etablierte sich der auf oligotrophe Gewässer optimierte NASA Chlorophyll Algorithmus ‚Ocean Colour (OC) 2’. Die Quantifizierungen und Ergebnisse werden diskutiert.  Als Endergebnis wird der Überblick über Sedimenteintrag und Phytoplanktondynamik im Baikalsee für den Zeitraum 2001-2002 zur Verfügung gestellt und die autochthonen versus allochthonen Einflüsse an den Projektlokationen werden beschrieben. Der Baikalsee erwies sich als bio-optisch ein sehr komplexes und interessantes Studienobjekt. Ein wichtiger Punkt, der in dieser Arbeit angesprochen wird, ist die Atmosphärenkorrektur, die wesentliche Einflüsse auf die Qualifizierungen und Quantifizierungen hat, aber als Standardprogramm nur für den pelagialen Wasserkörper in Meeresspiegelhöhe mit marinen, bzw. Küstenatmosphären konditioniert ist. Ein weiterer bedeutender Punkt, der in dieser Arbeit diskutiert wird, ist der relevante spektrale Einfluss des organikreichen terrigenen Eintrages auf die Gewässerfarbe und dadurch auf die Qualität der Chlorophyll-Ableitung. Somit boten sich die Möglichkeiten, das räumliche Ausmaß und die Dynamik rezenter terrigener Einträge zu erfassen. Auch die Entwicklung des Phytoplankton von Frühsommer bis Spätsommer im Baikalsee konnte mit den SeaWiFS Daten nachvollzogen werden. Die hier vorgestellte Studie stellte sich als die erste grundlegende optische Gewässerfernerkundungsstudie mit Satellitendaten am Baikalsee heraus, und konnte erfolgreich abgeschlossen werden.
KW  - Baikalsee
KW  - Optische Fernerkundung
KW  - Phytoplankton
KW  - Sedimenttransport
KW  - Palaeoklima
KW  - SeaWiFS Ocean-Colour Satellitendaten
KW  - autochthon
KW  - allochthon
KW  - Gewässerfernerkundung
KW  - Lake Baikal
KW  - Ocean Colour satellite data
KW  - terrigenous input
KW  - phytoplankton distribution
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7182
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Tronicke, Jens
T1  - Patterns in geophysical data and models
N2  - Interdisziplinäres Zentrum für Musterdynamik und Angewandte Fernerkundung Workshop vom 9. - 10. Februar 2006
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7096
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Zeilinger, Gerold
A1  - Mutti, Maria
A1  - Strecker, Manfred
A1  - Rehak, Katrin
A1  - Bookhagen, Bodo
A1  - Schwab, Marco
T1  - Integration of digital elevation models and satellite images to investigate geological processes.
N2  - In order to better understand the geological boundary conditions for ongoing or past surface processes geologists face two important questions: 1) How can we gain additional knowledge about geological processes by analyzing digital elevation models (DEM) and satellite images and 2) Do these efforts present a viable approach for more efficient research. Here, we will present case studies at a variety of scales and levels of resolution to illustrate how we can substantially complement and enhance classical geological approaches with remote sensing techniques. Commonly, satellite and DEM based studies are being used in a first step of assessing areas of geologic interest. While in the past the analysis of satellite imagery (e.g. Landsat TM) and aerial photographs was carried out to characterize the regional geologic characteristics, particularly structure and lithology, geologists have increasingly ventured into a process-oriented approach. This entails assessing structures and geomorphic features with a concept that includes active tectonics or tectonic activity on time scales relevant to humans. In addition, these efforts involve analyzing and quantifying the processes acting at the surface by integrating different remote sensing and topographic data (e.g. SRTM-DEM, SSM/I, GPS, Landsat 7 ETM, Aster, Ikonos…). A combined structural and geomorphic study in the hyperarid Atacama desert demonstrates the use of satellite and digital elevation data for assessing geological structures formed by long-term (millions of years) feedback mechanisms between erosion and crustal bending (Zeilinger et al., 2005). The medium-term change of landscapes during hundred thousands to millions years in a more humid setting is shown in an example from southern Chile. Based on an analysis of rivers/watersheds combined with landscapes parameterization by using digital elevation models, the geomorphic evolution and change in drainage pattern in the coastal Cordillera can be quantified and put into the context of seismotectonic segmentation of a tectonically active region. This has far-reaching implications for earthquake rupture scenarios and hazard mitigation (K. Rehak, see poster on IMAF Workshop). Two examples illustrate short-term processes on decadal, centennial and millennial time scales: One study uses orogen scale precipitation gradients derived from remotely sensed passive microwave data (Bookhagen et al., 2005a). They demonstrate how debris flows were triggered as a response of slopes to abnormally strong rainfall in the interior parts of the Himalaya during intensified monsoons. The area of the orogen that receives high amounts of precipitation during intensified monsoons also constitutes numerous landslide deposits of up to 1km<sup>3 volume that were generated during intensified monsoon phase at about 27 and 9 ka (Bookhagen et al., 2005b). Another project in the Swiss Alps compared sets of aerial photographs recorded in different years. By calculating high resolution surfaces the mass transport in a landslide could be reconstructed (M. Schwab, Universität Bern). All these examples, although representing only a short and limited selection of projects using remote sense data in geology, have as a common approach the goal to quantify geological processes. With increasing data resolution and new sensors future projects will even enable us to recognize more patterns and / or structures indicative of geological processes in tectonically active areas. This is crucial for the analysis of natural hazards like earthquakes, tsunamis and landslides, as well as those hazards that are related to climatic variability. The integration of remotely sensed data at different spatial and temporal scales with field observations becomes increasingly important. Many of presently highly populated places and increasingly utilized regions are subject to significant environmental pressure and often constitute areas of concentrated economic value. Combined remote sensing and ground-truthing in these regions is particularly important as geologic, seismicity and hydrologic data may be limited here due to the recency of infrastructural development. Monitoring ongoing processes and evaluating the remotely sensed data in terms of recurrence of events will greatly enhance our ability to assess and mitigate natural hazards.  <hr>  Dokument 1: Foliensatz | Dokument 2: Abstract  <hr>  Interdisziplinäres Zentrum für Musterdynamik und Angewandte Fernerkundung Workshop vom 9. - 10. Februar 2006
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7063
ER  - 
TY  - THES
A1  - Martin, Sebastian
T1  - Subduction zone wave guides : deciphering slab structure using intraslab seismicity at the Chile-Peru subduction zone
T1  - Wellenleiter in Subduktionszonen : Bestimmung der Struktur der Chile-Peru Subduktionszone mit Hilfe von intra-platten Seismizität
N2  - Subduction zones are regions of intense earthquake activity up to great depth. Sources are located inside the subducting lithosphere and, as a consequence, seismic radiation from subduction zone earthquakes is strongly affected by the interior slab structure. The wave field of these intraslab events observed in the forearc region is profoundly influenced by a seismically slow layer atop the slab surface. This several kilometer thick low-velocity channel (wave guide) causes the entrapment of seismic energy producing strong guided wave phases that appear in P onsets in certain regions of the forearc. Observations at the Chile-Peru subduction zone presented here, as well as observations at several other circum-pacific subduction zones show such signals. Guided wave analysis contributes details of immense value regarding the processes near the slab surface, such as layering of subducted lithosphere, source locations of intraslab seismicity and most of all, range and manner of mineralogical phase transitions.  Seismological data stem from intermediate depth events (depth range 70 km - 300 km) recorded in northern Chile near 21 Grad S during the collaborative research initiative " Deformation Processes in the Andes" (SFB 267). A subset of stations - all located within a slab-parallel transect close to 69 Grad W - show low-frequency first arrivals (2 Hz), sometimes followed by a second high-frequency phase.  We employ 2-dimensional finite-difference simulations of complete P-SV wave propagation to explore the parameter space of subduction zone wave guides and explain the observations. Key processes underlying the guided wave propagation are studied: Two distinct mechanisms of decoupling of trapped energy from the wave guide are analyzed - a prerequisite to observe the phases at stations located at large distances from the wave guide (up to 100 km). Variations of guided wave effects perpendicular to the strike of the subduction zone are investigated, such as the influence of phases traveling in the fast slab. Further, the merits and limits of guided wave analysis are assessed. Frequency spectra of the guided wave onsets prove to be a robust quantity that captures guided wave characteristics at subduction zones including higher mode excitation. They facilitate the inference of wave guide structure and source positioning: The peak frequency of the guided wave fundamental mode is associated with a certain combination of layer width and velocity contrast. The excitation strength of the guided wave fundamental mode and higher modes is associated with source position and orientation relative to the low-velocity layer.  The guided wave signals at the Chile-Peru subduction zone are caused by energy that leaks from the subduction zone wave guide. On the one hand, the bend shape of the slab allows for leakage at a depth of 100 km. On the other, equalization of velocities between the wave guide and the host rocks causes further energy leakage at the contact zone between continental and oceanic crust (70 km depth). Guided waves bearing information on deep slab structure can therefore be recorded at specific regions in the forearc. These regions are determined based on slab geometry, and their locations coincide with the observations.  A number of strong constraints on the structure of the Chile-Peru slab are inferred: The deep wave guide for intraslab events is formed by a layer of 2 km average width that remains seismically slow (7 percent velocity reduction compared to surrounding mantle). This low-velocity layer at the top of the Chile-Peru slab is imaged from a depth of 100 km down to at least 160 km. Intermediate depth events causing the observed phases are located inside the layer or directly beneath it in the slab mantle. The layer is interpreted as partially eclogized lower oceanic crust persisting to depth beyond the volcanic arc.
N2  - Subduktionszonen sind bis in große Tiefen von intensiver Erdbebentätigkeit geprägt. Die Erdbebenquellen befinden sich in der subduzierten Lithosphäre (Slab), ihr Wellenfeld wird deshalb stark von der internen Slab-Struktur beeinflusst. Eine Schicht mit reduzierter seismischer Geschwindigkeit im oberen Bereich der Platte kann als Wellenleiter für diese Signale fungieren. In der nur wenige Kilometer dicken Schicht entstehen sogenannte geführte Wellen, die in Teilen des Forearc beobachtet werden. Diese Phasen bergen wertvolle Informationen über die Struktur nahe der Slab-Oberfläche, wie zum Beispiel Dicke der Schichtung, Herdlokationen und vor allem Tiefe und Art mineralogischer Umsetzungen.  Die Beobachtungen stammen von mitteltiefen Beben (70 km - 300 km) im Untersuchungsgebiet in Nord-Chile und wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereich 267 " Deformationsprozesse in den Anden" aufgezeichnet. Stationen in einem Streifen um 69 Grad W, der sich parallel zum Streichen der Subduktionszone erstreckt, zeigen niederfrequente Ersteinsätze, denen teilweise höherfrequente Phasen folgen.  Mit Hilfe eines 2-dimensionalen Finite-Differenzen-Algorithmus werden die P-SV Wellenausbreitung simuliert, und die Beobachtungen erklärt. Zentrale Fragestellungen zu Wellenleitern in Subduktionszonen werden untersucht: Es werden zwei Mechanismen, die das Auskoppeln seismischer Energie aus dem Wellenleiter ermöglichen beschrieben - eine Grundvoraussetzung für das Auftreten von geführten Wellen in großen Entfernungen vom Wellenleiter (bis zu 100 km). Des weiteren werden Stärken und Grenzen der Analyse von geführten Wellen erörtert.  Die Spektren der geführten Wellenzüge erweisen sich als robuste Messgröße, um die Charakteristika des Wellenleiters zu bestimmt. Struktur des Wellenleiters und Quellpositionen können so für festgelegte Quell-Empfänger-Geometrien abgeleitet werden. Die Peak-Frequenz der Grundmode wird durch eine Kombination aus Dicke der Schicht und Geschwindigkeitskontrast bestimmt. Die Stärke der Anregung der Grundmode und höherer Moden lässt auf die Lage und Orientierung der Erdbebenquelle relativ zur Schicht schließen. Geschwindigkeitskontrast, Schichtdicke und Quellposition sind von herausragender Bedeutung, um mineralogische Interpretationen des Wellenleiters zu überprüfen.  Aufbauend auf die Simulationen werden die Beobachtungen interpretiert und Auskunft über die Struktur der Chile-Peru Subduktionszone erhalten: Eine dünne Schicht an der Slab-Oberfläche (durchschnittlich 2 km dick) trägt geringere seismische Geschwindigkeiten als der umgebende Mantel und fungiert als Wellenleiter für intra-platten Ereignisse in Tiefen von 100 bis mindestens 160 km. Ereignisse, die geführte Wellen hervorrufen, liegen in dieser Schicht oder direkt darunter im subduzierten Mantel. Um zu den Stationen in der Forearc-Region zu gelangen, entkoppelt ein Teil der geführten Wellen in einer Tiefe von circa 100 km aus der Niedergeschwindigkeitsschicht. Die Krümmung des Slab erlaubt das Austreten der Wellen und nimmt auch Einfluss auf die Pulsformen.  Der Wellenleiter in der Chile-Peru Subduktionszone ergibt sich als unregelmäßige Schicht mit reduzierter seismischer Geschwindigkeit, in der geführte Wellen entstehen, in unterschiedlichen Tiefen wieder austreten, und an die freie Oberfläche gelangen. Die Beobachtungsgebiete befinden sich im Forearc und werden durch die Geometrie und Struktur der subduzierten Platte festgelegt.  Die nur wenige Kilometer dicke, seismisch langsame Schicht an der Oberfläche des Chile-Peru Slab legt nahe, dass die Unterkruste der subduzierten Platte bis in große Tiefen besteht und nicht vollständig eklogitisiert ist. Abgeleitete Schichtdicke, Geschwindigkeitskontrast
KW  - Anden
KW  - Subduktion
KW  - Wellenleiter
KW  - Erdbeben
KW  - ozeanische Kruste
KW  - Gabbro-Eklogit
KW  - Transformation
KW  - geführte Wellen
KW  - subduction
KW  - guided waves
KW  - oceanic crust
KW  - Andes
KW  - finite difference simulation
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5820
ER  - 
TY  - THES
A1  - Grosse, Guido
T1  - Characterisation and evolution of periglacial landscapes in Northern Siberia during the Late Quaternary : remote sensing and GIS studies
T1  - Charakterisierung und Evolution periglazialer Landschaften in Nordsibirien während des Spätquartärs : Fernerkundungs- und GIS-Studien
N2  - About 24 % of the land surface in the northern hemisphere are underlayed by permafrost in various states. Permafrost aggradation occurs under special environmental conditions with overall low annual precipitation rates and very low mean annual temperatures. Because the general permafrost occurrence is mainly driven by large-scale climatic conditions, the distribution of permafrost deposits can be considered as an important climate indicator. The region with the most extensive continuous permafrost is Siberia. In northeast Siberia, the ice- and organic-rich permafrost deposits of the Ice Complex are widely distributed. These deposits consist mostly of silty to fine-grained sandy sediments that were accumulated during the Late Pleistocene in an extensive plain on the then subaerial Laptev Sea shelf. One important precondition for the Ice Complex sedimentation was, that the Laptev Sea shelf was not glaciated during the Late Pleistocene, resulting in a mostly continuous accumulation of permafrost sediments for at least this period. This shelf landscape became inundated and eroded in large parts by the Holocene marine transgression after the Last Glacial Maximum. Remnants of this landscape are preserved only in the present day coastal areas. Because the Ice Complex deposits contain a wide variety of palaeo-environmental proxies, it is an excellent palaeo-climate archive for the Late Quaternary in the region. Furthermore, the ice-rich Ice Complex deposits are sensible to climatic change, i.e. climate warming. Because of the large-scale climatic changes at the transition from the Pleistocene to the Holocene, the Ice Complex was subject to extensive thermokarst processes since the Early Holocene. Permafrost deposits are not only an environmental indicator, but also an important climate factor. Tundra wetlands, which have developed in environments with aggrading permafrost, are considered a net sink for carbon, as organic matter is stored in peat or is syn-sedimentary frozen with permafrost aggradation. Contrary, the Holocene thermokarst development resulted in permafrost degradation and thus the release of formerly stored organic carbon. Modern tundra wetlands are also considered an important source for the climate-driving gas methane, originating mainly from microbial activity in the seasonal active layer. Most scenarios for future global climate development predict a strong warming trend especially in the Arctic. Consequently, for the understanding of how permafrost deposits will react and contribute to such scenarios, it is necessary to investigate and evaluate ice-rich permafrost deposits like the widespread Ice Complex as climate indicator and climate factor during the Late Quaternary. Such investigations are a pre-condition for the precise modelling of future developments in permafrost distribution and the influence of permafrost degradation on global climate. The focus of this work, which was conducted within the frame of the multi-disciplinary joint German-Russian research projects "Laptev Sea 2000" (1998-2002) and "Dynamics of Permafrost" (2003-2005), was twofold. First, the possibilities of using remote sensing and terrain modelling techniques for the observation of periglacial landscapes in Northeast Siberia in their present state was evaluated and applied to key sites in the Laptev Sea coastal lowlands. The key sites were situated in the eastern Laptev Sea (Bykovsky Peninsula and Khorogor Valley) and the western Laptev Sea (Cape Mamontovy Klyk region). For this task, techniques using CORONA satellite imagery, Landsat-7 satellite imagery, and digital elevation models were developed for the mapping of periglacial structures, which are especially indicative of permafrost degradation. The major goals were to quantify the extent of permafrost degradation structures and their distribution in the investigated key areas, and to establish techniques, which can be used also for the investigation of other regions with thermokarst occurrence. Geographical information systems were employed for the mapping, the spatial analysis, and the enhancement of classification results by rule-based stratification. The results from the key sites show, that thermokarst, and related processes and structures, completely re-shaped the former accumulation plain to a strongly degraded landscape, which is characterised by extensive deep depressions and erosional remnants of the Late Pleistocene surface. As a results of this rapid process, which in large parts happened within a short period during the Early Holocene, the hydrological and sedimentological regime was completely changed on a large scale. These events resulted also in a release of large amounts of organic carbon. Thermokarst is now the major component in the modern periglacial landscapes in terms of spatial extent, but also in its influence on hydrology, sedimentation and the development of vegetation assemblages. Second, the possibilities of using remote sensing and terrain modelling as a supplementary tool for palaeo-environmental reconstructions in the investigated regions were explored. For this task additionally a comprehensive cryolithological field database was developed for the Bykovsky Peninsula and the Khorogor Valley, which contains previously published data from boreholes, outcrops sections, subsurface samples, and subsurface samples, as well as additional own field data. The period covered by this database is mainly the Late Pleistocene and the Holocene, but also the basal deposits of the sedimentary sequence, interpreted as Pliocene to Early Pleistocene, are contained. Remote sensing was applied for the observation of periglacial strucures, which then were successfully related to distinct landscape development stages or time intervals in the investigation area. Terrain modelling was used for providing a general context of the landscape development. Finally, a scheme was developed describing mainly the Late Quaternary landscape evolution in this area. A major finding was the possibility of connecting periglacial surface structures to distinct landscape development stages, and thus use them as additional palaeo-environmental indicator together with other proxies for area-related palaeo-environmental reconstructions. In the landscape evolution scheme, i.e. of the genesis of the Late Pleistocene Ice Complex and the Holocene thermokarst development, some new aspects are presented in terms of sediment source and general sedimentation conditions. This findings apply also for other sites in the Laptev Sea region.
N2  - Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen der multidisziplinären Deutsch-Russischen Verbundprojekte "Laptev See 2000" (1998-2002) und "Dynamik des Permafrost" (2003-2005) erstellt. Etwa 24 % der Landoberfläche der Erde sind von Permafrost unterlagert. Die ausgedehntesten Permafrostgebiete befinden sich heute in Sibirien. In Nordostsibirien, das während der letzten Eiszeit nicht von Inlandeismassen bedeckt bedeckt war, lagerten sich während dieser Zeit mächtige eisreiche Permafrostsedimente ab. Die durch den nacheiszeitlichen Meeresspiegelanstieg um ca. 120 Meter nur noch in den heutigen Küstengebieten erhaltenen Ablagerungen sind zum Teil hervorragende Paläoklimaarchive, die verschiedenste fossile organische Überreste der Eiszeitlichen Fauna und Flora konserviert haben. Aber auch die Sedimente und das enthalten Grundeis enthalten Klimainformationen z.B. die aus Mineralogie, Ablagerungsmilieu oder geochemischer und isotopenchemischer Zusammensetzung gewonnen werden können. Der hohe Eisgehalt in den Sedimenten führte mit Beginn der holozänen Warmzeit zur Bildung von Thermokarst und Thermo-Erosion, d.h. zu starken Zersetzungserscheinungen durch Auftauen und Erosion. Thermokarst beschreibt das Schmelzen des Grundeises und die gleichzeitig stattfindende tiefe Absenkung der betroffenen Landoberfläche. Thermokarst geht mit der Bildung von Thermokarstseen einher, deren Wasserkörper ein zusätzlicher Wärmespeicher ist und das Auftauen des darunter liegenden Permafrost verstärken kann. In Sibirien, aber auch anderen Regionen der Arktis, sind weite Gebiete von Thermokarst betroffen. Der Einfluss dieser klimabedingten großräumigen Landschaftsveränderungen in Permafrostgebieten auf den lokalen, regionalen und auch globalen Stoff- und Energiehaushalt ist bisher nur wenig untersucht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung und Evolution von periglazialen Landschaften im nordsibirischen Laptevsee-Gebiet, die seit dem Beginn des Holozän von solchen klimatisch bedingten Veränderungen betroffen sind, und liefert damit ein Puzzleteil zum einen für die Rekonstruktion der Landschaft und Landschaftsentwicklung als auch Vorraussetzungen für das Verständnis der großräumig wirkenden geologischen und geomorphologischen Veränderungsprozesse. Die generellen Schwerpunkte, für die die vorliegende Arbeit Informationen liefert, sind die Charakterisierung von periglazialen Relief- und Oberflächentypen und die Bestimmung ihrer räumlichen Verbreitung, die Identifizierung und Quantifizierung einzelner geologischer und geomorphologischer Prozesse in diesen Landschaften, und die Rekonstruktion der Entwicklung periglazialer Landschaften im Spätquartär für Schlüsselgebiete im Küstengebiet der nordsibirischen Laptevsee. Um diese generellen Schwerpunkte zu erreichen, werden verschiedene Einzelziele in der Arbeit verfolgt: Die Entwicklung and Anwendung von Satellitenfernerkundungstechniken zur Analyse periglazialer Landschaften in Nordsibirien. Dazu werden hochauflösende Corona-Satellitendaten und multispektrale Landsat-7 Satellitendaten verwendet. Die Untersuchung von Satellitenbildern, mit dem Schwerpunkt auf Oberflächen, die von der Zersetzung des eisreichen Permafrosts betroffen sind Die Entwicklung von hochauflösenden digitalen Geländemodellen für die geomorphologische Analyse in zwei Schlüsselgebieten Die räumliche Untersuchung der gewonnenen Daten mit Hilfe von geographischen Informationssystemen, mit einem Schwerpunkt auf Form, Verteilung und Außmaß von holozänem Thermokarst Das Sammeln und Auswerten von Felddaten, mit Schwerpunkt auf Oberflächeneigenschaften periglazialer Landschaften und der Zusammensetzung der Permafrostablagerungen Die Anwendung der gewonnenen Daten zur Unterstützung, Verbesserung und Ausweitung der lokal gewonnenen Felddaten und Paläoumweltrekonstruktionen, sowie die datengestützte Entwicklung von Vorstellungen zur Landschaftsgenese Weite, Permafrost-dominierte Küstentiefländer der heutigen Laptevsee in Nordost-Sibirien sind durch die spätpleistozänen Ablagerungen des Eiskomplex aufgebaut. Diese zumeist schluffig bis mittelsandigen Ablagerungen sind durch einen sehr großen Eisgehalt in Form von verteiltem Grundeis und großer syngenetischer Eiskeile, sowie einem relativ hohen Anteil an organischen Resten gekennzeichnet. Mit Beginn der holozänen Klimaerwärmung kam es zur weitläufigen Bildung von Thermokarst.
KW  - Dauerfrostboden
KW  - Periglazial
KW  - Periglazialgeomorphologie
KW  - Sibirien <Nord>
KW  - Fernerkundung
KW  - Optische Fernerkundung
KW  - Geomorphologie
KW  - Permafrost
KW  - Thermokarst
KW  - Sibirien
KW  - Klimawandel
KW  - Siberia
KW  - Global change
KW  - Geomorphology
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5544
ER  - 
TY  - THES
A1  - Knörich, Andrea Claudia
T1  - Investigations on the importance of early diagenetic processes for the mineralogical stabilisation and lithification of heterozoan carbonate assemblages : (Oligo-Miocene, Maltese Islands and Sicily)
T1  - Untersuchungen über die Bedeutung früh-diagenetischer Prozesse für die mineralogische Stabilisierung und Verfestigung von heterozoischen Karbonatvergesellschaftungen : (Oligo-Miozän, Maltesische Inseln und Sizilien)
N2  - Diagenetic studies of carbonate rocks focused for a long time on photozoan carbonate assemblages deposited in tropical climates. The results of these investigations were taken as models for the diagenetic evolution of many fossil carbonates. Only in recent years the importance of heterozoan carbonates, generally formed out of the tropics or in deeper waters, was realized. Diagenetic studies focusing on this kind of rocks are still scarce, but indicate that the diagenetic evolution of these rocks might be a better model for many fossil carbonate settings ("calcite-sea" carbonates) than the photozoan model used before. This study deals with the determination of the diagenetic pathways and environments in such shallow-water heterozoan carbonate assemblages. Special emphasis is put on the identification of early, near-seafloor diagenetic processes and on the evaluation of the amount of constructive diagenesis in form of cementation in this diagenetic environment. As study area the Central Mediterranean, the Maltese Islands and Sicily, was chosen. Here two sections were logged in Olio-Miocene shallow-water carbonates consisting of different kinds of heterozoan assemblages. The study area is very suitable for the investigation of constructive early diagenetic processes, as the rocks were never deeply buried and burial diagenetic pressure solution and cementation as cause of lithification could be ruled out. Nevertheless, the carbonate rocks are well lithified and form steep cliffs, implying cementation/lithification in another, shallower diagenetic environment. To determine the diagenetic pathways and environments, detailed transmitted light and cathodoluminescence petrography was carried out on thin sections. Furthermore the stable isotope (δ<sup>18O and δ<sup>13C) composition of the bulk rock, single biota and single cement phases was determined, as well as the major and trace element composition of the single cement phases. Petrographically three (Sicily) to four (Maltese Islands) cementation phases, two phases of fabric selective and one of non-fabric selective dissolution, one phase of neomorphism and one of chemical compaction could be distinguished. The stable isotope measurements of the single cement phases pointed to cement precipitation from marine, marine-derived and meteoric waters. The trace element analysis indicated precipitation under reducing conditions, (A) in an open system with low rock-water interaction on the Maltese Islands and (B) in a closed system with high rock-water interaction on Sicily. For the closed systems case, aragonite as cement source could be concluded because its chemical composition was preserved in the newly formed cements. By integrating these results, diagenetic pathways and environments for the investigated locations were established, and the cement source(s) in the different environments were determined. The diagenetic evolution started in the marine environment with the precipitation of fibrous/fibrous-bladed and epitaxial cement I. These cements formed as High Mg Calcite (HMC) directly out of marine waters. The paleoenvironmentally shallowest part of the section on the Maltese Islands was also exposed to meteoric diagenetic fluids. This meteoric influence lead to the dissolution of aragonitic and HMC skeletons, which sourced the cementation by Low Mg Calcitic (LMC) epitaxial cement II in this part of the Maltese section. Entering the burial-marine environment the main part of dissolution, cementation and neomorphism started to take place. The elevated CO2 content in this environment, caused by the decay of organic matter, lead to the dissolution of aragonitic skeletons, which sourced the cementation by LMC epitaxial cement II, bladed and blocky cements. The earlier precipitated HMC cement phases were either partly dissolved (epitaxial cement I) or neomorphosed to LMC (fibrous/fibrous-bladed and epitaxial cement I). In the burial environment weak chemical compaction took place without sourcing significant amounts of cementation. In a last phase the rocks entered the meteoric realm by uplift, which caused non-fabric selective dissolution. This study shows that early diagenetic processes, taking place at or just below the sediment-water-interface, are very important for the mineralogical stabilization of heterozoan carbonate strata. The main amount of constructive diagenesis in form of cementation takes place in this environment, sourced by dissolution of aragonitic and, to a lesser degree, of HMC skeletons. The results of this study imply that the primary amount of aragonitic skeletons in heterozoan carbonate sediments must be carefully assessed, as they are the main early diagenetic cement source. In fossil heterozoan carbonate rocks, aragonitic skeletons might be the cement source even when no relict structures like micritic envelops or biomolds are preserved. In general, the diagenetic evolution of heterozoan carbonate rocks is a good model for the diagenesis of "calcite-sea" time carbonate rocks.
N2  - Diagenetische Untersuchungen an Karbonatgesteinen beschränkten sich lange Zeit auf photozoische Karbonatvergesellschaftungen der tropischen Breiten. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden als modellhaft für den Diageneseverlauf vieler Karbonatgesteine angesehen. Erst in den letzten Jahren wurde die Bedeutung heterozoischer Karbonatvergesellschaften, die sich im Allgemeinen außerhalb der Tropen oder in tieferem Wasser bilden, erkannt. Diagenetische Untersuchungen an dieser Art von Karbonatgesteinen sind immer noch selten, deuten aber an, dass der Diageneseverlauf in diesen Karbonaten ein besseres Model für viele fossile Karbonatgesteine ("Calcit-Meer"-Karbonate) darstellt als das bisher benutzte photozoische Diagenesemodel. Ziel dieser Studie war die Bestimmung des Diageneseverlaufs in solch flachmarinen Karbonaten mit heterozoischer Biogenvergesellschaftung. Die Milieus, in denen die diagenetischen Veränderungen stattfanden, sollten bestimmt werden. Besonderes Augenmerk lag auf der Art und Menge von Veränderungen, die frühdiagenetisch, nahe dem Meeresboden, stattfanden. Dabei war vor allem der Anteil an konstruktiver Diagenese in Form von Zementation von Interesse. Das Arbeitsgebiet wurde im zentralen Mittelmeerraum gewählt und befindet sich auf den Maltesischen Inseln und Sizilien. Hier wurden zwei Profile in Flachwassserkarbonaten oligo-miozänen Alters aufgenommen, die sich aus unterschiedlichen heterozoischen Biogenvergesellschaftungen zusammensetzen. Dieses Arbeitsgebiet ist für die Untersuchung konstruktiver frühdiagenetischer Prozesse besonders geeignet, da die Gesteinsabfolgen niemals tief versenkt wurden und versenkungsdiagenetisch bedingte Drucklösung und Zementation als Ursache für die Lithifizierung ausgeschlossen werden können. Trotzdem sind die untersuchten Karbonatgesteine gut verfestigt und bilden steile Kliffs, was auf Zementation/Verfestigung in einem anderen, flacheren Diagenesemilieu hinweist. Zur Bestimmung der Diageneseabfolge und der diagenetischen Milieus wurden detaillierte petrographische Untersuchungen im Durchlicht und mit Kathodolumineszenz an Dünnschliffen durchgeführt. Außerdem wurden die Verhältnisse der stabilen Isotope δ<sup>18O und δ<sup>13C am Gesamtgestein, an einzelnen Biogenen und an einzelnen Zementphasen bestimmt. Die Haupt- und Spurenelement Zusammensetzung (Ca, Mg, Fe, Mn und Sr) wurde an den einzelnen Zementphasen ermittelt. Petrographisch lassen sich drei (Sizilien), beziehungsweise vier (Maltesische Inseln) Zementationsphasen, zwei Phasen von materialabhängiger und eine Phase von materialunabhängiger Lösung, sowie eine Phase von Neomorphismus und eine chemische Kompaktionsphase unterscheiden. Die Messungen der stabilen Isotopenverhältnisse an den einzelnen Zementphasen deuten auf Zementausfällung aus marinen und meteorischen Wässern sowie aus Fluiden marinen Ursprungs hin. Die Spurenelementanalyse lässt außerdem auf Zementausfällung unter reduzierenden Bedingungen schließen. Diese fand einerseits, im Falle der Maltesischen Inseln, in einem offenen System mit geringer Gesteins-Wasser-Interaktion, andererseits, im Falle von Sizilien, in einem geschlossenen System mit großer Gesteins-Wasser-Interaktion statt. Bei der Zementation in einem geschlossenen System konnte Aragonit als Zementquelle bestimmt werden, da seine charakteristische chemische Zusammensetzung im neu gebildeten Zement erhalten blieb. Durch die Integration aller Ergebnisse konnten für die beiden Lokalitäten die Diageneseabfolgen und die diagenetischen Milieus sowie die Zementquelle(n) in diesen Milieus bestimmt werden. Die diagenetische Entwicklung begann im marinen Milieu mit der Ausfällung von fibrösem bis fibrös-blättrigem und epitaxialem Zement I. Diese Zemente wurden als Hoch Magnesium Calcit (HMC) direkt aus marinem Wasser ausgefällt. Die paläogeographisch flachsten Abschnitte des Profils auf den Maltesischen Inseln gelangten dann unter den Einfluss meteorischer Wässer. Dieser meteorische Einfluss führte zur Lösung von aragonitischen und HMC Schalen, was die Zementation mit Niedrig (Low) Magnesium Calcitischem (LMC) epitaxialem Zement II in diesem Profilabschnitt speiste. Im marinen Versenkungsmilieu fand anschließend der Hauptteil an Lösung, Zementation und Neomorphismus statt. Der erhöhte CO2-Gehalt in diesem Milieu, verursacht durch den Zerfall von organischem Material, führte zur Lösung von aragonitischen Schalen, was die Zementation mit LMC epitaxialem Zement II, blättrigem und blockigem Zement speiste. Die vorher ausgefällten HMC Zementphasen wurden entweder teilweise gelöst (epitaxialer Zement I) oder in LMC umgewandelt (fibrös/fibrös-blättriger und epitaxialer Zement I). Im versenkungsdiagenetischen Milieu fand anschließend geringe chemische Kompaktion statt, ohne aber die Ausfällung von größeren Mengen an Zement zu speisen. In einer letzten Phase gelangten die Gesteine durch Hebung wieder ins meteorische Milieu, was materialunabhängige Lösungserscheinungen verursachte. Diese Untersuchung zeigt, dass frühdiagenetische Prozesse, die an der Sediment-Wasser-Grenzfläche oder knapp darunter stattfinden, sehr wichtig für die mineralogische Stabilisierung von heterozoischen Karbonatabfolgen sind. Der Hauptteil der konstruktiven Diagenese in Form von Zementation findet in diesem Milieu statt, gespeist durch die Lösung von aragonitischen und, zu einem geringern Teil, HMC Schalen. Die Ergebnisse dieser Studie implizieren, dass der ursprünglich vorhandene Anteil an aragonitischen Schalen in heterozoischen Karbonatsedimenten sehr sorgfältig bestimmt werden muss, da diese Schalen die wichtigste frühdiagenetische Zementquelle darstellen. In fossilen heterozoischen Karbonatgesteinen können aragonitische Schalen die wichtigste Zementquelle darstellen, auch wenn keine Reliktstrukturen wie mikritische Hüllen oder Biomolds erhalten geblieben sind. Im Allgemeinen stellt der Diageneseablauf in heterozoischen Karbonaten ein gutes Modell für die Diagenese von "Calcit-Meer"-Karbonatgesteinen dar.
KW  - Frühdiagenese
KW  - Carbonate
KW  - Mittelmeerraum
KW  - Oligozän-Miozän-Grenze
KW  - heterozoisch
KW  - early diagenesis
KW  - heterozoan carbonates
KW  - Oligo-Miocene
KW  - Central Mediterranean
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5405
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sobiesiak, Monika
T1  - Fault plane structure of the 1995 Antofagasta Earthquake (Chile) derived from local seismological parameters
T1  - -
N2  - Fault planes of large earthquakes incorporate inhomogeneous structures. This can be observed in teleseismic studies through the spatial distribution of slip and seismic moment release caused by the mainshock. Both parameters are often concentrated on patches on the fault plane with much higher values for slip and moment release than their adjacent areas. These patches are called asperities which obviously have a strong influence on the mainshock rupture propagation. Condition and properties of structures in the fault plane area, which are responsible for the evolution of such asperities or their significance on damage distributions of future earthquakes, are still not well understood and subject to recent geo-scientific studies.  In the presented thesis asperity structures are identified on the fault plane of the Mw=8.0 Antofagasta earthquake in northern Chile which occurred on 30th of July, 1995. It was a thrust-type event in the seismogenic zone between the subducting pacific Nazca plate and the overriding South American plate. In cooperation of the German Task Force for Earthquakes and the CINCA'95 project a network of up to 44 seismic stations was set up to record the aftershock sequence. The seaward extension of the network with 9 OBH stations increased significantly the precision of hypocenter determinations. They were distributed mainly on the fault plane itself around the city of Antofagasta and Mejillones Peninsula.  The asperity structures were recognized here by the spatial variations of local seismological parameters; at first by the spatial distribution of the seismic b-value on the fault plane, derived from the magnitude-frequency relation of Gutenberg-Richter. The correlation of this b-value map with other parameters like the mainshock source time function, the gravity isostatic residual anomalies, the aftershock radiated seismic energy distribution and the vp/vs ratios from a local earthquake tomograhpy study revealed some ideas about the composition and asperity generating processes. The investigation of 295 aftershock focal mechanism solutions supported the resulting fault plane structure and proposed a 3D similar stress state in the area of the Antofagasta fault plane.
N2  - Die Bruchflaeche grosser Erdbeben umfasst inhomogene Strukturen, die bisher hauptsaechlich in teleseismischen Untersuchungen nachgewiesen werden konnten. Haeufig werden begrenzte Bereiche auf einer Bruchflaeche beobachtet, die durch eine starke Konzentration des freigesetzten seismischen Moments und durch grosse Dislokationen gekennzeichnet sind. Diese Bereiche werden als 'asperities' bezeichnet, die offensichtlich starken Einfluss auf den Bruchverlauf des Hauptbebens ausueben. Beschaffenheit und Eigenschaften der Strukturen in einem Herdgebiet, die verantwortlich sind fuer die Bildung solcher 'asperities' und deren eventueller Bedeutung fuer Schadensverteilungen in zukuenftigen Erdbeben, sind Gegenstand aktueller geowissenschaftlischer Untersuchungen.  In der vorliegenden Arbeit werden 'asperity'-Strukturen auf der Bruchflaeche des Mw=8.0 Antofagasta Erdbebens vom 30. Juli 1995 im Norden Chiles identifiziert. Es handelt sich hierbei um ein typisches Subduktionsbeben mit Aufschiebungscharakter, das in der seismogenen Zone zwischen der abtauchenden pazifischen Nazca-Platte und der ueberschiebenden suedamerikanischen Platte stattfand. Durch die Zusammenarbeit der Deutschen Task Force fuer Erdbeben und dem sich waehrend des Bebens bereits vor Ort befindlichen CINCA '95 Projektgruppe, konnte ein bis zu 44 Stationen umfassendes seismologisches Netzwerk zur Registrierung der Nachbeben errichtet werden. Vor allem die seeseitige Erweiterung des Netzes durch 9 OBH Stationen trug zur hohen Praezision der Hypozentrenbestimmung der Nachbeben bei, die sich hauptsaechlich auf der Bruchflaeche und damit im Kuestenbereich um die Stadt Antofagasta und der noerdlich gelegenen Halbinsel Mejillones verteilten.  Die 'asperity'-Strukturen konnten mittels raeumlicher Variationen von lokalen seismologischen Parametern erkannt werden; zunaechst durch die Verteilung des seimologischen b-Wertes auf der Bruchflaeche aus der Magnituden-Haeufigkeitsbeziehung von Gutenberg-Richter. Durch die Korrelation dieser Verteilung mit Parametern wie der Momentenrate aus dem Hauptbeben, der isostatischen Restanomalien des Gravitationsfeldes, der Verteilung der abgestrahlten seismischen Energie durch die Nachbeben und der vp/vs-Verhaeltnisse aus einer lokalen Erdbebentomographie konnten Rueckschluesse auf die Beschaffenheit und damit den Bildungsprozess der asperities gezogen werden. Die Untersuchung der Herflaechenloesungen die fuer 295 Nachbeben bestimmt wurden, ergab eine indirekte Bestaetigung der gefundenen Strukturen und wies auf die Existenz eines 3D Spannungszustands im Bereich der Bruchflaeche des Antofagasta Bebens hin.
KW  - Subduktionsbeben
KW  - Nachbeben
KW  - Bruchflaechenstruktur
KW  - b-Wert Kartierung
KW  - Herdmechanismen
KW  - subduction earthquake
KW  - aftershock sequence
KW  - fault plane structure
KW  - b-value map
KW  - focal mechanisms
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2430
ER  - 
TY  - THES
A1  - Backers, Tobias
T1  - Fracture toughness determination and micromechanics of rock under Mode I and Mode II loading
N2  - This thesis work describes a new experimental method for the determination of Mode II (shear) fracture toughness, KIIC of rock and compares the outcome to results from Mode I (tensile) fracture toughness, KIC, testing using the International Society of Rock Mechanics Chevron-Bend method.Critical Mode I fracture growth at ambient conditions was studied by carrying out a series of experiments on a sandstone at different loading rates. The mechanical and microstructural data show that time- and loading rate dependent crack growth occurs in the test material at constant energy requirement.The newly developed set-up for determination of the Mode II fracture toughness is called the Punch-Through Shear test. Notches were drilled to the end surfaces of core samples. An axial load punches down the central cylinder introducing a shear load in the remaining rock bridge. To the mantle of the cores a confining pressure may be applied. The application of confining pressure favours the growth of Mode II fractures as large pressures suppress the growth of tensile cracks.Variation of geometrical parameters leads to an optimisation of the PTS- geometry. Increase of normal load on the shear zone increases KIIC bi-linear. High slope is observed at low confining pressures; at pressures above 30 MPa low slope increase is evident. The maximum confining pressure applied is 70 MPa. The evolution of fracturing and its change with confining pressure is described.The existence of Mode II fracture in rock is a matter of debate in the literature. Comparison of the results from Mode I and Mode II testing, mainly regarding the resulting fracture pattern, and correlation analysis of KIC and KIIC to physico-mechanical parameters emphasised the differences between the response of rock to Mode I and Mode II loading. On the microscale, neither the fractures resulting from Mode I the Mode II loading are pure mode fractures. On macroscopic scale, Mode I and Mode II do exist.
N2  - Diese Arbeit beschreibt eine neue experimentelle Methode zur Bestimmung der Modus II (Schub) Bruchzähigkeit, KIIC, von Gestein und vergleicht die Ergebnisse mit Resultaten aus Versuchen zur Bestimmung der Modus I (Zug) Bruchzähigkeit, KIC.An einer Serie von Versuchen mit verschiedenen Belastungsraten wurde das kritische Modus I Rißwachstum eines Sandsteines untersucht. Die mechanischen Daten zeigen, daß zeit- und belastungsratenabhängiges Rißwachstum in dem Material bei konstantem Energieverbrauch stattfindet. Der neu entwickelte Versuchsaufbau zur Ermittlung der Modus II Bruchzähigkeit wurde Punch- Through Shear Test genannt. Die Proben werden aus Bohrkernen hergestellt in deren Endflächen Nuten eingebracht werden. Eine Last auf den Innenzylinder induziert eine Schubspannung. Auf die Mantelfläche der Proben kann ein Umlagerungsdruck aufgebracht werden. Da durch Normalspannungen das Modus I Rißwachstum unterdrückt wird, wird das Modus II Rißwachstum gefördert.Die PTS- Probengeometrie wurde bezüglich Nutentiefe, -durchmessers, -breite und des Probendurchmessers optimiert. KIIC steigt bi-linear mit Zunahme des Umlagerungsdruckes an. Ein starker Anstieg ist bis zu Umlagerungsdrücken von etwa 30 MPa zu beobachten, oberhalb ist die Steigung geringer. Bisher wurden Umlagerungsdrücke bis maximal 70 MPa aufgebracht. Die Entwicklung der entstehenden Risse und deren Variation mit Umlagerungsdruck wird beschrieben.Ob die Entstehung eines Modus II Risses in Gestein möglich ist, wurde vielfach in der Literatur diskutiert. Der Vergleich der Ergebnisse der Modus I und II Experimente, insbesondere bezüglich der Rißmuster und der Korrelationsanalysen von KIC und KIIC zu physiko-mechanischen Parametern, zeigt die Unterschiede der Reaktion auf Modus I und Modus II Belastung auf. Mikroskopisch gesehen wachsen die Risse weder unter Modus I noch unter Modus II Belastung in einem reinen Modus. Allerdings existieren Modus I und Modus II Risse auf der makroskopischen Betrachtungsebene.
KW  - Rissmechanik
KW  - Felsmechanik
KW  - Bruchzähigkeit
KW  - Mikrostruktur
KW  - fracture mechanics
KW  - rock mechanics
KW  - fracture toughness
KW  - microsructure
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2294
ER  - 
TY  - THES
A1  - Thiede, Rasmus Christoph
T1  - Tectonic and climatic controls on orogenic processes : the Northwest Himalaya, India
N2  - The role of feedback between erosional unloading and tectonics controlling the development of the Himalaya is a matter of current debate. The distribution of precipitation is thought to control surface erosion, which in turn results in tectonic exhumation as an isostatic compensation process. Alternatively, subsurface structures can have significant influence in the evolution of this actively growing orogen. Along the southern Himalayan front new 40Ar/39Ar white mica and apatite fission track (AFT) thermochronologic data provide the opportunity to determine the history of rock-uplift and exhumation paths along an approximately 120-km-wide NE-SW transect spanning the greater Sutlej region of the northwest Himalaya, India. 40Ar/39Ar data indicate, consistent with earlier studies that first the High Himalayan Crystalline, and subsequently the Lesser Himalayan Crystalline nappes were exhumed rapidly during Miocene time, while the deformation front propagated to the south. In contrast, new AFT data delineate synchronous exhumation of an elliptically shaped, NE-SW-oriented ~80 x 40 km region spanning both crystalline nappes during Pliocene-Quaternary time. The AFT ages correlate with elevation, but show within the resolution of the method no spatial relationship to preexisting major tectonic structures, such as the Main Central Thrust or the Southern Tibetan Fault System. Assuming constant exhumation rates and geothermal gradient, the rocks of two age vs. elevation transects were exhumed at ~1.4 &#177;0.2 and ~1.1 &#177;0.4 mm/a with an average cooling rate of ~50-60 &#176;C/Ma during Pliocene-Quaternary time. The locus of pronounced exhumation defined by the AFT data coincides with a region of enhanced precipitation, high discharge, and sediment flux rates under present conditions. We therefore hypothesize that the distribution of AFT cooling ages might reflect the efficiency of surface processes and fluvial erosion, and thus demonstrate the influence of erosion in localizing rock-uplift and exhumation along southern Himalayan front, rather than encompassing the entire orogen.Despite a possible feedback between erosion and exhumation along the southern Himalayan front, we observe tectonically driven, crustal exhumation within the arid region behind the orographic barrier of the High Himalaya, which might be related to and driven by internal plateau forces. Several metamorphic-igneous gneiss dome complexes have been exhumed between the High Himalaya to the south and Indus-Tsangpo suture zone to the north since the onset of Indian-Eurasian collision ~50 Ma ago. Although the overall tectonic setting is characterized by convergence the exhumation of these domes is accommodated by extensional fault systems.Along the Indian-Tibetan border the poorly described Leo Pargil metamorphic-igneous gneiss dome (31-34&#176;N/77-78&#176;E) is located within the Tethyan Himalaya. New field mapping, structural, and geochronologic data document that the western flank of the Leo Pargil dome was formed by extension along temporally linked normal fault systems. Motion on a major detachment system, referred to as the Leo Pargil detachment zone (LPDZ) has led to the juxtaposition of low-grade metamorphic, sedimentary rocks in the hanging wall and high-grade metamorphic gneisses in the footwall. However, the distribution of new 40Ar/39Ar white mica data indicate a regional cooling event during middle Miocene time. New apatite fission track (AFT) data demonstrate that subsequently more of the footwall was extruded along the LPDZ in a brittle stage between 10 and 2 Ma with a minimum displacement of ~9 km. Additionally, AFT-data indicate a regional accelerated cooling and exhumation episode starting at ~4 Ma. Thus, tectonic processes can affect the entire orogenic system, while potential feedbacks between erosion and tectonics appear to be limited to the windward sides of an orogenic systems.
N2  - Welche Rolle Wechselwirkungen zwischen der Verteilung des Niederschlags, Erosion und Tektonik während der Entwicklung des Himalayas über geologische Zeiträume gespielt haben bzw. heute spielen, ist umstritten. Dabei ist von besonderem Interesse, ob Erosion ausschliesslich in Folge tiefkrustaler Hebungsprozesse entsteht und gesteuert wird, oder ob Regionen besonders effektiver Erosion, bedingt durch isostatische Kompensation, die Lokation tektonischer Deformation innerhalb aktiver Orogene beeinflussen können. Entlang der südlichen Himalayafront ermöglichen neue thermochronologische 40Ar/39Ar-Hellglimmer- und Apatite-Spaltspur-Alter die Bestimmung der Exhumationspfade entlang eines 120-km-langen NE-SW-gerichteten Profils, dass quer durch die gesamte Sutlej-Region des nordwestlichen, indischen Himalayas verläuft. Dabei deuten die 40Ar/39Ar-Daten in übereinstimmung mit früheren Studien darauf hin, dass zuerst das Kristallin des Hohen Himalayas und anschliessend, südwärts propagierend, das Kristallin des Niederen Himalayas während des Miozäns exhumiert worden ist. Im Gegensatz dazu weisen die neuen Apatit-Spaltspur-Alter auf eine gleichmässige und zeitgleiche Exhumation beider kristallinen Decken entlang des Sutlejflusses. Dieser 80x40 km weite Bereich formt einen elliptischen, nordost-südwest orientierten Sektor erhöhter Exhumationsraten während des Pliozäns und Quartärs. Innerhalb des Fehlerbereichs der Spaltspurmethode zeigen die Alter eine gute Korrelation mit der Höhe, zeigen aber gleichzeitig keine Abhängigkeit zu bedeutenden tektonischen Störungen, wie die "Main Central Thrust" oder dem "Southern Tibetan Fault System". Unter der vereinfachten Annahme konstanter Exhumationsraten deuten zwei verschiedene Höhenprofile auf Exhumationraten in der Grössenordnung von ~1,4 &#177;0,2 und ~1,1 &#177;0,4 mm/a bei einer durchschnittlichen Abkühlrate von ~50-60 &#176;C/m.y. während des Pliozäns bzw. Quartärs hin. Der anhand von Spaltspuraltern bestimmte Sektor verstärkter Exhumation korreliert mit dem Gebiet, das während des Holozäns hohen Niederschlags-, Erosion- bzw. Sedimenttransportraten ausgesetzt ist. Daher vermuten wir, dass die Verteilung von jungen Spaltspuraltern den regionalen Grad der Effiziens von Oberflächenprozessen und fluviatiler Erosion wiederspiegelt. Dies deutet auf einen Zusammenhang zwischen Erosion und der Lokalisierung von Hebung und Exhumation entlang der südlichen Front des Himalayas hin, und zeigt gleichzeitig, dass die Exhumation nicht einfach über die gesamte Front gleichmässig verteilt ist.Trotz der Wechselwirkungen zwischen Exhumation und Erosion, die möglicherweise die Entwicklung der südlichen Himalayafront beeinflussen, beobachten wir auch tiefkrustale tektonische Exhumation in ariden Gebieten nördlich des Hohen Himalayas, die vermutlich im Zusammenhang mit plateauinternenen Deformationsprozessen steht. So haben sich zum Beispiel mehrere metaplutonische Gneissdomkomplexe zwischen dem Hohen Himalaya im Süden und der Indus-Tsangpo Suturzone im Norden seit der Indien-Asien Kollision vor ca. 50 Millionen Jahren entwickelt. Obwohl die Dome sich grossräumig in einem kommpressiven Spannungsfeld befinden, werden sie lokal entlang von Extensionsstrukturen exhumiert. Bis heute sind die Ursachen für die Entstehung dieser Prozesse umstritten.Entlang der Indisch-Tibetischen Grenze erstreckt sich der fast vollkommen unbeschriebene Leo-Pargil-Gneissdomkomplex (31-34&#176;N/77-78&#176;E) innerhalb des Tethyschen Himalayas. Neue Geländekartierungen, strukturelle und geochronologische Daten der westliche Flanke des Leo Pargil Domes dokumentieren, dass dieser sich entlang zeitlich verbundener Abschiebungssysteme in einem extensionalen Regime entwickelt hat. Im Gelände wird der Dome von einem mächtigen Störungssystem begrenzt, die "Leo Pargil Detachment Zone" (LPDZ). Durch den tektonischen Versatz entlang der LPDZ liegen heute niedriggradig metamorphe Sedimentgesteine im Hangenden neben hochgradigen Gneisen in Liegenden. Unabhängig von der Probenlokation entlang des aufgeschlossenen Störungssystemes ergeben alle neuen 40Ar/39Ar-Hellglimmeralter um die 15 Ma und deuten auf ein regional wichtiges Abkühlungsereignis hin. Im Gegensatz dazu deuten die neuen Apatit-Spaltspuralter (AFT) auf eine kontinuierliche Exhumation der hochmetamorphen Einheiten im Liegenden der LPDZ unter sprödtektonischen Bedingungen zwischen 10 und 2 Ma hin, bei einem minimalen Versatz von ungefähr 9 km. Desweiteren deuten die Apatit-Spaltspur-Daten auf überregionale beschleunigte Abkülhlungs- bzw Exhumationsphase seit 4 Ma.Daraus kann gefolgert werden, dass die tektonischen Prozesse die Entwicklung des gesamten Gebirges beflussen können, während potenzielle Wechselwirkungen zwischen Erosion und Tektonik auf die luvwärtigen Gebirgsflanken beschränkt zu bleiben scheinen.
KW  - Gebirgsbildung
KW  - Erosion
KW  - Hebung
KW  - Himalaya
KW  - Spalt Spuren
KW  - Thermochronologie
KW  - Klima
KW  - Monsoon
KW  - Indien
KW  - Orogen
KW  - erosion
KW  - uplift
KW  - Himalaya
KW  - fission track
KW  - thermochronology
KW  - climate
KW  - monsoon
KW  - India
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2281
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bookhagen, Bodo
T1  - Late quaternary climate changes and landscape evolution in the Northwest Himalaya : geomorphologic processes in the Indian Summer Monsoon Domain
N2  - The India-Eurasia continental collision zone provides a spectacular example of active mountain building and climatic forcing. In order to quantify the critically important process of mass removal, I analyzed spatial and temporal precipitation patterns of the oscillating monsoon system and their geomorphic imprints. I processed passive microwave satellite data to derive high-resolution rainfall estimates for the last decade and identified an abnormal monsoon year in 2002. During this year, precipitation migrated far into the Sutlej Valley in the northwestern part of the Himalaya and reached regions behind orographic barriers that are normally arid. There, sediment flux, mean basin denudation rates, and channel-forming processes such as erosion by debris-flows increased significantly. Similarly, during the late Pleistocene and early Holocene, solar forcing increased the strength of the Indian summer monsoon for several millennia and presumably lead to analogous precipitation distribution as were observed during 2002. However, the persistent humid conditions in the steep, high-elevation parts of the Sutlej River resulted in deep-seated landsliding. Landslides were exceptionally large, mainly due to two processes that I infer for this time: At the onset of the intensified monsoon at 9.7 ka BP heavy rainfall and high river discharge removed material stored along the river, and lowered the baselevel. Second, enhanced discharge, sediment flux, and increased pore-water pressures along the hillslopes eventually lead to exceptionally large landslides that have not been observed in other periods. The excess sediments that were removed from the upstream parts of the Sutlej Valley were rapidly deposited in the low-gradient sectors of the lower Sutlej River. Timing of downcutting correlates with centennial-long weaker monsoon periods that were characterized by lower rainfall. I explain this relationship by taking sediment flux and rainfall dynamics into account: High sediment flux derived from the upstream parts of the Sutlej River during strong monsoon phases prevents fluvial incision due to oversaturation the fluvial sediment-transport capacity. In contrast, weaker monsoons result in a lower sediment flux that allows incision in the low-elevation parts of the Sutlej River.
N2  - Die Indisch-Eurasische Kontinentalkollision ist ein beeindruckendes Beispiel für weitreichenden, tektonisch kontrollierten klimatischen Einfluss. Um den Einfluss von klimatisch bedingter Erosion auf die Orogenese zu testen, habe ich erosive Oberflächenprozesse, Monsunvariationen und fluviatilen Massentransfer auf verschiedenen Zeitscheiben analysiert. Um genaue Niederschläge auf einem grossen Raum zu quantifizieren, habe ich durch Wettersatelliten aufgezeichnete passive Mikrowellendaten für die letzten zehn Jahre untersucht. Erstaunlicherweise variiert der Niederschlag nur wenig von Jahr zu Jahr und ein Großteil des Regens wird durch orographische Effekte gesteuert. Im Jahre 2002 allerdings, habe ich ein abnormal starkes Monsunjahr feststellen können. Zu dieser Zeit ist der Monsunniederschlag weiter in das Gebirge vorgedrungen und hat viele Massenbewegungen wie z.B. Schuttströme und Muren ausgelöst. Dabei verdoppelten sich die Erosionsraten im Einzugsgebiet. Ich zeige anhand von Satellitenbildern, aufgenommen vor und nach dem Monsun, dass sich hierbei vor allen Dingen kleine, neue Flußläufe entwickeln. In höher gelegenen, normalerweise trockenen Gebieten findet man auch Überreste von enormen Bergstürzen und dahinter aufgestauten Seen. Datierungen dieser geomorphologischen Phänomene zeigen, dass sie nur in zwei Phasen während der letzten 30.000 Jahre auftreten: Im späten Pleistozän vor rund 27.000 Jahren und im frühen Holozän vor 8000 Jahre. Diese Zeiten sind durch einen starken Monsun, der durch die Insolation kontrolliert wird, gekennzeichnet. Analog zur Niederschlagsverteilung im Jahre 2002 ist der Monsun aber nicht nur für ein Jahr, sondern mehrere hundert oder tausend Jahre lang kontinuierlich in die heute ariden Gebiete vorgedrungen. Der erhöhte Porenwasserdruck und die erstarkten Flüsse lösten dann durch laterale Unterschneidung große Bergstürze aus, die zu keiner anderen Zeit beobachtet wurden. Die temporären Becken in den Hochlagen, die durch Bergstürze entstanden sind, entstehen in Feuchtphasen und werden in schwächeren Monsunphasen von Flüssen abgetragen und verdeutlicht die komplexe Beziehung zwischen Klima und Massentransfer verdeutlicht.  ---- Anmerkung: Der Autor wurde 2005 mit dem 7. Publikationspreis des Leibniz-Kollegs Potsdam für Nachwuchswissenschaftler/innen in Naturwissenschaften ausgezeichnet.
T2  - Late quaternary climate changes and landscape evolution in the Northwest Himalaya : geomorphologic processes in the Indian Summer Monsoon Domain
KW  - Monsun
KW  - Himalaja
KW  - Klima
KW  - Indien
KW  - Bergstürze
KW  - Geomorphologie
KW  - Asian monsoon
KW  - Himalaya
KW  - climate
KW  - landslides
KW  - geomorphology
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001956
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kesten, Dagmar
T1  - Structural observations at the southern Dead Sea Transform from seismic reflection data and ASTER satellite images
N2  - Die folgende Arbeit ist Teil des multidisziplinären Projektes DESERT (DEad SEa Rift Transect), welches seit dem Jahr 2000 im Nahen Osten durchgeführt wird. Dabei geht es primär um die Struktur der südlichen Dead Sea Transform (DST; Tote-Meer-Transformstörung), Plattengrenze zwischen Afrika (Sinai) und der Arabischen Mikroplatte. Seit dem Miozän beträgt der sinistrale Versatz an dieser bedeutenden aktiven Blattverschiebung mehr als 100 km. Das steilwinkelseismische (NVR) Experiment von DESERT querte die DST im Arava Tal zwischen Rotem Meer und Totem Meer, wo die Hauptstörung auch Arava Fault genannt wird. Das 100 km lange Profil erstreckte sich von Sede Boqer/Israel im Nordwesten nach Ma'an/Jordanien im Südosten und fällt mit dem zentralen Teil einer weitwinkelseismischen Profillinie zusammen.  Steilwinkelseismische Messungen stellen bei der Bestimmung der Krustenstruktur bis zur Krusten/Mantel-Grenze ein wichtiges Instrument dar. Obwohl es kaum möglich ist, steilstehende Störungszonen direkt abzubilden, geben abrupte Veränderungen des Reflektivitätsmuster oder plötzlich endende Reflektoren indirekte Hinweise auf Transformbewegung. Da bis zum DESERT Experiment keine anderen reflexionsseismischen Messungen über die DST ausgeführt worden waren, waren wichtige Aspekte dieser Transform-Plattengrenze und der damit verbundenen Krustenstruktur nicht bekannt. Mit dem Projekt sollte deshalb untersucht werden, wie sich die DST sowohl in der oberen als auch in der unteren Kruste manifestiert. Zu den Fragestellungen gehörte unter anderem, ob sich die DST bis in den Mantel fortsetzt und ob ein Versatz der Krusten/Mantel-Grenze beobachtet werden kann. So ein Versatz ist von anderen großen Transformstörungen bekannt.  In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die Methode der Steilwinkelseismik und die Datenverarbeitung kurz erläutert, bevor die Daten geologisch interpretiert werden. Bei der Interpetation werden die Ergebnisse anderer relevanter Studien berücksichtigt. Geologische Geländearbeiten im Gebiet des NVR Profiles ergaben, dass die Arava Fault zum Teil charakterisiert ist durch niedrige Steilstufen in den neogenen Sedimenten, durch kleine Druckrücken oder Rhomb-Gräben. Ein typischer Aufbau der Störungszone mit einem Störungskern, einer störungsbezogenen Deformationszone und einem undeformierten Ausgangsgestein, wie er von anderen großen Störungszonen beschrieben worden ist, konnte nicht gefunden werden. Deshalb wurden zur Ergänzung der Reflexionsseismik, welche vor allem die tieferen Krustenstrukturen abbildet, ASTER (Advanced Spacebourne Thermal Emission and Reflection Radiometer) Satellitendaten herangezogen, um oberflächennahe Deformation und neotektonische Aktivität zu bestimmen.
N2  - Following work is embedded in the multidisciplinary study DESERT (DEad SEa Rift Transect) that has been carried out in the Middle East since the beginning of the year 2000. It focuses on the structure of the southern Dead Sea Transform (DST), the transform plate boundary between Africa (Sinai) and the Arabian microplate. The left-lateral displacement along this major active strike-slip fault amounts to more than 100 km since Miocene times. The DESERT near-vertical seismic reflection (NVR) experiment crossed the DST in the Arava Valley between Red Sea and Dead Sea, where its main fault is called Arava Fault. The 100 km long profile extends in a NW&mdash;SE direction from Sede Boqer/Israel to Ma'an/Jordan and coincides with the central part of a wide-angle seismic refraction/reflection line.  Near-vertical seismic reflection studies are powerful tools to study the crustal architecture down to the crust/mantle boundary. Although they cannot directly image steeply dipping fault zones, they can give indirect evidence for transform motion by offset reflectors or an abrupt change in reflectivity pattern. Since no seismic reflection profile had crossed the DST before DESERT, important aspects of this transform plate boundary and related crustal structures were not known. Thus this study aimed to resolve the DST's manifestation in both the upper and the lower crust. It was to show, whether the DST penetrates into the mantle and whether it is associated with an offset of the crust/mantle boundary, which is observed at other large strike-slip zones.  In this work a short description of the seismic reflection method and the various processing steps is followed by a geological interpretation of the seismic data, taking into account relevant information from other studies. Geological investigations in the area of the NVR profile showed, that the Arava Fault can partly be recognized in the field by small scarps in the Neogene sediments, small pressure ridges or rhomb-shaped grabens. A typical fault zone architecture with a fault gauge, fault-related damage zone, and undeformed host rock, that has been reported from other large fault zones, could not be found. Therefore, as a complementary part to the NVR experiment, which was designed to resolve deeper crustal structures, ASTER (Advanced Spacebourne Thermal Emission and Reflection Radiometer) satellite images were used to analyze surface deformation and determine neotectonic activity.
T2  - Structural observations at the southern Dead Sea Transform from seismic reflection data and ASTER satellite images
KW  - Totes Meer Störungssystem
KW  - Arava-Störung
KW  - Naher Osten
KW  - Tektonik
KW  - Transformstörung
KW  - Reflexionsseismik
KW  - ASTER Satellitendaten
KW  - Dead Sea Transform
KW  - Arava Fault
KW  - Middle East
KW  - tectonics
KW  - transform fault
KW  - strike-slip fault
KW  - near-vertical seismic reflection
KW  - ASTER satellite images
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001807
ER  - 
TY  - THES
A1  - Demory, François
T1  - Paleomagnetic dating of climatic events in Late Quaternary sediments of Lake Baikal (Siberia)
N2  - Der Baikalsee ist ein ideales Klimaarchiv für die Mitte Eurasiens. In dieser Arbeit wurde gesteinsmagnetische und paleomagnetische Analysen an hemipelagischen Sequenzen von vier Lokationen analysiert. Die Kerne erreichen ein Alter von maximal 300 ky. In Kombination mit TEM, XRD, XRF und geochemischen Analysen zeigt die gesteinsmagnetische Studie, dass detritischer Magnetit das magnetische Signal der glazialen Sedimente dominiert. Die magnetischen Signale der interglazialen Sedimente wurden durch diagenetische Prozesse verändert. Mittels HIRM können Hämatit und Goethit quantifiziert werden. Diese Methode eignet sich, den detritischen Eintrag in den Baikalsee abzuschätzen. Relative Paleointensitäten des Erdmagnetfeldes ergaben reproduizerbare Muster, welche in Korrelation mit gutdatierten Referenzproben die Ableitung eines alternativen Altersmodells für die Datierung der Baikalsedimente ermöglichten. Bei Anwendung des paleomagnetischen Altersmodells beobachtet man, dass die Abkühlung im Baikalgebiet und im Oberflächenwasser des Nordatlantiks wie sie aus den &#948;18 O-Werten planktonischer Foraminiferen abgeleitet werden kann, zeitgleich ist. Wird das aus benthischen &#948;18 O-Werten abgeleitete Altermdodell auf den Baikalsee angewandt, ergibt sich eine deutliche Zeitverschiebung. Das benthische Altersmodell repräsentiert die globale Veränderung des Eisvolumens, welche später als die Vänderung der Oberflächenwassertemperatur auftritt. Die Kompilation paleomagnetischer Kurven ergab eine neue relative Paleointensitätskurve &ldquo;Baikal 200&rdquo;. Mittels Korngrössenanalyse des Detritus konnten drei Faziestypen mit unterschiedlicher Sedimentationsdynamik unterschieden werden: 1) Glaziale Peroiden werden durch hohe Tongehalte infolge von Windeintrag und durch grobe Sandfraktion mittels Transport durch lokale Winde über das Eis charakterisiert. Dieser Faziestyp deutet auf arides Klima. 2) Während der Glazial/Interglazial-Übergänge steigt die Siltfraktion an. Dies deutet auf erhöhte Feuchtigkeit und damit verbunden erhöhte Sedimentdynamik. Windtransport und in den Schnee der Eisdecke eingetragener Staub sind die vorherrschenden Prozesse, welche den Silt in hemipelagischer Position zur Ablagerung bringen. 3) Während des klimatischen Optimum des Eeemian werden Grösse und Quantität des Silts minimal, was auf eine geschlossene Vegetationsdecke im Hinterland deutet.
N2  - Lake Baikal provides an excellent climatic archive for Central Eurasia as global climatic variations are continuously depicted in its sediments. We performed continuous rock magnetic and paleomagnetic analyses on hemipelagic sequences retrieved from 4 underwater highs reaching back 300 ka. The rock magnetic study combined with TEM, XRD, XRF and geochemical analyses evidenced that a magnetite of detrital origin dominates the magnetic signal in glacial sediments whereas interglacial sediments are affected by early diagenesis. HIRM roughly quantifies the hematite and goethite contributions and remains the best proxy for estimating the detrital input in Lake Baikal. Relative paleointensity records of the earth&prime;s magnetic field show a reproducible pattern, which allows for correlation with well-dated reference curves and thus provides an alternative age model for Lake Baikal sediments. Using the paleomagnetic age model we observed that cooling in the Lake Baikal region and cooling of the sea surface water in the North Atlantic, as recorded in planktonic foraminifera &#948;18 O, are coeval. On the other hand, benthic &#948;18 O curves record mainly the global ice volume change, which occurs later than the sea surface temperature change. This proves that a dating bias results from an age model based on the correlation of Lake Baikal sedimentary records with benthic &#948;18 O curves. The compilation of paleomagnetic curves provides a new relative paleointensity curve, &ldquo;Baikal 200&rdquo;. With a laser-assisted grain size analysis of the detrital input, three facies types, reflecting different sedimentary dynamics can be distinguished. (1) Glacial periods are characterised by a high clay content mostly due to wind activity and by occurrence of a coarse fraction (sand) transported over the ice by local winds. This fraction gives evidence for aridity in the hinterland. (2) At glacial/interglacial transitions, the quantity of silt increases as the moisture increases, reflecting increased sedimentary dynamics. Wind transport and snow trapping are the dominant process bringing silt to a hemipelagic site (3) During the climatic optimum of the Eemian, the silt size and quantity are minimal due to blanketing of the detrital sources by the vegetal cover.
T2  - Paleomagnetic dating of climatic events in Late Quaternary sediments of Lake Baikal (Siberia)
KW  - Paleomagnetismus
KW  - Klima
KW  - Sedimentationsdynamik
KW  - diagenetische Prozesse
KW  - Paleomagnetism
KW  - climate
KW  - sedimentary dynamics
KW  - diagenesis
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001720
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rimmelé, Gaëtan
T1  - Structural and metamorphic evolution of the Lycian Nappes and the Menderes Massif (southwest Turkey) : geodynamic implications and correlations with the Aegean domain
N2  - West Anatolien, welches die östliche laterale Verlängerung der ägäischen Domäne darstellt, besteht aus mehreren tektono-metamorphen Einheiten, die Hochdruck/Niedrigtemperatur (HP/LT) Gesteine aufweisen. Einige dieser metamorphen Gesteine Zeugen der panafrikanischen oder der kimmerischen Orogenese sind, entstanden andere während die jüngere Alpine Orogenese.   Das Menderes Massiv, in der SW Türkei, wird im N von Decken der Izmir-Ankara Suturzone, im E von der Afyon Zone sowie im S von den Lykischen Decken tektonisch überlagert. In den Metasedimenten der Lykischen Decken und dem darunterliegenden Menderes Massiv treten weitverbreitete Vorkommen von Fe-Mg-Carpholith-führenden Gesteinen auf. Diese neue Entdeckung belegt, dass beide Deckenkomplexe während der alpinen Orogenese unter HP/LT Bedingungen überprägt wurden. Die P-T Bedingungen für die HP-Phase liegen bei 10-12 kbar/400&#176;C in den Lykischen Decken und 12-14 kbar/470-500&#176;C im südlichen Menderes Massiv, was eine Versenkung von min. 30 km während der Subduktion und Deckenstapelung dokumentiert.  Die Analyse der duktilen Deformation sowie thermobarometrische Berechnungen zeigen, dass die Lykischen Metasedimente unterschiedliche Exhumierungspfade nach der gemeinsamen HP-Phase durchliefen. In Gesteinen, die weiter entfernt vom Kontakt der Lykischen Decken mit dem Menderes Massiv liegen, lässt sich lediglich ein Hochdruck-Abkühlungspfad belegen, der mit einer &bdquo;top-NNE&ldquo; Bewegung an die Akçakaya Scherzone gebunden ist. Diese Scherzone ist ein Intra-Deckenkontakt, der in den frühen Stadien, innerhalb des Stabilitätsfeldes von Fe-Mg-Carpholith, der Exhumierung aktiv war. Die nahe am Kontakt mit dem Menderes Massiv gelegenen Gesteine weisen wärmere Exhumierungspfade auf, die mit einer &bdquo;top-E&ldquo; Scherung assoziiert sind. Diese Deformation erfolgte nach dem S-Transport der Lykischen Decken und somit zeitgleich mit der Reaktivierung des Kontakts der Lykischen Decken/Menderes Massiv als Hauptscherzone (der Gerit Scherzone), die eine späte Exhumierung der HP-Gesteine unter wärmeren Bedingungen erlaubte. Die Hochdruckgesteine des südlichen Menderes Massiv weisen eine einfache isothermale Dekompression bei etwa 450&#176;C während der Exhumierung nach. Die begleitende Deformation während der Hochdruckphase und der Exhumierung ist durch eine starke N-S bis NE-SW&ndash;Dehnung charakterisiert.  Das Alter der Hochdruckmetamorphose in den Lykischen Decken kann zwischen oberster Kreide (jüngste Sedimente in der Lykischen allochthonen Einheit) und Eozän (Kykladische Blauschiefer) festgelegt werden. Ein mögliches Paläozänes Alter kann somit angenommen werden. Das Alter der Hochdruckmetamorphose in den Deckschichten des Menderes Massiv liegt demnach zwischen mittlerem Paläozän (oberste Metaolistostrome der Menderes &bdquo;Cover&ldquo;-Einheit) und dem mittleren Eozän (HP-Metamorphose in der Dilek-Selçuk Region des Kykladenkomplex). Apatit-Spaltspur-Daten von beiden Seiten des Kontakts der Lykischen Decken/Menderes Massiv lassen darauf schließen, daß diese Gesteine im späten Oligozän/frühen Miozän sehr nahe der Paläo-Oberfläche waren.   Die hier dargestellten Arbeiten in den Lykischen Decken und im Menderes Massiv lassen auf die Existenz eines ausgedehnten alpinen HP-Metamorphose-Gürtels im SW der Türkei schließen. Die Hochdruckgesteine wurden im Akkretionskomplex einer N-wärtigen Subduktion des Neo-Tethys Ozeans gebildet, der spät-Kretazisch obduziert und dann in die früh-Tertiäre Kontinentalkollision des passiven Randes (Anatolid-Taurid Block) mit der nördlichen Platte (Sakarya Mikrokontinent) miteinbezogen war. Im Eozän bestand der Akkretionskomplex aus drei gestapelten Hochdruckeinheiten. Die Unterste entspricht dem eingeschuppten Kern und Hochdruck-&bdquo;Cover&ldquo; des Menderes Massivs. Die Mittlere besteht aus dem Kykladischen Blauschiefer-Komplex (Dilek-Selçuk Einheit) und die oberste Einheit wird von den Hochdruck Lykischen Decken gebildet.   Während die Basiseinheiten der ägäischen und anatolischen Region tektonisch unterschiedliche Prä-mesozoische Geschichten durchliefen, wurden sie wahrscheinlich am Ende des Paläozikums zusammengeführt und durchliefen dann ein gemeinsame mesozoische Geschichte. Dann wurden die Basis und ihre Deckschichten, ebenso wie die Kykladischen Blauschiefer und Lykischen Decken, in ähnlich entstandene akkretionäre Komplexe während des Eozäns und Oligozäns involviert.
N2  - Western Anatolia that represents the eastward lateral continuation of the Aegean domain is composed of several tectono-metamorphic units showing occurrences of high-pressure/low-temperature (HP-LT) rocks. While some of these metamorphic rocks are vestiges of the Pan-African or Cimmerian orogenies, others are the result of the more recent Alpine orogenesis.   In southwest Turkey, the Menderes Massif occupies an extensive area tectonically overlain by nappe units of the Izmir-Ankara Suture Zone in the north, the Afyon Zone in the east, and the Lycian Nappes in the south. In the present study, investigations in the metasediments of the Lycian Nappes and underlying southern Menderes Massif revealed widespread occurrences of Fe-Mg-carpholite-bearing rocks. This discovery leads to the very first consideration that both nappe complexes recorded HP-LT metamorphic conditions during the Alpine orogenesis. P-T conditions for the HP metamorphic peak are about 10-12 kbar/400&#176;C in the Lycian Nappes, and 12-14 kbar/470-500&#176;C in the southern Menderes Massif, documenting a burial of at least 30 km during subduction and nappe stacking.   Ductile deformation analysis in concert with multi-equilibrium thermobarometric calculations reveals that metasediments from the Lycian Nappes recorded distinct exhumation patterns after a common HP metamorphic peak. The rocks located far from the contact separating the Lycian Nappes and the Menderes Massif, where HP parageneses are well preserved, retained a single HP cooling path associated with top-to-the-NNE shearing related to the Akçakaya shear zone. This zone of strain localization is an intra-nappe contact that was active in the early stages of exhumation of HP rocks, within the stability field of Fe-Mg-carpholite. The rocks located close to the contact with the Menderes Massif, where HP parageneses are completely retrogressed into chlorite and mica, recorded warmer exhumation paths associated with top-to-the-E intense shearing. This deformation occurred after the southward emplacement of Lycian Nappes, and is contemporaneous with the reactivation of the &rsquo;Lycian Nappes-Menderes Massif&prime; contact as a major shear zone (the Gerit shear zone) that allowed late exhumation of HP parageneses under warmer conditions. The HP rocks from the southern Menderes Massif recorded a simple isothermal decompression at about 450&#176;C during exhumation, and deformation during HP event and its exhumation is characterized by a severe N-S to NE-SW stretching.  The age of the HP metamorphism recorded in the Lycian Nappes is assumed to range between the Latest Cretaceous (age of the youngest sediments in the Lycian allochthonous unit) and the Eocene (age of the Cycladic Blueschists). A probable Palaeocene age is suggested. The age of the HP metamorphism that affected the cover series of the Menderes Massif is constrained between the Middle Palaeocene (age of the uppermost metaolistostrome of the Menderes &rsquo;cover&prime;) and the Middle Eocene (age of the HP metamorphism in the Dilek-Selçuk region that belongs to the Cycladic Complex). Apatite fission track data for the rocks on both sides of the &rsquo;Lycian Nappes/Menderes Massif&rsquo; contact suggest that these rocks were very close to the paleo-Earth surface in the Late Oligocene-Early Miocene time.  This study in the Lycian Nappes and in the Menderes Massif establishes the existence of an extensive Alpine HP metamorphic belt in southwest Turkey. HP rocks were involved in the accretionary complex related to northward-verging subduction of the Neo-Tethys Ocean, Late Cretaceous obduction and subsequent Early Tertiary continental collision of the passive margin (Anatolide-Tauride block) beneath the active margin of the northern plate (Sakarya micro-continent). During the Eocene, the accretionary complex was made of three stacked HP units. The lowermost corresponds to the imbricated &rsquo;core&prime; and HP &rsquo;cover&prime; of the Menderes Massif, the intermediate one consists of the Cycladic Blueschist Complex (Dilek-Selçuk unit), and the uppermost unit is made of the HP Lycian Nappes.  Whereas the basement units of both Aegean and Anatolian regions underwent a different pre-Mesozoic tectonic history, they were probably juxtaposed by the end of the Paleozoic and underwent a common Mesozoic history. Then, the basements and their cover, as well as the Cycladic Blueschists and the Lycian Nappes were involved in similar evolutional accretionary complexes during the Eocene and Oligocene times.
KW  - Fe-Mg-carpholite
KW  - Menderes Massiv
KW  - Lykischen Decken
KW  - West Türkei
KW  - Hochdruck/Niedrigtemperatur Gesteine
KW  - Fe-Mg-carpholite
KW  - Menderes Massif
KW  - Lycian Nappes
KW  - West Turkey
KW  - High-pressure/low-temperature rocks
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001094
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bergner, Andreas G. N.
T1  - Lake-level fluctuations and Late Quaternary climate change in the Central Kenya Rift
N2  - Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Rekonstruktion von Klima in historischen Zeiten im tropischen Ostafrika. Nach einer Übersicht über die heutigen klimatischen Bedingungen der Tropen und den Besonderheiten des ostafrikanischen Klimas, werden die Möglichkeiten der Klimarekonstruktion anhand von Seesedimenten diskutiert. Es zeigt sich, dass die hoch gelegenen Seen des Zentralen Keniarifts, als Teil des Ostafrikanischen Grabensystems, besonders geeignete Klimaarchive darstellen, da sie sensibel auf klimatische Veränderungen reagieren. Veränderungen der Seechemie, wie sie in den Sedimenten aufgezeichnet werden, eignen sich um die natürlichen Schwankungen in der Quartären Klimageschichte Ostafrikas nachzuzeichnen. Basierend auf der guten 40Ar/39Ar- und 14C-Datierbarkeit der Seesedimente wird eine Chronologie der paläoökologischen Bedingungen anhand von Diatomeenvergesellschaftungen restauriert. Dabei zeigen sich für die Seen Nakuru, Elmenteita und Naivasha kurzfristige Transgression/ Regressions-Zyklen im Intervall von ca. 11.000 Jahren während des letzten (ca. 12.000 bis 6.000 J.v.H.) und vorletzten Interglazials (ca. 140.000 bis 60.000 J.v.H.). Zusätzlich kann ein allgemeiner, langfristiger Trend der Seeentwicklung von großen Frischwasserseen hin zu stärker salinen Gewässern innerhalb der letzen 1 Mio. Jahre festgestellt werden. Mittels Transferfunktionen und einem hydro-klimatischen Modellansatz können die restaurierten limnologischen Bedingungen als klimatische Schwankungen des Einzugsgebietes interpretiert werden. Wenngleich auch der zusätzliche Einfluss von tektonischen Veränderungen auf das Seeeinzugsgebiet und das Gewicht veränderter Grundwasserströme abgewogen werden, zeigt sich, dass allein geringfügig erhöhte Niederschlagswerte von ca. 30±10 % zu dramatischen Seespiegelanstiegen im Zentralen Keniarift führen. Aufgrund der etablierten hydrrologisch-klimatischen Wechselwirkungen werden Rückschlüsse auf die natürliche Variabilität des ostafrikanischen Klimas gezogen. Zudem wird die Sensitivität der Keniarift-Seen in Bezug auf die Stärke der äquatorialen Insolation und hinsichtilch variabler Oberflächenwassertemperaturen des Indischen Ozeans bewertet.
N2  - In this work, an approach of paleoclimate reconstruction for tropical East Africa is presented. After giving a short summary of modern climate conditions in the tropics and the East African climate peculiarity, the potential of reconstructing climate from paleolake sediments is discussed. As demonstrated, the hydrologic sensitivity of high-elevated closed-basin lakes in the Central Kenya Rift yields valuable guaranties for the establishment of long-term climate records. Temporal fluctuations of the limnological characteristics saved in the lake sediments are used to define variations in the Quaternary climate history. Based on diatom analyses in radiocarbon- and 40Ar/39Ar-dated sediments, a chronology of paleoecologic fluctuations is developed for the Central Kenya Rift -lakes Nakuru, Elmenteita and Naivasha. At least during the penultimate interglacial (around 140 to 60 kyr BP) and during the last interglacial (around 12 to 4 kyr BP), these lakes experienced several transgression-regression cycles on time intervals of about 11,000 years. Additionally, a long-term trend of lake evolution is found suggesting the general succession from deep freshwater lakes towards more saline waters during the last million years. Using ecologic transfer functions and a simple lake-balance model, the observed paleohydrologic fluctuations are linked to potential precipitation-evaporation changes in the lake basins. Though also tectonic influences on the drainage pattern and the effect of varied seepage are investigated, it can be shown that already a small increase in precipitation of about 30±10 % may have affected the hydrologic budget of the intra-rift lakes within the reconstructed range. The findings of this study help to assess the natural climate variability of East Africa. They furthermore reflect the sensitivity of the Central Kenya Rift -lakes to fluctuations of large-scale climate parameters, such as solar radiation and sea-surface temperatures of the Indian Ocean.
KW  - Geologie
KW  - Diatomeen
KW  - Seen
KW  - Paläoklima
KW  - Modellierung
KW  - Afrika
KW  - geology
KW  - diatoms
KW  - lake
KW  - paleoclimate
KW  - modeling
KW  - Africa
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001428
ER  - 
TY  - THES
A1  - Maercklin, Nils
T1  - Seismic structure of the Arava Fault, Dead Sea Transform
N2  - Ein transversales Störungssystem im Nahen Osten, die Dead Sea Transform (DST), trennt die Arabische Platte von der Sinai-Mikroplatte und erstreckt sich von Süden nach Norden vom Extensionsgebiet im Roten Meer über das Tote Meer bis zur Taurus-Zagros Kollisionszone. Die sinistrale DST bildete sich im Miozän vor etwa 17 Ma und steht mit dem Aufbrechen des Afro-Arabischen Kontinents in Verbindung. Das Untersuchungsgebiet liegt im Arava Tal zwischen Totem und Rotem Meer, mittig über der Arava Störung (Arava Fault, AF), die hier den Hauptast der DST bildet.  Eine Reihe seismischer Experimente, aufgebaut aus künstlichen Quellen, linearen Profilen über die Störung und entsprechend entworfenen Empfänger-Arrays, zeigt die Untergrundstruktur in der Umgebung der AF und der Verwerfungszone selbst bis in eine Tiefe von 3-4 km. Ein tomographisch bestimmtes Modell der seismischen Geschwindigkeiten von P-Wellen zeigt einen starken Kontrast nahe der AF mit niedrigeren Geschwindigkeiten auf der westlichen Seite als im Osten. Scherwellen lokaler Erdbeben liefern ein mittleres P-zu-S Geschwindigkeitsverhältnis und es gibt Anzeichen für Änderungen über die Störung hinweg. Hoch aufgelöste tomographische Geschwindigkeitsmodelle bestätigen der Verlauf der AF und stimmen gut mit der Oberflächengeologie überein.   Modelle des elektrischen Widerstands aus magnetotellurischen Messungen im selben Gebiet zeigen eine leitfähige Schicht westlich der AF, schlecht leitendes Material östlich davon und einen starken Kontrast nahe der AF, die den Fluss von Fluiden von einer Seite zur anderen zu verhindern scheint. Die Korrelation seismischer Geschwindigkeiten und elektrischer Widerstände erlaubt eine Charakterisierung verschiedener Lithologien im Untergrund aus deren physikalischen Eigenschaften. Die westliche Seite lässt sich durch eine geschichtete Struktur beschreiben, wogegen die östliche Seite eher einheitlich erscheint. Die senkrechte Grenze zwischen den westlichen Einheiten und der östlichen scheint gegenüber der Oberflächenausprägung der AF nach Osten verschoben zu sein.  Eine Modellierung von seismischen Reflexionen an einer Störung deutet an, dass die Grenze zwischen niedrigen und hohen Geschwindigkeiten eher scharf ist, sich aber durch eine raue Oberfläche auf der Längenskala einiger hundert Meter auszeichnen kann, was die Streuung seismischer Wellen begünstigte. Das verwendete Abbildungsverfahren (Migrationsverfahren) für seismische Streukörper basiert auf Array Beamforming und der Kohärenzanalyse P-zu-P gestreuter seismischer Phasen. Eine sorgfältige Bestimmung der Auflösung sichert zuverlässige Abbildungsergebnisse.  Die niedrigen Geschwindigkeiten im Westen entsprechen der jungen sedimentären Füllung im Arava Tal, und die hohen Geschwindigkeiten stehen mit den dortigen präkambrischen Magmatiten in Verbindung. Eine 7 km lange Zone seismischer Streuung (Reflektor) ist gegenüber der an der Oberfläche sichtbaren AF um 1 km nach Osten verschoben und lässt sich im Tiefenbereich von 1 km bis 4 km abbilden. Dieser Reflektor markiert die Grenze zwischen zwei lithologischen Blöcken, die vermutlich wegen des horizontalen Versatzes entlang der DST nebeneinander zu liegen kamen. Diese Interpretation als lithologische Grenze wird durch die gemeinsame Auswertung der seismischen und magnetotellurischen Modelle gestützt. Die Grenze ist möglicherweise ein Ast der AF, der versetzt gegenüber des heutigen, aktiven Asts verläuft. Der Gesamtversatz der DST könnte räumlich und zeitlich auf diese beiden Äste und möglicherweise auch auf andere Störungen in dem Gebiet verteilt sein.
N2  - The Dead Sea Transform (DST) is a prominent shear zone in the Middle East. It separates the Arabian plate from the Sinai microplate and stretches from the Red Sea rift in the south via the Dead Sea to the Taurus-Zagros collision zone in the north. Formed in the Miocene about 17 Ma ago and related to the breakup of the Afro-Arabian continent, the DST accommodates the left-lateral movement between the two plates. The study area is located in the Arava Valley between the Dead Sea and the Red Sea, centered across the Arava Fault (AF), which constitutes the major branch of the transform in this region.  A set of seismic experiments comprising controlled sources, linear profiles across the fault, and specifically designed receiver arrays reveals the subsurface structure in the vicinity of the AF and of the fault zone itself down to about 3-4 km depth. A tomographically determined seismic P velocity model shows a pronounced velocity contrast near the fault with lower velocities on the western side than east of it. Additionally, S waves from local earthquakes provide an average P-to-S velocity ratio in the study area, and there are indications for a variations across the fault. High-resolution tomographic velocity sections and seismic reflection profiles confirm the surface trace of the AF, and observed features correlate well with fault-related geological observations.  Coincident electrical resistivity sections from magnetotelluric measurements across the AF show a conductive layer west of the fault, resistive regions east of it, and a marked contrast near the trace of the AF, which seems to act as an impermeable barrier for fluid flow. The correlation of seismic velocities and electrical resistivities lead to a characterisation of subsurface lithologies from their physical properties. Whereas the western side of the fault is characterised by a layered structure, the eastern side is rather uniform. The vertical boundary between the western and the eastern units seems to be offset to the east of the AF surface trace.  A modelling of fault-zone reflected waves indicates that the boundary between low and high velocities is possibly rather sharp but exhibits a rough surface on the length scale a few hundreds of metres. This gives rise to scattering of seismic waves at this boundary. The imaging (migration) method used is based on array beamforming and coherency analysis of P-to-P scattered seismic phases. Careful assessment of the resolution ensures reliable imaging results.  The western low velocities correspond to the young sedimentary fill in the Arava Valley, and the high velocities in the east reflect mainly Precambrian igneous rocks. A 7 km long subvertical scattering zone reflector is offset about 1 km east of the AF surface trace and can be imaged from 1 km to about 4 km depth. The reflector marks the boundary between two lithological blocks juxtaposed most probably by displacement along the DST. This interpretation as a lithological boundary is supported by the combined seismic and magnetotelluric analysis. The boundary may be a strand of the AF, which is offset from the current, recently active surface trace. The total slip of the DST may be distributed spatially and in time over these two strands and possibly other faults in the area.
KW  - Arava-Störung
KW  - Totes Meer Störungssystem
KW  - Seitenverschiebung
KW  - Seismik
KW  - seismische Geschwindigkeit
KW  - Tomographie
KW  - Migration
KW  - Magnetotellurik
KW  - Arava Fault
KW  - Dead Sea Transform
KW  - strike-slip fault
KW  - seismics
KW  - seismic velocity
KW  - tomography
KW  - seismic imaging
KW  - migration
KW  - magnetotellurics
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001469
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rosner, Martin Siegfried
T1  - Boron as a tracer for material transfer in subduction zones
N2  - Spät-miozäne bis quartäre Vulkanite der vulkanischen Front und der Back-arc Region der Zentralen Vulkanischen Zone in den Anden weisen eine weite Spannbreite von delta 11B Werten (+4 bis &ndash;7 &permil;) and Borkonzentrationen (6 bis 60 ppm) auf. Die positiven delta 11B Werte der Vulkanite der vulkanischen Front zeigen eine Beteiligung einer 11B-reichen Komponente am Aufbau der andinen Vulkanite, die am wahrscheinlichsten aus Fluiden der alterierten ozeanischen Kruste der abtauchenden Nazca-Platte stammt. Diese Beobachtung macht einen alleinigen Ursprung der untersuchten Laven aus der kontinentalen Kruste und/oder dem Mantelkeil unwahrscheinlich. Der Trend zu systematisch negativeren delta 11B Werten und kleineren B/Nb Verhältnissen von der vulkanischen Front zum Back-arc wird als Resultat einer Borisotopenfraktionierung einhergehend mit einer stetigen Abnahme der Fluidkomponente und einer relativ konstanten krustalen Kontamination, die sich durch relativ gleichbleibende Sr, Nd und Pb Isotopenverhältnisse ausdrückt, interpretiert. Weil die delta 11B Variation über den andinen vulkanischen Bogen sehr gut mit einer modellierten, sich als Funktion der Temperatur dynamisch verändernden, Zusammensetzung des Subduktionszonenfluides übereinstimmt, folgern wir, dass die Borisotopenzusammensetzung von Arc-Vulkaniten durch die sich dynamisch ändernde delta 11B Signatur eines Bor-reichen Subduktionsfluides bestimmt ird. Durch die Abnahme dieses Subduktionsfluides während der Subduktion nimmt der Einfluss der krustalen Kontamination auf die Borisotopie der Arc-Vulkanite im Back-arc zu. In Anbetracht der Borisotopenfraktionierung müssen hohe delta 11B Werte von Arc-Vulkaniten nicht notwendigerweise Unterschiede in der initialen Zusammensetzung der subduzierten Platte reflektieren. Eine Dreikomponenten Mischungskalkulation zwischen Subduktionsfluid, dem Mantelkeil und der kontinentalen Kruste, die auf Bor-, Strontium- und Neodymiumisotopendaten beruht, zeigt, dass das Subduktionsfluid die Borisotopie des fertilen Mantels dominiert und, dass die primären Arc-Magmen durchschnittlich einen Anteil von 15 bis 30 % krustalem Materiales aufweisen.
N2  - Late Miocene to Quaternary volcanic rocks from the frontal arc to the back-arc region of the Central Volcanic Zone in the Andes show a wide range of delta 11B values (+4 to -7 &permil;) and boron concentrations (6 to 60 ppm). Positive delta 11B values of samples from the volcanic front indicate involvement of a 11B-enriched slab component, most likely derived from altered oceanic crust, despite the thick Andean continental lithosphere, and rule out a pure crust-mantle origin for these lavas. The delta 11B values and B concentrations in the lavas decrease systematically with increasing depth of the Wadati-Benioff Zone. This across-arc variation in delta 11B values and decreasing B/Nb ratios from the arc to the back-arc samples are attributed to the combined effects of B-isotope fractionation during progressive dehydration in the slab and a steady decrease in slab-fluid flux towards the back arc, coupled with a relatively constant degree of crustal contamination as indicated by similar Sr, Nd and Pb isotope ratios in all samples. Modelling of fluid-mineral B-isotope fractionation as a function of temperature fits the across-arc variation in delta 11B and we conclude that the B-isotope composition of arc volcanics is dominated by changing delta 11B composition of B-rich slab-fluids during progressive dehydration. Crustal contamination becomes more important towards the back-arc due to the decrease in slab-derived fluid flux. Because of this isotope fractionation effect, high delta 11B signatures in volcanic arcs need not necessarily reflect differences in the initial composition of the subducting slab.  Three-component mixing calculations for slab-derived fluid, the mantle wedge and the continental crust based on B, Sr and Nd isotope data indicate that the slab-fluid component dominates the B composition of the fertile mantle and that the primary arc magmas were contaminated by an average addition of 15 to 30 % crustal material.
KW  - Borisotope; Zentrale Anden; kontinentaler Arc-Vulkanismus; Across-arc Variation; Borisotopenfraktionierung; krustale Kontamination
KW  - Boron isotopes; Central Andes; continental arc volcanism; across-arc variation; boron isotope fractionation; crustal contamination
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000899
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kito, Tadashi
T1  - Heterogeneities in the D&rdquo; layer beneath the southwestern Pacific inferred from anomalous P- and S-waves
N2  - Die P- und S-Wellen-Geschwindigkeitsstruktur der D&rdquo; Schicht unter dem südwestlichen Pazifik wurde mittels kurzperiodischer Daten von 12 Tiefbeben in der Tonga-Fiji-Region untersucht, die vom J-Array und Hi-net-Array in Japan registriert wurden. Es wurde für Punktstreuer und ebene Schichten migriert, um schwache Signale zu extrahieren, die an relativ kleinräumigen Heterogenitäten des unteren Mantels entstehen. Um eine höhere Auflösung zu erzielen, wurde die Double Array-Methode (DAM) verwendet, die Empfängerarray und Quellarray gleichzeitig nutzt. Hierbei ist auch das Phase-Weighted Stack-Verfahren angewendet worden, um inkohärentes Rauschen zu reduzieren und somit schwache kohärente Signale aus dem unteren Mantel aufzulösen. Das Ergebnis der Ebenen-Schichten-Methode (RWB) zeigt, dass sich in der D&rdquo;-Schicht negative Geschwindigkeitsdiskontinuitäten mit P-Wellen Geschwindigkeitskontrasten von höchstens &ndash;1 % in den Tiefen von 2520 km und 2650 km befinden. Zusätzlich befindet sich eine positive Geschwindigkeitsdiskontinuitäten in der Tiefe von 2800 km. Bei den S Wellen treten Geschwindigkeitsdiskontinuitäten in einer Tiefe von etwa 2550 km und 2850 km auf. Die scheinbare Verschiebung (50 km) der S-Wellen-Geschwindigkeitsdiskontinuität in der Tiefe von 2850 km deutet darauf hin, daß die S-Wellen-Geschwindigkeitsreduktion im unteren Mantel 2-3 mal stärker ist als die P- Wellen-Geschwindigkeitsreduktion. Ein zweidimensionaler Querschnitt, der mittels der RWB Methode und der Aufspaltung des Gesamtempfängerarrays in Subarrays gewonnen wurde, deutet darauf hin, dass die beobachteten Diskontinuitäten als intermittierende laterale Heterogenitäten mit einer Wellenlänge von einigen hundert km charakterisiert werden können. Die Kern-Mantel-Grenze (KMG) weist möglicherweise Undulationen mit einer Amplitude von 10 km auf. Die Migration weist nur schwache Hinweise für räumliche Streukörper auf. Die in der Migration abgebildeten heterogenen Regionen korrespondieren mit den mittels der RWB Methode gefundenen seismischen Diskontinuitäten. Bei den gefundenen Heterogenitäten könnte es sich um einen Teil eines aufsteigenden heißen Stroms unter dem südwestlichen Pazifik handeln.
N2  - The P- and S-wave velocity structure of the D&rdquo; layer beneath the southwestern Pacific was investigated by using short-period data from 12 deep events in the Tonga-Fiji region recorded by the J-Array and the Hi-net in Japan. A migration method and reflected wave beamforming (RWB) were used in order to extract weak signals originating from small-scale heterogeneities in the lowermost mantle. In order to acquire high resolution, a double array method (DAM) which integrates source array beamforming with receiver array beamforming was applied to the data. A phase-weighted stacking technique, which reduces incoherent noise by employing complex trace analysis, was also applied to the data, amplifying the weak coherent signals from the lowermost mantle. This combination greatly enhances small phases common to the source and receiver beams. The results of the RWB method indicate that seismic energy is reflected at discontinuities near 2520 km and 2650 km, which have a negative P-wave velocity contrast of 1 % at the most. In addition, there is a positive seismic discontinuity at a depth of 2800 km. In the case of the S-wave, reflected energy is produced almost at the same depth (2550 km depth). The different depth (50 km) between the P-wave velocity discontinuity at the depth of 2800 and a further S-wave velocity discontinuity at the depth of 2850 km may indicate that the S-wave velocity reduction in the lowermost mantle is about 2-3 times stronger that that of P wave. A look at a 2D cross section, constructed with the RWB method, suggests that the observed discontinuities can be characterized as intermittent lateral heterogeneities whose lateral extent is a few hundred km, and that the CMB might have undulations on a scale of less than 10 km in amplitude. The migration shows only weak evidence for the existence of scattering objects. Heterogeneous regions in the migration belong to the detected seismic discontinuities. These anomalous structures may represent a part of hot plume generated beneath the southwestern Pacific in the lowermost mantle.
KW  - Seismische Arrays
KW  - Kern-Mantel Grenze
KW  - D&rdquo; Schicht
KW  - Seismic arrays
KW  - Core-mantle baundary
KW  - D&rdquo; layer
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000847
ER  - 
TY  - THES
A1  - John, Cédric Michaël
T1  - Miocene climate as recorded on slope carbonates : examples from Malta (Central Mediterranean) and Northeastern Australia (Marion Plateau, ODP LEG 194)
N2  - Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden die Hangkarbonate von zwei miozänen heterozoischen Karbonatsystemen näher untersucht: die Malta Inselgruppe (zentrales Mittelmeer) und das Marion Plateau (Nordost Australien, ODP Leg 194). Die Auswirkungen der mittelmiozänen Abkühlung (Mi3), die auf 13.6 Ma datiert wird und starken Einfluß auf die Sauerstoffisotopenkurve hatte, in den oben genannten Flachwassersystemen stellten das Ziel dieser Arbeit dar. Dieses Abkühlungsereignis beeinflußte außerdem sehr stark die ozeanographischen und klimatischen Muster, die im weiteren Verlauf zum modernen Eishausklima führten. So steht insbesondere die Vereisung von Ostantarktika mit diesem Ereignis in Verbindung. Diese Arbeit untersucht den Einfluß dieses Ereignisses auf Flachwassersysteme, um vorliegende Untersuchungen in Tiefwassersystemen zu ergänzen und so zum globalen Verständnis des miozänen Klimawechsels beizutragen.  Die Profile auf der Maltainselgruppe wurden mit Hilfe von Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopen Auswertungen im Gesamtgestein, Gesamtgesteinmineralogie, Tonmineralanalyse und organischer Geochemie untersucht. Durch einen Wechsel von karbonatischeren zu tonigeren Sedimenten beeinflußte das mittelmiozäne Abkühlungsereignis die Sedimentation in diesem Gebiet sehr stark. Weiterhin wurde beobachtet, daß jede Phase der antarktischen Vereisung, nicht nur das mittelmiozäne Hauptereignis, zu einem erhöhten terrigenen Eintrag in den Hangsedimenten der Maltainselgruppe führte. Akkumulationsraten zeigen, daß dieser erhöhte terrigene Eintrag den einzelnen Vereisungsperioden zusammenhängt und die karbonatischen Sedimente durch tonreiche Sedimente &ldquo;verunreinigt&rdquo; wurden. Das daraufhin entwickelte Modell erklärt diesen erhöhten terrigenen Eintrag mit einer nordwärtigen Verlagerung der innertropischen Konvergenzzone durch die Bildung von kalten, dichten Luftmassen, die zu verstärkten Niederschlägen in Nordafrika führten. Diese verstärkten Niederschläge (oder verstärkter afrikanischer Monsun) beeinflußten die kontinentale Verwitterung und den Eintrag, mit der Folge, daß verstärkt terrigene Sedimente im Bereich der Hangsedimente der Maltainselgruppe abgelagert wurden. Die tonreichen Intervalle weisen Ähnlichkeiten zu sapropelischen Ablagerungen auf, was mit Hilfe der Spektral analyse des Karbonatgehalts und der geochemischen Analyse des organischen Materials gezeigt wurde.   Auf dem Marion Plateau wurden die Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopenkurven anhand von Foraminiferen der Gattung Cibicidoides spp. rekonstruiert. Der Karbonatgehalt wurde mit Hilfe einer chemischen Methode (Coulometer) ermittelt. Genauso wie die Sedimente der Maltainselgruppe beeinflußte das mittelmiozäne Abkühlungsereignis (Mi3) auch die Sedimente auf dem Marion Plateau. So kam es bei 13,8 Ma, in etwa zur Zeit der Vereisung von Ostantarktika, zu einem Abfall der Karbonatakkumulationsraten. Weiterhin traten Änderungen in der Zusammensetzung der Sedimente auf, so nehmen neritische Karbonatfragmente ab, der planktische Foraminiferengehalt nimmt zu und es wurden verstärkt Quarz und Glaukonit abgelagert. Ein überraschendes Ergebnis ist die Tatsache, daß der große N12-N14 Meeresspiegelabfall um 11,5 Ma die Akkumulationsraten der Karbonate auf dem Hang nicht beeinflußte. Dieses Ergebnis ist umso erstaunlicher, da Karbonatplattformen normalerweise sehr sensitiv auf Meeresspiegeländerungen reagieren. Der Grund, warum sich die Karbonatakkumulationsraten schon um 13,6 Ma (Mi3) und nicht erst um 11,5 Ma (N12-N14) verringerten, liegt in der Tatsache, daß die ozeanischen Strömungen die Karbonatsedimentation auf dem Hang des Marion Plateau schon im Miozän kontrollierten. Das mittelmiozäne Ereignis (Mi3) erhöhte die Stärke diese Strömungen und als eine Ursache wurde die Karbonatakkumulation auf den Hängen reduziert. Die Amplitude des N12-N14 Meeresspiegelabfalls liegt bei 90 m unter der Berücksichtigung der Sauerstoffisotopendaten aus der Tiefsee und Berechnungen des Meeresspiegels anhand des &ldquo;coastal onlaps&rdquo;, die während Leg 194 gemacht wurden. Die Isotopendaten dieser Arbeit weisen hingegen auf einen verringerten Meeresspiegelabfall von 70 m hin.  Als allgemeine Schlußfolgerung kann gesagt werden, daß der mittelmiozäne Klimaumschwung die Karbonatsysteme zumindest an den beiden untersuchten Lokalitäten beeinflußt hat. Allerdings waren die Auswirkungen sehr von den unterschiedlichen lokalen Gegebenheiten abhängig. Insbesondere wirkten sich die Anwesenheit einer Landmasse (Malta) und die Abwesenheit einer Barriere vor den Einflüssen des offenen Ozeans (Marion Plateau) stark auf die Ablagerung der Karbonate aus.
N2  - This study investigated the slope carbonates of two Miocene carbonate systems: the Maltese Islands (in the Central Mediterranean) and the Marion Plateau (Northeastern Australia, drilled during ODP Leg 194). The aim of the study was to trace the impact of the Miocene cooling steps (events Mi1-Mi6) in these carbonate systems, especially the Mi3 event, which took place around 13.6 Ma and deeply impacted the marine oxygen isotope record. This event also profoundly impacted oceanographic and climatic patterns, eventually leading to the establishment of the modern ice-house world. In particular, East Antarctica became ice covered at that period. The rational behind the present study was to investigate the impact that this event had on shallow water systems in order to complement the deep-sea record and hence acquire a more global perspective on Miocene climate change.  The Maltese Islands were investigated for trends in bulk-rock carbon and oxygen isotopes, as well as bulk-rock mineralogy, clay minerals analysis and organic geochemisty. Results showed that the mid Miocene cooling event deeply impacted sedimentation at that location by changing sedimentation from carbonate to clay-rich sediments. Moreover, it was discovered that each phase of Antarctic glaciation, not just the major mid Miocene event, resulted in higher terrigenous input on Malta. Mass accumulation rates revealed that this was linked to increased runoff during periods when Antarctica was glaciated, and thus that the carbonate sediments were &ldquo;diluted&rdquo; by clay-rich sediments. The model subsequently developed to explain this implies feedback from Antarctic glaciations creating cold, dense air masses that push the ITCZ Northward, thus increasing precipitation on the North African subcontinent. Increased precipitation (or stronger African monsoon) accelerated continental weathering and runoff, thus bringing more terrigenous sediment to the paleo-location of the slope sediments of Malta. Spectral analysis of carbonate content and organic matter geochemical analysis furthermore suggest that the clay-rich intervals are similar to sapropelic deposits.  On the Marion Plateau, trends in oxygen and carbon isotopes were obtained by measuring Cibicidoides spp foraminifers. Moreover, carbonate content was reconstructed using a chemical method (coulometer). Results show that the mid Miocene cooling step profoundly affected this system: a major drop in accumulation rates of carbonates occurs precisely at 13.8 Ma, around the time of the East Antarctic ice sheet formation. Moreover, sedimentation changes occurred at that time, carbonate fragments coming from neritic environments becoming less abundant, planktonic foraminifer content increasing and quartz and reworked glauconite being deposited. Conversely, a surprising result is that the major N12-N14 sea-level fall occurring around 11.5 Ma did not impact the accumulation of carbonates on the slope. This was unexpected since carbonate platform are very sensitive to sea-level changes. The model developed to explain that mass accumulation rates of carbonates diminished around 13.6 Ma (Mi3 Event) instead of 11.5 Ma (N12-N14 event), suggests that oceanic currents were controlling slope carbonate deposition on the Marion Plateau prior to the mid-Miocene, and that the mid Miocene event considerably increase their strength, hence reducing the amount of carbonate being deposited on slope sites. Moreover, by combining results from deep-sea oxygen isotopes with sea-level estimates based on coastal onlaps made during Leg 194, we constrain the amplitude of the N12-N14 sea-level fall to 90 meters. When integrating isotopic results from this study, this amplitude is lowered to 70 meters.  A general conclusion of this work is that the mid Miocene climatic shift did impact carbonate systems, at least at the two locations studied. However, the nature of this response was highly dependant on the regional settings, in particular the presence of land mass (Malta) and the absence of a barrier to shelter from the effects of open ocean (Marion Plateau).
KW  - mittleres Miozän
KW  - Klima
KW  - Sauerstoffisotope
KW  - Kohlenstoffisotope
KW  - Kontinentalrand
KW  - Tonmineralien
KW  - Karbonate
KW  - Malta
KW  - Mittelmeer
KW  - Australien
KW  - ODP Leg 194
KW  - middle Miocene
KW  - climate
KW  - oxygen isotopes
KW  - carbon isotopes
KW  - continental margins
KW  - clay mineral
KW  - carbonate systems
KW  - Malta
KW  - Meditteranean sea
KW  - Australia
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000820
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hoffmann-Rothe, Arne
T1  - Combined structural and magnetotelluric investigation across the West Fault Zone in northern Chile
N2  - Untersuchungen zur internen Architektur von großen Störungszonen beschränken sich üblicherweise auf die, an der Erdoberfläche aufgeschlossene, störungsbezogene Deformation. Eine Methode, die es ermöglicht, Informationen über die Tiefenfortsetzung einer Störung zu erhalten, ist die Abbildung der elektrischen Leitfähigkeit des Untergrundes.  Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der kombinierten strukturgeologischen und magnetotellurischen Untersuchung eines Segmentes der 'West Fault'-Störung in den nordchilenischen Anden. Die West Fault ist ein Abschnitt des über 2000 km langen Präkordilleren-Störungssystem, welches im Zusammenhang mit der Subduktion vor der südamerikanischen Westküste entstanden ist. Die Aktivität dieses Störungssystems reichte vom Eozän bis in das Quartär. Der Verlauf der West Fault ist im Untersuchungsgebiet (22&#176;04'S, 68&#176;53'W) an der Oberfläche klar definiert und weist über viele zehner Kilometer eine konstante Streichrichtung auf. Die Aufschlussbedingungen und die Morphologie des Arbeitsgebietes sind ideal für kombinierte Untersuchungen der störungsbezogenen Deformation und der elektrischen Leitfähigkeit des Untergrundes mit Hilfe magnetotellurischer Experimente (MT) und der erdmagnetischen Tiefensondierung (GDS). Ziel der Untersuchungen war es, eine mögliche Korrelation der beiden Meßmethoden herauszuarbeiten, und die interne Störungsarchitektur der West Fault umfassend zu beschreiben.  Die Interpretation von Sprödbruch-Strukturen (kleinmaßstäbliche Störungen sowie Störungsflächen mit/ohne Bewegungslineationen) im Untersuchungsgebiet weist auf überwiegend seitenverschiebende Deformation entlang von subvertikal orientierten Scherflächen hin. Dextrale und sinistrale Bewegungsrichtungen können innerhalb der Störungszone bestätigt werden, was auf Reaktivierungen des Störungssystems schliessen läßt. Die jüngsten Deformationen im Arbeitsgebiet haben dehnenden Charakter, wobei die kinematische Analyse eine unterschiedliche Orientierung der Extensionsrichtung beiderseits der Störung andeutet. Die Bruchflächendichte nimmt mit Annäherung an die Störung zu und zeichnet einen etwa 1000 m breiten Bereich erhöhter Deformationsintensität um die Störungsspur aus (damage zone). Im Zentrum dieser Zone weist das Gestein eine intensive Alteration und Brekzierung auf, die sich über eine Breite von etwa 400 m erstreckt. Kleine Störungen und Scherflächen in diesem zentralen Abschnitt der Störung fallen überwiegend steil nach Osten ein (70-80&#176;).  Innerhalb desselben Arbeitsgebietes wurde ein 4 km langes MT/GDS Profil vermessen, welches senkrecht zum Streichen der West Fault verläuft. Für die zentralen 2 km dieses Hauptprofils beträgt der Abstand der Meßstationen jeweils 100 m. Ein weiteres Profil, bestehend aus 9 Stationen mit einem Abstand von 300 m zueinander, quert die Störung einige Kilometer entfernt vom eigentlichen Arbeitsgebiet. Die Aufzeichnung der Daten erfolgte mit vier S.P.A.M MkIII Apparaturen in einem Frequenzbereich von 1000 Hz bis 0.001 Hz.  In den GDS Daten beider Profile ist die Störung für Frequenzen >1 Hz deutlich abgebildet: Die Induktionspfeile kennzeichnen eine mehrere hundert Meter breite Zone erhöhter Leitfähigkeit, welche sich entlang der West Fault erstreckt. Die Dimensionalitätsanalyse der MT Daten rechtfertigt die Anpassung der gemessenen Daten mit einem zwei-dimensionalen Modell für einen Frequenzbereich von 1000 Hz bis 0.1 Hz. In diesem Frequenzbereich, der eine Auflösung der Leitfähigkeitsstruktur bis mindestens 5 km Tiefe ermöglicht, läßt sich eine regionale geoelektrische Streichrichtung parallel zum Verlauf der West Fault nachweisen.  Die Modellierung der MT Daten beruht auf einem Inversionsalgorithmus von Mackie et al. (1997). Leitfähigkeitsanomalien, die sich aus der Inversions-Modellierung ergeben, werden anhand von empirischen Sensitivitätsstudien auf ihre Robustheit überprüft. Dabei werden die Eigenschaften (Geometrie, Leitfähigkeit) der Strukturen systematisch variiert und sowohl Vorwärts- als auch Inversionsrechnungen der modifizierten Modelle durchgeführt. Die jeweiligen Modellergebnisse werden auf ihre Konsistenz mit dem Ausgangsdatensatz überprüft. Entlang beider MT Profile wird ein guter elektrischer Leiter im zentralen Abschnitt der West Fault aufgelöst, wobei die Bereiche erhöhter Leitfähigkeit östlich der Störungsspur liegen. Für das dicht vermessene MT Profil ergibt sich eine Breite des Störungsleiters von etwa 300 m sowie ein steiles Einfallen der Anomalie nach Osten (70&#176;). Der Störungsleiter reicht bis in eine Tiefe von mindestens 1100 m, während die Modellierungsstudien auf eine maximale Tiefenerstreckung <2000 m hinweisen. Das Profil zeigt weitere leitfähige Anomalien, deren Geometrie aber weniger genau aufgelöst ist.  Die Störungsleiter der beiden MT Profile stimmen in ihrer Position mit der Alterationszone überein. Im zentralen Bereich des Hauptprofils korreliert darüber hinaus das Einfallen der Sprödbruch-Strukturen und der Leitfähigkeitsanomalie. Dies weist darauf hin, daß die Erhöhung der Leitfähigkeit im Zusammenhang mit einem Netzwerk von Bruchstrukturen steht, welches mögliche Wegsamkeiten für Fluide bietet. Der miteinander in Verbindung stehende Gesteins-Porenraum, der benötigt wird, um die gemessene Erhöhung der Leitfähigkeit durch Fluide im Gestein zu erklären, kann anhand der Salinität einiger Grundwasserproben abgeschätzt werden (Archies Gesetz). Wasserproben aus größerer Tiefe, weisen aufgrund intensiverer Fluid-Gesteins-Wechselwirkung eine höhere Salinität, und damit eine verbesserte Leitfähigkeit, auf. Für eine Probe aus einer Tiefe von 200 m ergibt sich demnach eine benötigte Porosität im Bereich von 0.8% - 4%. Dies legt nahe, daß Wässer, die von der Oberfläche in die Bruchzone der Störung eindringen, ausreichen, um die beobachtete Leitfähigkeitserhöhung zu erklären. Diese Deutung wird von der geochemischen Signatur von Gesteinsproben aus dem Alterationsbereich bestätigt, wonach die Alteration in einem Regime niedriger Temperatur (<95&#176;C) stattfand. Der Einfluß von aufsteigenden Tiefenwässern wurde hier nicht nachgewiesen. Die geringe Tiefenerstreckung des Störungsleiters geht wahrscheinlich auf Verheilungs- und Zementationsprozesse der Bruchstrukturen zurück, die aufgrund der Lösung und Fällung von Mineralen in größerer Tiefe, und damit bei erhöhter Temperatur, aktiv sind.  Der Vergleich der Untersuchungsergebnisse der zur Zeit seismisch inaktiven West Fault mit veröffentlichten Studien zur elektrischen Leitfähigkeitsstruktur der aktiven San Andreas Störung, deutet darauf hin, daß die Tiefenerstreckung und die Leitfähigkeit von Störungsleitern eine Funktion der Störungsaktivität ist. Befindet sich eine Störung in einem Stadium der Deformation, so bleibt das Bruchnetzwerk für Fluide permeabel und verhindert die Versiegelung desselben.
N2  - The characterisation of the internal architecture of large-scale fault zones is usually restricted to the outcrop-based investigation of fault-related structural damage on the Earth's surface. A method to obtain information on the downward continuation of a fault is to image the subsurface electrical conductivity structure.  This work deals with such a combined investigation of a segment of the West Fault, which itself is a part of the more than 2000 km long trench-linked Precordilleran Fault System in the northern Chilean Andes. Activity on the fault system lasted from Eocene to Quaternary times. In the working area (22&#176;04'S, 68&#176;53'W), the West Fault exhibits a clearly defined surface trace with a constant strike over many tens of kilometers. Outcrop condition and morphology of the study area allow ideally for a combination of structural geology investigation and magnetotelluric (MT) / geomagnetic depth sounding (GDS) experiments. The aim was to achieve an understanding of the correlation of the two methods and to obtain a comprehensive view of the West Fault's internal architecture.  Fault-related brittle damage elements (minor faults and slip-surfaces with or without striation) record prevalent strike-slip deformation on subvertically oriented shear planes. Dextral and sinistral slip events occurred within the fault zone and indicate reactivation of the fault system. Youngest deformation increments mapped in the working area are extensional and the findings suggest a different orientation of the extension axes on either side of the fault. Damage element density increases with approach to the fault trace and marks an approximately 1000 m wide damage zone around the fault. A region of profound alteration and comminution of rocks, about 400 m wide, is centered in the damage zone. Damage elements in this central part are predominantly dipping steeply towards the east (70-80&#176;).  Within the same study area, the electrical conductivity image of the subsurface was measured along a 4 km long MT/GDS profile. This main profile trends perpendicular to the West Fault trace. The MT stations of the central 2 km were 100 m apart from each other. A second profile with 300 m site spacing and 9 recording sites crosses the fault a few kilometers away from the main study area. Data were recorded in the frequency range from 1000 Hz to 0.001 Hz with four real time instruments S.P.A.M. MkIII.  The GDS data reveal the fault zone for both profiles at frequencies above 1 Hz. Induction arrows indicate a zone of enhanced conductivity several hundred meters wide, that aligns along the WF strike and lies mainly on the eastern side of the surface trace. A dimensionality analysis of the MT data justifies a two dimensional model approximation of the data for the frequency range from 1000 Hz to 0.1 Hz. For this frequency range a regional geoelectric strike parallel to the West Fault trace could be recovered. The data subset allows for a resolution of the conductivity structure of the uppermost crust down to at least 5 km.  Modelling of the MT data is based on an inversion algorithm developed by Mackie et al. (1997). The features of the resulting resistivity models are tested for their robustness using empirical sensitivity studies. This involves variation of the properties (geometry, conductivity) of the anomalies, the subsequent calculation of forward or constrained inversion models and check for consistency of the obtained model results with the data. A fault zone conductor is resolved on both MT profiles. The zones of enhanced conductivity are located to the east of the West Fault surface trace. On the dense MT profile, the conductive zone is confined to a width of about 300 m and the anomaly exhibits a steep dip towards the east (about 70&#176;). Modelling implies that the conductivity increase reaches to a depth of at least 1100 m and indicates a depth extent of less than 2000 m. Further conductive features are imaged but their geometry is less well constrained.  The fault zone conductors of both MT profiles coincide in position with the alteration zone. For the dense profile, the dip of the conductive anomaly and the dip of the damage elements of the central part of the fault zone correlate. This suggests that the electrical conductivity enhancement is causally related to a mesh of minor faults and fractures, which is a likely pathway for fluids. The interconnected rock-porosity that is necessary to explain the observed conductivity enhancement by means of fluids is estimated on the basis of the salinity of several ground water samples (Archie's Law). The deeper the source of the water sample, the more saline it is due to longer exposure to fluid-rock interaction and the lower is the fluid's resistivity. A rock porosity in the range of 0.8% - 4% would be required at a depth of 200 m. That indicates that fluids penetrating the damaged fault zone from close to the surface are sufficient to explain the conductivity anomalies. This is as well supported by the preserved geochemical signature of rock samples in the alteration zone. Late stage alteration processes were active in a low temperature regime (<95&#176;C) and the involvement of ascending brines from greater depth is not indicated. The limited depth extent of the fault zone conductors is a likely result of sealing and cementation of the fault fracture mesh due to dissolution and precipitation of minerals at greater depth and increased temperature.  Comparison of the results of the apparently inactive West Fault with published studies on the electrical conductivity structure of the currently active San Andreas Fault, suggests that the depth extent and conductivity of the fault zone conductor may be correlated to fault activity. Ongoing deformation will keep the fault/fracture mesh permeable for fluids and impede cementation and sealing of fluid pathways.
KW  - Anden / Störung <Geologie> / Strukturgeologie / Magnetotellurik / Chile <Nord>
KW  - Magnetotellurik
KW  - Seitenverschiebung
KW  - Anden
KW  - West Fault Zone
KW  - Störungsbau
KW  - elektrische Leitfähigkeit
KW  - Magnetotelluric
KW  - Strike-slip fault
KW  - Andes
KW  - West Fault Zone
KW  - Fault architecture
KW  - electrical conductivity
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000569
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TY  - THES
A1  - Ohrnberger, Matthias
T1  - Continuous automatic classification of seismic signals of volcanic origin at Mt. Merapi, Java, Indonesia
N2  - Aufgrund seiner nahezu kontinuierlichen eruptiven Aktivität zählt der Merapi zu den gefährlichsten Vulkanen der Welt. Der Merapi befindet sich im Zentralteil der dicht bevölkerten Insel Java (Indonesien). Selbst kleinere Ausbrüche des Merapi stellen deswegen eine große Gefahr für die ansässige Bevölkerung in der Umgebung des Vulkans dar. Die am Merapi beobachtete enge Korrelation zwischen seismischer und vulkanischer Aktivität erlaubt es, mit Hilfe der Überwachung der seismischen Aktivität Veränderungen des Aktivitätszustandes des Merapi zu erkennen. Ein System zur automatischen Detektion und Klassifizierung seismischer Ereignisse liefert einen wichtigen Beitrag für die schnelle Analyse der seismischen Aktivität. Im Falle eines bevorstehenden Ausbruchszyklus bedeutet dies ein wichtiges Hilfsmittel für die vor Ort ansässigen Wissenschaftler. In der vorliegenden Arbeit wird ein Mustererkennungsverfahren verwendet, um die Detektion und Klassifizierung seismischer Signale vulkanischen Urprunges aus den kontinuierlich aufgezeichneten Daten in Echtzeit zu bewerkstelligen. Der hier verwendete A nsatz der hidden Markov Modelle (HMM) wird motiviert durch die große Ähnlichkeit von seismischen Signalen vulkanischen Ursprunges und Sprachaufzeichnungen und den großen Erfolg, den HMM-basierte Erkennungssysteme in der automatischen Spracherkennung erlangt haben.  Für eine erfolgreiche Implementierung eines Mustererkennungssytems ist es notwendig, eine geeignete Parametrisierung der Rohdaten vorzunehmen. Basierend auf den Erfahrungswerten seismologischer Observatorien wird ein Vorgehen zur Parametrisierung des seismischen Wellenfeldes auf Grundlage von robusten Analyseverfahren vorgeschlagen. Die Wellenfeldparameter werden pro Zeitschritt in einen reell-wertigen Mustervektor zusammengefasst. Die aus diesen Mustervektoren gebildete Zeitreihe ist dann Gegenstand des HMM-basierten Erkennungssystems. Um diskrete hidden Markov Modelle (DHMM) verwenden zu können, werden die Mustervektoren durch eine lineare Transformation und nachgeschaltete Vektor Quantisierung in eine diskrete Symbolsequenz überführt. Als Klassifikator kommt eine Maximum-Likelihood Testfunktion zwischen dieser Sequenz und den, in einem überwachten Lernverfahren trainierten, DHMMs zum Einsatz. Die am Merapi kontinuierlich aufgezeichneten seismischen Daten im Zeitraum vom 01.07. und 05.07.1998 sind besonders für einen Test dieses Klassifikationssystems geeignet. In dieser Zeit zeigte der Merapi einen rapiden Anstieg der Seismizität kurz bevor dem Auftreten zweier Eruptionen am 10.07. und 19.07.1998. Drei der bekannten, vom Vulkanologischen Dienst in Indonesien beschriebenen, seimischen Signalklassen konnten in diesem Zeitraum beobachtet werden. Es handelt sich hierbei um flache vulkanisch-tektonische Beben (VTB, h < 2.5 km), um sogenannte MP-Ereignisse, die in direktem Zusammenhang mit dem Wachstum des aktiven Lavadoms gebracht werden, und um seismische Ereignisse, die durch Gesteinslawinen erzeugt werden (lokaler Name: Guguran). Die spezielle Geometrie des digitalen seismischen Netzwerkes am Merapi besteht aus einer Kombination von drei Mini-Arrays an den Flanken des Merapi. Für die Parametrisierung des Wellenfeldes werden deswegen seismische Array-Verfahren eingesetzt. Die individuellen Wellenfeld Parameter wurden hinsichtlich ihrer Relevanz für den Klassifikationsprozess detailliert analysiert. Für jede der drei Signalklassen wurde ein Satz von DHMMs trainiert. Zusätzlich wurden als Ausschlussklassen noch zwei Gruppen von Noise-Modellen unterschieden. Insgesamt konnte mit diesem Ansatz eine Erkennungsrate von 67 % erreicht werden. Im Mittel erzeugte das automatische Klassifizierungssystem 41 Fehlalarme pro Tag und Klasse. Die Güte der Klassifikationsergebnisse zeigt starke Variationen zwischen den individuellen Signalklassen. Flache vulkanisch-tektonische Beben (VTB) zeigen sehr ausgeprägte Wellenfeldeigenschaften und, zumindest im untersuchten Zeitraum, sehr stabile Zeitmuster der individuellen Wellenfeldparameter. Das DHMM-basierte Klassifizierungssystem erlaubte für diesen Ereignistyp nahezu 89% richtige Entscheidungen und erzeugte im Mittel 2 Fehlalarme pro Tag. Ereignisse der Klassen MP und Guguran sind mit dem automatischen System schwieriger zu erkennen. 64% aller MP-Ereignisse und 74% aller Guguran-Ereignisse wurden korrekt erkannt. Im Mittel kam es bei MP-Ereignissen zu 87 Fehlalarmen und bei Guguran Ereignissen zu 33 Fehlalarmen pro Tag. Eine Vielzahl der Fehlalarme und nicht detektierten Ereignisse entstehen jedoch durch eine Verwechslung dieser beiden Signalklassen im automatischen Erkennnungsprozess. Dieses Ergebnis konnte aufgrund der ähnlichen Wellenfeldeigenschaften beider Signalklassen erklärt werden, deren Ursache vermutlich in den bekannt starken Einflüssen des Mediums entlang des Wellenausbreitungsweges in vulkanischen Gebieten liegen.  Insgesamt ist die Erkennungsleistung des entwickelten automatischen Klassifizierungssystems als sehr vielversprechend einzustufen. Im Gegensatz zu Standardverfahren, bei denen in der Seismologie üblicherweise nur der Startzeitpunkt eines seismischen Ereignisses detektiert wird, werden in dem untersuchten Verfahren seismische Ereignisse in ihrer Gesamtheit erfasst und zudem im selben Schritt bereits klassifiziert.
N2  - Merapi volcano is one of the most active and dangerous volcanoes of the earth. Located in central part of Java island (Indonesia), even a moderate eruption of Merapi poses a high risk to the highly populated area. Due to the close relationship between the volcanic unrest and the occurrence of seismic events at Mt. Merapi, the monitoring of Merapi's seismicity plays an important role for recognizing major changes in the volcanic activity. An automatic seismic event detection and classification system, which is capable to characterize the actual seismic activity in near real-time, is an important tool which allows the scientists in charge to take immediate decisions during a volcanic crisis.  In order to accomplish the task of detecting and classifying volcano-seismic signals automatically in the continuous data streams, a pattern recognition approach has been used. It is based on the method of hidden Markov models (HMM), a technique, which has proven to provide high recognition rates at high confidence levels in classification tasks of similar complexity (e.g. speech recognition). Any pattern recognition system relies on the appropriate representation of the input data in order to allow a reasonable class-decision by means of a mathematical test function. Based on the experiences from seismological observatory practice, a parametrization scheme of the seismic waveform data is derived using robust seismological analysis techniques. The wavefield parameters are summarized into a real-valued feature vector per time step. The time series of this feature vector build the basis for the HMM-based classification system. In order to make use of discrete hidden Markov (DHMM) techniques, the feature vectors are further processed by applying a de-correlating and prewhitening transformation and additional vector quantization. The seismic wavefield is finally represented as a discrete symbol sequence with a finite alphabet. This sequence is subject to a maximum likelihood test against the discrete hidden Markov models, learned from a representative set of training sequences for each seismic event type of interest. A time period from July, 1st to July, 5th, 1998 of rapidly increasing seismic activity prior to the eruptive cycle between July, 10th and July, 19th, 1998 at Merapi volcano is selected for evaluating the performance of this classification approach. Three distinct types of seismic events according to the established classification scheme of the Volcanological Survey of Indonesia (VSI) have been observed during this time period. Shallow volcano-tectonic events VTB (h < 2.5 km), very shallow dome-growth related seismic events MP (h < 1 km) and seismic signals connected to rockfall activity originating from the active lava dome, termed Guguran. The special configuration of the digital seismic station network at Merapi volcano, a combination of small-aperture array deployments surrounding Merapi's summit region, allows the use of array methods to parametrize the continuously recorded seismic wavefield. The individual signal parameters are analyzed to determine their relevance for the discrimination of seismic event classes. For each of the three observed event types a set of DHMMs has been trained using a selected set of seismic events with varying signal to noise ratios and signal durations. Additionally, two sets of discrete hidden Markov models have been derived for the seismic noise, incorporating the fact, that the wavefield properties of the ambient vibrations differ considerably during working hours and night time.  A total recognition accuracy of 67% is obtained. The mean false alarm (FA) rate can be given by 41 FA/class/day. However, variations in the recognition capabilities for the individual seismic event classes are significant. Shallow volcano-tectonic signals (VTB) show very distinct wavefield properties and (at least in the selected time period) a stable time pattern of wavefield attributes. The DHMM-based classification performs therefore best for VTB-type events, with almost 89% recognition accuracy and 2 FA/day.  Seismic signals of the MP- and Guguran-classes are more difficult to detect and classify. Around 64% of MP-events and 74% of Guguran signals are recognized correctly. The average false alarm rate for MP-events is 87 FA/day, whereas for Guguran signals 33 FA/day are obtained. However, the majority of missed events and false alarms for both MP and Guguran events are due to confusion errors between these two event classes in the recognition process.  The confusion of MP and Guguran events is interpreted as being a consequence of the selected parametrization approach for the continuous seismic data streams. The observed patterns of the analyzed wavefield attributes for MP and Guguran events show a significant amount of similarity, thus providing not sufficient discriminative information for the numerical classification. The similarity of wavefield parameters obtained for seismic events of MP and Guguran type reflect the commonly observed dominance of path effects on the seismic wave propagation in volcanic environments. The recognition rates obtained for the five-day period of increasing seismicity show, that the presented DHMM-based automatic classification system is a promising approach for the difficult task of classifying volcano-seismic signals. Compared to standard signal detection algorithms, the most significant advantage of the discussed technique is, that the entire seismogram is detected and classified in a single step.
KW  - volcanic seismology
KW  - Merapi
KW  - monitoring
KW  - classification
KW  - pattern recognition
KW  - Hidden Markov Model (HMM)
KW  - Seismic Array Methods
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000028
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmid, Robert
T1  - Geology of ultra-high-pressure rocks from the Dabie Shan, Eastern China
N2  - Um das Verständnis der geologischen Entwicklung des größten bekannten Vorkommens von ultra-hochdruck (UHP) Gesteinen auf der Erde, des Dabie Shan im östlichen China, zu erhöhen, wurde eine multidisziplinäre Studie durchgeführt. Geophysikalische Daten wurden entlang einer ca. 20 km langen seismischen Linie im östlichen Dabie Shan gesammelt. Diese reflektionsseismischen Daten zeigen, dass die Kruste aus drei Lagen besteht. Die Oberkruste besitzt eine durchgehend niedrige Reflektivität und meist subhorizontale Reflektoren bis in eine Tiefe von ca. 15 km. Aufgrund dieser Charakteristika wird diese Zone als UHP-bezogener krustaler Keil interpretiert, der auf nicht UHP Kruste überschoben wurde. Ein abrupter Wechsel in der Geometrie aber auch Intensität der Reflektoren markiert die Grenze zu einer mittel- bis unterkrustalen Zone, die sich bis ca. 33 km Tiefe erstreckt. Diese Zone repräsentiert wahrscheinlich kratonale Yangtze Kruste, die von der triassischen UHP-Orogenese nicht erfasst wurde, aber während der Exhumierung das Liegende relativ zum UHP Keil war. Starke und kontinuierliche Reflektoren im Tiefenintervall von 33-40 km bilden höchstwahrscheinlich die Moho an der Basis der Kruste ab. Relikte einer Krustenwurzel, die sich wahrscheinlich während der Kollisionstektonik gebildet hatte, sind nicht sichtbar. Ein flaches tomographisches Geschwindigkeitsmodell, das auf der Inversion der Ersteinsätze gründet, konnte zusätzlich erstellt werden. Dieses Modell bildet deutlich die unterschiedlichen Lithologien auf beiden Seiten der Tan Lu Störung ab. Sedimente östlich der Störung zeigen Geschwindigkeiten von 3.4 - 5.0 km* s^-1, wohingegen die Gneise im Westen 5.2 - 6.0 km*s^-1 aufweisen. Die Geometrie der Geschwindigkeits-Isolinien kann als Ausdruck der Strukturen der Gesteine angenommen werden. Somit zeigen die Sedimente ein nordwestliches Einfallen zur Störung hin, wohingegen isoklinale Falten in den Gneisen abgebildet werden. Geländedaten aus der UHP Einheit des Dabie Shan ermöglichen die Definition von Grundgebirgs- und Deckeinheiten, die Teile des ehemaligen passiven Kontinentalrandes des Yangtze Kratons repräsentieren. Eine der Deckeinheiten, die Changpu Einheit, besitzt nach wie vor einen stratigraphischen Kontakt zu den Grundgebirgs-Gneisen. Der anderen Einheit hingegen, der Ganghe Einheit, fehlt ein entsprechendes Grundgebirge. Diese Einheit steht vielmehr über einen Blasto-Mylonit in tektonischem Kontakt zum Grundgebirge der vorherigen. Die Changpu Einheit baut sich aus kalk-arenitischen Metasedimenten auf, die mit Metabasalten assoziiert sind. Die Ganghe Einheit wird von arenitisch-vulkanoklastischen Metasedimenten, die ebenfalls mit metabasaltischen Gesteinen vergesellschaftet sind, dominiert. Das Grundgebirge baut sich aus diversen felsischen Gneisen auf, die von reliktisch eklogitfaziell bis grünschieferfaziell ausgeprägt sind, und in denen, zusätzlich zu Metabasalten, sporadisch mafisch-ultramafische Meta-Plutone auftreten. Mit Ausnahme der Ganghe Einheit, führen die Metabasite Coesit und belegen somit das UHP Ereignis. Die Mineralchemie der analysierten Proben dokumentiert deutliche Variationen in der Zusammensetzung der Hauptminerale, Granat und Omphazit, was entweder unterschiedliche Protolithe oder unterschiedliche Grade von Stoffaustausch mit den Wirtsgesteinen reflektiert. Gehalte von dreiwertigem Eisen in Omphaziten mit geringen Gesamteisengehalten, wurden mittels Titration bestimmt, wobei sich Werte von 30-40 % ergaben. Dennoch wurde ein noch konservativerer Wert von 50% dreiwertigem Eisen in den entsprechenden Berechnungen angenommen, hauptsächlich, um mit anderen Arbeiten vergleichbar zu sein. Texturen und chemische Zonierungen in den Mineralen sind kompatibel mit Gleichgewichtsbedingungen während dem Höhepunkt der Metamorphose, der retrograd überprägt wird. P-T Daten wurden mit deutlicher Betonung auf das Granat-Omphazit-Phengit Barometer, das mit Fe-Mg Austausch-Thermometern kombiniert wurde, berechnet. Höchstdrucke reichen von 42-48 kbar (für die Changpu Einheit) bis ca. 37 kbar (für das Grundgebirge und die Ganghe Einheit). Während der eklogitfaziellen Metamorphose wurden Temperaturen von ca. 750 °C erreicht. Obwohl die maximalen Drucke deutlich schwanken, sind die Temperaturbestimmungen in guter Übereinstimmung. Die Druckschwankungen können zum einen durch deutlich Ca-dominierte Granate (bis zu 50 mol% Grossular in der Changpu Einheit) und/oder zum anderen durch Modifikationen der Mineralzusammensetzungen während der retrograden Metamorphose erklärt werden. Die präsentierten integrativen geologischen Daten ermöglichen die folgenden Schlussfolgerungen i) Grundgebirgs- und Deckeinheiten treten im Dabie Shan auf und wurden beide UHP metamorph überprägt ii) Der Dabie Shan ist das metamorphe Äquivalent des früheren passiven Kontinentalrandes des Yangtze Kratons iii) felsische Gneise, die eine UHP Metamorphose durchlaufen, sind von Volumenver-änderungen betroffen, die durch großräumige Phasenumwandlungen (Quarz <-> Coesit) hervorgerufen werden, was direkt die tektono-metamorphen Prozesse beeinflusst iv) Initiale Unterschiede in der Temperatur sind möglicherweise dafür verantwortlich, dass generell Unterkrustengesteine in UHP Fazies fehlen
N2  - A multidisciplinary study has been carried out to contribute to the understanding of the geologic evolution of the largest known occurrence of ultra-high-pressure (UHP) rocks on Earth, the Dabie Shan of eastern China.  Geophysical data, collected along a ca. 20 km E-W trending seismic line in the eastern Dabie Shan, indicate that the crust comprises three layers. The upper crust has a homogeneously low reflectivity and exhibits roughly subhorizontal reflectors down to ca. 15 km. It is therefore interpreted to portray a crustal UHP slab thrust over non-UHP crust. An aprubt change in intensity and geometry of observed reflectors marks the boundary of a mid- to lower crustal zone which is present down to ca. 33 km. This crustal zone likely represents cratonal Yangtze crust that was unaffected by the Triassic UHP event and which has acted as the footwall during exhumation of the crustal wedge. Strong and continuous reflectors occurring at ca. 33-40 km depth most likely trace the Moho at the base of the crust. Any trace of a crustal root, that may have formed in response to collision tectonics, is therefore not preserved. A shollow tomographic velocity modell based on inversion of the first arrivals is constructed additionally. This model clearly images the distinct lithologies on both sides of the Tan Lu fault. Sediments to the east exhibit velocities of about 3.4 - 5.0 km* s^-1, whereas the gneisses have 5.2 - 6.0 km*s^-1. Geometry of velocity isolines may trace the structures present in the rocks. Thus the sediments dip shallowly towards the fault, whereas isoclinal folds are imaged to occur in the gneisses. Field data from the UHP unit of the Dabie Shan enables definition of basement-cover sequences that represent sections of the former passive margin of the Yangtze craton. One of the cover sequences, the Changpu unit, still displays a stratigraphic contact with basement gneisses, while the other, the Ganghe unit, includes no relative basement exposure. The latter unit is in tectonic contact with the basement of the former unit via a greenschist-facies blastomylonite. The Changpu unit is chiefly constituted by calc-arenitic metasediments intercalated with meta-basalts, whereas the Ganghe unit contains arenitic-volcanoclastic metasediments that are likewise associated with meta-basalts. The basement comprises a variety of felsic gneisses, ranging from preserved eclogitic- to greenschist-facies paragenesis, and locally contains mafic-ultramafic meta-plutons in addition to minor basaltic rocks. Metabasites of all lithologies are eclogite-facies or are retrogressed equivalents, which, with the exception of those from the Ganghe unit, bear coesite and thus testify to an UHP metamorphic overprint. Mineral chemistry of the analysed samples reveal large compositional variations among the main minerals, i.e. garnet and omphacite, indicating either distinct protoliths or different degrees of interaction with their host-rocks. Contents of ferric iron in low Fetot omphacites are determined by wet chemical titration and found to be rather high, i.e. 30-40 %. However, a even more conservative estimate of 50% is applied in the corresponding calculations, in order to be comparable with previous studies. Textural constraints and compositional zonation pattern are compatible with equilibrium conditions during peak metamorphism followed by a retrogressive overprint. P-T data are calculated with special focus on the application of the garnet-omphacite-phengite barometer, combined with Fe-Mg exchange thermometers. Maximum pressures range from 42-48 kbar (for the Changpu unit) to ~37 kbar (for the Ganghe unit and basement rocks). Temperatures during the eclogite metamorphism reached ca. 750 °C. Although the sample suite reveals variable peak-pressures, temperatures are in reasonable agreement. Pressure differences are interpreted to be due to strongly Ca-dominated garnet (up to 50 mol % grossular in the Changpu unit) and modification of peak-compositions during retrogressive metamorphism. The integrated geological data presented in this thesis allow it to be concluded that,  i) basement and cover rocks are present in the Dabie Shan and both experienced UHP conditions ii) the Dabie Shan is the metamorphic equivalent of the former passive margin of the Yangtze craton  iii) felsic gneisses undergoing UHP metamorphism are affected by volume changes due to phase transitions (qtz <-> coe), which directly influence the tectono-metamorphic processes iv) initial differences in temperature may account for the general lack of lower crustal rocks in UHP-facies
KW  - UHP
KW  - coesite
KW  - eclogite
KW  - Dabie Shan
KW  - thermobarometry
KW  - reflection seismology
KW  - 2D tomography
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000093
ER  -