Mit Hilfe eines eindimensionalen Strömungsmodells für die ungesättigte Zone wird die Grundwasserneubildung in einem Poren-Kluftgrundwasserleiter berechnet. Als Untersuchungsgebiet wurde das Einzugsgebiet der Hafenlohr im Buntsandsteinspessart gewählt. Grundlage der Berechnungen sind Kenntnisse über die Wassergehalts-Saugspannungsbeziehungen und über die hydraulischen Durchlässigkeiten von Kluft- und Porenraum. Der Modellraum wird als Zwei-Porositäts-Medium interpretiert wobei Poren- und Kluftraum über Austauschterme miteinander verknüpft sind. Mit dem gewählten Modell ist es möglich neben der Grundwasserneubildung auch Oberflächenabfluss, Evapotranspiration und an Schichtgrenzen auftretende Zwischenabflüsse zu berechnen. Der Übergang vom Bodenhorizont zum Festgestein hat den größten steuernden Einfluss auf die Grundwasserneubildung. Die Neubildungshöhe beträgt durchschnittlich etwa 66 bzw. 100 mm, je nachdem, ob die Zwischenabflüsse im Festgestein berücksichtigt werden. Die Schwankung der Grundwasserneubildung ist auch in Jahren mit extremen Niederschlagshöhen gering. Eine Simulation des Abflussverhaltens der Hafenlohr mit den berechneten Daten stimmt gut mit gemessenen Werten überein. / With the help of a one dimensional flow modell for the unsaturated zone the groundwater recharge for a fractured, porous aquifer is calculated. The Hafenlohr basin area in the Buntsandsteinspessart was chosen as the study area. The calculation is based on the knowledge of the relation between water content and water tension and of the hydraulic permeability of the fractured rock mass and the porous matrix. The modelled medium is interpreted as a double-porosity-medium with fractured rock mass and porous matrix connected by exchange terms. With the chosen model it is possible to calculate the groundwater recharge just as surface runoff, evapotranspiration and interflow at stratigraphic boundaries. The passage from the soil to the solid rock has the most controlling influence on the groundwater recharge. The recharge averages 66 and 100 mm respectively, depending on the consideration of interflow in the solid rock. Even in years with extrem high or low precipitation the fluctuation of the groundwater recharge is low. A simulation of the Hafenlohr discharge based on the calculated data gives good results compared to measured values.

Würzburg, Univ., Diss., 2008.

Universiẗat, Diss., 2006--Würzburg.

Klimatische wie auch strukturelle Einflüsse haben in einem sich wandelnden Wirkungsgefüge an der Reliefentwicklung des Spessarts mitgewirkt. Seit dem ausgehenden Jura wurde die mesozoische Gesteinsauflage zunächst unter tropoiden Bedingungen von undifferenzierten Verwitterungs- und Abtragungsprozessen sukzessive aufgearbeitet. Eine zunehmend differenzierte Formung und Inwertsetzung des strukturellen Inventars ist mindestens seit dem Untermiozän feststellbar. Klimatische Veränderungen, unterstützt von tektonischen Aktivitäten haben sich früher als in anderen Mittelgebirgsregionen auf die Reliefgestaltung ausgewirkt. Rheinische Elemente tektonischer Deformationen setzen sich bereits im Oligozän durch, wie Untersuchungen der Tonlagerstätte Klingenberg belegen. Die untermiozäne Reliefdifferenzierung wird anhand der Sedimente und Vulkanite des Schlüchterner Beckens deutlich. Sedimente der Hanau-Seligenstädter Senke liefern Hinweise über die Ausräumung der Sandsteinschichten im Vorderen Spessart und die Entwicklung der Sandsteinstufe. Durch restriktive Flächenbildung im Stufenvorland wurde die Sandsteinstufe lagekonstant herauspräpariert. Der im Bereich des Stufenhanges und der Auslieger-Inselberge verbreitete Sandstein-Saprolit belegt den morphogenetischen Zusammenhang mit der tropoiden Verwitterungsdynamik. Die jungtertiäre und pleistozäne Formung hat zu einer Akzentuierung, die holozänen Prozesse zu einer lokalen Nivellierung des Reliefs beigetragen. Mit Hilfe des Geographischen Informationssystems (GIS) wurden morphogenetisch relevante Parameter, z.B. das Formeninventar, tertiäre Verwitterungsbildungen oder die Tektonik erfasst und thematisch überlagert. Eine morphologische Landschaftsdifferenzierung des Spessarts wurde anhand Geomorphologischer Raumeinheiten erarbeitet. / The continuously changing interplay of climatic and structural influences participated in the origin of the Spessart landscape. Since the Jurassic period the Mesozoic layers were deformed by undifferentiated alteration and denudation processes under tropoid conditions.An increasing landform differentiation and accentuation of structural elements is detectable for the lower Miocene period. Much earlier than in other upland regions climatic change, supported by tectonic activities, affected the shaping of landforms. Rhenish elements were already prominent in the Oligocene as demonstrated by analysis of the clay deposits of Klingenberg. The landform differentiation of the lower Miocene is indicated by deposits and volcanic rocks of the Schlüchtern basin. Deposits of the Hanau-Seligenstadt basin provide the information base for erosive processes in the western Spessart, which removed the sandstone layers and led to the development of an escarpment. By restrictive planation processes in the foreland the escarpment was modelled out stationary from the sandstone. Relicts of a deep reaching weathering mantle (Sandstone Saprolite) around inselbergs and on slopes demonstrate a morphological correlation with a tropoid climate. Morphological processes in the younger Tertiary and in the Pleistocene period are characterized by accentuation, following by periodical levelling-of in the relief in the Holocene. By using a geographical information system (GIS) important morphological parameters, e.g. landforms, relicts of weathering and tectonic were databased and analysed. A morphological classification of the geomorphologic landscape units in the Spessart has been created.

In the Spessart, a low mountain range in central Germany, a feud during the Middle Ages led to the construction of numerous castles in this region. This study analyzes the mutual influence of (paleo-)relief development and medieval building activity using a geomorphological and geoarchaeological multimethod approach to expand the knowledge of human-environmental interactions during this time. For this purpose, GIS-based terrain analysis and geophysical measurements were conducted and combined with sedimentological information to create 1D-3D models of the subsurface and to assess knowledge of the landscape and relief evolution at various medieval castle and mining sites. The interpretation of all these data led to the answering of numerous site-specific questions on various geomorphological, geoarchaeological, geologic, and archaeological topics that have been explored in this work and have greatly increased our knowledge of each study site. In addition to these key contributions to the archaeological and geomorphological interpretation of individual study sites, a quantification of the anthropogenic influence on the relief development was conducted, a generalized model of the influence was derived, and new methodological and interpretative approaches were developed. Overall, this study links geomorphological/geological and (geo-)archaeological investigations at five medieval sites and delivers important information on human-environmental interactions within the Spessart and beyond. / Mostly taking place in the Spessart, a low mountain range in central Germany, a feud between the counts of Rieneck and the bishops in Mainz escalated during the medieval period. This feud led to many castles being built at both sites, as well as other building activities. Many of these buildings and castles were located at specific and unique relief positions. This study analyzes the mutual influence of (paleo-)relief development and medieval building activity by utilizing a multi-method approach. For this purpose, GIS-based terrain analyses and geophysical measurements were conducted and combined with sedimentological information from invasive methods and outcrops to assess information on the topographic relief at four medieval castle sites and a medieval mining area. From the recent relief, the influence of medieval building activity was revealed and the paleo-relief was derived. The study sites were chosen in conjunction with the Archaeology Project of the Spessart Region (Archäologisches Spessartprojekt), which performed or is planning to perform excavations at these sites. With the help of GIS-based terrain analyses, the main objective was split into a number of site-specific questions. Spatial data were collected with the help of electrical resistivity tomography, ground-penetrating radar, seismic refraction tomography and fluxgate magnetic surveying to answer these questions. The ambiguous, spatial geophysical results were proven using Pürckhauer and Edelman soundings and with the help of boreholes and outcrops. More precise information about the selective soundings was extrapolated using geophysical data. Additionally, with these established methods, a new approach for the description of the relative resistivity distribution within the subsurface was developed. In addition to a quantitative description of the data, additional parameters were derived with the help of a constructed ArcGIS-tool. By interpreting all these data, most of the site-specific questions were answered. These questions are of variable complexity and focus on different geomorphological, geological, geoarchaeological and archaeological topics. For example, the genesis of the rough topography surrounding Wahlmich Castle near Waldaschaff was deciphered. Additionally, mainly boreholes and AMS-14C-datings revealed a connection between the medieval usage of a castle with a mill, including mill ponds, and the sedimentation history in a talweg at Hauenstein Castle. With the help of a geophysical prospection, the location of Mömbris Castle was precisely predicted, which resulted in a targeted excavation off-target the initially suspected areas. At Rannenburg Castle near Alzenau, massive, anthropogenically used loess loam deposits were prospected. Furthermore, at Eisenberg near Steinau an der Straße, important information was derived based on the position and form of iron deposits and collapsed shafts. In addition to all these key contributions for the archaeological and/or geomorphological interpretation of individual study sites, quantification of the anthropogenic influence on the relief was conducted. A generalized model that focuses on the mutual influence of relief development and medieval building activity was derived. Furthermore, new research approaches were developed that focus not only on positive location factors for a specific use, but also on the negative location factors for another type of use. The newly developed approach for describing the relative resistivity distribution can also be transferred to other studies to increase objectivity. Moreover, it is possible to create generalized datasets for individual study sites. Thus, this study links geomorphological/geological and (geo-)archaeological investigations at a medieval site and delivers important information on the mutual influence between the research items of all these disciplines within the Spessart and beyond. / Nachdem im Mittelalter eine Fehde zwischen den Grafen von Rieneck und den Mainzer Bischöfen eskalierte, wurden im Spessart, einem deutschen Mittelgebirge, häufig in sehr spezifischen und ungewöhnlichen Reliefpositionen von beiden Streitparteien diverse Burgen errichtet sowie andere Bautätigkeiten vorgenommen. Die vorliegende Arbeit widmet sich dieser Landschaft, indem sie den wechselseitigen Einfluss von (Paläo-)Reliefentwicklung und mittelalterlicher Bauaktivität mit Hilfe eines Multimethodenansatzes analysiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden an vier mittelalterlichen Burgenstandorten und einem mittelalterlichen Bergbaugebiet GIS-basierte Reliefanalysen und geophysikalische Messungen durchgeführt sowie sedimentologische Informationen aus invasiven Methoden und Aufschlüssen aufgenommen, um das rezente Relief zu erfassen, den Einfluss der mittelalterlichen Bauaktivität darzustellen und das Paläorelief abzuleiten. Die Untersuchungsgebiete wurden mithilfe des Archäologischen Spessartprojektes ausgesucht, welches an den jeweiligen Standorten Ausgrabungen durchgeführt hat oder plant. Mit Hilfe einer GIS-basierten Reliefanalyse wurde die Hauptfragestellung in eine Anzahl standortspezifischer Fragestellungen untergliedert. Für die Beantwortung dieser Fragestellungen wurden mit geoelektrischer Widerstandstomographie, Bodenradar, Refraktionsseismik und Fluxgatemagnetik geophysikalische Daten erhoben. Die mehrdeutigen aber flächenhaften geophysikalischen Daten wurden mit punktuellen Pürckhauer-, Edelman- und Rammkernsondagen genauer definiert; diese präziseren Informationen der punktuellen Sondagen konnten wiederum mit Hilfe der geophysikalischen Daten extrapoliert werden. Zusätzlich zu diesen etablierten Methoden wurde ein neuer Ansatz zur Beschreibung von der relativen elektrischen Widerstandsverteilung im Untergrund entwickelt und neben einer quantitativen Beschreibung der Daten auch zusätzliche Parameter mit Hilfe eines konstruierten ArcGIS-Tools abgeleitet. Durch die übergreifende Interpretation der Daten konnten die aufgeworfenen standortspezifischen Fragestellungen beantwortet werden. Nachdem diese Fragestellungen in ihrer Komplexität variierten und zudem verschiedene geomorphologische, geologische, geoarchäologische und archäologische Themen fokussierten, konnte eine große Bandbreite an Befunden generiert werden. So konnte beispielsweise die Genese einer markanten und rauen Topographie in der Umgebung des Burgstalls Wahlmichs in Waldaschaff entschlüsselt werden. Die Sedimentation in einer Bachaue bei Hauenstein konnte mit Hilfe von Bohrungen und 14C-Datierungen klar zu der mittelalterlichen Nutzung eines Burgstalls mit Mühle und entsprechenden Mühlteichen zugeordnet werden. In Mömbris konnte die Lage der eigentlichen Burganlage mit Hilfe einer geophysikalischen Prospektion präzisiert werden, was zu einer gezielten Ausgrabung außerhalb der eigentlichen Verdachtsflächen geführt hat. An der Rannenburg in der Nähe von Alzenau konnten mächtige, anthropogen genutzte Lössauflagen prospektiert werden und am Eisenberg in der Nähe von Steinau an der Straße konnten wichtige Informationen zur Lage und Form von Erzlagerstätten und Pingen gewonnen werden. Neben all diesen wichtigen Beiträgen zur archäologischen und geomorphologischen Interpretation der einzelnen Standorte konnte der anthropogene Einfluss an jedem Standort quantifiziert werden und ein generalisiertes Modell zur wechselseitigen Einflussnahme von Reliefentwicklung und mittelalterlicher Bebauung abgeleitet werden. Des Weiteren konnten neue Forschungsansätze entwickelt werden, welche nicht nur die Standortvorteile für bestimmte Nutzungen einzelner Standorte fokussieren, sondern auch die Standortnachteile für andere Nutzungsformen betrachten. Außerdem kann der neu entwickelte Ansatz zur Beschreibung der relativen Widerstandsverteilung im Untergrund auch auf zukünftige Fragestellungen übertragen werden, um die Objektivität bei der Betrachtung von verschiedenen Datensätzen zu erhöhen und gegebenenfalls auch generalisierte Datensätze für einzelne Standorte zu erstellen. Somit bildet diese Arbeit ein Bindeglied zwischen der geomorphologischen beziehungsweise geologischen und (geo-)archäologischen Erforschung eines mittelalterlichen Standortes und liefert wichtige Informationen über die wechselseitige Einflussnahme dieser Forschungsgegenstände im Spessart und darüber hinaus.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Druck-Temperatur-Bildungsbedingungen metapelitischer Gesteine aus verschiedenen lithostratigraphischen Formationen des Spessart-Kristallins untersucht. Geologisch stellt das Spessart-Kristallin einen Teil der Mitteldeutschen Kristallinzone dar, die sich innerhalb des Orogens der mitteleuropäischen Varisziden am nördlichen Rand des Saxothuringikums erstreckt. Das wesentliche Ziel der Untersuchungen bestand darin, mittels phasenpetrologischer und geothermobarometrischer Methoden die Metamorphose-Entwicklung des Spessart-Kristallins zu rekonstruieren und in Beziehung zur geodynamischen Geschichte der Varisziden zu setzen. Der Schwerpunkt der Arbeiten lag auf den Staurolith-Glimmerschiefern der Mömbris-Formation. Darüber hinaus wurden Gesteine der Geiselbach-, Alzenau- und Elterhof-Formation einbezogen. Als Grundlage für die Phasenpetrologie wurden petrographische, mineralchemische und geochemische Untersuchungen durchgeführt. Prograde Metamophose-Zonen können im Spessart-Kristallin nicht kartiert werden. Die Protolithe der untersuchten Metasedimente stellten vermutlich häufig saure bis intermediäre Magmatite dar, für die Geiselbach- und Elterhof-Formation wohl auch quarzreiche Sedimente. Die geo¬chemischen Daten lassen für die Mömbris-, Alzenau- und Elterhof-Formation Grauwacken bis Pelite als sedimentäre Edukte der Metamorphite annehmen, die Gesteine der Geiselbach-Formation könnten auf Arkosen zurückgehen. Eine Ablagerung der sedimentären Edukte im Bereich eines Kontinen¬talen Inselbogens bis Aktiven Kontinentalrandes ist für die Mömbris- und Alzenau-Formation wahrscheinlich, für die Geiselbach- und Elterhof-Formation liegt kein eindeutiges Bild vor. Zur Abschätzung der Metamorphosebedingungen wurden verschiedene Phasendiagramme verwendet, die auf den metapelitischen Modellsystemen KMnFMASH (K2O-MnO-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O) und KFMASH (K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O) basieren, insbesondere P-T-Pseudoschnitte und T-X-Schnitte. Weiterhin wurden konventionelle Geothermobarometer berechnet und Abschätzungen mittels intern-konsistenter thermodynamischer Datensätze vorgenommen. Die theoretischen Grundlagen dieses phasenpetrologischen Ansatzes werden kurz erläutert. Für den Metamorphose-Höhepunkt der Gesteine ergaben sich Temperaturen im Bereich von ca. 600 - 615 °C und Drucke um 6.5 - 8 kbar. Diese Daten weisen eine recht gute Übereinstimmung zu den bisher in der Literatur bekannten Werten für das Spessart-Kristallin auf. Im Anschluß an die amphibolitfazielle Metamorphose wurden die Gesteine mehr oder minder stark retrograd überprägt. Anzeichen für eine polymetamorphe Entwicklung dieses Teils der Mitteldeutschen Kristallinzone liegen nicht vor. Die rekonstruierten P-T-Pfade bzw. P-T-Pfad-Segmente dokumentieren eine recht einheitliche metamorphe Entwicklung im Uhrzeigersinn („clockwise“) und weisen auf eine Barrow-type Metamorphose hin. Die P-T-Pfade der meisten Proben zeigen einen charakteristischen Verlauf mit einer Phase nahezu isothermaler Dekompression. Demgegenüber konnte für einige Disthen-führende Proben ein etwas flacherer P-T-Pfad mit einer offenbar geringfügig stärker Temperatur-betonten Entwicklung differenziert werden. Das Metamorphose-Maximum ist für diese Gesteine durch Temperaturen von ca. 620 - 630 °C und Drucke von etwa 6 - 8 kbar gekennzeichnet. Damit wird eine leichte Zunahme des Metamorphosegrades nach Süden innerhalb der Mömbris-Formation, die verschiedentlich vermutet worden war, nachgewiesen. Die neu erarbeiteten Pfade sind aufgrund des methodischen Ansatzes, der die Zusammensetzung und Mineralparagenese der jeweiligen Probe berücksichtigt, im Vergleich zu früheren Arbeiten deutlich besser abgesichert. Sie dokumentieren erstmals in dieser Form die Druck-Temperatur-Geschichte des Spessart-Kristallins. Die P-T-Pfade lassen auf eine relativ schnelle Versenkung der Gesteine bei einem recht niedrigen geothermischen Gradienten und eine anschließende rasche Heraushebung aus einer Tiefe von etwa 25 - 28 km auf etwa 15 - 18 km bei einer eher geringen Temperaturabnahme schließen. Die damit für das Spessart-Kristallin dokumentierte Entwicklung fügt sich gut in das aktuelle geotektonische Modell einer Kollision eines passiven Kontinentalrandes mit einem kontinentalen Bogen ein und steht in Analogie zur derzeit gängigen Vorstellung, die Mitteldeutsche Kristallinschwelle repräsentiere einen variszischen aktiven Plattenrand. / Metamorphic Evolution of the Spessart Crystalline Complex, Central European Variscides: studies in phase-petrology, mineral-chemistry, and geochemistry of metapelitic rocks. – 211 pp. + appendix, Würzburg, 2008. Within the Central European Variscides the Spessart Crystalline Complex (SCC) is part of the Mid German Crystalline Rise which nowadays is interpreted as an active Variscan margin. This thesis aimed at the metamorphic evolution of the SCC and looked for possible contributions to the geodynamic evolution of the area in question. Studies, therefore, concentrated on metapelitic rocks from different lithostratigraphic formations of the SCC, especially on the staurolite-micaschists of the Mömbris-formation, but samples from the (very badly exposed) Geiselbach-, Alzenau-, and Elterhof-formations were analyzed as well. Emphasis was mainly given to phase-petrology and to geothermobarometry, preceded by studies in petrology, mineral chemistry and geochemistry the results of which are documented in the appendices. The evaluation of the metamorphic conditions used different phase-diagrams, i.e. P-T-pseudosections and T-X-sections, based on the metapelitic model-systems KMnFMASH (K2O-MnO-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O) and KFMASH (K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O). Further estimations base on geothermobarometers and internally-consistent thermodynamic datasets. The theoretical background of these methods is shortly explained. The metamorphic maximum is given at temperatures of about 600 - 615 °C and pressures at some 6.5 - 8 kbar. These data are in good accordance with published evidence for the Spessart Crystalline Complex. Metamorphism under conditions of amphibolite facies was followed by a retrograde overprint. There is no indication of polymetamorphic development in this part of the Mid German Crystalline Rise. The P-T-paths reconstructed in this thesis document a more or less uniform clockwise metamorphic development and, thus, indicate a Barrow-type metamorphism. The P-T-paths of most of the samples show a characteristic course with a phase of nearly isothermal decompression. Some kyanite-bearing samples with a metamorphic peak at temperatures of 620 - 630 °C and pressures of some 6 - 8 kbar are characterized by a somewhat less steep P-T-path. In summary, these new P-T-paths document for the first time the pressure-temperature-history of the Spessart Crystalline Complex this way. The pressure-temperature-paths indicate a relatively quick burial of the rocks at a comparatively low geothermal gradient and a following rapid exhumation from a depth of some 25 - 28 km to 15 - 18 km with a rather low decrease of temperature. This development of the Spessart-Crystalline-Complex fits well into the actual geodynamic model of a collision of a passive margin with a continental arc and agrees with the current conception of the Mid German Crystalline Rise.