Im Schatten der ausklingenden variszischen Gebirgsbildung erschütterten katastrophale Supervulkanausbrüche vor ca. 300 Millionen Jahren das Spätpaläozoikum Mitteleuropas. Östlich von Leipzig erstreckt sich auf einer Gesamtfläche von 2.000 km² (ca. 10 % der Fläche des Freistaates) der Nordsächsische Vulkanitkomplex, welcher mindestens zwei große Calderen beinhaltet: 1) das Wurzener und 2) das Rochlitzer Vulkansystem. Wobei die Gesteine des Rochlitzer Vulkansystems die größte Verbreitung finden. Ablagerungen dieser intrakontinentalen und großvolumigen Eruptionen dienten zahlreichen historischen Bauwerken als Baustoff. Redaktionsschluss: 27.04.2020

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Randwertprobleme zur Beschreibung der Ausbreitung magnetotellurischer Felder mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode numerisch gelöst. Die zwei- und dreidimensionalen Randwertprobleme zur Simulation des elektrischen oder des magnetischen Feldes, des magnetischen Vektorpotentials und des elektrischen Skalarpotentials, des magnetischen Vektorpotentials allein oder des anomalen magnetischen Vektorpotentials werden aus den Maxwell-Gleichungen hergeleitet. Auf Grundlage von Anwendung der Konvergenztheorie auf die Finite-Elemente-Lösung werden Konvergenzstudien für zweidimensionale Modelle des homogenen und des geschichteten Halbraums sowie für das dreidimensionale COMMEMI 3-D-2-Modell durchgeführt. Diese werden genutzt, um die Randwertprobleme hinsichtlich ihrer Effizienz zu bewerten. Außerdem liefern Konvergenzstudien eine Abschätzung des lokalen Fehlers der numerischen Lösung für ein realitätsnahes Modell des Vulkans Stromboli und seiner Umgebung, welches digitale Geländedaten enthält. / This thesis presents the numerical finite-element solution of different formulations of the magnetotelluric boundary value problem. Based on Maxwell\'s equations, the two-dimensional and three-dimensional boundary value problems are derived in terms of the electric or the magnetic field, the magnetic vector and the electric scalar potential, the magnetic vector potential only, or the anomalous magnetic vector potential. To evaluate their efficiency, convergence studies are performed for the two-dimensional models of the homogeneous and the layered halfspace as well as for the COMMEMI-3-D-2 model. Moreover, convergence studies yield estimates of the local error of the numerical solution for a close-to-reality model of Stromboli volcano incorporating digital terrain data.

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Randwertprobleme zur Beschreibung der Ausbreitung magnetotellurischer Felder mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode numerisch gelöst. Die zwei- und dreidimensionalen Randwertprobleme zur Simulation des elektrischen oder des magnetischen Feldes, des magnetischen Vektorpotentials und des elektrischen Skalarpotentials, des magnetischen Vektorpotentials allein oder des anomalen magnetischen Vektorpotentials werden aus den Maxwell-Gleichungen hergeleitet. Auf Grundlage von Anwendung der Konvergenztheorie auf die Finite-Elemente-Lösung werden Konvergenzstudien für zweidimensionale Modelle des homogenen und des geschichteten Halbraums sowie für das dreidimensionale COMMEMI 3-D-2-Modell durchgeführt. Diese werden genutzt, um die Randwertprobleme hinsichtlich ihrer Effizienz zu bewerten. Außerdem liefern Konvergenzstudien eine Abschätzung des lokalen Fehlers der numerischen Lösung für ein realitätsnahes Modell des Vulkans Stromboli und seiner Umgebung, welches digitale Geländedaten enthält. / This thesis presents the numerical finite-element solution of different formulations of the magnetotelluric boundary value problem. Based on Maxwell\'s equations, the two-dimensional and three-dimensional boundary value problems are derived in terms of the electric or the magnetic field, the magnetic vector and the electric scalar potential, the magnetic vector potential only, or the anomalous magnetic vector potential. To evaluate their efficiency, convergence studies are performed for the two-dimensional models of the homogeneous and the layered halfspace as well as for the COMMEMI-3-D-2 model. Moreover, convergence studies yield estimates of the local error of the numerical solution for a close-to-reality model of Stromboli volcano incorporating digital terrain data.

The thesis presents research on recent hydrothermal discharge features in a shallow marine hydrothermal system. It aims to clarify their occurrence, genesis, and preservation potential. A facies model is developed, being based on the processes involved in the formation and the prevailing lithofacies. It describes six major groups: channels, fractures, tubes, cones, bowls, and lineaments. Each of these groups subdivides into numerous facies types according to the cements or mineral precipitates prevailing. To clarify the rather complex formation processes of hydrothermal discharge features, genetic models for each facies are proposed. An integrated evolutionary model is developed considering the temporal evolution of the major types of hydrothermal discharge features in the Panarea system and their preservation potential. Confirming presumptions of former, preliminary data, the first documentation of secure paleo-evidences of such hydrothermal discharge features is presented.:1. Introduction ....11 1.1. Preamble .....11 1.2. Research questions, objectives, and hypotheses ......................................... 12 2. State of research - seafloor hydrothermal systems ................................ 15 2.1. Hydrothermal deposits in general ................................................................. 15 2.2. Deep-sea environments ............................................................................... 16 2.3. Shallow-water systems and their preservation potential ............................... 17 3. Panarea Island - the area of investigation ................................................ 20 3.1. The hydrothermal system of Panarea Island ................................................ 20 3.2. Fluid discharge features in Panarea ............................................................. 30 3.3. Study sites .................................................................................................... 34 4. Materials and methods ............................................................................... 40 4.1. Underwater research .................................................................................... 40 4.2. Field methods ............................................................................................... 41 4.3. Laboratory methods ..................................................................................... 44 5. Results ........................................................................................................ 47 5.1. Prevailing lithologies ..................................................................................... 47 5.1.1. Hardrocks ..................................................................................................... 47 5.1.2. Sedimentary rocks ........................................................................................ 51 5.1.3. Sediments .................................................................................................... 54 5.1.4. Cements ....................................................................................................... 58 5.2. Underwater investigation sites and findings ................................................. 66 HYDROTHERMAL FLUID DISCHARGE FEATURES IN PANAREA, ITALY PAGE 10 | 174 5.2.1. Area 26 ......................................................................................................... 66 5.2.2. Basiluzzo ...................................................................................................... 75 5.2.3. Black Point ................................................................................................... 77 5.2.4. Bottaro North ................................................................................................ 79 5.2.5. Bottaro West ................................................................................................. 81 5.2.6. Cave ............................................................................................................. 84 5.2.7. Fumarolic Field ............................................................................................. 87 5.2.8. Hot Lake ....................................................................................................... 89 5.2.9. La Calcara .................................................................................................... 92 5.2.10. Point 21 ........................................................................................................ 98 5.2.11. Subaerial locations ..................................................................................... 100 5.3. Summarizing tables .................................................................................... 104 6. Interpretation ............................................................................................ 106 6.1. Discharge features and secondary processes ............................................ 106 6.1.1. Complex genesis and development of discharge features and their occurrence throughout the system ............................................................. 119 6.1.1.1. Cones, bowls, and lineament structures ..................................................... 119 6.1.1.2. Tubes ......................................................................................................... 128 6.2. Preservation potential and paleo-record ..................................................... 138 7. Conclusion and Discussion .................................................................... 141 7.1. General context of the formation of hydrothermal discharge features in Panarea ...................................................................................................... 141 7.2. Evolution of hydrothermal discharge features in Panarea .......................... 142 7.3. Comprehensive summary ........................................................................... 145