Im Rahmen des globalen Klimawandels werden für Mitteleuropa vermehrt klimatische Extremereignisse prognostiziert, wozu auch Hitzewellen gehören. In Ballungsräumen kommt zusätzlich zur globalen Komponente durch das Entstehen der städtischen Wärmeinsel noch eine lokale hinzu. Besonders die Gesundheit älterer Personen ist dabei gefährdet. Vor dem Hintergrund des demographischen Wandels und der fortschreitenden Urbanisierung auf der Erde wird die Zahl der unter Risiko stehenden Personen zukünftig ansteigen. Um die Entwicklungen für den Raum Berlin-Brandenburg abschätzen zu können, wird über einen Zeitraum von 17 Jahren (1990 bis 2006) zunächst einmal die Vulnerabilität in der Vergangenheit untersucht. Anhand von Messreihen an sechs über den Raum verteilten Stationen wird das Auftreten von thermischer Belastung durch Hitze festgestellt. Dabei finden drei in der Literatur verbreitet zum Einsatz kommende Analysemethoden Anwendung: das 95er Perzentil, die Regression sowie die Gefühlte Temperatur. Für die Erklärung der Hitzebelastung über das 95er Perzentil wird ein gleitendes Verfahren eingeführt. Unter der Berücksichtigung aller drei Analysemethoden erfolgt die Bewertung dreiwöchiger Perioden hinsichtlich ihrer thermischen Belastung. Die Einführung des Systems der Perioden-Belastungspunkte (PBP) ermöglicht die Identifikation der am stärksten belasteten Periode eines jeden Jahres. Die Perioden der Jahre 1993, 1994 und 1997 sowie 2003 und 2006 werden im Anschluss zunächst nach Witterung und klimatischen Elementen untersucht, anschließend hinsichtlich der aufgetretenen Mortalität; hierbei spielen zum einen die Bevölkerungseigenschaften ''Alter'' und ''Geschlecht'' eine Rolle, zum anderen das räumliche Auftreten auf kommunaler Ebene. Abschließend wird das in den jeweiligen Perioden entstehende Muster der Mortalität mit dem Grad der Versiegelung bzw. dem Anteil der über-65-Jährigen abgeglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass während thermisch stark belasteten Perioden bei den unter-50-Jährigen die Männer stärker als Frauen gefährdet sind; dieses Verhältnis kehrt sich in der Altersklasse über 50 um. In der räumlichen Analyse wird deutlich, dass sich mit zunehmender Belastung ein hoher Versiegelungsgrad als Risikofaktor darstellt. Bei weniger belastenden Situationen stehen Senioren dagegen gerade in Räumen mit geringer Versiegelung stärker unter Risiko. Künftige Studien sollten auf die Todesursachen eingehen und zusätzliche Risikofaktoren berücksichtigen. Auf dieser Basis können dann einerseits Interventionsmaßnahmen ausgearbeitet als auch Szenarien zukünftiger Entwicklungen valide aufgebaut werden. / In central Europe, global climate change will increase the number of meteorological extreme events, including thermal stress caused by heat. In metropolitan areas the effect of urban heat island is added. As the elderly population is vulnerable to high temperatures they are especially at risk. Considering urbanization and demographic changes the number of people under risk will further increase. To estimate future developments in vulnerability it is necessary to know the present ones. Therefore, 17 years between 1990 and 2006 are investigated. At first, data of six weather stations within the area of Berlin-Brandenburg are examined. In these climatic time series the occurrence of thermal stress is determined with three different methods – 95 percentile, regression, and the index of perceived temperature. The 95 percentile is adjusted to a moving mode. Using all three methods, periods of three weeks are evaluated concerning heat stress. To identify the most loaded period of each year the system of ''points of period heat load'' (PBP) is introduced. The periods of the years 1993, 1994, and 1997 as well as 2003 and 2006 were chosen to be examined in more detail. Atmospheric conditions and climatic elements are described first. Then the observed mortality is evaluated concerning age and sex as well as the spatial distribution on municipal level. The resulting pattern is compared with that of the level of sealing and with that of the proportion of people aged 65 and more. Results show that up to an age of 50 years periods with heat stress affect more men than women. Above this age the ratio of sex is reciprocal. The spatial analysis reveals that a high level of sealing is a risk factor especially during very strong heat load, while during periods with less strong heat load elderly people are more endangered living in a lower level of sealing. Future studies should examine the causes of death as well as further risk factors. This will build the basis for detailed intervention plans and scenarios of upcoming developments.

Die globalen Mitteltemperaturen könnten bis 2100 um 2◦C bis 4.5◦C über vorindustriellem Wert steigen sollten CO2 Emissionen nicht oder nur unzureichend gesenkt werden. Klima-Engineering befasst sich deshalb mit der gezielten Abkühlung des Klimas, z.B. durch terrestrischen Kohlendioxidentzugs (tCDR). Insbesondere wird der Anbau von großflächigen Biomasseplantagen (BP) in Kombination mit der Erstellung von langlebigen Kohlenstoffprodukten wie Bioenergie oder Biokohle in Betracht gezogen. Die vorliegende Doktorarbeit untersucht die tCDR Potentiale und möglichen Konsequenzen von BP auf Nahrungsmittelproduktion, Ökosysteme und das Klima selbst mit Hilfe der Analyse von Landnutzungszenarien simuliert mit einem Biosphärenmodell. Insgesamt wird das tCDR Potential von BP als gering befunden, unabhängig vom Emissionsszenario und ab wann oder wie flächendeckend BP angebaut werden. Demgegenüber stehen meist die zuvor genannten, ungewünschten Konsequenzen. In einem Szenario mit hohen CO2 Konzentrationen kann selbst unbeschränkte Landverfügbarkeit für tCDR die bisherigen Emissionen nicht ausgleichen. Anders jedoch, wenn gleichzeitig Emissionen eingespart. In beiden Fällen führen diese Landumwandlungen jedoch zu sehr hohen “Kosten” für Ökosysteme und die Nahrungsmittelproduktion. Um deren Schutz zu gewährleisten kann die Landverfügbarkeit für tCDR beschränkt werden, was jedoch die tCDR Potentiale trotz baldiger Etablierung sehr einschränkt. Auch die Potentiale des RCP2.6 bleiben deutlich unter den Anforderungen. Das Potential könnte jedoch durch Erhöhung der Umwandlungseffizienzen von Biomasse, neuen Managementoptionen oder der Aufwertung degradierter Flächen durch BP erhöht werden. Diese Doktorarbeit kann abschließend nicht die Annahme unterstützen, dass tCDR eine effektive und umweltfreundliche Methode der Kohlenstoffsequestrierung, und damit eine Ersetzung von strengen Mitigationspfaden, sein könnte. / Global mean temperatures could change by 2◦C to 4.5◦C above pre-industrial levels until 2100 if mitigation enforcement of CO2 emissions fails. To counteract this projected global warming, climate engineering techniques aim at intendedly cooling Earth’s climate for example through terrestrial carbon dioxide removal (tCDR). Here, tCDR refers to the establishment of large-scale biomass plantations (BPs) in combination with the production of long-lasting carbon products such as bioenergy with carbon capture and storage or biochar. This thesis examines the potentials and possible consequences of tCDR by analysing land-use scenarios with different spatial and temporal scales of BPs using an advanced biosphere model forced by varying climate projections. Synthesised, the potential of tCDR to permanently extract CO2 out of the atmosphere is found to be small, regardless of the emission scenario, the point of onset or the spatial extent. On the contrary, the aforementioned trade-offs and impacts are shown to be unfavourable in most cases. In a high emission scenario even unlimited area availability for tCDR could not reverse past emissions sufficiently. However, simultaneous emission reductions could result in strong carbon extractions reversing past emissions. In both cases, land transformation for tCDR leads to high “costs” for ecosystems and food production. Restricting the available land for BPs by these trade-off constraints leaves very small tCDR despite a near-future onset. Similarly, simulated tCDR potentials on dedicated BP areas defined in the RCP2.6 scenario stay below the aimed values using current management practices. Some potential may lie the reduction of carbon losses from field to end-products, new management options and the restoration of degraded soils with BPs. This thesis contradicts the assumption that tCDR could be an effective and environmentally friendly way of complementing or substituting strong and rapid mitigation efforts.

Die Abwägung von Wirtschaftswachstum, Nahrungsmittelsicherheit und Bewahrung natürlicher Ökosystemdienstleistungen ist eine der wesentlichen Herausforderungen für die heutige Gesellschaft. Diese Dissertation zielt darauf ab, mit Hilfe von zeitreihenbasierten Fernerkundungsmethoden den Status und die Veränderungen von Landnutzung, und Landbedeckung im brasilianischen Regenwald und der Savanne zu erfassen. Dabei wurde untersucht, inwieweit der Einsatz zeitlicher Information die Trennung von Ackerland, Weideland und natürlicher Vegetation in einer heterogenen Savannenlandschaft erleichtert. Im Anschluss wurden langfristige Zeitreihen von Satellitenbildern genutzt, um die historische Entwaldung und das Nachwachsen der Sekundärvegetation nachzuvollziehen. Der verfolgte Ansatz stellte deutlich den Mehrwert zeitlicher Information zur Trennung von Ackerland, Weideland und natürlicher Vegetation in den komplexen Landnutzungssystemen der Savannenlandschaften heraus. Die langzeitlichen Analysen zur Entwaldungsdynamik zeigten erstmals die Bedeutung der historischen Abholzung im Untersuchungsgebiet. Hier wurde die Hälfte aller Abholzung zwischen 1984-2012 vor dem Jahr 2000 registriert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass auf bis zu 50% der Abholzungsflächen in Pará und maximal 25% der Abholzungsflächen in Mato Grosso Sekundärvegetation aufgewachsen ist. Die höheren Aufwuchsraten in Pará deuten auf eine geringere Bewirtschaftungsintensität der dominierenden Weidesysteme im Vergleich zu Mato Grosso hin. Zudem werfen die unterschiedlichen Dynamiken von Abholzungs- und Aufwuchsprozessen ein neues Licht auf die politischen und ökonomischen Rahmenbedingungen der 90er Jahre, nach dem Zusammenbruch des Militärregimes. Darüber hinaus helfen die räumlich expliziten Informationen zur langfristigen Entwaldung und Wiederaufwuchs dabei, die Schätzungen der regionalen Kohlenstoffbilanz zu verfeinern und Kernbereiche für die Wiederherstellung der Landschaft zu identifizieren. / Reconciling trade-offs between economic growth, food security and ecosystem services is one of the major challenges for today’s society. This dissertation aims to monitor status and changes of land use and land cover (LULC) in the Brazilian rainforest and savanna employing time series-based analysis of Landsat imagery. First, it was investigated how temporal information facilitates the separation of cropland, pasture and natural vegetation in a heterogeneous savanna landscape of the Brazilian Cerrado. Second, a long-term record of satellite imagery was used to uncover historic deforestation and regrowth processes. Outcomes of the LULC assessment demonstrated a high additional value of temporal information for separating cropland, pasture and natural vegetation in complex land use systems of savanna landscapes. In regard to the long-term deforestation analysis (1984-2012), spatio-temporal clearing patterns emphasized the relevance of historical deforestation with half of the overall deforestation being detected before 2000. Investigating post-deforestation regrowth dynamics, results revealed secondary vegetation on up to 50% of the deforested area in Pará and a maximum of 25% in Mato Grosso. Higher regrowth rates in Pará indicated a lower management intensity on the dominating pasture systems compared to Mato Grosso. Differences in historic deforestation and regrowth dynamics shed a new light on possible impacts of political incentives in the 90s after the collapse of the military regime in 1984. In this context, the results set a valuable basis to investigate the influence of proximate and underlying drivers on land change in the region. Spatially explicit information on long- term deforestation and regrowth dynamics further allows to refine estimates on the regional carbon balance and to identify core areas for landscape restoration.

Die Modellierung aller auf der gesamten Einzugsgebietsebene relevanten Abflussbil-dungsprozesse ist unter aktuellen Fragestellungen unumgänglich. Ziel dieser Arbeit ist die quantitative Analyse und Abbildung der Wechselwirkungen zwischen Oberflächen- und Grundwasser mit Hilfe von gekoppelten Modellen, die vor allem bei der Simulation von Wassermangelsituationen eine wesentliche Rolle spielen. Dazu wurden die notwendigerweise zu berücksichtigenden Prozesse und die Anforderungen seitens der Modellierung diskutiert. Es wurde herausgestellt, dass Rückkopplungen und Wechselwirkungen einerseits zwischen Grund- und Oberflächengewässer, andererseits zwischen Grund- und Bodenwasser unter Einbeziehung der saisonal wechselnden Vegetationswirkung im Modell berücksichtigt werden müssen. Aus einer großen Modellvielzahl wurde das Modellierungssystem ArcEGMO-PSCN-ASM als geeignet ausgewählt und für diese Fragestellung weiterentwickelt. Die Interaktionen zwischen Oberflächen- und Grundwasser wurden anhand verschiedener Modellsimulationen analysiert. Der Austausch zwischen Fließgewässer und Grundwasser, sowie die Rückwirkung der Grundwasserstände auf das Oberflächenwasser zeigte den größten Einfluss auf die Modellergebnisse. Die Wasserstandsdynamik in den Fließgewässern und der Kapillaraufstieg zeigten nur lokale Effekte. Die Praxistauglichkeit des gekoppelten Modells wurde in zwei Fallbeispielen getestet, die sich mit verschiedenen Lösungen zur Bekämpfung von Wassermangelsituationen beschäftigen. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen deutlich, dass mit Hilfe des gekoppelten Modells Bewirtschaftungsmaßnahmen im Gewässer selbst sowie im ober- und unterirdischen Einzugsgebiet adäquat abgebildet und quantitative Aussagen mit einer hohen Praxisrelevanz gewonnen werden können. Diese Arbeit leistet damit sowohl einen wissenschaftlichen Beitrag zum Modellverständnis als auch den Nachweis einer praktikablen Modellanwendung in unterschiedlichen Einzugsgebieten. / The modeling of all relevant runoff processes in a catchments area is indispensable considering the actual questions (like Water Framework Directive and climatic change). This investigation aims the quantitative analysis and demonstration of surface- and subsurface water interactions, which are relevant for simulating northeastern German regions with water scarcity, by using coupled models. Therefore processes, which necessarily must be considered, and requirements on the part of the modeling, were discussed. It was exposed / presented that feedbacks and interactions of surface water and subsurface water on one hand and (oder besser: as well as?) groundwater and soil water including seasonal vegetation development on the other hand must be considered in the model. The modeling system ArcEGMO-PSCN-ASM was chosen / selected out of a huge amount of models as appropriate for this task. It was further adopted / developed to this task in co-operation with Dr. Pfützner (BAH-Berlin). The interactions of surface water and groundwater where analyzed by various simula-tions. The exchange between stream water and groundwater as well as the feedback of groundwater levels to surface water had the most influence to the model results. Dynamic stream water levels and capillary rise had only local effects and low impact on the catchments average. The suitability for practical use of this coupled model where tested at two sample areas, with various solutions to deal with water scarcity. The model results illustrate clearly that using coupled models water management treatments as well in the river itself as in surface and subsurface catchment areas can be shown adequately and quantitative statements with a high practice relevance can be achieved. The results of the present study contribute both a scientific contribution to the model understanding and the proof of a practicable application of models in different catchment areas.

Die Anwendung von Methodiken und Technologien aus dem Bereich der Softwaretechnik auf den Bereich der Umweltmodellierung ist eine gemeinhin akzeptierte Vorgehensweise. Im Rahmen der "modellgetriebenen Entwicklung"(MDE, model-driven engineering) werden Technologien entwickelt, die darauf abzielen, Softwaresysteme vorwiegend auf Basis von im Vergleich zu Programmquelltexten relativ abstrakten Modellen zu entwickeln. Ein wesentlicher Bestandteil von MDE sind Techniken zur effizienten Entwicklung von "domänenspezifischen Sprachen"( DSL, domain-specific language), die auf Sprachmetamodellen beruhen. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie modellgetriebene Entwicklung, und insbesondere die metamodellbasierte Beschreibung von DSLs, darüber hinaus Aspekte der Pragmatik unterstützen kann, deren Relevanz im erkenntnistheoretischen und kognitiven Hintergrund wissenschaftlichen Forschens begründet wird. Hierzu wird vor dem Hintergrund der Erkenntnisse des "modellbasierten Forschens"(model-based science und model-based reasoning) gezeigt, wie insbesondere durch Metamodelle beschriebene DSLs Möglichkeiten bieten, entsprechende pragmatische Aspekte besonders zu berücksichtigen, indem sie als Werkzeug zur Erkenntnisgewinnung aufgefasst werden. Dies ist v.a. im Kontext großer Unsicherheiten, wie sie für weite Teile der Umweltmodellierung charakterisierend sind, von grundsätzlicher Bedeutung. Die Formulierung eines sprachzentrierten Ansatzes (LCA, language-centered approach) für die Werkzeugunterstützung konkretisiert die genannten Aspekte und bildet die Basis für eine beispielhafte Implementierung eines Werkzeuges mit einer DSL für die Beschreibung von Zellulären Automaten (ZA) für die Umweltmodellierung. Anwendungsfälle belegen die Verwendbarkeit von ECAL und der entsprechenden metamodellbasierten Werkzeugimplementierung. / The application of methods and technologies of software engineering to environmental modeling and simulation (EMS) is common, since both areas share basic issues of software development and digital simulation. Recent developments within the context of "Model-driven Engineering" (MDE) aim at supporting the development of software systems at the base of relatively abstract models as opposed to programming language code. A basic ingredient of MDE is the development of methods that allow the efficient development of "domain-specific languages" (DSL), in particular at the base of language metamodels. This thesis shows how MDE and language metamodeling in particular, may support pragmatic aspects that reflect epistemic and cognitive aspects of scientific investigations. For this, DSLs and language metamodeling in particular are set into the context of "model-based science" and "model-based reasoning". It is shown that the specific properties of metamodel-based DSLs may be used to support those properties, in particular transparency, which are of particular relevance against the background of uncertainty, that is a characterizing property of EMS. The findings are the base for the formulation of an corresponding specific metamodel- based approach for the provision of modeling tools for EMS (Language-centered Approach, LCA), which has been implemented (modeling tool ECA-EMS), including a new DSL for CA modeling for EMS (ECAL). At the base of this implementation, the applicability of this approach is shown.

In der vorliegenden Arbeit werden die Möglichkeiten einer Nutzung thermal-infraroter Wellenlängen zur fernerkundlichen Erfassung/Quantifizierung von Bodenparametern vorgestellt. Die Studie basiert auf Bodenproben des Untersuchungsgebietes Mullewa, welches sich in einer semiariden Agrarregion im West-Australischen Weizengürtel befindet. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Bewertung des langwelligen Infrarots (LWIR), innerhalb des atmosphärischen Fensters zwischen 8 und 14 Mikrometer, bezüglich seines spektralen Potentials für die quantitative Ableitung des Ton- und Sandgehaltes sowie des Gehaltes an organischem Kohlenstoff (SOC). Zur Abschätzung der Effizienz wurden die Ergebnisse des LWIR einer Quantifizierung aus dem herkömmlich gebrauchten solar-reflektiven Wellenlängenbereichs zwischen 0,4 und 2,5 Mikrometer (VNIR-SWIR) gegenübergestellt. Mit verschiedenen Methoden der Laborspektroskopie wurden Bodenproben aus dem Untersuchungsgebiet im thermalen (Emissions-FTIR-Spektroskopie und direktional-hemisphärische Reflexions- (DHR) Spektroskopie)und im solar-reflektiven (Diffuse Reflexions-Spektroskopie) Wellenlängenbereich eingemessen und anschließend auf ihren Informationsgehalt hin untersucht. Die quantitative Modellierung der pedologischen Parameter aus den gemessenen spektralen Signaturen wurde mithilfe einer multivariaten Regressionsanalyse (Partial Least Squares Regression – PLSR) realisiert. Diese Grundlagenstudie konnte zeigen, dass die spektralen Voraussetzungen im LWIR für ein mögliches Monitoring der Bodenparameter mit thermalen Fernerkundungsdaten gegeben sind. Die Arbeit demonstriert darüber hinaus, dass für die Erfassung/Quantifizierung der Textur-Parameter (Sand- und Tongehalt) der relevante spektrale Informationsgehalt im LWIR deutlich höher ist als im VNIR-SWIR. / This study embraces the feasibility of using the thermal infrared wavelength region for future remote sensing applications to detect/quantify soil parameters. The research is based on soil samples from the semiarid agricultural area of Mullewa, located within the wheat belt of Western Australia. The main focus of this study is to assess the potential of the longwave infrared (LWIR), within the atmospheric window between 8 and 14 micrometer, to predict the content of sand, clay and organic carbon (SOC) in soils. The results are compared with predictions made with the traditionally used solar-reflective wavelength region (visible, VIS: 0.4 - 0.7 micrometer; near infrared, NIR: 0.7 - 1.1 micrometer; shortwave infrared, SWIR: 1.1 - 2.5 micrometer). Using laboratory spectroscopy, the Mullewa soil samples were measured, both in the thermal infrared (emission FTIR spectroscopy and directional hemispherical reflection (DHR) spectroscopy) and in the solar-reflective (diffuse reflection spectroscopy) wavelength region. This data was analyzed to determine the relevant content of information for the soil parameters. Multivariate regression analyses (partial least squares regression - PLSR) were used to quantitatively model the soil parameters from the spectral signatures. This basic research demonstrated that the spectral requirements in the LWIR are met for monitoring these soil parameters with thermal remote sensing instruments. Furthermore the study found that the relevant spectral information for the detection/quantification of the sand- and the clay content (textural parameters) is explicitly higher in the LWIR than in the VNIR-SWIR.

Une bonne compréhension du comportement des radiochronomètres est essentielle pour mener des études de thermochronologie visant à contraindre des processus géodynamiques. Cependant, le comportement des radiochronomètres est complexe car dicté par un grand nombre de facteurs intrinsèques et extrinsèques au système étudié. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à déterminer quels étaient les facteurs critiques lors des processus de rééquilibrage isotopique survenant durant un événement métamorphique de haut grade. Ainsi, nous avons étudié le comportement des systèmes isotopiques Rb/Sr, Ar/Ar et Sm/Nd lors de l'éclogitisation partielle (contrôlée par la déformation et la circulation de fluides) au Calédonien de roches granulitiques grenvilliennes dans l'Arc de Bergen en Norvège. Nous montrons, grâce à une étude géochronologique fine associée à différentes observations (pétrologiques, géochimiques in situ et sur fractions minérales, diffraction X et isotopes de l'oxygène) permettant de contraindre avec précision le flux des éléments d'un site textural vers un autre au cours des réactions d'éclogitisation, que le facteur principal garantissant un rééquilibrage isotopique complet pour les systèmes Rb/Sr et Sm/Nd lors d'un événement métamorphique de haut grade est la redistribution homogène des éléments à l'échelle de l'échantillon. Cependant, la circulation de fluides et la déformation qui peuvent être associées aux processus de recristallisation ne sont pas nécessairement suffisant pour garantir une telle réhomogénéisation. La mise en solution des éléments d'un système ou la fusion partielle apparaissent comme deux mécanismes de réhomogénéisation bien plus efficaces. Pour le système Ar/Ar, le facteur critique est l'évacuation totale de l'argon radiogénique précédemment accumulé dans le système. Cette évacuation est favorisée, mais non garantie, par la circulation de fluides en raison de la plus forte solubilité de l'argon dans les fluides. Cependant un grand nombre de facteurs vont contrôler ce processus : quantité d'argon radiogénique initialement présente (fonction de la composition chimique de la roche et de son âge), composition chimique du fluide, et circulation en système ouvert ou fermé.

Le Massif composite du Tichka a été étudié dans le but de préciser les mécanismes de sa formation, pour les raisons suivantes : il offre une coupe verticale de 2500m avec une qualité exceptionnelle d'affleurements qui permet de faire des observations et des échantillonnages en continu ; il montre une gamme de composition allant des gabbros aux leucogranites avec des relations spectaculaires entre les diorites et les granitoïdes contemporains. Les études de terrain, pétrographiques, minéralogiques, géochimiques, isotopiques (Sr et Nd) ont été utilisées pour mieux cerner sa genèse. De plus, l'étude des structures magmatiques et des propriétés rhéologiques des magmas a permis de mieux comprendre le mode d'ascension et de mise place du pluton. Le modèle génétique ainsi proposé peut être appliqué à d'autres associations plutoniques comparables, d'âges et d'environnements géotectoniques variés. Le Massif du Tichka s'est mis en place il y a 291 ± 5 Ma (isochrone Rb-Sr sur roches totales) dans des séries cambriennes au Nord de l'accident du Tizi n'Test (N70), branche de la faille Sud-Atlasique. La profondeur de cette mise en place a été estimée, par barométrie sur les amphiboles des plutonites, à 7 km environ, en accord (1) avec les estimations des épaisseurs de la pile sédimentaire encaissante et (2) avec les conditions thermobarométriques de développement des minéraux, par métamorphisme de contact, à proximité immédiate du pluton. Sur l'ensemble du massif, cinq groupes de roches ont été identifiés sur la base de critères de terrain, pétrographiques et géochimiques : gabbros, diorites (subdivisées en méladiorites, diorites communes et diorites hétérogènes), granodiorites-tonalites, monzogranites, leucogranites (subdivisés en leucogranites à biotite ± amphibole et leucogranites à deux micas). Toutes ces roches, mis à part les leucogranites à deux micas plus jeunes, sont contemporaines. L'étude des structures acquises' à l'état magmatique montre que: (1) le complexe est constitué de trois intrusions composites, à géométrie bien définie, sub - contemporaines, limitées au Sud par des écrans d'encaissant méta-volcanosédimentaire, et d'une intrusion de leucogranites à deux micas, localisée dans le Nord-Est, légèrement plus tardive et à géométrie mal définie; (2) la source magmatique a migré au cours du temps du Sud-Ouest vers le Nord-Est; (3) le mouvement de la composante décrochante dextre de l'accident du Tizi n'Test était -relativement faible par rapport à la composante inverse au moment de la mise en place; (4) les parties internes du massif montaient plus vite que, les parties externes lors de l'ascension des intrusions; (5) l'intrusion de leucogranites à deux micas, la plus récente, est constituée de petits corps diapiriques rassemblés autour du diapir kilométrique du Tasghimout; elle s'est mise en place alors que les autres intrusions étaient déjà cristallisées mais pas entièrement refroidies. Les études pétrographiques, minéralogiques, géochimiques, isotopiques (Sr et Nd) ont permis de proposer le type de genèse suivant: deux magmas basiques issus du manteau sous-continental par des taux de fusion différents, se mettent en place successivement en base de croûte. Le premier cristallise rapidement en évoluant peu et pratiquement sans contamination; il donnera le groupe des gabbros. Le second est soumis à un processus complexe qui allie cristallisation fractionnée et contamination (AFC) par la croûte. Il formera le groupe des diorites. La montée de ces magmas et de l'anomalie thermique qui les accompagne induit la fusion de la base de la croûte de nature hétérogène et litée. Cette croûte a été injectée de magmas basiques à intermédiaires peu de temps avant sa fusion. Son anatexie génère des magmas de composition granodioritique et monzogranitique. Le magma monzogranitique évolue par cristallisation fractionnée jusqu'à des leucogranites à biotite ± amphibole. Les magmas dioritique et granodioritique sont rassemblés à la profondeur de 15 à 20 km dans une chambre magmatique où une stratification est obtenue par convection et instabilité gravitaire et où des échanges entre les magmas, qui commencent à cristalliser, ont probablement eu lieu mais de façon limitée. Les leucogranites à deux micas qui forment l'essentiel de l'intrusion Nord-Est sont des granites de type S formés par anatexie de la croûte supérieure. Ils se mettent en place tardivement alors que le bâti avait un comportement cassant. La fin de l'activité magmatique est marquée par une activité hydrothermale localisée et par la mise en place de filons doléritiques. Le Massif du Tichka est de type calédonien post collision; les roches basiques qui le composent ont des caractères de basaltes intraplaques continentales plus précisément transitionnels et les granitoïdes ont des traits de granites post-collision. L'association du Tichka est de, type cafémique métalumineuse, transitionnelle à tendance suba1caline sodique. Les leucogranites à deux micas appartiennent au domaine alumino-potassique. Les calculs des densités et des viscosités des magmas montrent que (1) leur montée a pu se faire sous forme diapirique, (2) le magma dioritique a une viscosité plus faible (104 poises) que le magma granodioritique (106 poises) et (3) les viscosités peuvent s'inverser au cours de la cristallisation vers des températures de 850°C. L'évolution des viscosités au cours du refroidissement et l'inversion de leur courbe, permettent d'expliquer toutes les figures observées aux interfaces entre les diorites et les granodiorites synchrones. L'accident du Tizi n'Test (de direction N70) et, dans une moindre mesure, la zone faillée ouest-atlasique (subméridienne), à proximité desquels le Massif du Tichka s'est mis en place, ont joué un rôle important dans la genèse du pluton. Le premier a permis, en effet, par décompression adiabatique et introduction d'eau, la fusion du manteau et a facilité la montée des magmas basiques. Cette genèse est intracontinentale dans un bloc émergé (ou presque) depuis le Tournaisien ; elle se déroulerait dans cette période charnière entre la collision (épaississement) continentale carbonifère et la distension permienne. Par son histoire complexe impliquant des intrusions emboîtées multiples, des sources magmatiques nombreuses, des processus de genèse variés, le Massif du Tichka présente des affinités avec d'autres massifs hercyniens au Maroc ou ailleurs dans la chaîne varisque ouest européenne.

Dans le but de tester la capacité des komatiites à préserver leur composition géochimique et isotopique (Sr,Nd, 0) primaire, caractéristique du manteau archéen, les coulées basaltiques et komatiitiques des ceintures de roches vertes de l'Abitibi et de Barberton ont été étudiées. . Les komatiites peu altérées ont des compositions géochimiques compatibles avec le fractionnement de l'olivine; seuls les éléments alcalins sont mobilisés. Dans les komatiites plus altérées, les concentrations en High Field Strength Element (HFSE) par rapport aux Terres Rares (REE) produisent des anomalies variables à l'intérieur des coulées. Ces anomalies sont produites par le fractionnement des phases mantelliques de haute pression eVou la mobilité de ces éléments par les fluides hydrothermaux. ' Les mobilités géochimiques et les perturbations tardives des systèmes isotopiques (Sr, Nd, 0) à l'échelle de la roche totale sont expliquées par des processus d'échange isotopique et par le fractionnement tardif des éléments en traces. Afin de déterminer la composition isotopique initiale de ces coulées * komatiitiques, les compositions isotopiques en Néodyme et Oxygène ont été * mesurées sur des minéraux primaires. A partir de ces données, il apparait que la source des komatiites d'Alexo (Abitibi) à une valeur ENd(T) supérieure à celle obtenue sur les basaltes. Ces différences isotopiques en neodyme s'intègrent dans un modèle de plume mantellique pour la genèse des komatiites. De même, les pyroxènes de Barberton de la formation de Weltevreden ont une valeur ENd (T) systématiquement supérieure ou égale aux valeurs obtenues sur roche totale dans les autres formations. Les principaux facteurs qui contrôlent les mobilités géochimiques dans les komatiites altérées sont (1) la* composition du fluide, (2) leurs faibles concentrations initiales en éléments en traces, (3) la nature des phases secondaires qui concentrent les éléments en traces et (4) leur texture.

Une bonne compréhension du comportement des radiochronomètres est essentielle pour mener des études de thermochronologie visant à contraindre des processus géodynamiques. Cependant, le comportement des radiochronomètres est complexe car dicté par un grand nombre de facteurs intrinsèques et extrinsèques au système étudié. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à déterminer quels étaient les facteurs critiques lors des processus de rééquilibrage isotopique survenant durant un événement métamorphique de haut grade. Ainsi, nous avons étudié le comportement des systèmes isotopiques Rb/Sr, Ar/Ar et Sm/Nd lors de l'éclogitisation partielle (contrôlée par la déformation et la circulation de fluides) au Calédonien de roches granulitiques grenvilliennes dans l'Arc de Bergen en Norvège. Nous montrons, grâce à une étude géochronologique fine associée à différentes observations (pétrologiques, géochimiques in situ et sur fractions minérales, diffraction X et isotopes de l'oxygène) permettant de contraindre avec précision le flux des éléments d'un site textural vers un autre au cours des réactions d'éclogitisation, que le facteur principal garantissant un rééquilibrage isotopique complet pour les systèmes Rb/Sr et Sm/Nd lors d'un événement métamorphique de haut grade est la redistribution homogène des éléments à l'échelle de l'échantillon. Cependant, la circulation de fluides et la déformation qui peuvent être associées aux processus de recristallisation ne sont pas nécessairement suffisant pour garantir une telle réhomogénéisation. La mise en solution des éléments d'un système ou la fusion partielle apparaissent comme deux mécanismes de réhomogénéisation bien plus efficaces. Pour le système Ar/Ar, le facteur critique est l'évacuation totale de l'argon radiogénique précédemment accumulé dans le système. Cette évacuation est favorisée, mais non garantie, par la circulation de fluides en raison de la plus forte solubilité de l'argon dans les fluides. Cependant un grand nombre de facteurs vont contrôler ce processus : quantité d'argon radiogénique initialement présente (fonction de la composition chimique de la roche et de son âge), composition chimique du fluide, et circulation en système ouvert ou fermé.