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Sedimentbilanzen haben sich als Methode zur Quantifizierung von Sedimentflüssen in Raum und Zeit in den Geowissenschaften etabliert. Sie eröffnen die Möglichkeit, differenzierte Aus¬sagen über die Erosions- und Sedimentationsdynamik von Einzugsgebieten zu treffen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die holozäne Erosions- und Sedimentationsentwicklung im mesoskaligen Mittelgebirgseinzugsgebiet des Speyerbachs im Pfälzerwald zu erfassen, und räumlich und zeitlich möglichst differenziert darzulegen. Um Langzeit-Sedimentbilanzen für den Speyerbach zu berechnen wurden verfügbare Daten zum Boden, eine eigene Kartierung der Erosion und Sedimentation sowie eine intensive (OSL und 14C-) Datierung zweier Stand¬orte durchgeführt. Die Sedimente wurden durch eine direkte Kartierung erfasst. Die Erosions¬tiefe errechnet sich aus der Subtraktion der aktuellen Mächtigkeit der Hauptlagen und der Parabraunerden vom initialen Zustand (= Berechnungsgrundlage).
Die Sedimentbilanz I basiert auf öffentlich zugänglichen bodenkundlichen Punkt- und Flächendaten und hat eine Erosion von ~27 Mio. m³ mit einem Einzugsgebiets-Sedimentaus¬tragsverhältnis (CSDR) von 31,5 % ergeben. Die Sensitivitätsanalyse belegt eine hohe Abhängigkeit des Ergebnisses von der Wahl der Berechnungsgrundlage. Aufgrund fehlender Daten sind eine höhere räumliche Auflösung sowie Aussagen zur zeitlichen Entwicklung nicht möglich.
Die Berechnung der Sedimentbilanz II erfolgte auf der Grundlage eigens erhobener Punkt- und Flächendaten, womit die Anwendung eines nested approach möglich wurde: Neben der Gesamtbilanz für den Speyerbach (sechste Strahler-Ordnung) wurden Bilanzen für Teilein¬zugsgebiete erster und vierter Strahler-Ordnung erstellt, anhand derer die Skalenabhängigkeit der Sedimentdynamik diskutiert werden konnte. Es wurden ~109 Mio. m³ und ein CSDR von 5 % errechnet und ebenfalls eine hohe Sensitivität gegenüber der Änderung der Erosionstiefen festgestellt.
Die erfolgreiche Datierung von periglazialen Deckschichten zweier Bodenprofile unterstützt die Ergebnisse der Landnutzungsrekonstruktion aus Literaturdaten und historischen Karten und zeigt, dass in den Tälchen erster Ordnung Erosion verstärkt in der Neuzeit stattfand. Nur in den lösslehmbeeinflussten Gebieten hat sich die Besiedlung im Frühmittelalter in der Ablagerung von Bodensedimenten abgebildet. Es wurden frühholozäne Umlagerungsprozesse am Hang identifiziert. Aufgrund der guten Datierungseigenschaften der sandigen periglazia¬len Lagen wäre das Untersuchungsgebiet geeignet, der Frage nach der Parallelisierung der frühholozänen Umlagerungen von Hangsedimenten mit Klimaschwankungen nachzugehen.
Die vorliegende Arbeit liefert mit den erstellten Sedimentbilanzen und der Darlegung der Landnutzungsverhältnisse ein regionales Beispiel für Mittelgebirgsräume im Rhein-Einzugs¬gebiet. Die mikro- bis mesoskaligen Ergebnisse folgen der generellen Tendenz anderer welt¬weiter Studien, wonach die Sedimentaustragsverhältnisse mit steigender Einzugsgebietsgröße abnehmen. Die Werte der Sedimentbilanz II liegen jedoch deutlich unter denen der Lössge¬biete und belegen, dass sich die Zwischenspeicherung in der Mittelgebirgsregion höher ist. Die räumliche Differenzierung zeigt regionale Unterschiede, die auf der Zugänglichkeit, der administrativen Zugehörigkeit und die naturräumliche Ausstattung zurückzuführen sind. Arbeiten in anderen Sandsteinregionen Deutschlands sind derzeit im Gange und werden in Zukunft eine Einschätzung der vorliegenden Untersuchung zulassen.
Strain localization in the lithosphere and the formation, evolution, and maintenance of resulting plate boundaries play a crucial role in plate tectonics and thermo‐chemical mantle convection. Previously activated lithospheric deformation zones often appear to maintain a “memory” of weakening, leading to tectonic inheritance within plate reorganizations including the Wilson cycle. Different mechanisms have been proposed to explain such strain localization, but it remains unclear which operates on what spatio‐temporal scales, and how to best incorporate them in large‐scale mantle convection models. Here, we analyze two candidates, (1), grain‐size sensitive rheology and, (2), damage‐style parameterizations of yield, stress which are sometimes used to approximate the former. Grain‐size reduction due to dynamic recrystallization can drive localization in the ductile domain, and grain growth provides a time‐dependent rheological hardening component potentially enabling the preservation of rheological heterogeneities. We compare the dynamic weakening and hardening effects as well as the timescales of strength evolution for a composite rheology including grain‐size dynamics with a pseudo‐plastic rheology including damage‐ (or “strain”‐) dependent weakening. We explore the implications of different proposed grain‐size evolution laws, and test to which extent strain‐dependent rheologies can mimic the weakening and hardening effects of the more complex micro‐physical behavior. Such an analysis helps to better understand the parallels and differences between various strain‐localization modeling approaches used in different tectonics and geodynamics communities. More importantly, our results contribute to efforts to identify the key ingredients of strain‐localization and damage hysteresis within plate tectonics and how to represent those in planetary‐scale modeling.
In der Monte Cavallo-Gruppe fand Verf. in Stauseesedimenten fossile Holzstücke, für die die 14 C-Datierung ein Alter von 29 350 ± 460 Jahren vor 1950 n. Chr. ergab. Die schluffigen Ablagerungen, die in etwa 900 m, fast 80 m über dem heutigen Flußbett des T. Caltea aufgeschlossen sind, ruhen auf Schottern und werden von Moräne überlagert.
Aufgrund seiner stratigraphischen Lage und seines 14C-datierten Alters kann das Holz (Picea abies bzw. Larix) einem zeitlichen Äquivalent des Paudorf-Interstadials zugeordnet werden. Dieser Fund von Großresten ermöglicht somit eine erste absolute Datierung des Paudorf-Interstadials für die Südalpen und Oberitalien.
Innerhalb einer Stadt bildet sich durch die dichte Bebauung und den erhöhten Energieumsatz gegenüber dem Umland ein davon deutlich abweichendes "Stadtklima" aus. Dieses ist beispielsweise durch eine höhere Temperatur in der Stadt gekennzeichnet, welche zur Ausbildung der sogenannten städtischen Wärmeinsel führt. Zudem lassen regionale Klimamodelle für die nächsten Jahrzehnte Klimaänderungen erwarten, die sich in den städtischen Ballungsräumen durch die Überlagerung mit der städtischen Wärmeinsel deutlich belastender auswirken als im Umland. Dies ist für die Menschen von elementarem Interesse, da bereits heute mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in Städten lebt. Der Klimawandel findet bereits statt: 60-jährige Messungen des Deutschen Wetterdienstes am Flughafen Frankfurt/Main belegen einen signifikanten Anstieg des Jahresmittels der Lufttemperatur von 0,35 °C pro Dekade. Die Anzahl der mittleren jährlichen Sommertage, das sind Tage an denen die Lufttemperatur 25 °C erreicht oder überschreitet, weist ebenfalls einen signifikanten Trend von 4,3 Tagen pro Dekade auf. Wenn dieser beobachtete Trend unverändert weiterginge, so wären für die Klimaperiode 2021 - 2050 durchschnittlich etwa 21 Sommertage pro Jahr mehr als in der Klimaperiode 1971 - 2000 zu erwarten. Eine zuverlässige Abschätzung muss jedoch die erwartete Änderung klimarelevanter Spurenstoffe berücksichtigen und daher auf den verfügbaren globalen und regionalen Klimaprojektionen basieren. Ziel der Untersuchung war es deshalb, auf der Basis von Projektionen regionaler Klimamodelle die Auswirkungen des Klimawandels für detaillierte Stadtstrukturen aufzuzeigen. Mit Hilfe eines Stadtklimamodells und der am Beispiel Frankfurt/Main entwickelten sogenannten „Quadermethode“ (Früh et al., 2011) konnte erstmals sowohl die vergangene als auch die zukünftige Wärmebelastung für Frankfurt am Main unter Berücksichtigung der vielfältigen Bebauungsstrukturen und sonstiger Flächennutzungen simuliert werden. Auch die klimatischen Auswirkungen der größeren Planungsvorhaben der Stadt wurden in diesem Zusammenhang untersucht. Auf der Grundlage des moderaten IPCC Emissionsszenarios A1B ergibt sich für das Stadtgebiet von Frankfurt bis zum Jahr 2050 eine Zunahme der mittleren jährlichen Anzahl von Sommertagen von derzeit etwa 44 Tagen pro Jahr, um weitere 5 bis 31 Tage. Damit wird Mitte des Jahrhunderts im Sommerhalbjahr jeder zweite bis vierte Tag in Frankfurt wärmer als 25 °C sein. Gleichzeitig wird auch die mittlere jährliche Anzahl "Sommerabende", das sind Abende an denen es um 22 Uhr noch mindestens 20 °C warm ist, um 5 bis 33 Tage ansteigen. Auch die Anzahl der "heißen Tage" mit einer Höchsttemperatur von mindestens 30 °C und der Tropennächte mit Lufttemperaturen, die nicht unter 20 °C sinken, wird deutlich zunehmen. Aufgrund der heute noch geringen Anzahl solcher Tage lassen sich für die Zukunft derzeit keine verlässlichen Aussagen treffen. Dies gilt auch für alle Untersuchungen, die für die Klimaperiode 2071 - 2100 durchgeführt wurden. Die Studie zeigt, dass die Zunahme der Sommertage bis Mitte des Jahrhunderts sich nicht signifikant zwischen dicht und locker bebauten Stadtteilen unterscheidet. Die Wärmebelastung wird also gleichermaßen stark zunehmen und zukünftig auch dort am höchsten sein wo sie es heute schon ist. Die Unterschiede zwischen Stadt und Umland werden sich aber nicht wie befürchtet verschärfen. Aber die Wahrscheinlichkeit, dass Hitzesommer – wie beispielsweise im Jahr 2003 – häufiger auftreten werden, nimmt bis Mitte des Jahrhunderts zu. Betrachtet man unterschiedliche Bebauungsstrukturen in Frankfurt, so belegen die Modellergebnisse zusätzlich, dass in dicht bebauten Gebieten, wie zum Beispiel der Innenstadt, die Wärmebelastung mit bis zu 54 Sommertagen pro Jahr bereits heute am stärksten ist. Hochhäuser, wie im Frankfurter Bankenviertel, können den Effekt dichter Bebauung zwar durch ihre abschattende Wirkung zumindest tagsüber etwas mildern. Da allerdings der Effekt der nächtlichen Wärmeinsel durch die Hochhäuser verstärkt wird, ist keineswegs als Anpassungsmaßnahme auf den Hochhausbau zu setzen. Neben den Auswirkungen der regionalen Klimaänderungen auf die Stadt werden auch die Auswirkungen bereits geplanter Veränderungen der Stadt untersucht. Dabei kann gezeigt werden, dass eine Umwandlung von bebauten Flächen in Grünflächen die durch den Klimawandel erwartete Zunahme an Sommertagen und -abenden etwa halbieren würde. Umgekehrt kann eine Verdichtung der Bebauung die erwartete Zunahme an Sommertagen und -abenden nahezu verdoppeln. Die Auswirkungen solcher Maßnahmen werden aber lokal sehr begrenzt sein. Um der erwarteten regionalen Klimaerwärmung im gesamten Stadtgebiet gegenzusteuern ist daher eine klimagünstige Gestaltung der Stadt in möglichst vielen Stadtbereichen notwendig. Parks und Grünanlagen nehmen unter zukünftigen Klimabedingungen somit in ihrer Bedeutung stark zu.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer optischer Aufbau für das Laserlabor der Abteilung Kristallographie im FB 11 an der Goethe-Universität Frankfurt beschrieben. Mit Hilfe dieses Aufbaus konnten verschiedene spektroskopische Methoden genutzt werden, um die - von Druck und Temperatur abhängige - Phasenstabilität von Calcium- und Eisencarbonaten zu untersuchen. Mit Hilfe von Raman-Spektroskopie konnte das Phasendiagramm von Calciumcarbonat (CaCO3) teilweise neu bestimmt werden. Fluoreszenzuntersuchungen an dotierten CaCO3 Proben ergaben, dass sich Europium-dotierter Calcit zunächst in eine amorphe Form umwandelt, bevor er bei ca. 15 GPa in eine amorphe 'aragonitische' Form umgewandelt wird. Die Umwandlung ist nicht reversibel. Laserheizexperimente bei 18.5 GPa an dotiertem Siderit (FeCO3) führten zur Bildung eines neuen Hochdruck-Hochtemperatur FeCO3 -Polymorphs. Die Strukturlösung erfolgte mit Hilfe von Röntgendaten, die am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg gewonnen wurden. Schließlich wurde eine neue Methode zur Bestimmung von Temperaturen in Laserheizexperimenten beschrieben. Sie beruht auf der Abschwächung eines Fluoreszenzsignals durch die Temperatur, welche durch die Wechselwirkung eines Heizlasers mit der Probe erzeugt wird.
Im Vordergrund dieser Dissertation steht die Methode der Mikromorphologie, die verknüpft mit weiteren bodenkundlichen Analysen sowohl bodenkundliche Fragen, als auch siedlungsfunktionale Fragen beantworten kann. Die Methode dient also ideal der Verknüpfung von Bodenkunde und Archäologie. Der Begriff Archäopedologie beschreibt genau diese Verknüpfung – die Anwendung bodenkundlicher Methoden zur Bearbeitung archäologischer Fragestellungen. Inhalt des ersten Themenschwerpunktes dieser Arbeit ist der Vergleich von Böden und Sedimenten des Tells Chuera und seiner Umgebung. Ziel war es, die Böden hinsichtlich verschiedener Ausgangssubstrate, unterschiedlicher Entwicklungsdauer und Reliefpositionen miteinander zu vergleichen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Böden des Untersuchungsgebietes sich in Bezug auf ihre unterschiedlichen Substrate unterscheiden lassen. Auf den natürlichen Substraten des Waditals, den Hochflutsedimenten des Wadis Chuera, können ausschließlich haplic Calcisols ausgewiesen werden. Diese Böden sind durch einen Kalkanreicherungshorizont im Unterboden gekennzeichnet. In den anthropogen beeinflussten Substraten des Tells können ebenso vornehmlich Calcisols beschrieben werden. Diesen Böden wird ein technic vorangestellt, da sie sich in technogenen Substraten, wie z.B. Lehmziegelmaterial entwickelt haben. Geht der auf dem Tell als Konstruktionsmaterial verwendete Gips in die Bodengenese ein, werden Gypsisols gebildet. In allen untersuchten Böden sind dieselben pedogenen Prozesse wirksam: Bioturbation, Kalktranslokation und Gefügebildung. Eine Unterscheidung hinsichtlich ihrer Entwicklungszeiträume kann nicht getroffen werden. Sowohl auf dem Siedlungshügel, auf dem die Bodenentwicklung in dem Siedlungshiatus von 600 Jahren und nach der Aufgabe der Siedlung untersucht werden konnte, wie auch in der Umgebung, laufen unabhängig vom Zeitfenster dieselben Prozesse ab. Die Böden weisen keine bedeutenden pedogenetischen Unterschiede auf, die gravierende ökologisch-klimatische Veränderungen anzeigen und somit die Aufgabe der Siedlung erklären könnten. Der zweite Teil der Dissertation widmet sich der mikromorphologischen Analyse von Siedlungsresten. Kulturschichten ausgewählter Standorte (Oberstadt, Unterstadt, Straßen, Räume) wurden hinsichtlich ihrer Nutzung untersucht. Anhand von Dünnschliffanalysen konnten innerhalb der beprobten Areale verschiedene Bereiche klar abgegrenzt werden. So deuten Phytolithschichten innerhalb eines Gebäudes auf Pflanzenmatten hin, die typischerweise in Ruhe- oder Essensbereichen als Bodenbelag dienten. Darüber hinaus konnten auch Hinweise auf den Aufenthalt von Tieren in der Siedlung gefunden werden. Dies war durch den Nachweis von Dungresten und zahlreichen fäkalen Sphäruliten, die Schafen oder Ziegen zuzuordnen sind, möglich. Ob die Tiere in direkter Nachbarschaft zu den Menschen lebten, konnte bislang noch nicht geklärt werden. Gesichert ist, dass Tier und Mensch gemeinsam die Straßen und Gassen von Tell Chuera genutzt haben.
Micromorphology is a suitable method to study the contents and stratigraphic relationships of pit fills. Within the ramparts of Corneşti-Iarcuri, fill layers of a pit were sampled. Th e pit fill was macroscopically divided into primary and secondary fill due to striking differences. These differences could be verified and concretized micromorphologically.
The continental expression of global cooling during the Miocene Climate Transition in Central Asia is poorly documented, as the tectonically active setting complicates the correlation of Neogene regional and global climatic developments. This study presents new geochemical data (CaSO4 content, carbonate δ13C and δ18O) from the endorheic alluvial‐lacustrine Aktau succession (Ili Basin, south‐east Kazakhstan) combined with findings from the previously published facies evolution. Time series analysis revealed long‐eccentricity forcing of the paleohydrology throughout the entire succession, split into several facies‐dependent segments. Orbital tuning, constrained by new laser ablation U‐Pb dates and a preexisting magnetostratigraphy, places the succession in a 5.0 Ma long interval in the middle to late Miocene (15.6 to 10.6 Ma). The long‐term water accumulation in the Ili Basin followed the timing of the Miocene Climate Transition, suggesting increased precipitation in the catchment area in response to climate cooling and stronger westerly winds. This was paced by minima of the 2.4 Ma eccentricity cycle, which favored the establishment of a discharge playa (~14.3 Ma) and a perennial lake (12.6 to 11.8 Ma). Furthermore, low obliquity amplitudes (nodes) caused a transient weakening of the westerlies at ~13.7 to 13.5 Ma and at ~12.7 Ma, resulting in negative hydrological budgets and salinization. Flooding of the windward Ili Basin coeval with aridification in the leeward basins suggests that the Tian Shan was a climate boundary already in the middle Miocene. Our results emphasize the impact of climate fluctuations on the westerlies' strength and thus on Central Asian hydrology.
Both, gas and particle scavenging contribute to the transport of organic compounds by ice crystals in the troposphere. To simulate these processes an experimental setup was developed to form airborne ice crystals under atmospheric conditions. Experiments were performed in a wall independent reactor (WIR) installed in a walk-in cold chamber maintained constantly at -20°C. Aerosol particles were added to the carrier gas of ambient air by an aerosol generator to allow heterogeneous ice formation. Temperature variations and hydrodynamic conditions of the WIR were investigated to determine the conditions for ice crystal formation and crystal growth by vapour deposition. In detail, the dependence of temperature variations from flow rate and temperature of the physical wall as well as temperature variations with an increasing reactor depth were studied. The conditions to provide a stable aerosol concentration in the carrier gas flow were also studied. The temperature distribution inside the reactor was strongly dependent on flow rate and physical wall temperature. At an inlet temperature of -20°C, a flow rate of 30 L•min exp -1 and a physical wall temperature of +5°C turned out to provide ideal conditions for ice formation. At these conditions a sharp and stable laminar down draft "jet stream" of cold air in the centre of the reactor was produced. Temperatures measured at the chamber outlet were kept well below the freezing point in the whole reactor depth of 1.0 m. Thus, melting did not affect ice formation and crystal growth. The maximum residence time for airborne ice crystals was calculated to at 40 s. Ice crystal growth rates increased also with increasing reactor depth. The maximum ice crystal growth rate was calculated at 2.82 mg• exp -1. Further, the removal efficiency of the cleaning device for aerosol particles was 99.8% after 10 min. A reliable particle supply was attained after a preliminary lead time of 15 min. Thus, the minimum lead time was determined at 25 min. Several test runs revealed that the WIR is suitable to perform experiments with airborne ice crystals.