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Interpretation magnetotellurischer Messungen auf Island und 3D-Modellierungen des Island-Plumes
(2014)
Die Lage und der geologische Aufbau Islands sind eine einmalige geologische und geophysikalische Besonderheit - nur hier liegt der Mittelatlantische Rücken deutlich oberhalb des Meeresspiegels. Eine Theorie ist, dass unter Island ein sogenannter Hotspot existiert - ein aufsteigender Mantelplume (oder eine andere Temperatur- und Schmelzanomalie). Das bedeutet, dass die Tektonik, die Petrologie und die (geo)physikalischen Parameter von der Wechselwirkung der Meeresbodenspreizung mit dem aufsteigenden Mantelplume bestimmt werden. Die magnetotellurischen Untersuchungen auf Island und die magnetotellurischen Modelle der vorliegenden Arbeit lassen sich nach Zieltiefen unterteilen. Im ersten Teil steht vor allem die Untersuchung der Leitfähigkeitsstruktur des oberen Erdmantels im Vordergrund, wobei der Schwerpunkt auf Modellstudien liegt. Hier wird die Theorie des aufsteigenden Mantelplumes aufgegriffen und hinsichtlich der Möglichkeiten der Magnetotellurik (MT) diesen zu detektieren, untersucht. In dieser Arbeit werden deshalb verschiedene synthetische 3D-Modelle untersucht. Diese sollen klären, unter welchen Bedingungen, d.h. bei welcher Tiefenlage, Ausdehnung und Leitfähigkeit, ein Mantelplume in der Magnetotellurik messbare Signale liefert. Da Temperatur und Schmelzanteil hierbei eine entscheidende Rolle spielen, werden auch Ergebnisse von geodynamischen Modellierungen verwendet. Die verschiedenen Modellierungen machen deutlich, dass der Plume in Modellen mit maximal 1% Schmelzanteil nur sehr schlecht mit der MT aufgelöst werden kann. Ein weiteres Problem ist die relativ geringe laterale Ausdehnung des Bereichs hoher Leitfähigkeit. Insbesondere bei Berücksichtigung des Krustenleiters liegen die Effekte des Plumes im Bereich der Messfehler bei realen Daten. Erst bei 3% Schmelzanteil im Plume ergeben sich Charakteristiken in den Sondierungskurven, die eindeutig dem Plume zugeordnet werden können. Im zweiten Teil liegt das Augenmerk auf der Leitfähigkeitsstruktur der isländischen Kruste, für deren Untersuchung ca. 200 Datensätze aus zahlreichen deutsch-isländischen Messkampagnen zur Verfügung stehen. In dieser Arbeit werden sie ganzheitlich ausgewertet und interpretiert. Hier steht im Speziellen der in verschiedenen früheren Untersuchungen gefundene gute Leiter in ca. 10 km Tiefe im Vordergrund. Seine Ausdehnung, Tiefenlage und Leitfähigkeit sowie laterale Änderungen werden genauer untersucht. Dazu werden aus den gemessenen Daten und den daraus ermittelten magnetotellurischen Impedanztensoren nicht nur die Sondierungskurven, sondern weitere Parameter wie Phasentensoren und Rotationsinvarianten abgeleitet und diskutiert. Um einen Überblick über die räumliche Verteilung der Untergrundstrukturen zu erhalten, werden die einzelnen Messpunkte charakterisiert und Stationen mit ähnlichem Verhalten in Gruppen zusammengefasst. 1D- und 2D- Inversionsmodelle liefern einen direkten Hinweis auf die Leitfähigkeitsverteilung. Diese zeigt ausgeprägte laterale Änderungen. Aus den 2D-Modellen ergeben sich Hinweise, die darauf schließen lassen, dass diese Zone niedrigen Widerstands nicht durchgängig oder geschlossen sein muss, um die gemessenen Daten zu erklären. Der gute Leiter scheint weniger mit der Aufwölbung durch den vermuteten Mantelplume oder eine andere tiefer liegende Schmelzanomalie korreliert zu sein. Die lateralen und vertikalen Variationen lassen auf einen Zusammenhang mit den Vulkansystemen auf Island schließen. Darauf deuten auch die Induktionsvektoren hin, die lateral betrachtet stark variieren. Ein weiteres Ergebnis ist das Fehlen dieses Krustenleiters in einem mindestens 20km breiten Streifen entlang der Südküste.
As part of two drilling campaigns of the International Continental Scientific Drilling Program (ICDP), several geophysical borehole measurements were carried out by the Leibniz Institute for Applied Geophysics (LIAG) in two lakes. The acquired data was used to answer stratigraphic and paleoclimatic research questions, including the establishment of robust age-depth models and the construction of continuous lithological profiles.
Lake Towuti is located on Sulawesi (Indonesia), within the "Indo-Pacific Warm Pool" (IPWP), a globally important region for atmospheric heat and moisture budgets. The lake exists for approximately one million years, but its exact age is uncertain. We present the first agedepth model for the approximately 100 m continuous sediment sequence from the central part of the lake. The basis for this model is the magnetic susceptibility measured in the borehole and a tephra layer with an age of about 797 ka at 72 m depth. Our age-depth model is inferred from cyclostratigraphic analysis of borehole data and covers a period from 903 ± 11 to 131 ± 67 ka. We suggest that orbital eccentricity and/or changes between global cold and warm periods are responsible for hydroclimatic changes in the IPWP, that these changes affect sedimentation processes in Lake Towuti, and that we can measure and observe this effect in the sediment properties today. Additionally, we created a continuous artificial lithological profile from a series of different borehole data using cluster analysis. This provides information from parts of the borehole where no sediment is available due to core loss.
Lake Ohrid is 1.36 million years old and is located on the Balkan Peninsula on the border between Albania and North Macedonia. The primary hole 'DEEP' in the central part of the lake has been the subject of several investigations, but information about sediments of the marginal locations 'Pestani' and 'Cerava' have not been published yet. In our study, we use natural gamma radiation (GR) measured in the borehole to generate an age-depth model for DEEP. This is performed using the correlation of GR to the global LR04 reference record of Lisiecki and Raymo (2005).
The age information is then transferred via prominent seismic marker horizons to the other two sites, Pestani and Cerava, where it provides the first age-control points for the construction of age-depth models from correlation of GR to LR04. The generated age-depth models are tested using cyclostratigraphic methods, but the limits of this approach are revealed. At DEEP, sedimentation rates (SR) from the cyclostratigraphic method and the correlative approach differ by 2.8 %, at Pestani this difference is 16.7 %, and at Cerava the quality of the data does not allow a reliable evaluation of SR using the cyclostratigraphic approach. We used cluster analysis to construct artificial lithological profiles at all three sites and integrated them into the respective age-depth models. This enables us to determine which sediment types were deposited at what time, and we recognize the change between warm and cold periods in the sediment properties at all three locations. The analyses in this study were all performed on borehole and seismic data and thus do not involve sediment core data. Especially at Pestani and Cerava, new insights into the sedimentological history of Lake Ohrid could be obtained.
In the last part we discuss the occurrence of the half-precession (HP) signal in the European region during the last one million years. The focus is on Lake Ohrid, but a range of other proxies, from the eastern Mediterranean, across the European continent, up to Greenland are analyzed in regards to HP. Applying filters, we focus on the frequency range with a period of 13-8.5 ka and only HP remains in the records. We use correlative methods to determine the clarity of the HP signal in proxies distributed across the European realm. Additionally, we determined the development of HP over time. The HP signal is clearest in the southeast and decreases toward the north. It is further more pronounced in interglacial periods and in the younger part (<621 ka) of most proxies. We suggest that there are mechanisms that transmit the HP signal from its origin near the equator to higher latitudes via different processes. In this context, for instance, the African monsoon, the Nile River and the Mediterranean outflow via the Strait of Gibraltar can be important factors.
Flusssysteme im mediterranen Raum reagieren besonders sensitiv auf Veränderungen von Umweltbedingungen, z.B. durch Neotektonik, Klimaänderungen und Landnutzung. Geowissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt untersuchen in diesem Zusammenhang das Einzugsgebiet des Rio Palancia (Spanien), um über die Erstellung einer Sediment-Massenbilanzierung die Entwicklungsgeschichte des Systems zu erforschen. Zur Identifizierung und Quantifizierung verschiedener Sediment-Ablagerungstypen wurde das Georadarverfahren (GPR) eingesetzt. Ziel dieser Arbeit ist es, am Beispiel fluvialer Lockersedimente das Zustandekommen von Radargrammen noch besser zu verstehen und möglichst viel Information über den Untergrund aus einem Radargramm zu extrahieren. An 30 Standorten wurden GPR-Messungen durchgeführt und mit Geoelektrik und Rammkernsondierungen kombiniert. Die Einführung einer Bearbeitungs- und Auswertesystematik gewährleistet die Vergleichbarkeit von Radardaten unterschiedlicher Standorte. Als Besonderheit werden die Radargramme jeweils auf zwei verschiedene Arten bearbeitet und dargestellt, um sowohl Strukturen herauszuarbeiten als auch die – zumindest relative – Amplitudencharakteristik zu erhalten. Erst dadurch wird eine Auswertung mithilfe der erweiterten Radarstratigraphie-Methode möglich. Diese setzt sich aus der klassischen Radarstratigraphie und der neu entwickelten Reflexionsanalyse zusammen. Dabei werden systematisch Radar-Schichtflächen, Radareinheiten und Radarfazies ermittelt und anschließend die Amplitudengröße, die Polarität und die Breite der Reflexionen betrachtet. Die Radarstratigraphie liefert objektive Erkenntnisse über Form und Verlauf von Untergrundstrukturen, während mithilfe der Reflexionsanalyse Aussagen zu relativen Änderungen von Wassergehalt, Korngrößenverteilung und elektrischer Leitfähigkeit möglich sind. Mithilfe der Radarstratigraphie wurde die Radarantwort verschiedener Sediment-Ablagerungstypen im Untersuchungsgebiet verglichen. Die Radargramme zeigen unterschiedliche Zusammensetzungen von Radarfazies. Eine Unterscheidung und räumliche Abgrenzung verschiedener Ablagerungstypen mit GPR ist somit durchführbar. Die Dielektrizität des Mediums bestimmt, zusammen mit der elektrischen Leitfähigkeit, die Geschwindigkeit und Dämpfung der elektromagnetischen Welle sowie die Reflexionskoeffizienten. Um das Zustandekommen von Radargrammen im Detail nachvollziehen zu können, ist es notwendig, die Dielektrizitätskoeffizienten (DK) der untersuchten Sedimente zum Zeitpunkt der Messung zu kennen und die Abhängigkeit des DK von petrophysikalischen Parametern zu verstehen. Deshalb wurden Proben aus den Rammkernsondierungen entnommen. Im Labor wurden der Real- und Imaginärteil des DK im Radarfrequenzbereich (mit Schwerpunkt auf 200 MHz) in Abhängigkeit von Wassergehalt, Trockendichte, Korngrößenverteilung und Kalkgehalt mithilfe der Plattenkondensatormethode bestimmt. Der DK ist in erster Linie vom Wassergehalt abhängig. Es konnte eine für die Sedimente im Untersuchungsgebiet charakteristische Wassergehalts-DK-Beziehung ermittelt werden. Die resultierende Kurve ist gegenüber entsprechenden in der Fachliteratur zu findenden Beziehungen verschoben, was vermutlich auf die hohen Kalkgehalte der Proben zurückzuführen ist. Für trockene Sedimente wurde eine Korrelation des DK mit der Trockendichte festgestellt. Bei der Bestimmung der Absorptionskoeffizienten fiel auf, dass Proben mit hohem Tonanteil selbst bei geringen Wassergehalten außerordentlich hohe Dämpfungskoeffizienten aufweisen können. Die charakteristische Wassergehalts-DK-Beziehung wurde für Modellierungen von Radardaten genutzt, die dann mit Messdaten verglichen wurden. Über die Modellierung einer einzelnen Radarspur konnte die spezielle Charakteristik der entsprechenden gemessenen Spur erklärt werden, die durch den Einfluss einer dünnen Schicht zustande kommt, deren Mächtigkeit an der Grenze der theoretischen Auflösung für die verwendete Radarfrequenz liegt. Auf Basis der Erkenntnisse aus der erweiterten Radarstratigraphie an einem Radargramm auf fluvialen Lockersedimenten war es zudem möglich, ein komplettes Radargramm zu simulieren. Es gibt das gemessene Radargramm vereinfacht, aber in guter Übereinstimmung wieder. Die Georadarmethode erwies sich als sehr gut geeignet für die Untersuchung, Identifizierung und Quantifizierung fluvialer Sedimente im Palancia-Einzugsgebiet. Die im Rahmen dieser Doktorarbeit entwickelte erweiterte Radarstratigraphie-Methode stellt ein systematisches und weitgehend objektives Verfahren zur Auswertung von Radargrammen dar, das sich auch auf andere Untersuchungsgebiete übertragen lassen sollte. Durch Laboruntersuchungen wurde der Einfluss petrophysikalischer Parameter auf den DK bestimmt. Über die Modellierungen konnten die Ergebnisse großskaliger Geländemessungen mit denen kleinskaliger Labormessungen verknüpft werden. Die insgesamt gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einem besseren Verständnis von Radargrammen bei.
Physical soil properties feature high spatial variabilities which are known to affect geophysical measurements. However, these variations are not considered in most cases. The challenging task is to quantify the influence of soil heterogeneities on geophysical data. This question is analysed for DC resistivity and GPR measurements which are frequently used for near-surface explorations. To determine the pattern of electric soil properties in situ with the required high spatial resolution, geophysical measuring techniques are methodically enhanced. High-resolution dipole-dipole resistivity measurements are used to determine the electric conductivity distribution of the topsoil. Due to the small electrode separations, the actual electrode geometry has to be considered and an analytic expression for geometric factors is derived instead of assuming point electrodes. Two methods are used to determine soil permittivity with GPR:(i) the coefficient of reflection at the interface air-soil is measured with an air-launched horn antenna, (ii) the velocity of the groundwave is measured with a new setup using two receiver antennas enhancing the lateral resolution from in the best case 0.5 m for standard techniques to approximately 0.1 m with the new technique. With the optimised measuring techniques, the electric properties of sandy soils are determined in the field. Conductivity and permittivity show high spatial variability with correlation lengths of a few decimetres. Geostatistical simulation techniques are used to generate synthetic random media featuring the same statistical properties as in the field. FD calculations are carried out with this media to provide realistic synthetic data of resistivity and GPR measurements. Conductivity variations as determined in the field generate significant variations of simulated Schlumberger sounding curves resulting in uncertainties of the inverted models. Even in pedologically homogeneous sandy soil, moisture pattern and resulting permittivity variations cause strong GPR diffractions as demonstated by FD calculations. This influences the detectability of small objects such as e.g. landmines or of large reflectors as e.g. the groundwater table. Conductivity variations as typical for soils showed to have a minor effect on GPR measurements than variations of permittivity. In summary, geostatistical analysis and simulation provide a powerful tool to simulate geophysical measurements under field conditions including soil heterogeneity which can be used to quantify the uncertainty of field measurements by geologic noise.
Geoelektrische Methoden sind weit verbreitet und werden häufig zur Erkundung des oberflächennahen Untergrundes eingesetzt. Angewendet werden standardmäßig meist nur linienhafte Anordnungen der Sender- und Empfängerelektroden, die nur wenige Zehner Meter lang sind. Hierdurch haben diese Methoden nur geringe Eindringtiefen. Um größere Eindringtiefen und 3-dimensionale Informationen über den Untergrund zu erhalten, sind in der vorgestellten Studie die Empfänger- und Senderdipole in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen über das Untersuchungsgebiet verteilt worden. Mit jeder Empfängerstation sind kontinuierlich die elektrischen Spannungen in bis zu drei Richtungen aufgezeichnet worden. Für die Einspeisungen wurde ein Rechtecksignal verwendet, das sich gut von den Störfrequenzen und den natürlichen Spannungen abhebt. Die Richtungen der Einspeisedipole sind entsprechend den örtlichen Gegebenheiten, jedoch möglichst parallel zu den Messrichtungen, gewählt worden. Zur Auswertung der erhobenen Messdaten wurde ein Programmpaket entwickelt, das eine weitestgehend automatisierte Auswertung der Daten erlaubt. Die Bestimmung der scheinbaren spezifischen Widerstände und ihrer Messfehler wurde an den fouriertransformierten Datenzeitreihen durchgeführt. Hierdurch konnten Störeinflüsse minimiert werden und es wurde möglich selbst stark verrauschte Datensätze auszuwerten. Um die erhobenen Daten interpretieren zu können sind die berechneten scheinbaren spezifischen Widerstände als Grundlage für Inversionen und Modellstudien verwendet worden. Die oben beschriebene Methode wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit in zwei unterschiedlichen Messgebieten angewandt.
Messgebiet im Hohen Vogelsberg
Im Juli 2007 wurde damit begonnen, die Forschungsbohrung Sichenhausen-Eschwald im Hohen Vogelsberg abzuteufen. Ziel war es, Informationen über den strukturellen Aufbau des größten geschlossenen Vulkankomplexes Mitteleuropas zu gewinnen. Die Gesteinsansprache der Tiefbohrung lieferte bereits relativ früh Hinweise darauf, dass ein großer magmatischer Körper aufgeschlossen wurde.Aufgrund der begrenzten räumlichen Aussagekraft der Bohrung und fehlender Geländebefunde war es nicht möglich, den Mechanismus der Platznahme und die Größe des Körpers näher zu beschreiben. Die Kampagne hatte das Ziel diese Lücke zu schließen und ein 3-dimensionales Modell des Untergrundes zu erstellen.In dem annähernd quadratischen Untersuchungsgebiet, das eine Fläche von ca. 25 $km²$ aufweist, wurden 20 Datenlogger zur Aufzeichnung der elektrischen Spannungen aufgebaut. Die Empfängerdipole waren zwischen 20 m und 30 m lang. Insgesamt wurden 36 Stromeinspeisungen mit Stromstärken zwischen 28 A und 40 A an 16 unterschiedlichen Positionen für jeweils 2 bis 3 verschiedene Dipolrichtungen vorgenommen. Die Einspeisedipole waren zwischen 100 m und 300 m lang. Insgesamt konnten 1.439 scheinbare spezifische Widerstände berechnet werden.Die Ergebnisse der Modellierungen und der Inversion der Daten zeigen, dass mit der Forschungsbohrung ein domartiger Körper angebohrt wurde. Anhand der Ergebnisse kann die räumliche Ausdehnung des Körpers eingegrenzt und ein vorher noch nicht kartierter Gang nachgewiesen werden.
Messgebiet im Bereich der Kinzigtalsperre
Das etwa Ost-West verlaufende Kinzigtal bildet die naturräumliche und geologische Grenze zwischen dem vulkanischen Vogelsberg im Norden und dem, in diesem Bereich aus Sedimentgesteinen aufgebauten, Spessart im Süden.Die zwischen Steinau a. d. Str. und Bad Soden-Salmünster befindliche Kinzigtalsperre dient dem Hochwasserschutz und der Regulierung des Pegels der Kinzig bei Dürreperioden. Der aufgestaute See ist relativ flach und weist im Normalstau maximale Tiefen von ca. 6~m auf. Der Stausee ist jedoch über weite Teile etwa 4~m tief. In dieser Kampagne betrug der Abstand zwischen den einzelnen Empfängerstationen etwa 100 m bis 300 m. Es wurde aufgrund der beengten Platzverhältnisse eine Dipollänge von ca. 48 m für die Einspeise- und die Empfängerdipole im Messgebiet gewählt. Insgesamt wurden 14 Empfängerstationen im Messgebiet aufgebaut, von denen sich Neun auf dem Seegrund befanden. Das Messraster orientierte sich am vermuteten Verlauf der Kinzigtalstörung. An 8 Positionen sind in 21 Richtungen elektrische Ströme mit Stärken zwischen 2,2 A und 40 A in den Untergrund eingespeist worden. Es konnten 536 scheinbare spezifische Widerstände berechnet werden. Ziel war es, den Verlauf der Störung näher zu bestimmen und die Tiefe der im Untergrund vorhandenen salinären Grundwässer zu bestimmen. Die Bestimmung des Verlaufs der Kinzigtalstörung sowie die Tiefenbestimmung der salinären Grundwässer war mit den erhobenen Daten jedoch nicht möglich.
In this thesis the Quadrupole Electrical Resistivity Tomography (QERT) method is presented as a new measurement concept for profile-based geoelectric field measurements. The concept is based on a tensorial formulation of the apparent resistivity in order to make three-dimensional statements about the underground conductivity structure. For a simple application of the method a number of similarities to the classical dipole-dipole method were made, such as the presentation of the measurement data in a pseudo-section. The added value of the method compared to the classical profile-based methods is especially the differentiation of lateral structures. Anomalies, which are located laterally to the profile, can be detected with respect to their position (left-right) as well as their conductivity contrast. For the practical implementation of the concept a measuring device was developed and constructed, the CR Device. The device uses 64 channels for simultaneous signal recording of voltage and current time series with up to 1 kHz sampling rate. The current injection is freely programmable and allows any survey design. The measurement of the voltages is performed against a common reference (CR) electrode and thus allows the reconstruction of any dipole voltage by difference formation. A complementary, Matlab-based software package completes the measuring system. An evaluation module allows the raw data of the CR device to be read in, processed and displayed in a suitable form. An inversion module allows the inversion of measurement data into a three-dimensional subsurface model. With a modeling module, measurements over any subsurface situation can be simulated and subsequently analysed. A field measurement on a volcanic maar in the Eifel region, Germany, demonstrates the benefits of the method. A QERT profile was set-up tangentially to a conductive anomaly in the centre of the maar. The measurement data were successfully inverted into a geologically coherent 3D resistivity model.
Östlich des Rwenzori Gebirges im Westen Ugandas wurden magnetotellurische Messungen durchgeführt. An 23 Stationen wurden Übertragungsfunktionen und Phasen Tensor Elemente zwischen den gemessenen magnetischen- und tellurischen Feldern im Periodenbereich von 10s bis 10000s geschätzt. Die Übertragungsfunktionen deuten eine komplexe drei dimensionale Leitfähigkeitsstruktur innerhalb der Kruste an, insbesondere in der Verbindungszone zwischen dem Rwenzori Gebirge und der östlichen Riftschulter. In dieser Arbeit wird eine alternative Darstellung der Phasen Tensor Ellipsen als Balken eingeführt. Für Perioden größer 100s zeigen die maximalen Phasen der Phasen Tensor Balken aller Stationen einheitlich in SSW-NNE und die Phasen Tensor Invarianten f min und f max weisen eine Differenz von mindestens 20° auf. Dieses auffällige Verhalten und die kleinen vertikalen magnetischen Feldr im gleich Periodenbereich kann mit einer anisotropen Leitfähigkeit in einer Tiefenbereich zwischen 30-50km mit der gut leitenden Richtung senkrecht zur Riftachse erklärt werden. Die Anisotropie könnte ihren Ursprung in orientierten Olivien Kristallen im oberen Mantel haben, wobei die Orientierungsrichtung mit der Delamination der Unterkruste unter den Rwenzoris zusammen hängen kann. Eine gut leitende Zone süd-östlich der Rwenzoris wurde in 15km Tiefe gefunden, die mit einer seismischen low velocity zone übereinstimmt und partielle Schmelzen innerhalb der Kruste andeutet. An allen Stationen steigt die minimale Phase bei der Periode 200s über 45° und zeigt einen Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit unterhalb der Lithosphäre an.
Die Induzierte Polarisation (IP) ist ein geoelektrisches Verfahren und wurde ursprünglich zur Exploration von Erzvorkommen entwickelt. Neben metallischen Leitern, tragen auch Tonminerale, der Porenraum und die chemische Zusammensetzung der Porenlösung zur Polarisierbarkeit eines Unter-grundes bei. Die spektrale Induzierte Polarisation (SIP) untersucht die Polarisierbarkeit in einem Frequenzbereich von 1 mHz bis 1 kHz und nutzt diese aufgezeichneten Spektren zur Unterscheidung von Materialien. Früher mit einem enormen messtechnischen Aufwand verbunden, führte der gerätetechnische Fort-schritt in den letzten beiden Jahrzehnten dazu, dass die SIP vermehrt in der Umweltgeophysik zum Einsatz kommt. Zu den Fragestellungen gehören die Detektion von Altlasten und der Grundwasser-schutz. In der Archäologie ist die Induzierte Polarisation bislang ein kaum verwendetes Verfahren. Im Rahmen des Graduiertenkollegs „Archäologische Analytik“ der J. W. Goethe- Universität wurde die Entwicklung einer Multielektroden-Apparatur SIP-256 begonnen. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Fortführung dieser Entwicklung. Da sich die wissenschaftliche Fragestellung während dieser Promotion auf die Erkundung archäologischer Objekte beschränkt, galt es zunächst automatisierte Messabläufe zu realisieren, die es erlauben, die komplexe elektrische Leitfähigkeit kleinräumiger 2D- bzw. 3D-Strukturen zu erfassen. Die Verwendung der SIP-256 führte zu einer erheblichen Ver-kürzung der Messzeit und war entscheidend für die Realisierung dieser Arbeit. Den zweiten Schwerpunkt der Arbeit bildet die Suche nach Anwendungsgebieten für die SIP innerhalb der archäologischen Prospektion. Basierend auf den Ursachen von Polarisationseffekten werden im Rahmen dieser Arbeit drei Anwendungsgebiete vorgestellt. Das erste Anwendungsgebiet nutzt die Vorteile der SIP bei der Prospektion von Erzen. Auf einem mittelalterlicher Verhüttungsplatz bei Seesen am Harz konnten im Vergleich zu einer konventionellen Widerstandsmessung mehr Schlackegruben lokalisiert werden. Während einer deutsch-bulgarischen Grabungskampagne in Pliska (Bulgarien) 1999 gelang es, durch eine flächenhafte Anwendung der IP einen Siedlungshorizont über Lehmablagerungen nachzuweisen. Die Überreste eines Gebäudes erzeugten einen messbaren Polarisationseffekt. Die frühmittelalterlichen Siedlungsreste befinden sich mit 2 bis 3 m in relativ großer Tiefe und konnten bei einer anschließenden Ausgrabung freigelegt werden. Eine Kernfrage war, ob Holzobjekte mit Hilfe der SIP zu detektieren sind. Mit Hilfe von Labormessungen an der TU Clausthal konnte geklärt werden, dass Holz ein polarisierbares Material ist. Zu den untersuchten Proben gehören Hölzer aus einem bronzezeitlichen Bohlenweg, die von Ausgrabungen im Federseemoor (Kreis Biberach) stammen. Durch die Untersuchungen im Labor motiviert, folgte eine Feldmessung über dem Bohlenweg. Es gelang, erstmals ein Holzobjekt mit spektraler Induzierter Polarisation zu detektieren. Holz spielt durch die dendrochronologische Datierung von Fundstellen eine wichtige Rolle, konnte aber bislang noch mit keiner geophysikalischen Methode zufriedenstellend prospektiert werden. Abschließend kann gesagt werden, dass sich die spektrale Induzierte Polarisation als wertvolle Methode in der archäologischen Prospektion etablierte. Strukturen, welche mit einer konventionellen Widerstandsmessung nicht zu erkennen waren, konnten durch die SIP eindeutig identifiziert werden. Natürlich müssen die vorliegenden Ergebnisse noch durch weitere Messungen bestätigt werden, jedoch zeichnet sich ab, dass sich mit der fortschreitenden gerätetechnischen Entwicklung, welche zu schnelleren Messabläufen führt, wichtige Zusatzinformationen durch die spektrale Induzierte Polarisation gewinnen lassen.
