The internal structure of periglacial landforms contains valuable information on past and present environmental conditions. To benefit from this archive, however, an enhanced understanding of subsurface variations is crucial. This enables to assess the influence of the internal structure on prevailing process regimes and to evaluate the sensitivity of different landform units to environmental changes. This thesis investigates structural variations in the subsurface of (i) rock glaciers,(ii) solifluction lobes, (iii) palsas/ lithalsas and (iv) patterned ground, which occur between the different landform types, but also between landform units of the same type. Investigated variables comprise (i) the spatial distribution of permafrost, (ii) ground ice content, (iii) the origin of ground ice, (iv) thickness of the active layer and (v) frost table topography. Multi-dimensional investigations by the geophysical methods Electrical Resistivity Imaging (ERI) and Ground-Penetrating Radar (GPR) were performed in six study areas (a–f): four of them are located in high-alpine environments in Switzerland and two of them are located in the subarctic highlands of Iceland. Additionally, surface and subsurface temperature values were continuously recorded at selected study sites. At one study site, pF-values, representing the matric potential (or water potential), were recorded. From a methodological view, this thesis focuses on the application of quasi-3-D ERI, an approach in which many two-dimensional data sets are combined to create one three-dimensional data set. This permits e.g., a three-dimensional delimitation of subsurface structures and a spatial investigation of the distribution of ground ice. Besides the analysis of field data, this thesis incudes a comparison between inversion models produced with different software products, based on two synthetic data sets. The detection of resistivity structures and reflection patterns provides valuable insights into the internal structure of the investigated landform units: At the high-alpine study site at (a) Piz Nair, a highly variable ice content indicates a complex development of the investigated rock glacier assembly. The local formation of ground ice is attributed to an embedding of surface patches of snow or ice into the subsurface by rockfall. Results of geoelectric monitoring surveys on selected rock glaciers show the influence of seasonal alterations in the internal structure on subsurface meltwater flow. At the study site at (b) Piz Üertsch, results indicate the occurrences of isolated ground ice patches in a significantly larger rock glacier. Detected characteristics of the internal structure enable to reconstruct the development of the rock glacier, in which a temporary override of an adjacent glacier tongue on the rock glacier is considered crucial for the current distribution of ground ice. However, results of this thesis clearly show the absence of buried glacier ice in the subsurface of the rock glacier. Results from a rock glacier near the (c) Las Trais Fluors mountain ridge affirm the existence of a water-permeable frozen layer, which was assumed in previous studies. Furthermore, results show that the rock glacier contains large amounts of rockfall deposits. A joint interpretation of ERI and GPR results from the investigated scree slope at the mountain (d) Blauberg (Furka Pass) reveals characteristic structures in the subsurface, which enable a differentiation between solifluction lobes and pebbly rock glaciers. At the subarctic study site (e) Orravatnsrústir, results show that the internal structure of palsas can be used to deduce their current development stage and to assess past and future developments. Presented results affirm a long history of palsa development at the study site, as assumed in previous studies, but indicate recently changing environmental conditions. The investigated occurrences of patterned ground in the proglacial area of the glacier (f) Hofsjökull are currently not influenced by the detected occurrence of permafrost, according to the presented results. Therefore, a temporary formation of pattered ground is assumed, which is linked to the retreat of the glacier. This thesis shows discrepancies between the internal structure of some of the investigated landform units and the recent environmental conditions. This indicates a delayed adaption and a low sensitivity of the landform units to environmental changes. Findings indicate that the future development of permafrost will be strongly affected by variations in snowfall. Furthermore, the detection of isolated occurrences of ground ice at several study sites contradicts the widely assumed effectivity of balancing heat fluxes to create homogenous subsurface conditions in relatively fine-grained subsurface materials. / Der strukturelle Aufbau periglazialer Landformen beinhaltet wertvolle Informationen über vergangene und heutige Umweltbedingungen. Um diese Informationen nutzen zu können, muss jedoch ein vertieftes Verständnis für den Zustand der inneren Struktur und möglicher Variationen entwickelt werden. Dieses Wissen ermöglicht beispielsweise eine Abschätzung des Einflusses der inneren Struktur auf das momentan dominierende Prozess-Regime und eine Beurteilung der Sensitivität gegenüber sich verändernden Umweltbedingungen. Die vorliegende Arbeit untersucht Unterschiede im Aufbau von (i) Blockgletschern, (ii) Solifluktionsloben, (iii) Palsas/ Lithalsas und (iv) Frostmusterböden, die zwischen den Landformtypen, aber auch zwischen einzelnen Einheiten desselben Typs bestehen. Betrachtet werden dabei (i) die räumliche Verbreitung von Permafrost,(ii) der Eisgehalt im Untergrund, (iii) die Entstehung von Untergrundeis, (iv) die Mächtigkeit der Auftauschicht sowie (v) die Formung der Frosttafel. In sechs Untersuchungsgebieten (a–f), davon vier in Hochgebirgsregionen der Schweiz und zwei im subarktischen Hochland Islands, wurden Untersuchungen mittels mehr-dimensionaler geophysikalischer Verfahren, Widerstandsgeoelektrik (ERI) und Bodenradar (GPR), durchgeführt. Zudem wurden an ausgewählten Standorten kontinuierlich Temperaturwerte der Oberfläche und des Untergrunds aufgezeichnet. An einem Standort wurden ergänzend pF-Werte, die die Saugspannung des Porenwassers angeben, aufgezeichnet. Methodischer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die Anwendung von quasi-3-D ERI, einem Ansatz bei dem Datenpunkte mehrerer zweidimensionaler Datensätze zu einem dreidimensionalen Datensatz vereinigt werden. Dies erlaubt beispielsweise eine dreidimensionale Abgrenzung von Untergrundstrukturen und damit eine räumliche Untersuchung der Verbreitung von Untergrundeis. Ergänzend zur Arbeit mit Felddaten enthält die vorliegende Arbeit einen Vergleich zwischen Inversionsmodellen, die auf Basis von zwei identischen, synthetischen Datensätzen mit unterschiedlichen Softwareprodukten generiert wurden. Durch die Detektion von Widerstandsstrukturen und Reflektionsmustern lassen sich wertvolle Erkenntnisse über den strukturellen Aufbau der untersuchten Einheiten gewinnen: Im hochalpinen Untersuchungsgebiet am (a) Piz Nair weisen stark schwankende Eisgehalte auf eine komplexe Entwicklungsgeschichte der untersuchten Blockgletschergruppe hin. Die lokale Entstehung von Untergrundeis wird auf Verschüttungen oberflächlicher Schnee- oder Eisfelder durch Steinschlag zurückgeführt. An einem Blockgletscher der Gruppe wird mittels geoelektrischer Wiederholungsmessungen der saisonale Einfluss der inneren Struktur auf den Schmelzwasserabfluss im Untergrund durch Veränderungen der Permafrosttafel gezeigt. An einem deutlich größeren Blockgletscher im Untersuchungsgebiet am (b) Piz Üertsch zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit isolierte Vorkommen von Untergrundeis. Hier kann anhand der inneren Struktur die Entwicklung des Blockgletschers nachvollzogen werden, wobei insbesondere eine zeitweilige Überdeckung des Blockgletschers durch eine benachbarte Gletscherzunge als ausschlaggebend für die lokale Verteilung von Untergrundeis angesehen wird. Die Ergebnisse zeigen, dass kein Gletschereis in den Block gletscher eingebettet wurde. Die vorgestellten Ergebnisse der Untersuchungen an einem Blockgletscher nahe des Bergkamms (c) Las Trais Fluors bestätigen die dort in vorherigen Studien angenommene Wasserdurchlässigkeit der Frosttafel. Zudem zeigt der Aufbau des Blockgletschers das Auftreten großer Mengen von Steinschlagablagerungen. Am untersuchten Schutthang am (d) Blauberg (Furkapass) können durch eine gemeinsame Auswertung der Ergebnisse von ERI und GPR charakteristische Strukturen detektiert werden, durch die sich die dort auftretenden Lobenstrukturen in Solifluktionsloben und Feinmaterial-Blockgletscher (Pebbly Rock Glaciers) unterscheiden lassen. Im subarktischen Untersuchungsgebiet (e) Orravatnsrústir zeigen die Ergebnisse, dass vom strukturellen Aufbau von Palsas auf deren gegenwärtiges Entwicklungsstadium geschlossen werden kann und dass Rückschlüsse auf vergangene und zukünftige Entwicklungen möglich sind. Die vorgestellten Ergebnisse bestätigen die in vorherigen Studien getroffene Annahme einer lange zurückreichenden Entwicklungsgeschichte der Palsas, weisen aber auch auf sich seit kurzem verändernde Umweltbedingungen hin. Die untersuchten Frostmusterböden im Gletschervorfeld des (f) Hofsjökull zeigen gegenwärtig keine Beeinflussung durch Permafrost, obwohl ein rezentes Vorkommen von Permafrost angenommen wird. Daher wird eine temporäre Bildung der untersuchten Oberflächenstrukturen angenommen, die an den Rückzug des Gletschers gebunden ist. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die innere Struktur einiger der untersuchten Landform-Einheiten Diskrepanzen zu den momentanen Umweltbedingungen aufweist. Dies deutet auf eine geringe Sensitivität, beziehungsweise eine verzögerte Anpassung der Landschaftsformung auf sich verändernde Umweltbedingungen hin. Des Weiteren zeigt die vorliegende Arbeit, dass besonders Veränderungen im Schneedeckenauf- und abbau wesentlich zur zukünftigen Entwicklung von Permafrost in den untersuchten Gebieten beitragen werden. Die Beobachtung isolierter Vorkommen von Untergrundeis in mehreren Untersuchungsgebieten steht in Kontrast zur verbreiteten Annahme, dass die ausgleichende Wirkung von Wärmeströmen im Untergrund in feinkörnigem Material besonders stark ist / Periglacial environments are facing dramatic changes. Warming air temperatures and strong snow cover variations fundamentally affect landforming processes in this hotspot region of Climate Change. But before we can assess the response of landform development to a changing climate, we need to enhance our understanding of the internal structure of those landforms. Within this study, a broad scope of landform types from alpine and subarctic regions is investigated: rock glaciers, solifluction lobes, palsas and patterned ground. By using the geophysical methods 2-D and 3-D ERI, as well as GPR surveying, structural differences and similarities between landform units of different or the same landform types are highlighted. This enables a reconstruction of their past and a projection of their future development.

The study examines sediments of the Productive Series from the western South Caspian Basin. The main goal of this work is to reconstract provenance of the sediments and its relation to the climatic variability during the deposition of the Productive Series. The Productive Series is divided into a lower and upper division. The Russian Platform was the main sediment source area for the Lower Division. Three different sediment source areas were determined for the Upper Division: the Russian Platform was sediment source area for the Absheron Peninsula; the Greater Caucasus was the main sediment source area for the South Absheron Offshore Zone and the Lesser Caucasus was the main sediment source area for the Baku Archipelago. The sediments of the Lower Division have variable smectite and illite concentrations which indicate climate change between humid and arid conditions in the Russian Platform. The Upper Division of the Productive Series from the Absheron Peninsula is characterised by high amounts of illite. It suggests physical weathering under arid climatic condition on the Russian Platform at the time of deposition. Variation of the smectite and illite assemblages of the Upper Division from the South Absheron Offshore Zone probably indicate that the climate alternated between humid and arid conditions in the Greater Caucasus. The low amount of the TOC ratios in the Productive Series are associated with arid climatic condition in the Russian Platform and the Greater Caucasus. The much higher TOC/TN ratios (>35) indicate that sediments of the Productive Series were impacted by oil. However the low TOC/TN ratios (<12) in some intervals of the Productive Series suggest an aquatic source for an organic matter.

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Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine 8,40 m lange Sedimentsequenz untersucht, die 2001 mittels Rammkernsonde im zentralen Beckenbereich des ehemaligen Salzigen Sees, Mansfelder Land, erbohrt wurde. Die Region des Mansfelder Landes bildet ein Bindeglied zwischen den paläolimnologisch bereits gut untersuchten Bereichen Ost- und Mitteleuropa. Ziel der Arbeit ist eine detaillierte und kontinuierliche Rekonstruktion der spätquartären Umweltgeschichte. Dabei lag der Schwerpunkt neben klimatischen Aspekten insbesondere auf Seespiegelschwankungen, Subrosionsprozessen und anthropogenen Einflüssen. Zur Rekonstruktion der Umweltgeschichte wurde ein multidiziplinärer Ansatz gewählt, der chronologische, sedimentologische, paläontologische sowie geo-, biogeo- und isotopengeochemische Methoden beinhaltete. Radiokohlenstoffdatierungen an terrestrischen und aquatischen Fossilresten sowie das Vorhandensein der Laacher See Tephra (LST) in der Sedimentsequenz belegen, dass die limnische Sedimentation im Becken des Salzigen Sees bereits vor mindestens 13800 cal. yr BP, d.h. während des Spätweichsels einsetzte. Somit begann die Seebildung fast 6000 Jahre früher als bisher angenommen. In der Frühphase der Seeentwicklung prägten klimatische Schwankungen die Sedimentation. Dabei kam es in den wärmeren Interstadialen (Bølling, Allerød) zu einer stärkeren Ausbreitung der Ostrakoden- und Molluskenfauna im See sowie zu einem Anstieg der Bioproduktion im See und seinem Einzugsgebiet. Dagegen waren die kälteren Stadiale (Älteste, Ältere, Jüngere Dryas) durch eine nur geringe Bioproduktion gekennzeichnet. Die Ausbreitung borealer Wälder und eine intensive Karbonatfällung im See während des Frühholozäns weisen auf eine generelle Klimaverbesserung hin. Gleichzeitig deutet eine Umstellung der limnischen Fauna auf einen sehr starken Anstieg des Salzgehaltes im See und damit auf verstärkte Auslaugungstätigkeit in der Region. Eine starke Zunahme der Organikgehaltes, der Rückgang des Karbonatgehaltes aufgrund von Rücklösung, sowie das Auftreten von laminierten Sedimenten während des Mittelholozäns zeigt eine weitere Klimaverbesserung, aber auch das Einstellen ein stabilen Schichtung im See an. Die aus palynologischen Untersuchungen bekannte Zunahme der Feuchtigkeit ab dem Mittelholozän bewirkte eine erneut verstärkte Auslaugung in der Region, aber auch eine erhöhte Aktivität der Zuflüsse. Dies führte zu einer mehrfachen Ausweitung der Wasserfläche des Salzigen Sees. Ein Rückgang der Organikgehalte im Sediment und die Isotopengehalte der Schnecken belegen, dass sich die Klimabedingungen zu Beginn des Spätholozäns verschlechterten. Das Auftreten meso- und oligohalophiler Ostrakoden und Veränderungen in der Biogechemie der Sedimente weisen auf insgesamt feuchtere Bedingungen hin. Der Anstieg der Korngrößen und ein verstärkter siliziklastischer Eintrag sowie die Erhöhung der Schwermetallgehalte ab dem frühen Mittelalter ist auf eine sehr starke Zunahme der Besiedlung in der Region und erhöhten anthropogenen Einfluss im Untersuchungsgebiet zurückzuführen.

Das weltweite Bevölkerungswachstum und die fortschreitende Verstädterung führen zu einer Zunahme des Stadtverkehrs. Parallel dazu wirkt sich der Klimawandel negativ auf urbane Räume aus. Dadurch treten urbane Umweltbelastungen häufiger, länger und intensiver auf. Konsekutiv verstärken sich die negativen Auswirkungen multipler Umweltbelastungen wie Lärm, Feinstaub und Hitzebelastung auf die Stadtbewohner. Die Beobachtung und Analyse dieser Auswirkungen und die Umsetzung entsprechender Schutz- und Anpassungsmaßnahmen nehmen einen immer größeren Stellenwert in der umweltbezogenen Stadtforschung ein. Eine dafür notwendige Bestimmung der individuellen Exposition gegenüber urbanen Umweltbelastungen wird bisher jedoch vernachlässigt, da derzeitige Methoden auf stationären Messungen oder Modellierungen beruhen. Damit kann keine zufriedenstellende Bewertung einer individuellen Exposition erfolgen, welche durch die alltägliche Mobilität der Stadtbewohner zeitlich und räumlich variiert. Die Erhebung der individuellen Belastung ist jedoch sowohl für kurzfristige Anpassungsmaßnahmen relevant, als auch für langfristige Untersuchungen von umweltbedingten Gesundheitseffekten essentiell. Um dieses Problem zu lösen, wurden jedoch erst in den letzten Jahren empirische Methoden entwickelt. Um zudem das Bewusstsein und die Anpassungsmotivation von exponierten Personen zu verstehen, muss nicht nur die objektive Expositionsintensität bekannt sein, sondern auch die subjektiv wahrgenommene Belastung. Smartphone-basierte Methoden ermöglichen die Integration beider Perspektiven. In dieser Arbeit wird deshalb ein dynamischer Messansatz entwickelt, der anhand einer explorativen Studie mit Fahrradfahrern evaluiert wird. Daraus werden Implikationen für eine geographische Expositionsforschung abgeleitet.

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Die Standortsuche für geeignete Deponien stellt ein bedeutendes Lösungselement zur Krise der Abfallbeseitigung in einer Großstadt dar. Diese Arbeit erläutert die Verwendung der Landeignungsanalyse bei der Deponiestandortsuche. In dieser Arbeit wurde auch eine Methode der Eignungsanalyse eines Standortes für die mögliche Anlage einer Siedlungsabfalldeponie beschrieben.

Das Fachinformationssystem Bodenkunde der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (FISBo BGR) ist Teil des Bodeninformationssystems des Bundes, einem Netzwerk von Informationssystemen auf Bundesebene. Ziel dieses Systems ist die Bereitstellung bodenkundlicher Informationen auf nationaler und internationaler Ebene sowie deren Interpretation und Weiterentwicklung für Anforderungen, insbesondere in der Forschung sowie Politikberatung. Auf der Grundlage der nationalen bodenkundlichen Kartenwerke werden Auswertungskarten bedarfsorientiert abgleitet. Eine Zusammenstellung solcher Karten lag bisher für die Bundesrepublik Deutschland noch nicht vor. Der geplante Bodenatlas Deutschland der BGR soll mit einer bundesweiten Darstellung bodenkundlicher Grundlagen- und Auswertungskarten Einblicke und eine Zusammenschau der Möglichkeiten einer wissenschaftlichen Bewertung aktueller Fragestellungen mit den Daten und Auswertungsmethoden des FISBo BGR bieten.

Im Rahmen des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus wird eine leistungsfähige Infrastruktur zur Erzeugung von hochwertiger Geoinformation aufgebaut. Copernicus umfasst sowohl ein umfangreiches Satellitenprogramm – die sog. Sentinel-Satelliten – als auch die Copernicus-Dienste. Diese Dienste stellen Informationen von der lokalen bis zur globalen Ebene bereit und nutzen dazu satellitengestützte und terrestrische Messungen. Als erste operationelle Dienste wurden die Copernicus-Dienste für das „Katastrophen- und Krisenmanagement“ und die „Landüberwachung“ in Betrieb genommen. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick zum aktuellen Stand der Sentinel-Missionen, den Copernicus-Diensten und den Copernicus-Maßnahmen in Deutschland.

In drei Gebieten Sachsens wurde durch einen Forschungsverbund unter Leitung des LfULG die Nutzung der petrothermalen Geothermie zur Strom- und Wärmegewinnung untersucht. In der Elbezone im Raum Dresden, in Freiberg und Aue-Schneeberg wurden geologische, petrophysikalische und thermische Daten aufgearbeitet und dreidimensionale Modelle bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Stromerzeugung durch Tiefenaufschlüsse bis 5 km Tiefe in allen drei Untersuchungsgebieten möglich ist. Die Temperaturmodelle weisen in 5 km Tiefe Werte zwischen 105 und 190 °C auf. Dabei verfügt das Untersuchungsgebiet Aue-Schneeberg über die besten Voraussetzungen für die Errichtung eines Geothermiekraftwerkes.