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Coccolithophores are an abundant phytoplankton group that exhibit remarkable diversity in their biology, ecology and calcitic exoskeletons (coccospheres). Their extensive fossil record is a testament to their important biogeochemical role and is a valuable archive of biotic responses to environmental change stretching back over 200 million years. However, to realise the full potential of this archive for (palaeo-)biology and biogeochemistry requires an understanding of the physiological processes that underpin coccosphere architecture. Using culturing experiments on four modern coccolithophore species (Calcidiscus leptoporus, Calcidiscus quadriperforatus, Helicosphaera carteri and Coccolithus braarudii) from three long-lived families, we investigate how coccosphere architecture responds to shifts from exponential (rapid cell division) to stationary (slowed cell division) growth phases as cell physiology reacts to nutrient depletion. These experiments reveal statistical differences in coccosphere size and the number of coccoliths per cell between these two growth phases, specifically that cells in exponential-phase growth are typically smaller with fewer coccoliths, whereas cells experiencing growth-limiting nutrient depletion have larger coccosphere sizes and greater numbers of coccoliths per cell. Although the exact numbers are species-specific, these growth-phase shifts in coccosphere geometry demonstrate that the core physiological responses of cells to nutrient depletion result in increased coccosphere sizes and coccoliths per cell across four different coccolithophore families (Calcidiscaceae, Coccolithaceae, Isochrysidaceae and Helicosphaeraceae), a representative diversity of this phytoplankton group. Building on this, the direct comparison of coccosphere geometries in modern and fossil coccolithophores enables a proxy for growth phase to be developed that can be used to investigate growth responses to environmental change throughout their long evolutionary history. Our data also show that changes in growth rate and coccoliths per cell associated with growth-phase shifts can substantially alter cellular calcite production. Coccosphere geometry is therefore a valuable tool for accessing growth information in the fossil record, providing unprecedented insights into the response of species to environmental change and the potential biogeochemical consequences.
In a joint enterprise, the ground water supplies in some Oases in UAR (namely El Kharga, El Dakhla, El Baharia and Siwa), in Wadi El Natrun (to the west of the Nile Delta), in Ayoun Mousa (West Sinai) and in some places along the Mediterranean Littoral, have been investigated. According to the dating of the water by the C14 method, the age of the artesian water from the Oases is between 25,000 and 40,000 years and the origin is obviously from rain water which fell and infiltrated within the "Nubian Sandstone" layers, occupying almost entirely the southern portion of the western Desert (the water underwent some evaporation before it disappeared in the subsurface as indicated from the loss of the 016). This process took place during one or more of the Pluvial periods which followed (and were not coincident with) the last "Würm" eustatic lowering of the Mediterranean. No infiltration water have presumably recharged the layers in question, so almost entirely fossil water reserves are tapped at present. The quantities of such reserves are unknown. More ancient waters, however, may be expected to the north of El Kharga and El Dakhla Oases. Such waters may- to their greater portions - enter these two oases from that direction. On the other hand, little or almost no water is expected to feed the reservoir from the opposite direction.
Mantle convection is the process by which heat from the Earth’s core is transferred upwards to the surface and it is accepted to explain the dynamics of the Earth’s interior. On geological time-scales, mantle material flows like a viscous fluid as a consequence of the buoyancy forces arising from thermal expansion. Indeed, mantel convection provides a framework which links together the major disciplines, such as seismology, mineral physics, geochemistry tectonic and geology. The numerical model has been applied to understand the dynamic, structure and evaluation of the Earth, and other terrestrial planets and the investigations continue to explore, different aspects of the mantle convection.
In fact, to model this phenomenon, two complementary approaches are possible. On the one hand, one can solve self-consistently the equations of thermal convection, including parameters and employing physical relationships derived from mineral physics. Our understanding of mantle convection depends ultimately upon the success of such fully self-consistent dynamic models in explaining observable features of the flow. Although, these models presently unable to predict the actual convection pattern of the Earth, they are extremely useful to investigate general characteristics of given physical systems. On the other hand, to permit comparison with specific observables associated with the flow, one can consider a more restricted problem. Instead of focusing on the time evolution of mantle flow, if we know a priori the temperature - and hence presumably the density - anomalies that drive the convection, we can try to build a snapshot of the present-day flow pattern, consistent with those anomalies, that can successfully predict the observables. As matter of fact, the aim of this study is to investigate both approaches in comparison with the main geophysical constraints on mantle structure. These constraints include the geoid anomalies, the dynamic surface and core-mantle boundary topography and tectonic plate motions.
The most appropriate mathematical basis functions for describing a bounded and continuous function on a spherical surface are spherical harmonics. We may therefore expand the geodynamic observables in terms of spherical harmonics. We have investigated two methods of the global spherical harmonic analysis by specific attention to the dynamic geoid computation of the geodynamic models. The first method is the quadrature method in which the loss of the orthogonality of the Legendre functions in transition from continues to discrete case is the major drawback to the method. Particularly, we showed that in the absence of the tesseral harmonics, quadrature formulation leads to obtain inaccurate results. The second method is the least-squares which can be considered as the best linear unbiased estimator that provides the exact results. We showed that even with a low resolution grid data it is possible to reconstruct the data and achieve an accurate result by using this method, which is extremely remarkable in three-dimensional global convection studies. However, special care has to be taken since there is some source of errors that might influence the efficiency of this method.
In general, to better understanding of the properties of the mantle, it is useful to assess observable characteristics of plumes in the mantle, including geoid, topography and heat flow anomalies. However, only few studies exist on geoid and topography for axi-symmetric convection and their models were restricted to isoviscous (or stratified) mantle and low Rayleigh numbers. We studied fully coupled depth and temperature dependent Arrhenius type of viscosity in axi-symmetric spherical shell geometry in order to investigate the shape of geoid anomalies and dynamic topography above a plume. Indeed, the topography and geoid anomalies produced from plumes are sensitive to rheology of the mantle and rheology of the plume; both have effects on shape and amplitude of the geoid anomalies. As results we are able to define different classes of plumes by their geoid signals.
Mainly depth-dependent viscosity models show a geoid with negative sign above the plume which can turn to the positive sign by decrease the viscosity contrast. This can be considered as a transition between the strongly depth dependent and the constant viscosity case. Our results basically support the idea by Morgan [1965] and McKenzie [1977]. They have shown the magnitude and even the sign of the total gravity anomaly depend on the spatial variation in effective viscosity. In addition, Hager [1984] has concluded that the total gravity field is depend on the radial distribution of effective viscosity, and a small change in viscosity contrast leads to varying sign of the response function.
In the case of temperature-dependent viscosity, the formation of an immobile lithosphere is a natural result, and the flow as well as the total geoid becomes strongly time dependent. When we increase the activation energy, all geoids associated with the first arriving plumes look like bell shaped whereas for typical plumes, after reaching a statistical steady state, bell-shaped geoids with decreasing amplitude as well as linear flank shaped geoids are observed. It is surprising that in spite of large differences in lateral and depth varying viscosities, the shapes of the geoid anomalies remained rather similar. We also identified different behaviors in the combined model with temperature-and pressure-dependent viscosity. In fact, in spite of the strongly different rheology, the geoid anomalies in all cases were surprisingly similar. Furthermore, we proposed a scaling law for the geoid which makes our results directly applicable to other planets. Moreover, we can apply the results of our calculation to find relations between different rheology and sub-lid temperature, since we know that the mantle temperature can change significantly with variation in pressure-temperature dependent viscosity. It is also possible to define a range of stagnant lid thickness related to the amplitude of the geoid which can be reasonable for study of the lid thickness in Venus or Mars.
Nevertheless, in these series of models, we simplified a number of complexities within the Earth. One of the most important of such simplification is the Boussinesq approximation. This approximation is valid if the temperature scale height (i.e. the depth over which temperature increases by a factor of “ ” due to adiabatic compression) is much greater than the convection depth. However, a temperature scale height in the Earth’s mantle is at best only slightly greater than the mantle depth. Hence, the Boussinesq approximation could mask some very important stratification and compressibility effects that influence both the spatial and temporal structure of the convection. Therefore, in more advance models we considered compressibility in our mantle convection models, assuming that density vary both radially and laterally, being determined as a function of pressure and temperature through an appropriate equation of the state. Moreover, thermodynamic properties assumed to be a function of depth.
We examined the details of the structure of the spherical axi-symmetric Anelastic Liquid Approximation model (ALA) with special attention to the Arrhenius rheology, and compare it to the cases of compressible convection without depth dependent thermodynamical properties, and to cases of the extended Boussinesq approximation. At the same time, the effects of the interaction between temperature and pressure-dependent viscosity and thermodynamic parameters in the compressible mantle convection on the geoid and topography have been studied. We showed that assuming compressible convection with depth-dependent thermodynamic properties strongly influence the geoid undulations. Using compressible convection with constant thermodynamic properties is physically inconsistent and may lead to spurious results for the geoid and convection pattern. Indeed, by a systematic study of different approaches of compressibility in the spherical shell convection for different Arrhenius viscosity laws we proved that only in the unrealistic case of zero activation energy the different compressibility modes result in comparable convection and geoid patterns. In all other rheological cases, large differences have been obtained, that stressing the important role of consistent compressible thermodynamic properties for mantle convection.
In addition, we examine the impact of compressibility as well as different rheologies on the power law relation that connects the Nusselt number to the Rayleigh number. We have discovered that the power law index of the relationship is controlled by the rheology, independent of which approximation is used. Instead, the bound of this relation is controlled by a combination of different approximation and rheology.
Next, instead of focusing on the time evolution of mantle flow, we have carried out three-dimensional spherical shell models of mantle circulation to investigate the effects of joint radial and lateral viscosity variations on the Earth’s non-hydrostatic geoid, surface and core-mantle boundary topographies. These models include realistic lateral viscosity variations (LVV) in the lithosphere, upper mantle and lower mantle in combination with different stratified viscosity structures. We have demonstrated that the contradictory results concerning the effects of LVV can be clarified by the most straight-forward problem in geoid modeling; namely, rather poorly known stratified viscosity structure. We explored three classes of dynamic geoid models due to lateral viscosity variations. In the first class, the LVV strongly improved the fit to the observed geoid. Indeed, when the viscosity contrast between lower and upper mantles is not large enough to produce a good fit to geoid the LVVs are able to perform this action by adjusting amplitudes, so that it becomes comparable with observation. In the second class, inducing the LVV moderately improved the fit. Actually, when the geoid induced by a stratified viscosity structure already has a good correlation with observation, then the LVV causes its amplitude to further improve. In the last class, if the viscosity contrast between upper and lower mantle would be high enough, inducing LVV deteriorate the fit to the observed geoid.. Indeed, depending on the stratified viscosity, inducing the LVV may take place in one of these categories.
We also quantified the effects of LVV in the mantle and lithosphere individually. We found that the presence of LVV in the mantle (upper and lower) improves the fit to the observed geoid regardless of stratified viscosity. While LVV in the lithosphere is a crucial parameter, and dependent of the stratified viscosity, may increase or decrease the geoid fit. In fact, when the lower mantle considers being viscous enough, it would support the negative buoyancy of subducting slabs. Thus, it transmits some of the stress back to the top boundary and causes a weak coupling between slab and surface. Therefore, by including the low viscous plate boundaries in this model, the slabs and overriding plates decouples and the fit to the observed geoid degrades. In contrast, when the lower mantle viscosity is not sufficiently stiff, the presence of the low viscous plate boundaries assists to weaken the strong mechanical coupling between slab and surface. Hence, a better fit achieved.
Increases in water demand often result in unsustainable water use, leaving insufficient amounts of water for the environment. Therefore, water-saving strategies have been introduced to the environmental policy agenda in many (semi)-arid regions. As many such interventions failed to reach their objectives, a comprehensive tool is needed to assess them. We introduced a constructive framework to assess the proposed strategies by estimating five key components of the water balance in an area: (1) Demand; (2) Availability; (3) Withdrawal; (4) Depletion and (5) Outflow. The framework was applied to assess the Urmia Lake Restoration Program (ULRP) which aimed to increase the basin outflow to the lake to reach 3.1 × 109 m3 yr−1. Results suggested that ULRP could help to increase the Outflow by up to 57%. However, successful implementation of the ULRP was foreseen to be impeded because of three main reasons: (i) decreasing return flows; (ii) increased Depletion; (iii) the impact of climate change. Decreasing return flows and increasing Depletion were expected due to the introduction of technologies that increase irrigation efficiency, while climate change could decrease future water availability by an estimated 3–15%. We suggest that to reach the intervention target, strategies need to focus on reducing water depletion rather than water withdrawals. The framework can be used to comprehensively assess water-saving strategies, particularly in water-stressed basins.
A realistic simulation of the atmospheric boundary layer (ABL) depends on an accurate representation of the land–atmosphere coupling. Land surface temperature (LST) plays an important role in this context and the assimilation of LST can lead to improved estimates of the boundary layer and its processes. We assimilated synthetic satellite LST retrievals derived from a nature run as truth into a fully coupled, state‐of‐the‐art land–atmosphere numeric weather prediction model. As assimilation system a local ensemble transform Kalman filter was used and the control vector was augmented by the soil temperature and humidity. To evaluate the concept of the augmented control vector, two‐day case‐studies with different control vector settings were conducted for clear‐sky periods in March and August 2017. These experiments with hourly LST assimilation were validated against the nature run and overall, the RMSE of atmospheric and soil temperature of the first‐guess (and analysis) were reduced. The temperature estimate of the ABL was particularly improved during daytime as was the estimate of the soil temperature during the whole diurnal cycle. The best impact of LST assimilation on the soil and the ABL was achieved with the augmented control vector. Through the coupling between the soil and the atmosphere, the assimilation of LST can have a positive impact on the temperature forecast of the ABL even after 15 hr because of the memory of the soil. These encouraging results motivate further work towards the assimilation of real satellite LST retrievals.
The weather of the atmospheric boundary layer significantly affects our life on Earth. Thus, a realistic modelling of the atmospheric boundary layer is crucial. Hereby, the processes of the atmospheric boundary layer depend on an accurate representation of the land-atmosphere coupling in the model. In this context the land surface temperature (LST) plays an important role. In this thesis, it is examined if the assimilation of LST can lead to improved estimates of the boundary layer and its processes.
To properly assimilate the LST retrievals, a suitable model equivalent in the weather prediction model is necessary. In the weather forecast model of the German Weather Service used here, the LST is modelled without a vegetation temperature. To compensate for this deficit, two different vegetation parameterizations were investigated and the better one, a conductivity scheme, was implemented. In order to make optimal use of the influence of the assimilation of the LST observation on the model system, it is useful to pass on the information of the observation to land and atmosphere already in the assimilation step. For that reason, a fully coupled land-atmosphere prediction model was used. Therefore, the existing control vector of the assimilation system, a local ensemble transform Kalman filter, was extended by the soil temperature and moisture. In two-day case studies in March and August 2017, different configurations of the augmented assimilation system were evaluated based on observing system simulation experiments (OSSE).
LST was assimilated hourly over two days in the weakly and strongly coupled assimilation system. In addition, every six hours a free 24-hour forecast was simulated. The experiments were validated with the simulated truth (a high-resolution model run) and compared against an experiment without assimilation. It was shown that the prediction of the boundary layer temperature, especially during the day, and the prediction of the soil temperature, during the whole day and night, could be improved.
The best impact of LST assimilation was achieved with the fully coupled system. The humidity variables of the model benefited only partially from the LST assimilation. For this reason, covariances in the model ensemble were investigated in more detail. To check their compatibility with the high-resolution model run the ensemble consistency score was introduced. It was found that the covariances between the LST and the temperatures of the high-resolution model run were better represented in the ensemble than those between the LST and the humidity variables.
Am Rande der Westfälischen Bucht liegen bei Versmold und Gütersloh zwei Drumlinfelder. Die zusammen über 60 Rücken, die aus Sand und Geschiebelehm bestehen, wurden durch einen Gletscher des Inlandeises geformt, der aus der Westfälischen Bucht gegen die Randhöhen des Teutoburger Waldes vordrang. Es handelt sich um die Erstbeschreibung von Drumlins im Altmoränengebiet Nordwestdeutschlands.
The exchange of heat, momentum, and mass in the atmosphere over mountainous terrain is controlled by synoptic-scale dynamics, thermally driven mesoscale circulations, and turbulence. This article reviews the key challenges relevant to the understanding of exchange processes in the mountain boundary layer and outlines possible research priorities for the future. The review describes the limitations of the experimental study of turbulent exchange over complex terrain, the impact of slope and valley breezes on the structure of the convective boundary layer, and the role of intermittent mixing and wave–turbulence interaction in the stable boundary layer. The interplay between exchange processes at different spatial scales is discussed in depth, emphasizing the role of elevated and ground-based stable layers in controlling multi-scale interactions in the atmosphere over and near mountains. Implications of the current understanding of exchange processes over mountains towards the improvement of numerical weather prediction and climate models are discussed, considering in particular the representation of surface boundary conditions, the parameterization of sub-grid-scale exchange, and the development of stochastic perturbation schemes.
Die Wechselwirkung zwischen zwei verschiedenartigen Wellenphänomenen in einer Höhe von ca. 10 bis 100 km, der mittleren Atmosphäre, ist das zentrale Thema der vorliegenden Arbeit. Schwerewellen entstehen durch Oszillationen der Luft in einer stabil geschichteten Atmosphäre. Durch die Vielzahl von Schwerewellen-Paketen, die in der Troposphäre durch Gebirge, Gewitter, Fronten und andere dynamische Prozesse angeregt werden, wird Energie und Impuls in die mittleren Atmosphäre transportiert. Durch den turbulenten Zerfall von brechenden Schwerewellen wird auf die mittlere Strömung eine Kraft ausgeübt, welche im Bereich der Mesopause bei ca. 90 km maximal wird. Daraus resultiert die sogenannte interhemispherische residuelle Zirkulation, die in der Mesosphäre den Sommer- mit dem Winterpol verbindet und die beeindruckend kalte Sommer-Mesopause mit Temperaturen von unter −140°C verursacht. Thermische Gezeiten sind ein weiterer wichtiger Teil in der Dynamik der mittleren Atmosphäre. Sie werden durch die Erwärmung der Tagseite der Erde angeregt und sind globale Schwingungen mit Perioden von 24 Stunden und harmonischen Vielfachen. Mit Wind- und Temperatur-Amplituden von bis zu 50 m/s und 30 K dominieren sie die Tagesvariabilität im Mesopausen-Bereich.
In der Mesosphäre wird die Wechselwirkung zwischen Schwerewellen und thermischen Gezeiten wichtig. Dort wird durch die Gezeitenwinde das Brechen von Schwerewellen zeitlich moduliert und eine periodische Kraft erzeugt, welche auf die Gezeiten rückwirkt. Doch selbst unter Zuhilfenahme modernster Hochleistungsrechner kann in komplexen Zirkulationsmodellen nur ein Bruchteil des turbulenten sowie des Wellen-Spektrums aufgelöst werden. Der Effekt der nichtaufgelösten Skalen, wie Turbulenz und Schwerewellen, muss somit in effizienter Weise parametrisiert werden. Üblicherweise wird in Schwerewellen-Parametrisierungen die horizontale und zeitliche Variation des Hintergrundmediums vernachlässigt. Es entsteht eine vertikale Säule, in der sich stationäre Schwerewellen-Züge instantan nach oben ausbreiten. Es ist jedoch äußerst fraglich, inwieweit eine solche Beschreibung, auf der ein Großteil früherer Untersuchungen basiert, für das Ergründen der Schwerewellen-Gezeiten-Wechselwirkung hinreicht. Für diese Arbeit wurde deswegen das Ziel gesetzt, die Defizite der konventionellen Beschreibung der Schwerewellen-Ausbreitung in realistischen Gezeiten zu quantifizieren.
Die "Ray Tracing"-Methode wird auf die Problemstellung der Schwerewellen-Gezeiten-Wechselwirkung angewendet. In der "Ray Tracing"-Methode werden Schwerewellen-Pakete entlang ihrer Ausbreitungspfade explizit verfolgt und Veränderungen der Schwerewellen-Eigenschaften durch den Einfluss der Hintergrundströmung berücksichtigt. Vom Autor wurde das globale "Ray Tracing"-Modell RAPAGI (RAy PArameterization of Gravity-wave Impacts) entwickelt und mit realistischen Gezeitenfeldern aus dem Zirkulationsmodell HAMMONIA (HAmburg MOdel of the Neutral and Ionized Atmosphere) betrieben. In verschiedenen "Ray Tracing"-Experimenten wird für ein einfaches Schwerewellen-Ensemble gezeigt, wie horizontale Gradienten des Hintergrundmediums sowie dessen Zeitabhängigkeit wesentlichen Einfluss auf die Ausbreitung und Dissipation von Schwerewellen nehmen. Zum einen führt die durch Gezeitenwellen hervorgerufene Transienz zu einer tageszeitlichen Modulation der absoluten Schwerewellen-Frequenz.
Die dadurch induzierten Variationen der horizontalen Phasengeschwindigkeit der Schwerewellen können die anfängliche Phasengeschwindigkeit um bis zu eine Größenordnung übertreffen und folgen dem Verlauf des Hintergrundwindes. Die kritische Filterung von Schwerewellen wird durch diese Modulation abgeschwächt, was im Vergleich zu konventionellen Schwerewellen-Parametrisierungen zu einer im Mittel um 30 % geringeren Kraftwirkung auf die Gezeiten führt. Zum anderen werden durch horizontale Gradienten in der gesamten Hintergrundströmung Schwerewellen-Pakete horizontal abgelenkt. Wellen, die gegen die Hintergrundströmung laufen, werden in der Stratosphäre in die Maxima der Wind-Jets hineingeführt. Durch dieses Verhalten wird analog zum Fermatschen Prinzip der geometrischen Optik die Laufzeit der Schwerewellen in der mittleren Atmosphäre minimiert. Es entsteht eine Fokussierung von Schwerewellen-Feldern, bei gleichzeitiger Zunahme der horizontalen Wellenzahl in den Experimenten im Mittel um ca. 10 %. Dadurch reduziert sich der Schwerewellen-Impulsfluss und die mittlere und ebenfalls die periodische Kraft auf die Hintergrundströmung im Mittel um weitere 20 % bis 30 %. Konventionelle Schwerewellen-Parametrisierungen scheinen somit die Kraftwirkung von brechenden Schwerewellen zu uberschätzen. Aus den Ergebnissen der Arbeit wird klar, dass Schwerewellen-Parametrisierungen nicht "blind" für jede Untersuchung genutzt werden können. Alle Annahmen und Näherungen in Parametrisierungen müssen je nach Zielstellung neu getestet werden.
Aus Franken wird die Entwicklung quartärer Hohlformen beschrieben, deren Rekonstruktion mit Hilfe lößstratigraphischer Methoden (fossile Böden, Tuffbänder, Umlagerungszonen etc.) möglich ist. Bei vielen Formen zeigt sich, daß sie bereits größere Vorläuferformen präwürmzeitlichen Alters hatten. Die Entwicklung während des Würms läßt sich an manchen Beispielen in besonders instruktiver Weise verfolgen. Zu Beginn des Würms, im unteren Mittelwürm und im unteren Jungwürm dominierte zeitweise die Abtragung und Verlagerung. Im oberen Mittelwürm sowie im oberen Jungwürm herrschte äolische Lößsedimentation vor. Diese Ergebnisse stimmen gut mit den bereits aus anderen mitteleuropäischen Lößgebieten bekannten Befunden überein. Mit dem Trockental-System von Helmstadt wird die Entwicklung von Hohlformen beschrieben, deren Anlage bis in das ältere Pleistozän zurückreicht.
Als erste Ergebnisse der derzeit laufenden paläomagnetischen Untersuchungen im Rhein-Main-Gebiet werden die Befunde von einigen stratigraphisch bedeutenden Profilen mitgeteilt. Während die Remanenzwerte aus altpleistozänen Tonen der Kelsterbacher Terrasse mit einer Ausnahme revers sind, konnte im Autobahneinschnitt Abenheim (NW Worms) und im Lößprofil der Ziegeleigrube Bad Soden am Taunus der Ubergang von reverser zu normaler Magnetisierung gefunden werden. Die Grenze zwischen MATUYAMA- und BRUNHES-Epoche liegt im Profil Bad Soden unter dem 6., das Jaramillo-Event unter dem 7. fossilen Bt-Horizont.
Aus dem Gebiet der weichselzeitlichen Vereisung in Polen werden allgemein verbreitete geringmächtige periglaziale Deckschichten beschrieben. Sie zeigen in der Regel eine äolische Beeinflussung und unterscheiden sich dadurch vom Liegenden. Es handelt sich um spätglaziale Bildungen, wie sie aus dem Jungmoränengebiet der DDR seit langem bekannt sind. Ähnliche Substrate wurden auch im nördlichen Alpenvorland gefunden.
Im Lößprofil der Ziegelei Glos bei Lisieux ist eine Abfolge fossiler Boden aufgeschlossen, die sich gut mit der hessischen Lößstratigraphie verbinden läßt. Über dem letztinterglazialen Boden liegen nach einer Diskordanz der Lohner Boden, der E1-, der E2- und der E4-Naß-boden. Letzterer wird häufig als Äquivalent des „Sol de Kesselt" angesehen. Somit zeigt sich auch für dieses Gebiet, daß dieser Boden stratigraphisch nicht dem Lohner Boden entsprechen kann.
Der Auffassung, das Substrat der Lockerbraunerde auf dem Oberwald des Vogelsberges sei ausschließlich ein äolisches Sediment der Jüngeren Tundrenzeit, wird widersprochen. Verschiedene Befunde, vor allem 14C-Datierungen, lassen vielmehr den Schluß zu, daß große Teile des Substrates vieler Lockerbraunerden holozäne anthropogene Kolluvien sind. Bekräftigt wird dagegen der Befund gleichen (jungtundrenzeitlichen) Alters für Lockerbraunerde-Substrat und Deckschutt (Decksediment).
Throughout mankind’s history, the need to secure and protect the home settlement was an essential one. This holds especially true for the city of Ainos (modern Enez) in Turkish Thrace. Due to its continuous settlement history since the 7th/6th century BC, several different types of city walls were built—sometimes even on top of each other—several of which have been preserved over time. To decipher the construction style, the course and the age of a buried city wall segment in the southern part of the former city, a geoscientific multi-proxy approach including magnetic gradiometer (MG) and electrical resistivity tomography (ERT) measurements in combination with granulometrical, sedimentological and microfaunistical investigations on sediment cores was applied. We were able to (1) present reasonable arguments for its Hellenistic age; (2) reveal the course of this wall segment and extrapolate it further north into a less studied area; and (3) demonstrate that in this near-coastal area, the former swampy terrain had been consolidated for constructing the wall. Our multi-proxy approach serves as a valuable example for investigating buried structures in archaeological contexts, avoiding a less-economical, time-consuming, or even forbidden excavation.
We combined biostratigraphical analyses, archaeological surveys, and Glacial Isostatic Adjustment (GIA) models to provide new insights into the relative sea-level evolution in the northeastern Aegean Sea (eastern Mediterranean). In this area, characterized by a very complex tectonic pattern, we produced a new typology of sea-level index point, based on the foraminiferal associations found in transgressive marine facies. Our results agree with the sea-level history previously produced in this region, therefore confirming the validity of this new type of index point. The expanded dataset presented in this paper further demonstrates a continuous Holocene RSL rise in this portion of the Aegean Sea. Comparing the new RSL record with the available geophysical predictions of sea-level evolution indicates that the crustal subsidence of the Samothraki Plateau and the North Aegean Trough played a major role in controlling millennial-scale sea-level evolution in the area. This major subsidence rate needs to be taken into account in the preparation of local future scenarios of sea-level rise in the coming decades.
Die im Industriezeitalter und im globalen Mittel beobachtete Erwärmung der unteren Atmosphäre zeigt ausgeprägte regional-jahreszeitliche Besonderheiten (IPCC 2001, SCHÖNWIESE 2003, 2004). Dies gilt in noch höherem Maß für den Niederschlag (vgl. Kap. 3.1.2 und 3.1.8). Die Vermutung, dass eine solche Erwärmung zu einer Intensivierung des hydrologischen Zyklus führt, was im Prinzip zunächst richtig ist (vgl. Kap. 3.1.2), erweist sich jedoch als viel zu simpel, wenn daraus einfach auf eine generelle Niederschlagszunahme geschlossen wird. Dies gilt sogar innerhalb einer so kleinen Region wie Deutschland. Denn obwohl Deutschland im Mittel überproportional an der »globalen« Erwärmung teilnimmt (SCHÖNWIESE 2003, 2004), zeigen die Langzeitänderungen des Niederschlages im Detail ganz unterschiedliche Charakteristika. Dabei kann die hier vorgestellte Beschreibung der in Deutschland beobachteten Niederschlagtrends subregional noch wesentlich verfeinert werden, vgl. z.B. Analyse für Sachsen (FRANKE et al. 2004), da der Niederschlag eine nur geringe räumliche Repräsentanz aufweist (SCHÖNWIESE & RAPP 1997). Zeitliche Änderungen von Klimaelementen lassen sich nun in ganz unterschiedlicher Weise betrachten. Am meisten verbreitet sind lineare Trendberechnungen, wie sie auch einem Teil der hier vorliegenden Studie zugrunde liegen. Es können aber auch Trends anderer statistischer Kenngrößen als des Mittelwertes von Interesse sein, z.B. der Varianz. Häufigkeitsverteilungen, die in normierter Form Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen heißen, erlauben die Bestimmung solcher Kenngrößen in Form der Verteilungsparameter. Wird unter Nutzung geeigneter Verteilungen (z.B. Normal- oder Gumbelverteilung, vgl. unten Abb. 3.1.6-4) eine statistische Modellierung der jeweils betrachteten klimatologischen Zeitreihe vorgenommen, werden Aussagen über die Unter- bzw. Überschreitungswahrscheinlichkeiten bestimmter Schwellenwerte möglich, in verallgemeinerter Form für beliebige Schwellen und Zeiten (TRÖMEL 2004). Da dieser extremwertorientierte Aspekt von großer Wichtigkeit ist, soll auch ihm hier nachgegangen werden (vgl. alternativ Kap. 3.1.7 und 3.1.10). Die im Folgenden verwendeten Daten sind jeweils Monatssummen des Niederschlages 1901–2000 an 132 Stationen in Deutschland (teilweise unter Einbezug einiger Stationen in den angrenzenden Ländern), einschließlich der daraus abgeleiteten Flächenmittelwerte (sog. Rasterdaten; Quelle: Deutscher Wetterdienst, siehe u.a. MÜLLER-WESTERMEIER 2002; vgl. weiterhin RAPP & SCHÖNWIESE 1996, dort auch Hinweise zur Homogenitätsprüfung, sowie RAPP 2000).
Vor dem Hintergrund des globalen Klimawandels und der Diskussion menschlicher Einflussnahme („anthropogener Treibhauseffekt“) ist anhand von Beobachtungsdaten der bodennahen Lufttemperatur und des Niederschlags untersucht worden, welche Strukturen die Klimaveränderungen in Hessen erkennen lassen. Dabei umfasst das betrachtete Gebiet den Bereich 49°- 52° Nord / 7°-11° Ost und schließt somit auch Teilgebiete der angrenzenden Bundesländer mit ein. Zeitlich lag der Schwerpunkt der Betrachtung auf dem Intervall 1951-2000, da aus dieser Zeit bei weitem die meisten Daten verfügbar sind (Temperatur 53, Niederschlag 674 Stationen). Darüber hinaus wurden aber auch Untersuchungen für die Zeit 1901 bis 2000 bzw. 2003 sowie für 30-jährige Subintervalle durchgeführt. Die Analysemethodik umfasst die Berechnung linearer Trends, einschließlich ihrer räumlichen Strukturen (Trendkarten), Aufdeckung von Fluktuationen (spektrale Varianzanalyse), Extremwertanalysen und die Diskussion natürlicher bzw. anthropogener Einflussfaktoren (Signalanalyse mittels multipler schrittweiser Regression). Die aus Tages-, Monats-, jahreszeitlichen und jährlichen Daten gewonnenen Ergebnisse sind überaus vielfältig und heterogen. Für das Flächenmittel Hessen ergibt sich 1951-2000 insgesamt (Jahresdaten) ein Temperaturanstieg von 0,9 °C mit dem Schwerpunkt im Winter (1,6 °C) und der geringsten Erwärmung im Herbst (0,2 °C). 1901-2003 liegen an den erfassten Stationen die jährlichen Erwärmungen bei 0,7 bis 1,8 °C; 30-jährig treten zum Teil auch Abkühlungen auf, insbesondere wenn die regional-jahreszeitlichen bzw. monatlichen Strukturen erfasst werden. Diese Strukturen sind beim Niederschlag noch weit ausgeprägter. Im Flächenmittel Hessen beträgt 1951-2000 der jährliche Niederschlagsanstieg 8,5 %, mit Maxima im Herbst (25 %) und Winter (22 %; Frühling 20%), während im Sommer ein Rückgang um 18 % eingetreten ist (mit Schwerpunkten im Juni und insbesondere August). Bei den Fluktuationen dominieren mittlere Perioden von ca. 2,2, 3,3, 5,5 und 7,5-8 Jahren, beim Niederschlag auch ca. 4,5 Jahre. Der Sonnenfleckenzyklus spiegelt sich in den analysierten Klimadaten nicht wider. Zusammen mit den Extremwerten sorgen diese Fluktuationen für zeitliche Instabilitäten der Klimatrends, insbesondere wenn relativ kurze (z.B. 30-jährige) Zeitabschnitte betrachtet werden. Die wiederum sehr vielfältigen und unterschiedlichen Ergebnisse der Extremwertanalyse spiegeln bei der Temperatur weitgehend die Trends wider, da sich die Streuung der Daten kaum verändert hat: d.h. Zunahme der Überschreitungswahrscheinlichkeit extrem warmer Ereignisse (insbesondere Frühling, überwiegend auch Sommer und Winter, am wenigsten im Herbst) und Abnahme der Unterschreitungswahrscheinlichkeit extrem kalter Ereignisse (dies im Winter bei den Tagesdaten jedoch sehr uneinheitlich). Beim Niederschlag sind die Abnahme extrem feuchter Monate im Sommer und die Zunahme extrem feuchter Tage im Herbst und Winter am auffälligsten. Langfristig folgen daraus ganz markante Änderungen der Jährlichkeiten. So ist beispielsweise 1901-2001 in Alsfeld die Jährlichkeit eines extrem feuchten Winters von 100 auf 5,6 Jahre zurückgegangen, die entsprechende Jährlichkeit eines extrem feuchten Sommers in Bad Camberg dagegen fast bis zur Unmöglichkeit angestiegen. Bei der Ursachendiskussion lässt sich in den Temperaturdaten ein deutlicher anthropogener Einfluss („Treibhauseffekt“) ausfindig machen. Abschließend wird diskutiert, inwieweit es sinnvoll ist, die beobachteten Trends, im Vergleich mit Modellprojektionen, in die Zukunft zu extrapolieren.
Vorwort: Klima ist vor allem deswegen nicht nur von wissenschaftlichem, sondern auch von öffentlichem Interesse, weil es veränderlich ist und weil solche Änderungen gravierende ökologische sowie sozioökonomische Folgen haben können. Im Detail weisen Klimaänderungen allerdings komplizierte zeitliche und räumliche Strukturen auf, deren Erfassung und Interpretation alles andere als einfach ist. Bei den zeitlichen Strukturen stehen mit Recht vor allem relativ langfristige Trends sowie Extremereignisse im Blickpunkt, erstere, weil sie den systematischen Klimawandel zum Ausdruck bringen und letztere wegen ihrer besonders brisanten Auswirkungen. Mit beiden Aspekten hat sich unsere Arbeitsgruppe immer wieder eingehend befasst. Hinsichtlich der Extremereignisse bzw. Extremwertstatistik sei beispielsweise auf die Institutsberichte Nr. 1, 2 und 5 sowie die dort angegebene Literatur hingewiesen. Hier geht es wieder einmal um Klimatrends und dabei ganz besonders um die räumlichen Trendstrukturen. Der relativ langfristige und somit systematische Klimawandel läuft nämlich regional sehr unterschiedlich ab, was am besten in Trendkarten zum Ausdruck kommt. Solche regionalen, zum Teil sehr kleinräumigen Besonderheiten sind insbesondere beim Niederschlag sehr ausgeprägt. Zudem sind die räumlichen Trendstrukturen auch jahreszeitlich/monatlich sehr unterschiedlich. In unserer Arbeitsgruppe hat sich Herr Dr. Jörg Rapp im Rahmen seiner Diplom- und insbesondere Doktorarbeit intensiv mit diesem Problem beschäftigt, was zur Publikation des „Atlas der Niederschlags- und Temperaturtrends in Deutschland 1891-1990“ (Rapp und Schönwiese, 2. Aufl. 1996) sowie des „Climate Trend Atlas of Europe – Based on Observations 1891-1990“ (Schönwiese und Rapp, 1997) geführt hat. Die große Beachtung dieser Arbeiten ließ es schon lange als notwendig erscheinen, eine Aktualisierung vorzunehmen. Dies ist zunächst für den Klima-Trendatlas Deutschland geschehen, der nun für das Zeitintervall 1901-2000 vorliegt (Institutsbericht Nr. 4, 2005). Hier wird nun auch eine entsprechende Aktualisierung für Europa vorgelegt, und zwar auf der Grundlage der Berechnungen, die Reinhard Janoschitz in seiner Diplomarbeit durchgeführt hat. Dabei besteht eine enge Querverbindung zum Projekt VASClimO (Variability Analysis of Surface Climate Observations), das dankenswerterweise vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen von DEKLIM (Deutsches Klimaforschungsprogramm) gefördert worden ist (siehe Institutsbericht Nr. 6, in den vorab schon einige wenige Europa-Klima-Trendkarten einbezogen worden sind). Mit der Publikation des hier vorliegenden „Klima-Trendatlas Europa 1901-2000“ werden in insgesamt 261 Karten (davon 17 Karten in Farbdarstellung in den Text integriert) wieder umfangreiche Informationen zum Klimawandel in Europa vorgelegt. Sie beruhen vorwiegend auf linearen Trendanalysen hinsichtlich der bodennahen Lufttemperatur und des Niederschlags für die Zeit 1901-2000 sowie für die Subintervalle 1951-2000, 1961-1990 und 1971-2000, jeweils aufgrund der jährlichen, jahreszeitlichen und monatlichen Beobachtungsdaten. Die Signifikanz der Trends ist im (schwarz/weiß wiedergegebenen) Kartenteil durch Rasterung markiert. Da sich die Analyse eng an die oben zitierte Arbeit von Schönwiese und Rapp (1997) anlehnt, wo ausführliche textliche Erläuterungen zu finden sind (ebenso in Rapp, 2000) wurde hier der Textteil sehr knapp gehalten.
Vorwort zur 1. Auflage Klima ist vor allem deswegen nicht nur von wissenschaftlichem, sondern auch von öffentlichem Interesse, weil es veränderlich ist und weil solche Änderungen gravierende ökologische sowie sozioökonomische Folgen haben können. Im Detail weisen Klimaänderungen allerdings komplizierte zeitliche und räumliche Strukturen auf, deren Erfassung und Interpretation alles andere als einfach ist. Bei den zeitlichen Strukturen stehen mit Recht vor allem relativ langfristige Trends sowie Extremereignisse im Blickpunkt, erstere, weil sie den systematischen Klimawandel zum Ausdruck bringen und letztere wegen ihrer besonders brisanten Auswirkungen. Hier geht es um den erstgenannten Aspekt, zu dem nun noch die räumlichen Strukturen treten. Der relativ langfristige und somit systematische Klimawandel läuft nämlich regional sehr unterschiedlich ab, was am besten in Trendkarten zum Ausdruck kommt. Solche regionalen, zum Teil sehr kleinräumigen Besonderheiten sind insbesondere beim Niederschlag sehr ausgeprägt. Schließlich sind die räumlichen Trendstrukturen auch jahreszeitlich bzw. monatlich sehr unterschiedlich. In unserer Arbeitsgruppe hat sich Jörg Rapp im Rahmen seiner Diplom- und insbesondere Doktorarbeit intensiv mit diese Problem beschäftigt, was zur Publikation des „Atlas der Niederschlags- und Temperaturtrends in Deutschland 1891-1990“ (Rapp und Schönwiese, 2. Aufl. 1996) sowie des „Climate Trend Atlas of Europe – Based on Observations 1891-1990“ (Schönwiese und Rapp, 1997) geführt hat. Die große Beachtung, die insbesondere der Klimatrendatlas Deutschland gefunden hat, ließ es schon lange als notwendig erscheinen, eine Aktualisierung vorzunehmen. Dieser Aufgabe hat sich in Form eines Fortgeschrittenenpraktikums Herr Reinhard Janoschitz gewidmet und die Aktualisierung für die Zeit 1901-2000, einschließlich Subintervallen, vorgenommen. Zudem hat er für 1951-2000 noch das Klimaelement Sonnenscheindauer hinzugenommen. Zur Zeit ist er im Rahmen seiner Diplomarbeit mit einer Neubearbeitung des Europäischen Klimatrendatlas befasst. Mit der Publikation des hier vorliegenden „Klimatrend-Atlas Deutschland 1901-2000“ werden in insgesamt 178 Karten (davon 20 Karten auch in Farbdarstellung in den Text integriert) wieder umfangreiche Informationen zum Klimawandel in Deutschland vorgelegt, und zwar mit Hilfe einer linearen Trendanalyse hinsichtlich der boden-nahen Lufttemperatur, des Niederschlags und der Sonnenscheindauer für die Zeit 1901-2000 sowie für die Subintervalle 1931-1960, 1961-1990 und 1971-2000 – Sonnenscheindauer allerdings nur 1951-2000 und 1971-2000 –, jeweils aufgrund der jährlichen, jahreszeitlichen und monatlichen Beobachtungsdaten. Die Signifikanz der Trends ist im (schwarz/weiß wiedergegebenen) Kartenteil durch Rasterung markiert. Methodisch lehnt sich die Analyse somit eng an die oben zitierte Arbeit von Rapp und Schönwiese (1996) an, wo auch ausführliche textliche Erläuterungen zu finden sind (ebenso in Rapp, 2000); deswegen wurde hier der Textteil sehr knapp gehalten. Hingewiesen sei schließlich auf ebenfalls für Deutschland durchgeführte Analysen klimatologischer Extremereignisse, die ebenfalls in der Reihe unserer Instituts-mitteilungen publiziert sind (Jonas et al., 2005; Trömel, 2005). Frankfurt a.M., im Herbst 2005 Christian-D. Schönwiese Vorwort zur 2. Auflage Das erfreulich große Interesse hat eine 2. Auflage erforderlich gemacht, die neben kleineren redaktionellen Verbesserungen bzw. Aktualisierungen vor allem die Erweiterung der in Kap. 4 vorgestellten Zeitreihen und einen ergänzenden Tabellenanhang jeweils bis 2007 enthält. So erfüllt dieser Atlas hoffentlich auch weiterhin seinen Informations-zweck. Im übrigen ist der im Vorwort zur 1. Auflage erwähnte „Klima-Trendatlas Europa“ mittlerweile als Nr. 7 (2008) der Reihe unserer Institutsberichte erschienen. Frankfurt a.M., im Sommer 2008 Christian-D. Schönwiese
Temporal changes in the occurrence of extreme events in time series of observed precipitation are investigated. The analysis is based on a European gridded data set and a German station-based data set of recent monthly totals (1896=1899–1995=1998). Two approaches are used. First, values above certain defined thresholds are counted for the first and second halves of the observation period. In the second step time series components, such as trends, are removed to obtain a deeper insight into the causes of the observed changes. As an example, this technique is applied to the time series of the German station Eppenrod. It arises that most of the events concern extreme wet months whose frequency has significantly increased in winter. Whereas on the European scale the other seasons also show this increase, especially in autumn, in Germany an insignificant decrease in the summer and autumn seasons is found. Moreover it is demonstrated that the increase of extreme wet months is reflected in a systematic increase in the variance and the Weibull probability density function parameters, respectively.
Die Zunahme der Konzentration von CO2 und anderen "Treibhausgasen" in der Atmosphäre ist unzweifelhaft, und ebenso unzweifelhaft reagiert das Klima darauf. Christian-Dietrich Schönwiese, Professor für Meteorologische Umweltforschung und Klimatologie an der Universität Frankfurt am Main, sieht dringenden politischen Handlungsbedarf und plädiert gleichzeitig dafür, die Debatte rund um den Klimaschutz zu versachlichen.
Im Rahmen der Diskussion des globalen bzw. regionalen Klimawandels sind, neben Extremereignissen, Langfristtrends von besonderem Interesse. Doch erfordert die ausgeprägte Klimavariabilität in Zeit und Raum spezielle regionale Detailuntersuchungen. Daher wird hier eine solche Analyse für Deutschland und die Klimaelemente bodennahe Lufttemperatur sowie Niederschlag vorgestellt, mit besonderem Blick auf die jahreszeitlichen/monatlichen Besonderheiten der Trends in ausgewählten Zeitintervallen zwischen 1891 und 2000. Am auffälligsten ist dabei die sich verstärkende winterliche Temperatur- und Niederschlagszunahme, während im Sommer, unter ebenfalls Erwärmung, eine Trendwende von abnehmendem zu in den letzten Dekaden zunehmendem Niederschlag eingetreten ist.
Die öffentliche Klimadebatte scheint sich zu verselbständigen. Abgehoben von den Erkenntnissen der Fachwissenschaftler reden die einen von der "Klimakatastrophe", die uns demnächst mit voller Wucht treffen wird, wenn wir nicht sofort alles ganz anders machen; Panik ist ihnen das rechte Mittel, Aufmerksamkeit zu erregen. Die anderen sehen im "Klimaschwindel" einen Vorwand für Forschungsgelder und zusätzliche Steuerbelastung der Wirtschaft; ihre Strategie ist Verwirrung und Verharmlosung. Mit der Fixierung auf solche Extrempositionen werden wir den Herausforderungen der Zukunft sicherlich nicht gerecht. Höchste Zeit für eine Versachlichung und für einen klärenden Beitrag zum Verwirrspiel "Klima".
Vielleicht hätte sich außerhalb der Fachwissenschaft niemand für das Weltklimaproblem interessiert, wären da nicht zwei brisante, miteinander gekoppelte Fakten: Die Menschheit ist hochgradig von der Gunst des Klimas abhängig. Es kann uns daher nicht gleichgültig sein, was mit unserem Klima geschieht. Und: Die Menschheit ist mehr und mehr dazu übergegangen, das Klima auch selbst zu beeinflussen. Daraus erwächst uns allen eine besondere Verantwortung. ...
Wenn sich beim Klimagipfel in Den Haag [genauer bei der nun schon 6. Vertragstaatenkonferenz zur Klimaschutzkonvention der Vereinten Nationen] nun wieder die Delegationen aus fast allen Staaten der Welt treffen, um über Klimaschutzmaßnahmen zu beraten, dann schwingt auch immer die Frage mit: Sind solche Maßnahmen wirklich notwendig? Sollen wir nicht einfach warten, bis wir mehr, ja vielleicht alles wissen? ...
Ein nördlich von Sulingen (TK 3318 Sulingen) gefundenes Flintkonglomerat wird beschrieben. Es ist ein vermutlich saaleeiszeitliches Geschiebe und wird von Koniferenwurzelresten durchzogen. Die Erhaltungszustände der Wurzeln und deren Verteilung im Gestein weisen das Konglomerat als ein primär durchwurzeltes Sediment aus. Es wird versucht, aufgrund petrographischer, sedimentologischer und paläobotanischer Befunde die Entstehung des wurzelführenden Flintkonglomerates als festländische Bildung skizzenartig zu umreißen. Das Flintkonglomerat wird einer Gruppe ähnlicher Geschiebe zugeordnet, die ØDUMS 1968 sehr detailliert aus Jütland beschrieb. Der Verfasser stellt - aufgrund der Befunde des vorliegenden Flintkonglomerates und einiger Schlußfolgerungen aus Literaturhinweisen bezüglich der primär eingebetteten Fossilien - die Auffassung ØDUMS hinsichtlich der Entstehung des Flintkonglomerates als eines marinen Sedimentes in Frage. Abschließend werden die Ausführungen ØDUMS zur Frage der vermutlichen Lage des Anstehenden und die Angaben KOCHS zur Frage der stratigraphischen Einordnung der Flintkonglomerate als spät-tertiäre Bildungen kurz zusammengefaßt dargelegt.
Etwa 7 km südlich des Teutoburger Waldes bei Bad Iburg liegt im Gebiet der Laerer Heide ein großer, langgestreckter Hügelzug aus fluvioglazialen Kiesen und Sanden, der von KELLER(1951) als Kames-Bildung gedeutet worden ist. Aufgrund der durch großräumigen Abbau gekennzeichneten Aufschlußlage ergab sich im vergangenen Jahrzehnt wiederholt die Möglichkeit, die Lagerungsverhältnisse der Sedimente zu studieren. Dabei wurden, vor allem in einem im Frühjahr 1990 vorübergehend aufgeschlossenen Profil, sekundäre Lagerungsveränderungen beobachtet, deren Deutung den bisherigen Vorstellungen zur Entstehung des Kies-Sand-Rückens einige neue Aspekte hinzufügt.
Unter den Geschieben des Kies-Sand-Rückens ,Laer-Heide' (Landkreis Osnabrück) fand sich ein Geschiebe des ,grünlich-grauen Graptolithengesteins' mit Calymene orthomarginata SCHRANK 1970 und Leonaspis mutica (EMMRICH 1844) aus dem baltischen Silur. Es stammt vermutlich aus dem Gebiet der "North Mid-Sea Bank" SSW von Gotland und ESE der Südspitze Ölands. Stratigraphisch ist es dem Bereich des Unterwenlock bis unteren Oberwen lock zuzuordnen. Nach einem kurzen Überblick über den Fossilinhalt des Geschiebes und der systematischen Einordnung der gefundenen Trilobitentaxa werden folgende Larvalstadien von Trilobiten beschrieben: 1 Paraprotaspis-Stadium eines Odontopleuriden, das wahrscheinlich Leonaspis mutica zuzuordnen ist, 1 nahezu vollständiges frühes Meraspis-Stadium und eine Reihe frühmeraspider und spätmeraspider Cranidien und Pygidien, die Calymene orthomarginata zugeordnet werden. Abschließend werden einige Beobachtungen zur Ontogenie von Calymene orthomarginata während der meraspiden Phase dargelegt.
Die über dem letztinterglazialen Boden (Parabraunerde bzw. pseudovergleyte Parabraunerde) folgenden würmzeitlichen äolischen Sedimente können durch kennzeichnende Bodenhorizonte in 3 Abschnitte (Alt-, Mittel- und Jungwürm) gegliedert werden. Charakteristisch für das Altwürm sind Humuszonen, für das Mittelwürm neben einigen „Naßböden" braune Verlehmungszonen bis zu einer Mächtigkeit von 1,1 m und für das Jungwürm mehrere schwach ausgebildete, geringmächtige Verbraunungszonen und „Naßböden". Den wichtigsten Leithorizont des Jungwürms bildet das Kärlicher Tuffbändchen, das in jüngster Zeit auch in Nordhessen aufgefunden wurde. Abschließend wird das in Hessen aufgestellte Gliederungsschema mit den Würmlöß-Gliederungen in anderen Teilen Europas verglichen und eine Parallelisierung versucht.
Die lithologische Abfolge des höheren Malm in Nordwestdeutschland wird mit Hilfe von biostratigraphisch aussagekräftigen Ammonitenfunden datiert und mit der westfranzösischen Gliederung parallelisiert. Die Grenze zwischen der Mutabilis- und der Eudoxus-Zone liegt innerhalb der "Stollenbank". Der "Knollenkalk" mit dem "Yo-Lager" des "Mittel-Kimmeridqe" entspricht basalen Abschnitten der Caletanum-Subzone der Eudoxus-Zone. Die "Ballersteinbank" enthält den "caletanum-Faunenhorizont", eine jüngere Kalkbank innerhalb der "Virgula-Bänke" den "quercynum-Faunenhorizont". Höchstes gesichertes marines Ober-Kimmeridgium (Autissiodorensis-Zone, Irius-Subzone) liegt in Gestalt der sogenannten "Gigas-Schichten" von Holzen/lth vor. An der Porta Westfalica kann hingegen eine Schichtlücke an der Basis der dortigen "Gigas-Schichten" , dem untertithonischen Gravesienkalk, weiter untermauert werden. Die jüngsten mit Ammoniten datierbaren Jura-Schichten lassen sich in den "Gigas-Schichten" am Südrand des Deister nachweisen.
We apply seismic full waveform inversion to SH‐ and Love‐wave data for investigating the near‐surface lithology at an archaeological site. We evaluate the resolution of the applied full waveform inversion algorithm through ground truthing in the form of an excavation and sediment core studies. Thereby, we investigate the benefits of full waveform inversion in comparison with other established methods of near‐surface prospecting in terms of resolution capabilities and interpretation security. The study is performed in a presumed harbour area of the ancient Thracian city of Ainos. The exemplary target is the source of a linear magnetic anomaly oriented perpendicular to the coast, which was found in a previous magnetic gradiometry survey, suggesting a mole. The SH‐wave full waveform inversion recovered a subsurface SH‐wave velocity model with submeter resolution showing lateral and vertical velocity variation between 40 and 150 m/s. To tame the non‐linearity of the full waveform inversion, a sequential inversion of frequency bands has to be combined with time‐windowing in order to separate the Love wave from the reflected SH wavefield. We compare the full waveform inversion results with multichannel analysis of surface waves, standard seismic reflection imaging, electrical resistivity tomography and electromagnetic induction. It turns out that the respective depth sections are correlated to a certain degree with the full waveform inversion results. However, the structural resolution of the other geophysical methods is significantly lower than for the full waveform inversion. An exception is the reflection seismic imaging, which shows the same resolution as full waveform inversion but can only be interpreted together with the full waveform inversion–based velocity model. An archaeological excavation as well as coring data allows ground truthing and a direct understanding of the geophysical structures. The results show that the target was a sort of near‐surface trench of about 3–4 m width and 0.8 m to 1.0 m depth, filled with silty sediment, which differs from the layered surrounding in colour and composition. The ground truthing revealed that only SH‐wave full waveform inversion and seismic reflection imaging could image the trench and sediment structure with satisfying lateral and depth resolution. We emphasize that the velocity distribution from SH‐wave full waveform inversion agrees closely with the excavated subsurface structures, and that the discovered changes in seismic velocity correlate with changes in the sand content in the respective sediment facies sequences. The study demonstrated that SH‐wave full waveform inversion is capable to image structural and lithological changes in the near subsurface at scales as low as 0.5 m, thus providing the high resolution needed for archaeological and geoarchaeological prospection.
This article presents the findings from systematically reviewing 26 empirical research studies published from 2005 to 2014 on the use of GIS for learning and teaching. By employing methods of narrative synthesis and qualitative content analysis, the study gives evidence about the state of knowledge of competence‐based GIS education. The results explain what factors and variables effect GIS learning in terms of technology use, major subject contents, learning contexts, and didactic and pedagogical aspects. They also show what facets of knowledge, process skills, and affect the research literature has investigated. The analysis of the type and quality of the methods used indicates that current GIS education research is a heterogeneous field that needs a systematic research framework for future efforts, according to empirical education research.
This article presents the findings from systematically reviewing 26 empirical research studies published from 2005 to 2014 on the use of GIS for learning and teaching. By employing methods of narrative synthesis and qualitative content analysis, the study gives evidence about the state of knowledge of competence-based GIS education. The results explain what factors and variables effect GIS learning in terms of technology use, major subject contents, learning contexts, and didactic and pedagogical aspects. They also show what facets of knowledge, process skills, and affect the research literature has investigated. The analysis of the type and quality of the methods used indicates that current GIS education research is a heterogeneous field that needs a systematic research framework for future efforts, according to empirical education research.
Flow velocity in rivers has a major impact on residence time of water and thus on high and low water as well as on water quality. For global scale hydrological modeling only very limited information is available for simulating flow velocity. Based on the Manning-Strickler equation, a simple algorithm to model temporally and spatially variable flow velocity was developed with the objective of improving flow routing in the global hydrological model of Water- GAP. An extensive data set of flow velocity measurements in US rivers was used to test and to validate the algorithm before integrating it into WaterGAP. In this test, flow velocity was calculated based on measured discharge and compared to measured velocity. Results show that flow velocity can be modeled satisfactorily at selected river cross sections. It turned out that it is quite sensitive to river roughness, and the results can be optimized by tuning this parameter. After the validation of the approach, the tested flow velocity algorithm has been implemented into the WaterGAP model. A final validation of its effects on the model results is currently performed.
In late 2013, a whole air flask collection programme was started at Taunus Observatory (TO) in central Germany. Being a rural site in close proximity to the Rhine–Main area, Taunus Observatory allows assessment of emissions from a densely populated region. Owing to its altitude of 825 m, the site also regularly experiences background conditions, especially when air masses approach from north-westerly directions. With a large footprint area mainly covering central Europe north of the Alps, halocarbon measurements at the site have the potential to improve the database for estimation of regional and total European halogenated greenhouse gas emissions. Flask samples are collected weekly for offline analysis using a GC/MS system simultaneously employing a quadrupole as well as a time-of-flight mass spectrometer. As background reference, additional samples are collected approximately once every 2 weeks at the Mace Head Atmospheric Research Station (MHD) when air masses approach from the site's clean air sector. Thus the time series at TO can be linked to the in situ AGAGE measurements and the NOAA flask sampling programme at MHD. An iterative baseline identification procedure separates polluted samples from baseline data. While there is good agreement of baseline mixing ratios between TO and MHD, with a larger variability of mixing ratios at the continental site, measurements at TO are regularly influenced by elevated halocarbon mixing ratios. Here, first time series are presented for CFC-11, CFC-12, HCFC-22, HFC-134a, HFC-227ea, HFC-245fa, and dichloromethane. While atmospheric mixing ratios of the chlorofluorocarbons (CFCs) decrease, they increase for the hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) and the hydrofluorocarbons (HFCs). Small unexpected differences between CFC-11 and CFC-12 are found with regard to frequency and relative enhancement of high mixing ratio events and seasonality, although production and use of both compounds are strictly regulated by the Montreal Protocol, and therefore a similar decrease in atmospheric mixing ratios should occur. Dichloromethane, a solvent about which recently concerns have been raised regarding its growing influence on stratospheric ozone depletion, does not show a significant trend with regard to both baseline mixing ratios and the occurrence of pollution events at Taunus Observatory for the time period covered, indicating stable emissions in the regions that influence the site. An analysis of trajectories from the Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model reveals differences in halocarbon mixing ranges depending on air mass origin.
In late 2013, a whole air flask collection program started at the Taunus Observatory (TO) in central Germany. Being a rural site in close vicinity to the densely populated Rhein-Main area, Taunus Observatory allows to assess local and regional emissions. Owed to its altitude of 825 m, the site also regularly experiences background conditions, especially when air masses approach from north-westerly directions. With a large footprint area mainly covering central Europe north of the Alps, halocarbon measurements at the site have the potential to improve the data base for estimation of regional and total European halogenated greenhouse gas emissions. Flask samples are collected weekly for offline analysis using a GC-MS system employing a quadrupole as well as a time-of-flight mass spectrometer. As background reference, additional samples are collected approximately bi-weekly at the Mace Head Atmospheric Research Station (MHD) when air masses approach from the site’s clean air sector. Thus the TO time series can be linked to the in-situ AGAGE measurements and the NOAA flask sampling program at MHD. An iterative baseline identification procedure separates polluted samples from baseline data. While there is good agreement of baseline mixing ratios between TO and MHD, with a larger variability of mixing ratios at the continental site, measurements at TO are regularly influenced by elevated halocarbon mixing ratios. Here, first time series are presented for CFC-11, CFC-12, HCFC-22, HFC-134a, HFC-227ea, HFC-245fa, and dichloromethane. While atmospheric mixing ratios of the CFCs decrease, they increase for the HCFC and the HFCs. Small unexpected differences between CFC-11 and CFC-12 are found with regard to the occurrence of high mixing ratio events and seasonality, although production and use of both compounds are strictly regulated by the Montreal Protocol, and therefore a similar decrease of atmospheric mixing ratios should occur. Dichloromethane, a solvent about which recently concerns have risen regarding its growing influence on stratospheric ozone depletion, does not show a significant trend with regard to both, baseline mixing ratios and the occurrence of pollution events at Taunus Observatory for the time period covered, indicating stable emissions in the regions that influence the site. An analysis of HYSPLIT trajectories reveals differences in halocarbon mixing ranges depending on air mass origin.
Measurements of halogenated trace gases in ambient air frequently rely on canister sampling followed by offline laboratory analysis. This allows for a large number of compounds to be analysed under stable conditions, maximizing measurement precision. However, individual compounds might be affected during the sampling and storage of canister samples. In order to assess halocarbon stability in whole-air samples from the upper troposphere and lowermost stratosphere, we performed stability tests using the high-resolution sampler (HIRES) air sampling unit, which is part of the Civil Aircraft for the Regular Investigation of the atmosphere Based on an Instrument Container (CARIBIC) instrument package. The HIRES unit holds 88 lightweight stainless-steel cylinders that are pressurized in flight to 4.5 bar using metal bellows pumps. The HIRES unit was first deployed in 2010 but has up to now not been used for regular halocarbon analysis with the exception of chloromethane analysis. The sample collection unit was tested for the sampling and storage effects of 28 halogenated compounds. The focus was on compound stability in the stainless-steel canisters during storage of up to 5 weeks and on the influence of ozone, since flights take place in the upper troposphere and lowermost stratosphere with ozone mixing ratios of up to several hundred parts per billion by volume (ppbv). Most of the investigated (hydro)chlorofluorocarbons and long-lived hydrofluorocarbons were found to be stable over a storage time of up to 5 weeks and were unaltered by ozone being present during pressurization. Some compounds such as dichloromethane, trichloromethane, and tetrachloroethene started to decrease in the canisters after a storage time of more than 2 weeks or exhibited lowered mixing ratios in samples pressurized with ozone present. A few compounds such as tetrachloromethane and tribromomethane were found to be unstable in the HIRES stainless-steel canisters independent of ozone levels. Furthermore, growth was observed during storage for some species, namely for HFC-152a, HFC-23, and Halon 1301.
Stability of halocarbons in whole air samples from the upper
troposphere and lowermost stratosphere
(2019)
Measurements of halogenated hydrocarbons of ambient air frequently rely on canister sampling followed by offline laboratory analysis. This allows for a large number of compounds to be analysed under stable conditions, maximising measurement precision. However, individual compounds might be affected during storage of canister samples. In order to assess halocarbon stability in whole air samples from the upper troposphere and lowermost stratosphere, we performed stability tests using the air sampling unit High REsolution Sampler (HIRES) which is part of the CARIBIC (Civil Aircraft for the Regular Investigation of the Atmosphere Based on an Instrument Container) instrument package. HIRES holds 88 light-weight stainless steel cylinders that are pressurized in flight to 4.5 bar using metal bellows pumps. The HIRES sampling unit was first deployed in 2010, but has up to now not been used for regular halocarbon analysis with exception of chloromethane. The sample collection unit was tested for sampling and storage effects of 28 halogenated compounds. The focus was on compound stability in the stainless steel canisters during storage of up to five weeks and on the influence of ozone, since flights take place in the upper troposphere and lowermost stratosphere with ozone mixing ratios of up to several hundred ppbV. Most of the investigated (hydro)chlorofluorocarbons and long-lived hydrofluorocarbons were found to be stable over a storage time of up to five weeks and were unaltered by ozone being present during pressurization. Some compounds such as for example dichloromethane, trichloromethane and tetrachloroethene started to decrease in the canisters after a storage time of more than two weeks or exhibited lowered mixing ratios in samples pressurized with ozone present. Few compounds such as for example tetrachloromethane and tribromomethane were found to be not stable in the HIRES stainless-steel canisters independent of ozone levels. Also growth was observed during storage, namely for HFC-152a and HFC-23.
Mit dem Klimawandel könnte das Grundwasser künftig weltweit in vielen Regionen knapp werden. Das zeigt eine große internationale Studie, die vom Doktoranden Robert Reinecke und der Geographin Prof. Petra Döll initiiert wurde. Vielerorts könnte das zu Wassermangel führen oder einen bestehenden Wassermangel verschärfen. Gleichzeitig werden andere Regionen unter steigenden Grundwasserständen zu leiden haben. Ackerflächen könnten durch Vernässung verloren gehen.