In der vorliegenden Dissertation wird gezeigt, dass es möglich ist mittels öffentlich zugänglicher Daten der Landesämter Paläooberflächen im Zentrum einer Großstadt zu modellieren. Auf der Suche nach dem anthropogen unbeeinflussten Georelief des heutigen Stadtgebietes Leipzigs ist nicht nur die Rekonstruktion ursprünglicher, natürlicher Gegeben-heiten das Ziel, sondern auch die Auseinandersetzung damit, wie der Mensch seine Umwelt in diesem Gebiet bis heute formte und strukturierte. Die Thematik vereint verschiedene geographische Disziplinen, wie z. B. Geomorphologie, Geoarchäologie und Geoinformatik, indem das verbindende Element der Untersuchungsraum in der Innenstadt von Leipzig ist. Zur Rekonstruktion der Erdoberfläche als Digitales Geländemodell (DGM) vor etwa 1.000 Jahren (DGM 1015) und 11.000 Jahren (DGM BASIS) sind hauptsächlich Daten des Sächsischen Landesamtes für Archäologie und des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie ausgewertet worden. Um die heterogenen Ausgangsdaten mit Hilfe von Leitprofilen verarbeiten zu können, erfolgt vorab das Aufstellen von Arbeitshypothesen. Alle Daten sind so aufbereitet, dass sie in einer Gesamtdatenbank zusammengefasst dargestellt und in einem Geographischen Informationssystem (GIS) auswertbar sind. Ausgehend von der Gesamtdatenbank fand auf Grundlage der Arbeitshypothesen die Generierung von Teildatenbanken statt. Demnach entspricht der Aufschlussansatzpunkt dem rezenten Relief (DGM HEUTE) und die erste anthropogen unbeeinflusste Sedimentschicht bzw. die Schicht mit den ältesten Siedlungsspuren dem Paläorelief vor ca. 1.000 Jahren (DGM 1015ROH bzw. DGM 1015). Des Weiteren präsentiert die Basis der holozänen Sedimente das Paläorelief vor ca. 11.000 Jahren (DGM BASIS). Basierend auf den Modellen DGM 1015ROH und DGM HEUTE findet eine Evaluierung der Datengrundlagen und der Methodik statt. Dafür erfolgt eine Gegenüberstellung des DGM HEUTE mit dem auf LiDAR-Daten basierendem DGM 2 des Staatsbetriebes Geobasisinformation und Vermessung Sachsen. Denn es besteht in der vorliegenden Dissertation die Annahme, dass es möglich ist, ein DGM 1015 bzw. DGM BASIS zu erstellen, wenn es gelingt mit denselben Daten das DGM 2 annähernd zu reproduzieren. Nach der »Observed vs. Predicted Analyse« besteht offensichtlich ein von der Datenherkunft unabhängiger, signifikanter, monotoner Zusammenhang, zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2, welcher nicht zufällig ist. Folglich ist es möglich, mit den Daten und der Methodik auch ein DGM 1015 bzw. DGM BASIS zu erstellen. Weiterhin konnte mit Hilfe von multivariater Statistik nachgewiesen werden, dass die Heterogenität der Datengrundlagen in Bezug auf das Jahr der Datenerhebung und die Art der Koordinatenbestimmung (xi, yi, zi) einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Abweichung zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2 im Testdatensatz haben. Nachdem die Datengrundlagen evaluiert und teilweise u. a. mit Hilfe der Leitprofile, historischen Aufnahmen und dem DGM 2 an umgebende Profile angepasst wurden, findet die Extraktion der finalen Teildatenbanken DGM 1015 und DGM BASIS aus dem Gesamtdatensatz statt. Der Vorteil dieses für Leipzig entwickelten Untersuchungsdesigns liegt darin, dass durch den Vergleich zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2 eine Evaluierung der Datengrundlagen messbar wird und nicht ausschließlich auf qualitative Kriterien zurückzuführen ist. Es wird somit auch quantitativ bewiesen, dass diese Methodik zur Paläoreliefmodellierung für die Innenstadt von Leipzig sehr gut angewendet werden kann. Prinzipiell ist es nicht möglich abschließend eine Realität der interpolierten Paläooberflächen zu präsentieren, sondern es können lediglich verschiedene Realitäten und deren Wahrscheinlichkeiten vorgestellt werden. Neben geostatistischen Methoden kommen auch deterministische Interpolationsverfahren zum Einsatz. Zur Quantifizierung der Ergebnisse erfolgt u. a. eine Kreuzvalidierung, auf deren Grundlage die Auswahl der finalen Interpolationsdarstellungen stattfindet. Das DGM BASIS und DGM 1015 stellen die Ausgangssituation der Reliefverhältnisse bei der Siedlungsgründung Leipzigs dar. Grundsätzlich ist es mit der vorliegenden Arbeit gelungen eine neue, fundierte Perspektive zur kritischen Diskussion der Landschafts- und Siedlungsgenese im Untersuchungsgebiet bereitzustellen. Neben einer detailgetreuen Abbildung der geomorphologischen und geologischen Gegebenheiten im heutigen Zentrum Leipzigs im Jahr 1015 und zu Beginn des Holozäns, ist es möglich, den Flurabstand zwischen den DGM zu bestimmen, um Veränderungen zu quantifizieren. In diesem Kontext ist es weiterhin möglich natürliche von anthropogenen Prozessen zu trennen und diese zeitlich aufzuschlüsseln. Auf dieser Basis können detailliertere Aussagen zum Relief zwischen Weiße Elster- und Parthetal um das Jahr 1015 gemacht werden. Des Weiteren lassen die Paläomodelle Rückschlüsse auf die raumbezogenen Gunstfaktoren bei der Siedlungsplatzwahl und -gestaltung zu. Zudem existiert das Potenzial zur Entwicklung einer visuell reizvollen Grundlage, um geowissenschaftliche und geoarchäologische Sachverhalte im Bildungsbereich für die Öffentlichkeit zu nutzen. Die Thematik hat durch den Charakter einer Fallstudie zunächst einen lokalen Bezug zu Leipzig (Sachsen). Das dabei entwickelte Untersuchungsdesign eröffnet jedoch eine neue, fundierte und transparente Möglichkeit zur Paläoreliefrekonstruktion in weiteren Untersuchungsgebieten.:Bibliografische Daten I Zitat II Danksagung III Zusammenfassung IV Abstract VI Abbildungs- & Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XVIII 1. Einleitung 1 1.1 Fragestellung und Zielführung 1 1.2 Abgrenzung des Untersuchungsgebietes 3 1.3 Grundlagen 7 1.3.1 Fachliche Einordnung der Thematik 7 1.3.2 Begriffe und Definitionen 9 1.3.2.1 »Natürlich gewachsener Boden« 9 1.3.2.2 Zeitangaben 9 1.3.2.3 Digitale Erdoberflächenmodelle 12 1.3.2.4 Lage- und Höhenbezugssystem 13 1.3.2.5 Unsicherheiten und Fehler 13 1.4 Forschungsgeschichtlicher Überblick 16 1.5 Ähnliche Forschungen außerhalb Leipzigs 24 2. Stand des Wissens im Untersuchungsgebiet 26 2.1 Naturräumliche Einordnung 26 2.1.1 Klima 29 2.1.2 Geologie 31 2.1.2.1 Leitprofil der Leipziger Tieflandsbucht 31 2.1.2.2 Geologischer Aufbau des Untersuchungsgebietes 34 2.1.3 Boden 36 2.1.4 Vegetation 40 2.1.5 Gewässernetz 41 2.1.5.1 Auengenese der Weißen Elster 43 2.1.5.2 Auengenese der Parthe 47 2.1.5.3 Zusammenfluß der Weißen Elster und Parthe 49 2.2 Siedlungsgeschichtliche Einordnung 50 2.2.1 Allgemeiner Überblick 51 2.2.2 Die im Jahr 1015 erwähnte »urbs Libzi« 56 2.2.3 Die Zwillingssiedlung der »urbs Libzi« 59 2.2.4 Wasserbauliche Einschnitte im Untersuchungsgebiet 63 3. Methodik 67 3.1 Generierung der Datenbasis 71 3.1.1 Formulieren der Arbeitshypothesen 72 3.1.2 Datengrundlagen und deren Aufbereitung 75 3.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 77 3.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 78 3.2.1 Generierung der Teildatenbanken 78 3.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 78 3.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 82 3.3 Evaluation der Methodik 82 3.3.1 Deskriptive Statistik 83 3.3.2 »Observed vs. predicted Analyse« 84 3.3.3 Multivariate Statistik 86 3.3.4 Validation der Methodik 91 3.4 Evaluation der Datengrundlagen und Generierung der finalen Teildatenbanken 92 3.4.1 Evaluation der Datengrundlagen 94 3.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 95 3.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 95 3.4.4 Validation der Datengrundlage 96 3.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 96 3.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 98 3.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 102 3.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 104 3.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 105 3.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 106 3.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 106 3.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 110 3.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 111 4. Ergebnisse und Diskussion 114 4.1 Generierung der Datenbasis 114 4.1.1 Arbeitshypothesen 114 4.1.2 Datengrundlagen 114 4.1.2.1 Höhenfestpunkte 114 4.1.2.2 LiDAR Daten 118 4.1.2.3 Historische Archive 120 4.1.2.4 Leitprofile 123 4.1.2.5 Geologische Aufschlüsse 126 4.1.2.6 Archäologische Dokumentationen 131 4.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 141 4.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 143 4.2.1 Generierung der Teildatenbanken 143 4.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 144 4.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 150 4.3. Evaluierung der Methodik 152 4.3.1 Deskriptive Statistik 152 4.3.2 »Observed vs. Predicted Analyse« 154 4.3.3 Multivariate Statistik 157 4.3.4 Validation der Methodik 163 4.4. Evaluierung der Datengrundlagen 166 4.4.1 Evaluation und ggf. Anpassung der Datengrundlagen 168 4.4.1.1 Geologische Aufschlüsse 168 4.4.1.2 Archäologische Dokumentationen 169 4.4.1.3 Fallbeispiel: Teiluntersuchungsgebiet Matthäikirchhof 173 4.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 176 4.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 179 4.4.4 Validation der Datengrundlage 182 4.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 184 4.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 184 4.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 186 4.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 193 4.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 197 4.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 198 4.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 199 4.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 207 4.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 210 4.7 Landschafts- und Siedlungsgenetische Interpretation der Paläomodelle 218 5. Synthese und Ausblick 233 6. Literaturverzeichnis 248 7. Anlagen i / In search of the anthropogenically undisturbed palaeo-surface of the city of Leipzig, the main goals are the reconstruction of the specific natural conditions during the Holocene and a deduction about how the environment has been shaped and structured by humans in this area over the last 1,000 years. In the present doctoral thesis, the possibility to model palaeo-surfaces for the central part of a big city by means of publicly accessible data of the state offices is demonstrated. The topic combines various geographical disciplines with a focus on the interface between Geosciences and Archaeology (often termed Geoarchaeology). For the reconstruction of the earth's surface as a Digital Elevation Model (DEM) about 1,000 years ago (DEM 1015) and 11,000 years ago (DEM BASIS) mainly data from the Archaeological Heritage Office Saxony and the Saxon State Office for Environment, Agriculture and Geology have been evaluated. The qualitative data are linked by using GIS through surveying techniques. To be able to process the heterogeneous data, working hypotheses are established in advance. According to them, the elevation of the top of a geological drill or archaeological excavation represents the current surface (DEM HEUTE). In addition, the first anthropogenically undisturbed layer of a geological drill or the layer with the oldest settlement trace of an archaeological excavation represents the data basis for the DEM 1015ROH and the DEM 1015, respectively. Furthermore, the basis in transition to Holocene sediments represents the palaeo-relief approximately 11,000 years ago (DEM BASIS). All data are summarized in an overall database. Hence, the data can be analyzed in a Geographical Information System (GIS). Based on the models DEM 1015ROH and DEM HEUTE the data basis and the methodology are evaluated. For this purpose, a comparison between the DEM HEUTE and another recent DEM, which was generated with LiDAR data provided by the State Operation Geobasisinformation and Surveying Saxony (DEM 2), is conducted. Therefore, it is assumed that it is possible to create a DEM 1015 or DEM BASIS, if it is possible to reproduce approximately the DEM 2 with the same data. The Observed vs. Predicted Analysis shows, that between the DEM HEUTE and the DEM 2 a non-data-independent, significant, monotonic relationship exists, which is not random. Consequently, based on the mentioned assumption above, it is possible to use the data and methodology to create a DEM 1015 or DEM BASIS. Furthermore, the multivariate statistic for the data set demonstrated, that the heterogeneity of the data bases in relation to the year of data collection and the type of coordinate determination (xi, yi, zi) had a negligible influence on the deviation between the DEM HEUTE and the DEM 2. Nevertheless, a check and, if necessary, a correction of the original data is necessary. If there are anomalies, the correction of the original data will be adapted to the surroundings by means of representative soil profiles, historical recordings and the DEM 2. After the data basis and methodology are validated the final sub databases DEM 1015 and DEM BASIS are extracted from the overall database. By means of the developed investigation design the comparison between the DEM HEUTE and the DEM 2 can be based on a quantitative evaluation of the data basis and not exclusively to qualitative criteria. Thus, it is also proved quantitatively that the methodology to model the palaeo-surface works very well for the inner city of Leipzig. However, models represent only a limited picture of reality. In principle, there is no unique interpolation result. That´s why, it is mandatory to present different realities of the palaeo-surfaces and their probabilities. Therefore, in addition to geostatistical interpolation methods, deterministic methods are also used. To quantify the results, among other things, a cross validation is performed. On this basis the selection of the most likely interpolation for the final representation takes place. The DGM BASIS and DGM 1015 show the highest possible approximation of the palaeo-surfaces. In general, the present dissertation has succeeded in providing a new, well-founded perspective for the critical discussion of landscape and settlement genesis in the study area. In addition to a detailed mapping of the geomorphological and geological conditions in the center of Leipzig at the time of 1015 and at the beginning of the Holocene, it is possible to determine the differences between the DEMs to quantify changes. In this context, it was also possible to separate natural from anthropogenic processes and to date the changes. On that basis, more detailed statements about the relief between the river valleys of Weiße Elster and Parthe around the year 1015 can now be made. In addition, the palaeo-models allow conclusions on the space-related favorable factors in settlement site selection and design. Finally, there is the possibility to represent the palaeo-surfaces as a visually appealing basis for geoarchaeological questions in public education. Due to its´ nature of being a case study, the topic has a local connection to Leipzig (Saxony). However, the developed investigation design will open new, well-founded, transparent options for the reconstruction of palaeo-reliefs in further study areas.:Bibliografische Daten I Zitat II Danksagung III Zusammenfassung IV Abstract VI Abbildungs- & Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XVIII 1. Einleitung 1 1.1 Fragestellung und Zielführung 1 1.2 Abgrenzung des Untersuchungsgebietes 3 1.3 Grundlagen 7 1.3.1 Fachliche Einordnung der Thematik 7 1.3.2 Begriffe und Definitionen 9 1.3.2.1 »Natürlich gewachsener Boden« 9 1.3.2.2 Zeitangaben 9 1.3.2.3 Digitale Erdoberflächenmodelle 12 1.3.2.4 Lage- und Höhenbezugssystem 13 1.3.2.5 Unsicherheiten und Fehler 13 1.4 Forschungsgeschichtlicher Überblick 16 1.5 Ähnliche Forschungen außerhalb Leipzigs 24 2. Stand des Wissens im Untersuchungsgebiet 26 2.1 Naturräumliche Einordnung 26 2.1.1 Klima 29 2.1.2 Geologie 31 2.1.2.1 Leitprofil der Leipziger Tieflandsbucht 31 2.1.2.2 Geologischer Aufbau des Untersuchungsgebietes 34 2.1.3 Boden 36 2.1.4 Vegetation 40 2.1.5 Gewässernetz 41 2.1.5.1 Auengenese der Weißen Elster 43 2.1.5.2 Auengenese der Parthe 47 2.1.5.3 Zusammenfluß der Weißen Elster und Parthe 49 2.2 Siedlungsgeschichtliche Einordnung 50 2.2.1 Allgemeiner Überblick 51 2.2.2 Die im Jahr 1015 erwähnte »urbs Libzi« 56 2.2.3 Die Zwillingssiedlung der »urbs Libzi« 59 2.2.4 Wasserbauliche Einschnitte im Untersuchungsgebiet 63 3. Methodik 67 3.1 Generierung der Datenbasis 71 3.1.1 Formulieren der Arbeitshypothesen 72 3.1.2 Datengrundlagen und deren Aufbereitung 75 3.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 77 3.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 78 3.2.1 Generierung der Teildatenbanken 78 3.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 78 3.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 82 3.3 Evaluation der Methodik 82 3.3.1 Deskriptive Statistik 83 3.3.2 »Observed vs. predicted Analyse« 84 3.3.3 Multivariate Statistik 86 3.3.4 Validation der Methodik 91 3.4 Evaluation der Datengrundlagen und Generierung der finalen Teildatenbanken 92 3.4.1 Evaluation der Datengrundlagen 94 3.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 95 3.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 95 3.4.4 Validation der Datengrundlage 96 3.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 96 3.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 98 3.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 102 3.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 104 3.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 105 3.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 106 3.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 106 3.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 110 3.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 111 4. Ergebnisse und Diskussion 114 4.1 Generierung der Datenbasis 114 4.1.1 Arbeitshypothesen 114 4.1.2 Datengrundlagen 114 4.1.2.1 Höhenfestpunkte 114 4.1.2.2 LiDAR Daten 118 4.1.2.3 Historische Archive 120 4.1.2.4 Leitprofile 123 4.1.2.5 Geologische Aufschlüsse 126 4.1.2.6 Archäologische Dokumentationen 131 4.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 141 4.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 143 4.2.1 Generierung der Teildatenbanken 143 4.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 144 4.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 150 4.3. Evaluierung der Methodik 152 4.3.1 Deskriptive Statistik 152 4.3.2 »Observed vs. Predicted Analyse« 154 4.3.3 Multivariate Statistik 157 4.3.4 Validation der Methodik 163 4.4. Evaluierung der Datengrundlagen 166 4.4.1 Evaluation und ggf. Anpassung der Datengrundlagen 168 4.4.1.1 Geologische Aufschlüsse 168 4.4.1.2 Archäologische Dokumentationen 169 4.4.1.3 Fallbeispiel: Teiluntersuchungsgebiet Matthäikirchhof 173 4.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 176 4.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 179 4.4.4 Validation der Datengrundlage 182 4.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 184 4.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 184 4.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 186 4.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 193 4.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 197 4.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 198 4.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 199 4.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 207 4.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 210 4.7 Landschafts- und Siedlungsgenetische Interpretation der Paläomodelle 218 5. Synthese und Ausblick 233 6. Literaturverzeichnis 248 7. Anlagen i

In der vorliegenden Dissertation wird gezeigt, dass es möglich ist mittels öffentlich zugänglicher Daten der Landesämter Paläooberflächen im Zentrum einer Großstadt zu modellieren. Auf der Suche nach dem anthropogen unbeeinflussten Georelief des heutigen Stadtgebietes Leipzigs ist nicht nur die Rekonstruktion ursprünglicher, natürlicher Gegeben-heiten das Ziel, sondern auch die Auseinandersetzung damit, wie der Mensch seine Umwelt in diesem Gebiet bis heute formte und strukturierte. Die Thematik vereint verschiedene geographische Disziplinen, wie z. B. Geomorphologie, Geoarchäologie und Geoinformatik, indem das verbindende Element der Untersuchungsraum in der Innenstadt von Leipzig ist. Zur Rekonstruktion der Erdoberfläche als Digitales Geländemodell (DGM) vor etwa 1.000 Jahren (DGM 1015) und 11.000 Jahren (DGM BASIS) sind hauptsächlich Daten des Sächsischen Landesamtes für Archäologie und des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie ausgewertet worden. Um die heterogenen Ausgangsdaten mit Hilfe von Leitprofilen verarbeiten zu können, erfolgt vorab das Aufstellen von Arbeitshypothesen. Alle Daten sind so aufbereitet, dass sie in einer Gesamtdatenbank zusammengefasst dargestellt und in einem Geographischen Informationssystem (GIS) auswertbar sind. Ausgehend von der Gesamtdatenbank fand auf Grundlage der Arbeitshypothesen die Generierung von Teildatenbanken statt. Demnach entspricht der Aufschlussansatzpunkt dem rezenten Relief (DGM HEUTE) und die erste anthropogen unbeeinflusste Sedimentschicht bzw. die Schicht mit den ältesten Siedlungsspuren dem Paläorelief vor ca. 1.000 Jahren (DGM 1015ROH bzw. DGM 1015). Des Weiteren präsentiert die Basis der holozänen Sedimente das Paläorelief vor ca. 11.000 Jahren (DGM BASIS). Basierend auf den Modellen DGM 1015ROH und DGM HEUTE findet eine Evaluierung der Datengrundlagen und der Methodik statt. Dafür erfolgt eine Gegenüberstellung des DGM HEUTE mit dem auf LiDAR-Daten basierendem DGM 2 des Staatsbetriebes Geobasisinformation und Vermessung Sachsen. Denn es besteht in der vorliegenden Dissertation die Annahme, dass es möglich ist, ein DGM 1015 bzw. DGM BASIS zu erstellen, wenn es gelingt mit denselben Daten das DGM 2 annähernd zu reproduzieren. Nach der »Observed vs. Predicted Analyse« besteht offensichtlich ein von der Datenherkunft unabhängiger, signifikanter, monotoner Zusammenhang, zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2, welcher nicht zufällig ist. Folglich ist es möglich, mit den Daten und der Methodik auch ein DGM 1015 bzw. DGM BASIS zu erstellen. Weiterhin konnte mit Hilfe von multivariater Statistik nachgewiesen werden, dass die Heterogenität der Datengrundlagen in Bezug auf das Jahr der Datenerhebung und die Art der Koordinatenbestimmung (xi, yi, zi) einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Abweichung zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2 im Testdatensatz haben. Nachdem die Datengrundlagen evaluiert und teilweise u. a. mit Hilfe der Leitprofile, historischen Aufnahmen und dem DGM 2 an umgebende Profile angepasst wurden, findet die Extraktion der finalen Teildatenbanken DGM 1015 und DGM BASIS aus dem Gesamtdatensatz statt. Der Vorteil dieses für Leipzig entwickelten Untersuchungsdesigns liegt darin, dass durch den Vergleich zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2 eine Evaluierung der Datengrundlagen messbar wird und nicht ausschließlich auf qualitative Kriterien zurückzuführen ist. Es wird somit auch quantitativ bewiesen, dass diese Methodik zur Paläoreliefmodellierung für die Innenstadt von Leipzig sehr gut angewendet werden kann. Prinzipiell ist es nicht möglich abschließend eine Realität der interpolierten Paläooberflächen zu präsentieren, sondern es können lediglich verschiedene Realitäten und deren Wahrscheinlichkeiten vorgestellt werden. Neben geostatistischen Methoden kommen auch deterministische Interpolationsverfahren zum Einsatz. Zur Quantifizierung der Ergebnisse erfolgt u. a. eine Kreuzvalidierung, auf deren Grundlage die Auswahl der finalen Inter-polationsdarstellungen stattfindet. Das DGM BASIS und DGM 1015 stellen die Ausgangssituation der Reliefverhältnisse bei der Siedlungsgründung Leipzigs dar. Grundsätzlich ist es mit der vorliegenden Arbeit gelungen eine neue, fundierte Perspektive zur kritischen Diskussion der Landschafts- und Siedlungsgenese im Untersuchungsgebiet bereitzustellen. Neben einer detailgetreuen Abbildung der geomorphologischen und geologischen Gegebenheiten im heutigen Zentrum Leipzigs im Jahr 1015 und zu Beginn des Holozäns, ist es möglich, den Flurabstand zwischen den DGM zu bestimmen, um Veränderungen zu quantifizieren. In diesem Kontext ist es weiterhin möglich natürliche von anthropogenen Prozessen zu trennen und diese zeitlich aufzuschlüsseln. Auf dieser Basis können detailliertere Aussagen zum Relief zwischen Weiße Elster- und Parthetal um das Jahr 1015 gemacht werden. Des Weiteren lassen die Paläomodelle Rückschlüsse auf die raumbezogenen Gunstfaktoren bei der Siedlungsplatzwahl und -gestaltung zu. Zudem existiert das Potenzial zur Entwicklung einer visuell reizvollen Grundlage, um geowissenschaftliche und geoarchäologische Sachverhalte im Bildungsbereich für die Öffentlichkeit zu nutzen. Die Thematik hat durch den Charakter einer Fallstudie zunächst einen lokalen Bezug zu Leipzig (Sachsen). Das dabei entwickelte Untersuchungsdesign eröffnet jedoch eine neue, fundierte und transparente Möglichkeit zur Paläoreliefrekonstruktion in weiteren Untersuchungsgebieten.:INHALTSVERZEICHNIS Bibliografische Daten I Zitat II Danksagung III Zusammenfassung IV Abstract VI Abbildungs- & Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XVIII 1. Einleitung 1 1.1 Fragestellung und Zielführung 1 1.2 Abgrenzung des Untersuchungsgebietes 3 1.3 Grundlagen 7 1.3.1 Fachliche Einordnung der Thematik 7 1.3.2 Begriffe und Definitionen 9 1.3.2.1 »Natürlich gewachsener Boden« 9 1.3.2.2 Zeitangaben 9 1.3.2.3 Digitale Erdoberflächenmodelle 12 1.3.2.4 Lage- und Höhenbezugssystem 13 1.3.2.5 Unsicherheiten und Fehler 13 1.4 Forschungsgeschichtlicher Überblick 16 1.5 Ähnliche Forschungen außerhalb Leipzigs 24 2. Stand des Wissens im Untersuchungsgebiet 26 2.1 Naturräumliche Einordnung 26 2.1.1 Klima 29 2.1.2 Geologie 31 2.1.2.1 Leitprofil der Leipziger Tieflandsbucht 31 2.1.2.2 Geologischer Aufbau des Untersuchungsgebietes 34 2.1.3 Boden 36 2.1.4 Vegetation 40 2.1.5 Gewässernetz 41 2.1.5.1 Auengenese der Weißen Elster 43 2.1.5.2 Auengenese der Parthe 47 2.1.5.3 Zusammenfluß der Weißen Elster und Parthe 49 2.2 Siedlungsgeschichtliche Einordnung 50 2.2.1 Allgemeiner Überblick 51 2.2.2 Die im Jahr 1015 erwähnte »urbs Libzi« 56 2.2.3 Die Zwillingssiedlung der »urbs Libzi« 59 2.2.4 Wasserbauliche Einschnitte im Untersuchungsgebiet 63 3. Methodik 67 3.1 Generierung der Datenbasis 71 3.1.1 Formulieren der Arbeitshypothesen 72 3.1.2 Datengrundlagen und deren Aufbereitung 75 3.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 77 3.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 78 3.2.1 Generierung der Teildatenbanken 78 3.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 78 3.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 82 3.3 Evaluation der Methodik 82 3.3.1 Deskriptive Statistik 83 3.3.2 »Observed vs. predicted Analyse« 84 3.3.3 Multivariate Statistik 86 3.3.4 Validation der Methodik 91 3.4 Evaluation der Datengrundlagen und Generierung der finalen Teildatenbanken 92 3.4.1 Evaluation der Datengrundlagen 94 3.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 95 3.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 95 3.4.4 Validation der Datengrundlage 96 3.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 96 3.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 98 3.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 102 3.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 104 3.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 105 3.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 106 3.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 106 3.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 110 3.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 111 4. Ergebnisse und Diskussion 114 4.1 Generierung der Datenbasis 114 4.1.1 Arbeitshypothesen 114 4.1.2 Datengrundlagen 114 4.1.2.1 Höhenfestpunkte 114 4.1.2.2 LiDAR Daten 118 4.1.2.3 Historische Archive 120 4.1.2.4 Leitprofile 123 4.1.2.5 Geologische Aufschlüsse 126 4.1.2.6 Archäologische Dokumentationen 131 4.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 141 4.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 143 4.2.1 Generierung der Teildatenbanken 143 4.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 144 4.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 150 4.3. Evaluierung der Methodik 152 4.3.1 Deskriptive Statistik 152 4.3.2 »Observed vs. Predicted Analyse« 154 4.3.3 Multivariate Statistik 157 4.3.4 Validation der Methodik 163 4.4. Evaluierung der Datengrundlagen 166 4.4.1 Evaluation und ggf. Anpassung der Datengrundlagen 168 4.4.1.1 Geologische Aufschlüsse 168 4.4.1.2 Archäologische Dokumentationen 169 4.4.1.3 Fallbeispiel: Teiluntersuchungsgebiet Matthäikirchhof 173 4.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 176 4.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 179 4.4.4 Validation der Datengrundlage 182 4.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 184 4.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 184 4.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 186 4.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 193 4.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 197 4.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 198 4.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 199 4.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 207 4.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 210 4.7 Landschafts- und Siedlungsgenetische Interpretation der Paläomodelle 218 5. Synthese und Ausblick 233 6. Literaturverzeichnis 248 7. Anlagen i / In search of the anthropogenically undisturbed palaeo-surface of the city of Leipzig, the main goals are the reconstruction of the specific natural conditions during the Holocene and a deduction about how the environment has been shaped and structured by humans in this area over the last 1,000 years. In the present doctoral thesis, the possibility to model palaeo-surfaces for the central part of a big city by means of publicly accessible data of the state offices is demonstrated. The topic combines various geographical disciplines with a focus on the interface between Geosciences and Archaeology (often termed Geoarchaeology). For the reconstruction of the earth's surface as a Digital Elevation Model (DEM) about 1,000 years ago (DEM 1015) and 11,000 years ago (DEM BASIS) mainly data from the Archaeological Heritage Office Saxony and the Saxon State Office for Environment, Agriculture and Geology have been evaluated. The qualitative data are linked by using GIS through surveying techniques. To be able to process the heterogeneous data, working hypotheses are established in advance. According to them, the elevation of the top of a geological drill or archaeological excavation represents the current surface (DEM HEUTE). In addition, the first anthropogenically undisturbed layer of a geological drill or the layer with the oldest settlement trace of an archaeological excavation represents the data basis for the DEM 1015ROH and the DEM 1015, respectively. Furthermore, the basis in transition to Holocene sediments represents the palaeo-relief approximately 11,000 years ago (DEM BASIS). All data are summarized in an overall database. Hence, the data can be analyzed in a Geographical Information System (GIS). Based on the models DEM 1015ROH and DEM HEUTE the data basis and the methodology are evaluated. For this purpose, a comparison between the DEM HEUTE and another recent DEM, which was generated with LiDAR data provided by the State Operation Geobasisinformation and Surveying Saxony (DEM 2), is conducted. Therefore, it is assumed that it is possible to create a DEM 1015 or DEM BASIS, if it is possible to reproduce approximately the DEM 2 with the same data. The Observed vs. Predicted Analysis shows, that between the DEM HEUTE and the DEM 2 a non-data-independent, significant, monotonic relationship exists, which is not random. Consequently, based on the mentioned assumption above, it is possible to use the data and methodology to create a DEM 1015 or DEM BASIS. Furthermore, the multivariate statistic for the data set demonstrated, that the heterogeneity of the data bases in relation to the year of data collection and the type of coordinate determination (xi, yi, zi) had a negligible influence on the deviation between the DEM HEUTE and the DEM 2. Nevertheless, a check and, if necessary, a correction of the original data is necessary. If there are anomalies, the correction of the original data will be adapted to the surroundings by means of representative soil profiles, historical recordings and the DEM 2. After the data basis and methodology are validated the final sub databases DEM 1015 and DEM BASIS are extracted from the overall database. By means of the developed investigation design the comparison between the DEM HEUTE and the DEM 2 can be based on a quantitative evaluation of the data basis and not exclusively to qualitative criteria. Thus, it is also proved quantitatively that the methodology to model the palaeo-surface works very well for the inner city of Leipzig. However, models represent only a limited picture of reality. In principle, there is no unique interpolation result. That´s why, it is mandatory to present different realities of the palaeo-surfaces and their probabilities. Therefore, in addition to geostatistical interpolation methods, deterministic methods are also used. To quantify the results, among other things, a cross validation is performed. On this basis the selection of the most likely interpolation for the final representation takes place. The DGM BASIS and DGM 1015 show the highest possible approximation of the palaeo-surfaces. In general, the present dissertation has succeeded in providing a new, well-founded perspective for the critical discussion of landscape and settlement genesis in the study area. In addition to a detailed mapping of the geomorphological and geological conditions in the center of Leipzig at the time of 1015 and at the beginning of the Holocene, it is possible to determine the differences between the DEMs to quantify changes. In this context, it was also possible to separate natural from anthropogenic processes and to date the changes. On that basis, more detailed statements about the relief between the river valleys of Weiße Elster and Parthe around the year 1015 can now be made. In addition, the palaeo-models allow conclusions on the space-related favorable factors in settlement site selection and design. Finally, there is the possibility to represent the palaeo-surfaces as a visually appealing basis for geoarchaeological questions in public education. Due to its´ nature of being a case study, the topic has a local connection to Leipzig (Saxony). However, the developed investigation design will open new, well-founded, transparent options for the reconstruction of palaeo-reliefs in further study areas.:INHALTSVERZEICHNIS Bibliografische Daten I Zitat II Danksagung III Zusammenfassung IV Abstract VI Abbildungs- & Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XVIII 1. Einleitung 1 1.1 Fragestellung und Zielführung 1 1.2 Abgrenzung des Untersuchungsgebietes 3 1.3 Grundlagen 7 1.3.1 Fachliche Einordnung der Thematik 7 1.3.2 Begriffe und Definitionen 9 1.3.2.1 »Natürlich gewachsener Boden« 9 1.3.2.2 Zeitangaben 9 1.3.2.3 Digitale Erdoberflächenmodelle 12 1.3.2.4 Lage- und Höhenbezugssystem 13 1.3.2.5 Unsicherheiten und Fehler 13 1.4 Forschungsgeschichtlicher Überblick 16 1.5 Ähnliche Forschungen außerhalb Leipzigs 24 2. Stand des Wissens im Untersuchungsgebiet 26 2.1 Naturräumliche Einordnung 26 2.1.1 Klima 29 2.1.2 Geologie 31 2.1.2.1 Leitprofil der Leipziger Tieflandsbucht 31 2.1.2.2 Geologischer Aufbau des Untersuchungsgebietes 34 2.1.3 Boden 36 2.1.4 Vegetation 40 2.1.5 Gewässernetz 41 2.1.5.1 Auengenese der Weißen Elster 43 2.1.5.2 Auengenese der Parthe 47 2.1.5.3 Zusammenfluß der Weißen Elster und Parthe 49 2.2 Siedlungsgeschichtliche Einordnung 50 2.2.1 Allgemeiner Überblick 51 2.2.2 Die im Jahr 1015 erwähnte »urbs Libzi« 56 2.2.3 Die Zwillingssiedlung der »urbs Libzi« 59 2.2.4 Wasserbauliche Einschnitte im Untersuchungsgebiet 63 3. Methodik 67 3.1 Generierung der Datenbasis 71 3.1.1 Formulieren der Arbeitshypothesen 72 3.1.2 Datengrundlagen und deren Aufbereitung 75 3.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 77 3.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 78 3.2.1 Generierung der Teildatenbanken 78 3.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 78 3.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 82 3.3 Evaluation der Methodik 82 3.3.1 Deskriptive Statistik 83 3.3.2 »Observed vs. predicted Analyse« 84 3.3.3 Multivariate Statistik 86 3.3.4 Validation der Methodik 91 3.4 Evaluation der Datengrundlagen und Generierung der finalen Teildatenbanken 92 3.4.1 Evaluation der Datengrundlagen 94 3.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 95 3.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 95 3.4.4 Validation der Datengrundlage 96 3.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 96 3.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 98 3.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 102 3.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 104 3.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 105 3.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 106 3.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 106 3.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 110 3.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 111 4. Ergebnisse und Diskussion 114 4.1 Generierung der Datenbasis 114 4.1.1 Arbeitshypothesen 114 4.1.2 Datengrundlagen 114 4.1.2.1 Höhenfestpunkte 114 4.1.2.2 LiDAR Daten 118 4.1.2.3 Historische Archive 120 4.1.2.4 Leitprofile 123 4.1.2.5 Geologische Aufschlüsse 126 4.1.2.6 Archäologische Dokumentationen 131 4.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 141 4.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 143 4.2.1 Generierung der Teildatenbanken 143 4.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 144 4.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 150 4.3. Evaluierung der Methodik 152 4.3.1 Deskriptive Statistik 152 4.3.2 »Observed vs. Predicted Analyse« 154 4.3.3 Multivariate Statistik 157 4.3.4 Validation der Methodik 163 4.4. Evaluierung der Datengrundlagen 166 4.4.1 Evaluation und ggf. Anpassung der Datengrundlagen 168 4.4.1.1 Geologische Aufschlüsse 168 4.4.1.2 Archäologische Dokumentationen 169 4.4.1.3 Fallbeispiel: Teiluntersuchungsgebiet Matthäikirchhof 173 4.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 176 4.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 179 4.4.4 Validation der Datengrundlage 182 4.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 184 4.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 184 4.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 186 4.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 193 4.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 197 4.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 198 4.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 199 4.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 207 4.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 210 4.7 Landschafts- und Siedlungsgenetische Interpretation der Paläomodelle 218 5. Synthese und Ausblick 233 6. Literaturverzeichnis 248 7. Anlagen i

This research work concentrate on developing digital soil maps to support field based plant phenotyping research. We have developed soil organic matter content (OM), cation exchange capacity (CEC), natural soil drainage class, and tile drainage line maps using topographic indices and aerial imagery. Various prediction models (universal kriging, cubist, random forest, C5.0, artificial neural network, and multinomial logistic regression) were used to estimate the soil properties of interest.