Fakultät für Geowissenschaften - Digitale Hochschulschriften der LMU

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The drift history of Gondwana following the break-up of Rodinia (or perhaps Pannotia) to the amalgamation into Pangaea has great implications in many disciplines in Earth sciences, but remains largely unknown. Among the apparent polar wander (APW) paths published for Gondwana in the last few decades, large discrepancies exist (sometimes up to thousands of kilometres). The mid Palaeozoic segment of the APW path is particularly problematic, and two primary schools of thought arise. Some authors favour a Silurian – Devonian loop in their APW path passing through southern South America (on a reconstruction of Gondwana), whereas others draw a path directly through Africa during this period. The main controversy stems essentially from whether or not palaeomagnetic data from eastern Australia are incorporated in order to compensate for the lack of mid Palaeozoic data. Determining whether the terranes of the Southern Tasmanides are (para-)autochthonous or allochthonous in origin is therefore of crucial importance and a matter of intense debate. The aim of the work presented herein is to palaeomagnetically define the positions of these terranes throughout the Palaeozoic in order to better constrain the complex tectonic history of this region and to help clarifying the APW path of Gondwana. The construction of an APW path is discussed herein. An attempt is made to determine whether only “objective” criteria can be employed to select data used to draw an APW path. However, it is shown that the palaeomagnetic database has not enough entries. Subjective data selection must be introduced leading to two end-members: the X-type and the Y-type, thought to be best illustrated by the X-path proposed by Bachtadse & Briden (1991) and the Y-path proposed by Schmidt et al. (1990). These two models are, therefore, used in the discussion of the results obtained for this study. The Southern Tasmanides had a complex tectonic history with several orogenic events throughout the Palaeozoic. The sampling coverage carried out for this study comprises fifty localities (289 sites, 1576 cores, 3969 specimens; see table 1, pages 54-55) distributed along an east-west transect across most of the subdivisions of the Southern Tasmanides. The sampled localities are gathered in three main areas: the Broken Hill area, the Mount Bowen area, and the Molong area, which are situated where no published palaeomagnetic studies were previously available providing, therefore, new information. Sampling and laboratory procedures have been carried out using standard techniques. In particular, detailed stepwise thermal demagnetisation, principal component analysis, anisotropy of magnetic susceptibility and rock magnetic measurements have been systematically employed. The routine measurement of the anisotropy of magnetic susceptibility allowed drawing the first maps of the magnetic fabrics throughout the region. A strong correlation between the magnetic fabrics and the main tectonic structures corroborates the existence of cross-structures (E-W) in the Southern Tasmanides. The directions of magnetisation obtained yielded much information, despite poor quality. The effects of weathering are deep, intense and widespread. For example, most of the samples from the Mount Arrowsmith Formation (localities ARR & ARO) and the Funeral Creek Limestone (FUN) in the Broken Hill area (western New South Wales) are totally remagnetised, as well as some from the Mitchell Formation (MIT) in the Molong area (eastern New South Wales). Secondary magnetisations are also largely responsible for the bad results obtained in most of the fifty localities studied. Intermediate directions of magnetisation are common and often result in significant data scattering, as illustrated for instance by results from the Kandie Tank Limestone (KAN; Broken Hill area) or the Ambone and Ural Volcanics (HOP, BOW, SHE; Mount Bowen area). In general, it has not been possible to precise the remagnetisation process leading to th

Kurzfassung

Im Rahmen des TASQWA-Projektes (Quarternary Variability of Water Masses in the Southern Tasman Sea

and the Southern Ocean) wurde eine erstmalige quantitative und taxonomische Bestandsaufnahme der

rezenten, benthischen Tiefseeforaminiferen der Korngrößenfraktion > 250 mm in 27 Sedimentoberflächenproben

aus dem austral-antarktischen Gebiet durchgeführt.

Es konnten 137 Arten bestimmt werden, wobei aber keine Art dominante Anteile in den Proben erreichte.

Über benthische Tiefseeforaminiferen im untersuchten Gebiet existiert kaum Literatur. Es gibt zwar aus

dem 19. Jhrd. sehr gut dokumentierte Foraminiferen in diesem Bereich, diese decken aber längst nicht alle

gefundenen Exemplare ab. Erst um die Jahrtausendwende beschäftigten sich Autoren wieder intensiver mit

den australischen und neuseeländischen, benthischen Foraminiferen. Aber auch sie drangen nicht bis in die

Tiefsee vor, sondern blieben vorwiegend im Schelfbereich. Aufgrund dieser spärlichen Literatur ist jede

einzelne Art ausführlich mit Synonymieliste und Abbildung dokumentiert worden.

Die PAST-Analyse generierte mit den 137 Arten und den 27 Stationen sechs Faunenvergesellschaftungen,

die überwiegend bathymetrisch zoniert sind.

Ab 562 m beginnt am Campbell Plateau in der Hochproduktionszone die Bulimina-Vergesellschaftung.

Diese Vergesellschaftung zeichnet sich durch die höchste Individuenzahl aus. Ab 959 m findet sich die

Rhizammina-Vergesellschaftung, die im Untersuchungsgebiet am weitesten verbreitet ist. Die weniger oft

anzutreffende Cibicides-Vergesellschaftung läßt sich ab 1660 m Tiefe finden. Nur in einer einzigen Probe an

der Tasmanschwelle in 2146 m Tiefe, tritt die Reophax-Vergesellschaftung auf, in der die Textulariina überwiegen.

Die weniger oft anzutreffende Ehrenbergina-Vergesellschaftung läßt sich ab 1841 m finden. In

dieser Vergesellschaftung, in der die Artenanzahl fast an das Niveau der Hochproduktionszone heranreicht,

halten sich Rotaliina und Textulariina die Waage. Im Emerald Becken ab 3909 m Tiefe beginnt die Jaculella-

Vergesellschaftung. Diese liegt in einem echten Hungergebiet und besteht hauptsächlich aus Textulariina.

Im gesamten Untersuchungsgebiet lassen sich durch die Probenauswertung vier unterschiedliche Lebensräume

(Challenger Plateau, Campbell Plateau, Emerald Becken und Tasmanschwelle) ausmachen. Da jedoch

nur zwei Sedimentoberflächenproben am Challenger Plateau genommen wurden, konnte dieser Bereich

nur eingeschränkt mit den anderen drei Bereichen verglichen werden.

Die Foraminiferengemeinschaften des Challenger Plateaus und der Tasmanschwelle können jedoch im oberen

Bereich der Wassersäule auch nur eingeschränkt miteinander verglichen werden, da man an der

Tasmanschwelle Sedimentoberflächenproben erst ab 1634 m genommen hat und am Campbell Plateau Proben

ab 562 m vorhanden sind.

Die oberen Bereiche (ab 562 m bis ca. 1300 m) des Campbell Plateaus sind Hochproduktionsbereiche, die

die höchsten Individuenzahlen pro 10 cm3 Sediment und die höchste Artenvielfalt aufweisen. Am Südwesthang

des Campbell Plateaus läßt sich eine Abfolge der verschiedenen Foraminiferenvergesellschaftungen

bis hinunter in das Emerald Becken nachweisen.

An der Tasmanschwelle selbst läßt sich keine ausgeprägte Hochproduktionszone erkennen. Generell gibt es

hier weniger Arten und weniger Individuen pro 10 cm3 Sediment als am Cambell Plateau.

Das Emerald Becken, als tiefster Bereich des Untersuchungsgebietes und als echtes Hungergebiet, nimmt

eine Sonderrolle ein.

-Resumen extendido- Investigaciones realizadas en conjunto con la Universidad de Chile, en las áreas geotermales activas entre Lago Ranco y Lago Rupanco en el Sur de Chile (40.5ºS) han sido enfocadas a establecer balances hídricos e hidroquímicos. Esta tesis muestra los resultados de dos estudios de terreno realizados en las temporadas enero-marzo 2001 y enero-febrero 2002, y una investigación bibliográfica y recopilación de datos llevada a cabo en Chile. Los cálculos del caudal total se basan en un cálculo diferencial superficial entre el promedio de la precipitación y la evapotranspiración potencial media anual. Con la aplicación de un paquete geoinformático (GIS-Geographic Information System) y con el uso de una base de datos disponibles, se ha podido establecer un balance hídrico general de varias zonas dentro del área de investigación. La cantidad de precipitación media anual es bastante alta y alcanza desde un valor de 2000 mm/a en los valles hasta más de 7000 mm/a en las cumbres. Sin embargo, la base de datos es bastante pobre y las suposiciones sobre valores de precipitación en altura están basados en una recopilación realizada durante cinco años por la estación climática "Antillanca" perteneciente a la CONAF a una altura de aproximadamente 1000 m.s.n.m. Como consecuencia de fluctuaciones climáticas como ENSO por ejemplo, los valores de precipitación pueden llegar a variar en rangos de miles de milímetros por año. Un reporte climático de larga duración y especialmente datos más precisos de las zonas elevadas son esenciales para un balance hídrico detallado. La precipitación media anual calculada, para toda la zona investigada es del orden de 4300 mm/a mientras que la evapotranspiración potencial promedia de 540 mm/a es sólo 1/8 de los valores de precipitación. Esto significa, que la mayor parte de la precipitación está disponible para el caudal. Los valores medios de caudal medidos en el área de captación del Río Puleufú en la orilla noreste del Lago Rupanco posibilitan una evaluación e interpretación de líneas de caudal superficial llamadas hidrógrafos. Esto muestra que la posibilidad de infiltración y la permeabilidad hidráulica parecen ser bastante alta en las rocas volcánicas, geológicamente muy heterogéneas. La precipitación media calculada en el área de captación es de aproximadamente 5500 mm/a y la evapotranspiración potencial es de 480 mm/a. El caudal medio anual es aproximadamente 2800 mm/a quedando asi, más de 2000 mm/a para la infiltración en las partes profundas de las secuencias volcánicas y en el basamento intrusivo. En este contexto, los grandes lagos Ranco, Puyehue y Rupanco situados junto a los macizos volcánicos ejercen una importante función como cauces principales de aguas subterráneas en esta zona. Las cantidades de recargas de agua subterránea se han calculado para diferentes áreas de captación. Especialmente las áreas de gran altitud con escasa vegetación, grandes cantidades de precipitación y capas muy permeables de lava en bloque, pómez y lapilli en la superficie son probablemente las áreas de recarga mas importantes. En el altiplano de Cordón Caulle (1300-1500 m s.n.m.) por ejemplo casi toda la precipitación es infiltrada inicialmente. Eso significa un valor extremadamente alto de recarga de aguas subterráneas de mas de 200 l/(s·km²). Incluso parte de esta recarga alcanza la superficie muy pronto en las vecindades del altiplano de Cordón Caulle por medio de pequeñas fuentes y, en ocasiones, hacia la parte terminal de coladas de lava con estructuras de túneles una cierta cantidad queda disponible para la infiltración en niveles más profundos. Localidads importantes para la recarga de sistemas acuíferos profundos son, en este contexto, especialmente zonas tectónicas compuestas por rocas intensamente fracturadas como ocurre en la zona de Falla Liquiñe-Ofqui, complejos volcánicos y fisuras así como en los alrededores de fisuras volcánicas. Aparte del descenso del agua, estos localidads son tambié

The principles of capillary barriers are well known from many

laboratory studies. A limited number of large-scale applications are

known, in particular for the sealing of past pollution and demolition

waste. This study investigates the suitability of a capillary barrier

for the sealing of a municipal landfill.

Laboratory tests have shown the fundamental applicability of the

selected materials. The sealing effect of the material combination as

a capillary barrier was examined in a large scale tipping trough under

step increasing hydraulic load and two differential slopes. The

materials showed drain capacities suitable for an effective capillary

barrier.

For a long-term study under natural weather conditions, two

experimental fields with integrated large scale lysimeters and slopes

of 10 % and 26 % have been constructed on site at the landfill.

The lysimeter data of three subsequent years were used for the

analysis. After the growth of a closed cover of vegetation the surface

runoff was negligible. Only in wet years it exceeded 2 % of the annual

precipitation. In 2000 and 2001 the evapotranspiration was between

55 % and 65 %. In the very wet year 2002, however, it was

significantly below 50 %. The predominant part of the lysimeter

runoff was drained by the capillary layer. Only heavy precipitation

caused a relevant drain into the capillary block. Except for the very

wet year 2002 the effectiveness of the whole system exceeded 95 % of

the annual precipitation. As expected the efficiency of the steeper

lysimeter clearly surpassed 95 %.

In order to verify the possibility to reduce the effort for the

experimental determination of the efficacy of the capillary barrier by

numerical simulations, it was tried to calculate the measured results

by numerical models for the water balance layer and the capillary

barrier. The results show that in principle a realistic prediction is

possible. However, a reliable prediction of the measured results can

only be achieved by using parameters that were calculated by inverse

modeling for the unsaturated hydraulic conductivity. Because of the

high sensitivity of the model, calculations with parameters predicted

by standard methods did not lead to plausible results, but

overestimated the effectiveness of the capillary barrier. Therefore it

is not advised to substitute large scale tipping experiments by

numerical modeling.

Although the capillary barrier is not gas proof, the closed water

coating above the boundary to the capillary block largely restricts

the movement of gas. Laboratory experiments resulted in very low

permeability for gas through an aqueous capillary barrier.

Measurements at the experimental fields showed that the capillary

barrier significantly reduces the emission of gas at the surface

compared to the non-sealed landfill surface. However, under adverse

air pressure conditions low gas emissions are still measurable.

Considering the present investigations, the capillary barrier is a

competitive and secure alternative especially for the fracture-prone

clay liner. For demolition waste it can be used as single sealing.

For municipal waste, as in the underlying landfill of Bayreuth, the

combination with an additional sealing element, e. g. a synthetic

liner is recommended.

Numerous applications of hydrologic models have shown their capability to simulate hydrologic processes up to a reasonable degree of certainty. In terms of flood modeling, the hereby required quality of the key input parameter precipitation is of vast importance but often remains questionable. This Ph.D. thesis presents a critical review of experiences made in the EU-funded RAPHAEL project. Different meteorological data sources are evaluated to assess their applicability for flood modeling and forecasting in the Bavarian pre-alpine watershed of the Ammer river (709 km²), for which the manifold hydrologic aspects of runoff production as well as the complex nature of floods are described. Apart from conventional rain gauge data, forecasts of several Numerical Weather Prediction Models (NWP) as well as rain radar data and precipitation derived from METEOSAT are examined, scaled and applied within the framework of a GIS-structured and physically based hydrologic model. Multi-scenario results are quantitatively compared and analysed. The synergetic approach leads to promising results under certain meteorological conditions, but also emphasizes a variety of drawbacks. At present, NWPs are the only data source to provide placed rainfall forecasts (up to 96 hours) with large spatial coverage and high temporal resolution. On the other hand, the coarse spatial resolution of NWP grids cannot as yet image the heterogeneous structures of orographic rainfields in complex convective situations and hence introduces a major downscaling problem for mountain catchment applications. As shown for two selected Ammer flood events, a high variability in prediction accuracy still has to be accepted at present. Sensitivity analysis of both meteo-data input and hydrological model performance in terms of process description are discussed, drawing positive conclusions for future applications of an advanced meteo-hydro model synergy.

Unter der Annahme, dass Anzeichen von Umweltveränderungen durch den Klimawandel

besonders in sensiblen, wenig genutzten Hochgebirgsökosystemen gut erkennbar

sind, ist im Einzugsgebiet des Königssees im Nationalpark Berchtesgaden

ein landschaftsökologisches Projekt unter dem Titel „Landschaftsökologische Analysen im Königsseeeinzugsgebiet“ (LAKE) durchgeführt worden. Hauptziel war die Erfassung, Darstellung und das Ergründen von Ursachen dieser Umweltveränderungen im Energie- und Stoffhaushalt an Hand ausgewählter Parameter. Ebenso galt es, den Naturschutzaspekt zu beleuchten, der sich aus dem Anspruch von Nationalparks ergibt. Die Fragestellung in diesem Zusammenhang war, ob sich Nutzungs- und Naturschutzinteressen

vereinbaren lassen.

Als Untersuchungsgebiet wurde der Nationalpark Berchtesgaden ausgewählt, der für diese Fragestellung ideale Vorraussetzungen bietet. Es handelt sich um ein Gebiet welches unter gegenwärtigen Bedingungen eine geringe anthropogene Beeinflussung erfährt. Das Reaktionsverhalten der Landschaft bleibt erklärbar, da es durch wenige Faktoren bestimmt wird.

Zur Realisierung dieses Anliegens wurde ein landschaftsökologischer Methodikansatz verwendet. Hauptaugenmerk der Untersuchungen war das Einzugsgebiet des als oligothroph eingestuften Referenzsees Königssee. Vor allem die Untersuchung und der Vergleich der abiotischen Parameter zu einer Studie aus den Jahren 1978-1980 war Teil der Zielstellung. Deshalb wurden im wesentlichen in einem wöchentlichen (im Winter 14-tägigen) Rhythmus Tiefenprofile zu Temperatur bzw. Sauerstoff an zwei verschiedenen Messstellen im Königssee ermittelt und darüber hinaus Wasserproben von den Zuflüssen und vom See selbst genommen. Die Wasserproben wurden dann ionenchromatographisch auf Nitrat, Phosphat, Sulfat und Chlorid untersucht.

Festgestellte Umweltveränderungen wurden mit Nutzungserscheinungen in Beziehung

gesetzt. Letztere konnten an Hand der Auswertung von vorhandenen Quellen und Befragungen der lokalen Interessenvertreter für Tourismus und Almwirtschaft

dargestellt werden.

Im Ergebnisteil sind die Zusammenhänge der Reaktion des limnischen Systems Königssee bezüglich seiner abiotischen Faktoren in Zusammenhang mit physischgeographischen Parametern und anthropogenen Einflüssen dargestellt und erläutert. Insbesondere Gründe für die Temperatur- und Sauerstoffverteilung

im Seekörper in Zusammenhang mit Windeinwirkung, Strahlung bzw. Lufttemperatur

werden aufgezeigt. In Kap. 5.1 erfolgte eine Analyse

der Veränderung klimatischer Randparameter. Die Station Bad Reichenhall zeigt in den Tendenzen des Monatsmittelwertes der Lufttemperatur gute Übereinstimmung

mit der Region Berchtesgaden. Für Bad Reichenhall konnte eine Erhöhung der Lufttemperatur in den letzten 28 Jahren um ca. 2K festgestellt werden. Die jährliche Gesamtsonnenscheindauer ist im Mittel um 100 Stunden gestiegen. Bezüglich der Veränderungen des Systems durch eine mögliche Klimaveränderung lässt sich zusammenfassend sagen, dass die theoretisch zu erwartenden Veränderungen und Beobachtungen von anderen Autoren in anderen Regionen in limnischen Systemen in Bezug auf die abiotische Komponente durchaus in ähnlicher Form am Königssee zu bestätigen sind, wenn man die Zeiträume von 1978 bis 1980 und 1999 bis Juni 2003 miteinander vergleicht.

Der jährliche Wärmeinhalt des Königssees ist durchschnittlich um 10% gestiegen,

und dies obgleich die extrem warmen Verhältnisse aus dem Hochsommer 2003 nicht

mehr in allen Statistiken berücksichtigt werden konnten. Auch bei den Hypolimniontemperaturen sind zum gegenwärtigen Zeitpunkt durchschnittlich 0,2 bis 0,3K höhere Messwerte festzustellen.

Vor allem die im Rahmen der Klimaveränderung zu erwartenden Verhältnisse zu

Stabilität und Schichtung lassen sich am Königssee beobachten: Die Stagnationsphasen haben sich verlängert, und die Zirkulationsphasen sind kürzer geworden.

Gleichermaßen ist der Beginn der Stagnation um ca. 11-12 Tage früher im Jahr zu

erwarten, und die Auflösung der

One of the main goals of current palaeomagnetic research is the attempt to acquire high-resolution data on palaeodirections and -intensities in order to obtain detailed information about the Earth's magnetic field in the geological past. The material best suited for such studies are basaltic rocks. For these high-quality directional investigations and especially for palaeointensity determinations, a profound knowledge about the stability, magnetomineralogical character and the domain state of the carriers of remanence is imperative.

The emphasis of the present work was placed on the investigation of basalts exhibiting partial or complete self-reversal of natural remanent magnetisation (NRM). This phenomenon is not an exotic rarity but a widespread characteristic of many basaltic rocks. However it remains usually unnoticed by routine palaeomagnetic measurements as it requires special techniques for its detection. In this work samples from Olby and Laschamp (France) and Vogelsberg (Germany) showing the phenomenon were studied with rock magnetic, microscopic and microanalytical techniques in order to identify the carriers of self-reversed remanent magnetisation. Further aims were to determine the exact mechanism of self-reversal acting in basalts and to evaluate the consequences for the reliability of palaeomagnetic data. On the basis of the experimental work a numerical model was developed which shows that, from the physical point of view, the observed magnetomineralogy is capable of causing self-reversal.

The present work provides the following new insights:

The phenomenon is caused by two magnetic phases with different blocking temperatures which are magnetically coupled. The lower blocking temperature corresponds to the primary titanomagnetite (mother phase) crystallising from the basaltic magma. The remanence with higher blocking temperature is carried by titanomaghemite (daughter phase) evolving from the primary titanomagnetite by partial low-temperature oxidation. The daughter phase forms narrow bands along cracks in the otherwise unaffected mother phase particles. This yields a close side-by-side assemblage of titanomagnetite and titanomaghemite with markedly different magnetic properties in one and the same grain. By applying the various microscopic techniques on identical grains, it was possible to directly correlate magnetomineralogy with magnetic domain structure.

Numerical calculations of remanence acquisition demonstrate that two-phase particles with the experimentally observed geometry and magnetic properties are able to acquire a partially or completely self-reversed remanent magnetisation. The calculations also prove that the two magnetic phases present in the studied samples are coupled by magnetostatic interaction.

The experimental results indicate that the low-temperature oxidation process responsible for the formation of the second magnetic phase takes place at temperatures at or above the blocking temperature of this daughter phase during primary cooling. This titanomaghemite phase is thus carrying a stable remanence in direction of the ambient magnetic field. Although the original titanomagnetite as the mother phase is in a strict sense the primary magnetic mineral, it does not carry the primary magnetic remanence but is at least in part magnetostatically coupled to the titanomaghemite. Therefore, its remanence is - at least in part - antiparallel to the external field.

MFM domain observations present evidence that the mother phase is in the magnetic multidomain range. Hence, its magnetic remanence is not stable and is replaced by a viscous overprint acquired at ambient temperatures. In contrast, the daughter phase has a higher coercivity due to oxidation induced stresses and an increased domain width.

Regarding the samples from Olby, these magnetomineralogical investigations directly lead to new arguments in favour of the existence of the Laschamp geomagnetic event: As the high blocking temperature daugh