Diese Dissertation präsentiert Ergebnisse regionaler Niederschlagsabschätzungen für Namibia bei anthropogen verstärktem Treibhauseffekt, die mit der Methode des Statistischen Downscaling erzielt wurden. Über statistische Transferfunktionen werden Beziehungen zwischen großskaliger atmosphärischer Zirkulation und Namibischen Sommerregen aufgestellt. Dazu werden in einer 30-jährigen Kalibrierungsperiode Hauptkomponenten von Geopotentiellen Höhen verschiedener atmosphärischer Niveaus (300, 500, 1000hPa) mit den Niederschlagsmonatssummen (November bis März) von 84 Namibischen Stationen durch multiple Regressionsanalysen verknüpft, die für jede Station oder alternativ für Gitternetzniederschlagsdaten berechnet werden. Nach der Verifikation der statistischen Zusammenhänge in einem unabhängigen Zeitraum werden Regressionsmodelle jener Stationen bzw. Gitterpunkte selektiert, die mit signifikanten Korrelationen von r>0.4 zwischen beobachteten und modellierten Werten ausreichende Qualität garantieren. Diese Modelle werden eingesetzt, um unter Verwendung simulierter ECHAM3-T42 und ECHAM4tr-T42 Geopotentialdaten den lokalen Niederschlag für die jeweiligen Treibhauseffekt-Szenarien abzuschätzen. Als zusätzliche Methode, um die großskalige atmosphärische Zirkulation mit lokalen Stationsdaten zu verknüpfen, werden kanonische Korrelationsanalysen durchgeführt. Unabhängig von der Verfahrensweise resultieren für Klimabedingungen dreifacher bzw. transient ansteigender CO2-Konzentrationen im Vergleich zu einem Referenzzeitraum (1961-90) zunehmende Niederschläge in den nördlichen und östlichen Teilen Namibias von Dezember bis Februar. In den südlichen und südwestlichen Regionen sind von November bis Januar geringe Abnahmen zu verzeichnen. Die Abschätzungen für März zeigen einen deutlichen Rückgang der Niederschläge in ganz Namibia. Diese Ergebnisse weisen auf eine intensivierte, akzentuiertere Regenzeit hin, auch wenn die Gesamtmenge der Niederschläge unter Bedingungen des anthropogen verstärkten Treibhauseffekts mehr oder weniger gleich bleibt. Daher ist es von besonderer Bedeutung, die Abschätzungen der Niederschlagsänderungen auf monatlicher Ebene durchzuführen. Weitere Untersuchungen beinhalten die Trennung thermischer und dynamischer Effekte in den zur Abschätzung herangezogenen ECHAM3 und ECHAM4 Zirkulationsdaten. Durch die globale Erwärmung kommt es zu einer Anhebung der Geopotentiellen Höhen der Treibhauseffekt-Szenarien. Durch die Korrektur des Uplifting-Prozesses werden dynamisch induzierte Auswirkungen auf das Niederschlagsgeschehen erfasst. Áus der Verwendung uplifting-korrigierter Geopotentialdaten als Prädiktoren in der Downscaling-Prozedur resultieren sowohl im positiven als auch negativen Bereich geringere Änderungsraten in den Abschätzungsergebnissen. Ohne Zweifel reagiert das Klimasystem auf den anthropogen verstärkten Treibhauseffekt. In Bezug auf zukünftige Namibische Sommerregen ist es von besonderer Bedeutung die Auswirkungen des Treibhauseffekts regional und temporal zu differenzieren. / This thesis presents results of regional rainfall assessments in Namibia, under conditions of man-made enhanced greenhouse warming. The results are obtained by statistical downscaling procedures. Relations between large-scale atmospheric circulation and Namibian summer rainfall are established by statistical transfer functions. For this purpose, principle components of geopotential heights of different atmospheric levels (300, 500, 1000hPa) and monthly rainfall data of 84 Namibian stations are linked by stepwise multiple regression analyses for every station, or alternatively for gridded rainfall data. The analyses were done on a monthly basis (November – March) during a 30-year calibration period. After verifying these statistical relations in an independent period, stations, or grids, with regression models of sufficient quality (significant correlation r>0.4 between observed and modeled data) are selected and used to assess local rainfall for greenhouse gas-scenarios from simulated ECHAM3-T42 and ECHAM4tr-T42 geopotential height data. As additional method to connect large scale circulation features with local station rainfall data, canonical correlation analyses are applied. Independent of the procedure, results for climate conditions of threefold respectively transient increase in CO2-concentrations, compared to a reference period (1961-90), show an increase of rainfall in northern and eastern parts of Namibia for December to February. Slight decreases in southern and southwestern regions from November to January are seen. Assessments for March indicate a distinct decrease over the whole country. These findings point to an intensified, more accentuated rainy season, however, the amount of rainfall remains more or less the same under conditions of enhanced greenhouse warming. Therefore it is of special importance to assess rainfall changes on a monthly basis. Further investigations consist of the separation of thermal and dynamical effects in ECHAM3 and ECHAM4 circulation data. Global warming produces a thermal uplifting of the geopotential heights used in climate change scenarios. By correction of this uplifting process, dynamical induced effects of rainfall events are captured. The use of uplifting corrected geopotential heights as predictors in the downscaling procedure in general leads to smaller changes of rainfall in the assessment results, both in positive and negative range. There is no doubt that the climate system reacts to man-made enhanced greenhouse warming. With regard to future Namibian summer rainfall, it is important to differentiate the effects of greenhouse warming on a regional and temporal scale.

There are ample sand dune and sand sheets in the Texas Rolling Plains, U.S.A. Their varied location, morphology and paleosol content pointed to differnces in their historical develpment throughout the Holocene. Younger dunes, so called fence line dunes have been identified as remnants of unsound agricultural practices which just recently formed at the beginning of this century. Correspondingly soils were eroded, in parts, down to the C-horizon in some of these areas. More mature sand were dated with the radiocarbon method and identified having formed during the Altithermal warming period. This study identifies major eolian anthropogenic and climatic reactivation and stabilisation phases in the Rolling Plains of Texas during the Holocene, but also ties them into the existing Southern High Plains and Great Plains climatic record. This study also researched the reasons for the regional and local sand reactivation phases and contributes to the eolian history in the Great Plains region. The outline of this dissertation is oriented towards a comprehensive regional approach in cultural and physical geography. Chapter 1 covers the physiographic setting of the Rolling Plains region including geology, geomorphology, climate and vegetation. Here the prerequisites for eolian activity in the area are explained, followed by the criteria for the selection of the individual study sites. In chapter 2 selected dune fields and sand sheets are introduced. Chapter 3 outlines the methodology as a combination of field research, laboratory analysis and remote sensing techniques, along with a brief interpretation of their application and success rate. Chapter 4 investigates interactive processes between the cultural development and the physical landscape of the region. The next 4 chapters are focusing on research results and interpretation. Chapter 5 interprets the youngest eolian episodes resulting from the cultural de-velopment of the area, including a description and definition of so called "fenceline dunes" and "shinnery motts". Other dunes with very young buried horizons are also described in this chapter, and a comparison with outcrops in the Nebraska Sand Hills is performed. Chapter 6 interprets short-term, cyclic, drought related sand reactivations several hundred years ago by means of a Post Oak (Quercus stellata) tree ring record as established by STAHLE and CLEAVELAND (1988). In chapter 7 older Holocene reactivation cycles are introduced, investigating the idea of the existence of a warmer period, previously named the Altithermal, which so far has only been identified in the Southern High Plains. The last chapter (8) includes a brief statement of the study’s purpose along with the summary and discussion of results presented. This chapter will end with further implications of this research. / In den Rolling Plains von Nordtexas, U.S.A. existieren zahlreiche Dünen und Flugsandvorkommen, die aufgrund unterschiedlicher Lage und Morphologie, sowie durch zwischengeschaltete Paläoböden ihre unterschiedliche Genese erkennen lassen. Anthropogene und klimatisch ausgelöste Desertifikation spielten dabei eine wichtige Rolle. Die für das nordtexanische Klima typischen trockenen Winter und hohen Windgeschwindigkeiten im Frühjahr waren und sind dafür ideale Vorraussetzungen. C14-Datierungen der Paläoböden erlauben die Rekonstruktion einer zeitliche Abfolge der Sandtransportphasen bei diesem Geschehen. Die jüngsten eolischen Reaktivierungen wurde durch die kulturlandschaftliche Entwicklung des Gebietes zum Beginn dieses Jahrhunderts verstärkt. Zeugen dieser Reakivierungen sind sogennante Zaun- und Pseudodünen in der Nähe der Stadt Post. Sie sind Zeugen einer verstärkten anthropogenen Desertifikation. Diese Arbeit identifiziert aber auch ältere Bodenbildungsphasen während des Mittel-Holozäns, die zeitlich ins “Altithermal” fallen. Das Altithermal, nachgewiesen von HOLLIDAY (1995) in den Southern High Plains, wies im Vergleich zu heute größere jährliche Klimaschwankungen und wahrscheinlich auch zahlreichere und ausgeprägtere Dürren auf. Radiocarbondaten von zwei Lokalitäten, die für diese Arbeit untersucht wurden, fallen in den zeitlichen Rahmen des Altithermals. Die verschiedenen Profile des Studiengebietes zeigen, daß die rezenten Böden im allgemeinen auch im Grad des Stadiums der Bodenbildung variieren. Dies könnte darauf hinweisen, das Dürrezeiten immer mit Sandreaktivierungen verbunden sind, jedoch nicht all Gebiete gleichzeitig von derselben Reaktivierungphase beeinflußt werden. Unangepaßte Viehzucht und Ackerbau Techniken, die große Teile der Vegetationsdecke zerstören, tragen dazu bei Sand- reaktivierungen auszulösen. Die in dieser Arbeit erarbeiteten eolischen Reaktivierungs- und Stabilisierungsphasen in den Rolling Plains of Texas können mit eolischen Studien in der Great Plains und High Plains Regionen verglichen werden. Bis zu diesem Zeitpunkt gibt es noch keine umfassende Arbeit, die diese eolischen Reaktivierungsphasen der einzelnen Gebiete im Midwesten der U.S.A. vergleicht. Diese Arbeit ist die erste und einzige Studie dieser Art, die Sandreaktivierungs- und Stabilisierungphasen in den Rolling Plains in Texas erarbeitet hat. Diese Studie ergründet ebenfalls die Ursachen fur eine Reaktivierung auf regionaler als auch auf lokaler Ebene während des Holozäns. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen Vergleiche mit anderen Reaktivierungphasen in Gebieten der gesammten Great Plain Region zu, was zur Holozänen Klimaforschung in diesem Gebiet beitragen kann.

Das Ruhlaer Kristallin (RK) ist Teil der NE-streichenden, variszisch angelegten Mitteldeutschen Kristallinzone. Das RK liegt am Nordwestrand des Thüringer Wald Horstes und wird von der NW-streichenden, variszisch bis rezent aktiven Fränkischen Linie durchschnitten. Die vier strukturell-metamorphen Einheiten (Truse Formation, Ruhla Formation, Brotterode Formation und Zentrales Kristallin) werden von Graniten, Dioriten und subvulkanischen Gängen intrudiert. Zirkondatierungen ergaben, daß das RK vom Silur bis zum Perm von mindestens fünf magmatischen Ereignissen betroffen war. Das älteste magmatische Ereignis um 425 Ma zeigen Zirkone zweier Orthogneise aus der Ruhlaer Formation. Geochemisch ähneln diese Orthogneise Granitoiden, die im Bereich vulkanischer Inselbögen (VAG) intrudieren. Dagegen zeigen die Orthogneise aus dem Zentralen Kristallin ein zweites, deutlich jüngeres magmatisches Ereignis um 405 Ma an. Die spätsilurischen Orthogneise sind I-Typ Granitoide mit Ähnlichkeiten zu VAG, der frühdevonische Orthogneis ist ein A-types Gestein mit Intraplatten-Granit (WPG) Signatur. Nahezu alle Orthogneise haben Zirkone mit deutlich höheren, proterozoischen Alterswerten, die Orthogneis-Protolithe haben demnach bei der Platznahme älteres Krustenmaterial assimiliert und/oder wurden daraus erschmolzen. Das dritte magmatische Ereignis wird mit der kompressiven Phase der Variszischen Gebirgsbildung in Verbindung gebracht und ist durch die Intrusion des Thüringer Hauptgranits um 350 Ma angezeigt. Es handelt sich um einen I-Typ Granit ähnlich denen die an kontinentalen Inselbögen intrudieren. Während der extensionalen Phase der Gebirgsbildung kam es im späten Karbon/ frühen Perm (um 295 Ma) zur Intrusion von zahlreichen Magmatiten. Geochemisch handelt es sich bei den Granitoiden des vierten magmatischen Ereignisses um post-kollisionale A-Typ Granite. Diese werden von Gängen rhyolithischer Zusammensetzung durchschnitten. Die Gänge können dem Spätkarbon/Rotliegend Vulkanismus im Thüringer Wald zugeordnet werden und repräsentieren das fünfte magmatische Ereignis (um 280 Ma) im RK. Die NNE-SSW-streichenden Gänge sind dabei älter als die NW-SE-streichenden Gänge. Eine geochemisch bearbeitete Probe besitzt alkaligranitische Zusammensetzung und zeigt Ähnlichkeit mit WPG. / The Ruhla Crystalline Complex (RCC) is part of the NE-trending Mid-German Crystalline Rise formed during the Variscan Orogeny. It is situated at the northwestern margin of the Thuringian forest horst block and is transected by a late Variscan to recently active NW-trending transcurrent fault system, the Franconian line. The RCC can be subdivided into four structural-metamorphic units (Truse Formation, Ruhla Formation, Brotterode Formation and Central Gneiss Unit) intruded by granitic, dioritic and subvolcanic magmatism. Age determinations on zircons indicate that the RCC was affected by at least five magmatic events between the Silurian and Permian. The first and oldest magmatic event is recorded by zircons from orthogneisses of the Ruhla Formation at about 425 Ma. They belong to the calc-alkaline series and show similarities to volcanic arc granites (VAG). Orthogneisses from the Central Gneiss Unit point to a second, significantly younger magmatic event at about 405 Ma. While late Silurian orthogneisses are I-type granitoides comparable to VAG the early Devonian orthogneiss is an A-type granitoid showing Within-Plate-Granite (WPG) signature. Nearly all orthogneisses contain zircons which yield significantly older, proterozoic ages, indicating assimilation and/or derivation by partial melting of Proterozoic crust. A third magmatic event at about 350 Ma, assumed to be related to the compressive phase of the Variscan Orogeny, is represented by the intrusion of the Thuringian Hauptgranite, an I-type granite similar to continental island arc granites. During the Late Carboniferous to Early Permian at about 295 Ma the RCC was again affected by voluminous magmatism, related to extensional tectonism. The granites are A-type granites and their geochemical pattern display similarities to post-collision granites. Plutonic rocks of the fourth magmatic event are transected by dykes of rhyolitic composition, related to Late Carboniferous and the Rotliegend volcanism in the Thuringian Forest horst block (fifth magmatic event at about 280 Ma). The NNE-SSW-trending dykes are older than the NW-SE-trending dykes. One sample investigated geochemically is alkaligranitic and shows affinities to WPG.

The coast of Aqaba and the Aqaba region (Jordan) were investigated on their hydrogeo-ecosystem. The results of the research were translated into digits to build a geo-spatial data base. The fillings of the graben aquifer receive indirect type of recharge through the side wadis which drain the highlands. Surface water balance was modeled for a period of 20 years of daily climate records using MODBIL program which attributes direct recharge to wet years only. The hydrodynamic fresh water/seawater interface in the coastal zones was investigated by applying vertical geoelectric surveys and models of several methods to confirm its coincidence with the aquifer’s flow amounts, where human impacts in terms of over-pumping allowed more encroachment of seawater into land, and unintended recharge which led to seaward interface migration. A groundwater balance and solute transport were approached by developing a flow model from the hydrogeological and hydrochemical data. The nature of soil cover and aquifer whose physical properties enhance human impacts indicated the vulnerability of groundwater to pollution. This certainly threatens the marine ecology which forms the sink where the in-excess flow ends. The constructed digital background was exported into GIS to sub-zone the study area in terms of the aquifer’s vulnerability to pollution risks using DRASTIC index. However, it was unable to meet all geo-spatial factors that proved to have significant impacts on the vulnerability. Consequently, a comprehensive index -SALUFT- was developed. This suggests the suitable land use units for each zone in the light of vulnerability grades aiming at protecting the available groundwater resources. / Die Küste und die Region von Aqaba (Jordanien) wurde im Hinblick auf ihre Hydrogeo-ökosysteme untersucht. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten wurden in eine digitale Form überführt, um bezüglich der Geofaktoren ein realitätsnahes Abbild der Umgebung zu erzeugen. Der Graben-Aquifer erhält seine Grundwasserneubildung meist indirekt von den Seiten, von denen Wadis ihr Wasser abführen. Die Bilanzierung des Oberflächenwassers wurde aus Tagesklimawerten der letzten 20 Jahre unter Benutzung des Programms MODBIL errechnet. Daraus ergab sich eine Neubildung des Grundwassers nur in feuchten Jahren. Die hydrodynamische Süßwasser-Salzwasser-Mischungsfront im Küstenbereich wurde durch geoelektrische Tiefensondierungen untersucht. Durch Modellierungen mit verschiedenen Methoden wurden Fließgeschwindigkeit und Wassermenge dort mit der des Aquifers in Einklang gebracht, wo durch Überpumpen das Salzwasser weiter ins Landesinnere vordringt. Durch die Entwicklung eines Fließmodells aus den hydrogeologischen und hydrochemischen Daten konnte die Grundwasserbilanzierung und der Stofftransport ermittelt werden. Die Natur des Bodens und des Aquifers, deren physikalische Eigenschaften die Einflüsse durch menschliche Aktivitäten steigern, führt zu einer Anfälligkeit gegenüber Verschmutzung, die die Qualität des Grundwassers verschlechtert. Dies beeinflusst die Ökologie des Meeres, das an den Stellen als Schadstoffsenke dient, an denen die Grundwasserströme enden. Die im Computer erstellte digitale Umgebung wurde dazu genutzt, den Aquifer im Untersuchungsgebiet mit Hilfe von GIS in Zonen unterschiedlicher Verschmutzungs-empfindlichkeit zu unterteilen. Dazu wurde der DRASTIC-Index benutzt. Im Laufe der Untersuchungen zeigte sich allerdings, dass es nicht möglich war, alle Faktoren, die einen signifikanten Einfluss auf das System haben, mit Hilfe dieses Index zu erfassen. Aus diesem Grund wurde der SALUFT-Index entwickelt. Damit wurde es möglich, bezüglich der Verschmutzungsempfindlichkeit für jede Zone die günstigste Art der Landnutzung zu ermitteln, um die verfügbaren Grundwasserressourcen zu schützen.

Der Kaokogürtel in NW-Namibia gehört zu den panafrikanischen Orogensystemen Westgondwanas. Er besteht aus präpanafrikanischen Grundgebirgseinheiten und panafrikanischen vulkano-sedimentären Deckgebirgseinheiten, die einer grünschiefer- bis granulitfaziellen Metamorphose unterlagen. Für Metapelite lassen sich Metamorphosezonen mit aufsteigender Metamorphose von Ost nach West aushalten: Granat-Zone, Staurolith-Zone, Disthen-Zone, ky-sill-mu-Zone, sill-mu-Zone, sill-ksp-Zone, g-cd-sill-ksp-Zone. Mit Hilfe geothermobarometrischer und moderner phasenpetrologischer Methoden (z.B. P-T- Pseudoschnitte) wurden die P-T-Bedingungen ermittelt, die die Metapelite während ihrer tektono-metamorphen Entwicklung durchlaufen haben. Es zeigt sich eine MT-HT/MP Barrow-type Metamorphoseentwicklung im östlichen und zentralen Kaokogürtel sowie eine HT/LP Buchan-type Entwicklung im westlichen Kaokogürtel. Die geodynamische Relevanz dieser Entwicklungen wird diskutiert. / The Kaoko belt in NW-Namibia is part of the Pan-African mobile belt system of western Gondwana. It consists of pre-Pan-African basement rocks as well as Pan-African volcano-sedimentary sequences, wich were subjected to greenschist facies to granulite facies metamorphism. It was possible to distinguish different metamorphic zones for metapelites increasing in grade from east to west: garnet zone, staurolite zone, kyanite zone, ky-sill-mu zone, sill-mu zone, sill-ksp zone, g-cd-sill-ksp zone. To reconstruct the P-T conditions experienced by the metapelites during their tectono-metamorphic evolution conventional geothermobarometry as well as phase petrological methods (e.g. P-T pseudosections) were used. Consequently, two different types of metamorphic evolution can be distinguished: a MT-HT/MP Barrovian-type evolution in the eastern and central Kaoko belt and a HT/LP Buchan-type evolution in the western Kaoko belt. The geodynamic significance of this results is discussed.

Orogene Prozesse in kontinentalen Kollisionszonen werden in zwei- und dreidimensionalen numerischen Modellen auf Basis der Finite-Elemente Methode (FEM) untersucht. Dabei stehen die Verteilung der Deformation innerhalb der Modellkruste, die korrespondierenden Spannungsfelder und die aus Temperaturfelddaten und Partikelpfaden abgeleitete metamorphe Entwicklung von Krustengesteinen im Vordergrund. Die Studie gliedert sich in einen methodischen Teil, umfangreiche Parameterstudien und spezielle Anwendungen auf fossile und rezente Orogene. Kontinentale Kollisionszonen sind - insbesondere in den tieferen Krustenstockwerken – durch hohe Beträge penetrativer Deformation gekennzeichnet. Im methodischen Teil der Arbeit wird eine Technik vorgestellt, mit deren Hilfe Verformungen des beobachteten Umfangs mit dem auf rein LAGRANGEscher Formulierung basierenden kommerziellen FE-Programmpaket ANSYS® modelliert werden können. Die speziell für Fragestellungen orogener Krustendynamik entwickelten Programmpakete OROTRACK bzw. OROTRACK3D umfassen Neuvernetzungs- und Ergebnisverwaltungsalgorithmen, die eine Modellierung von Konvergenzbeträgen bis zu mehreren hundert Kilometern erlauben. Zusätzlich können mittels einer Schnittstelle zu Oberflächenmodellen die Folgen exogener Prozesse auf die orogene Dynamik berücksichtigt werden. Weitere Charakteristika der Modellierungstechnik sind eine vollständige thermomechanische Kopplung, die Anwendung differenzierter Materialeigenschaften für verschiedene Krustenstockwerke sowie die Möglichkeit, die Deformation - den lokal herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen entsprechend - entweder durch spröde oder duktile Materialgesetze zu approximieren. Die zur Beschreibung eines Kollisionsszenarios aufgebrachten Randbedingungen basieren auf den Grundlagen eines Mantelsubduktionsmodells (Willett et al. 1993). In 2D-Modellen wird ebene Verformung in einem Schnitt durch die kontinentale Kruste zweier kollidierender Platten modelliert, die basal einer vom lithosphärischen Mantel aufgeprägten Verschiebung unterliegen. Wird der lithosphärische Mantel der linken Platte an einem Punkt S unter die rechte Platte subduziert, ergibt sich für den linken Modellteil eine horizontale Verschiebung der Modellbasis nach rechts, während im rechten Modellteil keine Verschiebung der Modellbasis erlaubt ist. Im Bereich des Punktes S kommt es zu einer Diskontinuität der basalen Geschwindigkeit und somit zu maximaler Deformation. In publizierten Kollisionsmodellen, die auf ähnlichen Ansätzen beruhen, wird häufig rein sprödes Materialverhalten angenommen oder der duktile Anteil der Kruste durch geringe Krustentemperaturen klein und hochviskos gehalten. Unter diesen Bedingungen kann eng auf das Orogenzentrum lokalisierte Deformation mit einem typischerweise bivergenten Strukturmuster abgebildet werden (Willett et al. 1993 u.a.). Demgegenüber beweist eine erste Reihe zweidimensionaler Parameterstudien eine starke Abhängigkeit des beobachteten Deformationsmusters von den herrschenden Krustentemperaturen und der Konvergenzrate. Bei höheren Krustentemperaturen bildet sich demnach ein Entkopplungshorizont an der Krustenbasis, der für die oberen Krustenstockwerke eine verbreiterte und diffuse Deformationszone bedingt und die erzielte Krustenverdickung limitiert. Über die Verformungsratenabhängigkeit des duktilen Materialverhaltens und den unterschiedlichen Grad thermischer Reequilibrierung innerhalb der verdickten Kruste haben Variationen der Konvergenzrate ähnliche Auswirkungen auf das orogene Deformationsmuster. Verbesserte Modelle mit Neuvernetzungstechnik werden in Parameterstudien getestet, die den Einfluss unterschiedlicher Temperatur-Viskositätsfunktionen auf die Lokalisierung der Deformation und die resultierende synkonvergente Exhumierung metamorpher Gesteine quantifizieren. Ein rheologisches Verhalten, das eine effiziente mechanische Kopplung innerhalb des Krustenprofils gewährleistet, ist demzufolge nicht nur Voraussetzung für lokalisierte Krustenverdickung, sondern auch für rasche Exhumierung von Unterkrustengesteinen durch ein Zusammenspiel von Erosion und isostatischer Hebung. Die Modelle zeigen weiter, dass maximale Exhumierungsbeträge bei rheologisch vergleichsweise festem Verhalten der Unterkruste erzielt werden. Im Einzelnen kann die Variabilität der Versenkungs- und Exhumierungsgeschichte von Materialpunkten im Modellschnitt aus synthetischen PT-Pfaden ersehen werden. Der Wirkungskomplex um Krustentemperaturen, orogene Deformationslokalisierung und synkonvergente Exhumierung ist für die Kollisionsphase der variscischen Orogenese in Mitteleuropa von besonderer Bedeutung. Hochtemperaturmetamorphose und weitverbreitete granitoide Intrusionstätigkeit sind hier Ausdruck hoher Krustentemperaturen; dennoch sind an den Grenzen der klassischen tektonometamorphen Einheiten - im Bereich von Schwarzwald und Vogesen sowie der Mitteldeutschen Kristallinschwelle (MDKS) - eng lokalisierte Teilorogene mit bivergentem Strukturmuster sowie eine rasche synkonvergente Exhumierung amphibolitfazieller Gesteine dokumentiert. Ein solches Nebeneinander ist aus Sicht der Parameterstudien nur durch eine vergleichsweise hochviskose Unterkrustenrheologie zu erklären. In einer Fallstudie zur MDKS kommen in neueren experimentellen Arbeiten bestimmte Kriechparameter (Mackwell et al. 1998) zur Anwendung, mit denen ein derartiges Materialverhalten simuliert werden kann. Der in den reflexionsseismischen Profilen DEKORP 2N und 2S dokumentierte großmaßstäbliche Strukturbau im Bereich des rhenohercynischen Falten- und Überschiebungsgürtels, der MDKS und des saxothuringischen Beckens, sowie die an heute exhumierten Gesteine bestimmten metamorphen Maximalbedingungen können auf dieser Grundlage numerisch reproduziert werden. Eine Erweiterung der Modellierungstechnik auf dreidimensionale FE-Modelle dient der Berücksichtigung orogenparalleler Deformation, die im Randbereich von Kollisionszonen in effektivem Materialtransport resultieren kann; diese Prozesse sind u.a. als „tectonic escape“ (Burke & Sengör 1986) oder „lateral extrusion“ (Ratschbacher et al. 1991b) beschrieben worden. Unter der Annahme orthogonaler Konvergenz wird im 3D-Modell der Mantelsubduktionsansatz der 2D-Modelle zunächst in orogenparalleler Richtung extrudiert (Randbereich des Kollisionsorogens). Im angrenzenden, hinteren Teil des Modells (laterales Vorland des Kollisionsorogens) ist die Modellbasis dagegen keiner Verschiebung oder Fixierung unterworfen. Die Modellränder unterliegen hier einer sogenannten „no-tilt“-Bedingung, die eine differentielle Horizontalverschiebung initial übereinanderliegender Knoten verbietet. In einer Reihe von Parameterstudien werden das kinematische Muster, die räumliche Verteilung der Deformation und die zeitlichen Variationen des oberflächlichen Spannungsfelds untersucht, die sich bei modifizierten Randbedingungen ergeben. Laterale Extrusion ist demnach im Randbereich von Kollisionsorogenen trotz unterschiedlichster Modellszenarien stets präsent. Da die Lateralbewegungen zeitgleich mit der Kollision einsetzen und im Laufe der weiteren konvergenten Krustenverkürzung nur wenig beschleunigt werden, ist der von horizontalen Kräften ausgelöste „tectonic escape“ der dominierende Prozess, während gravitativ induzierte Bewegungen nur eine sekundäre Rolle spielen. Rigide Modellränder in Teilen des lateralen Vorlands modifizieren sowohl Umfang als auch Verteilung der Horizontalbewegungen, ihre Auswirkungen auf das Orogen selbst sind dagegen vergleichsweise gering. Variationen der Krustentemperaturen, der Konvergenzrate und der Unterkrustenrheologie beeinflussen dagegen sowohl die orogene Deformation als auch die des lateralen Vorlands. Unter der Annahme einer festen, isotropen Kopplung zwischen der Krustenbasis und dem bewegten lithosphärischen Mantel werden Extrusionsraten simuliert, die 30% der Konvergenzrate nicht überschreiten. Bis zu 70% können dagegen erreicht werden, wenn eine orogenparallele Beweglichkeit der Modellbasis gestattet wird. Die überragende Bedeutung dieser basalen Randbedingung erlaubt eine Interpretation des miozänen lateralen Extrusionsereignisses in den Ostalpen (z.B. Ratschbacher et al. 1991a). Wenn im Bereich der heutigen Ostalpen zu Beginn der lateralen Extrusion noch kein orogene Topographie bestand (Frisch et al. 1998), fand laterale Extrusion zeitgleich mit bedeutender Krustenverdickung statt; dies spricht für eine Dominanz des von horizontalen Kräften induzierten Prozesses „tectonic escape“ über gravitatives Kollabieren. In jedem Fall legt das in etwa ausgeglichene Verhältnis zwischen Plattenkonvergenz und lateraler Extrusion die Existenz eines basalen Entkopplungshorizonts nahe. Andere Faktoren, die zur Erklärung des Extrusionsereignisses herangezogen werden, z.B. die Indentation der Südalpen oder ein extensives Regime im Bereich des Pannonischen Beckens, können das Deformationsmuster beeinflusst haben, die beobachteten Verschiebungsbeträge sind damit jedoch aus Sicht der Modellstudien nicht plausibel zu machen. Aufgrund ihres großen Maßstabs lassen sich die Verhältnisse bei der Kollision Indiens mit der Eurasischen Platte bislang nur phänomenologisch mit den Modellergebnissen vergleichen. Eine skalierte Fallstudie bleibt somit eine Herausforderung für zukünftige FE-Modelle. / Orogenic processes in continental collision zones are studied by means of two- and three-dimensional numerical models based on the finite-element method (FEM). Special emphasis is laid on the crustal strain distribution, the corresponding stress field, and the metamorphic evolution of crustal rocks which can be determined by analyzing particle paths and temperature field data. The study comprises the description of a new modelling approach based on commercial software, extensive parameter studies and implications for fossil and recent orogens. The methodical part of the work focuses on the task to handle large penetrative deformation observed during orogenies using the commercial FE software package ANSYS® which is based on an updated Lagrangian formulation. Limitations inherited by this approach are overcome by using a remeshing technique. The software package OROTRACK and OROTRACK3D is developed to model orogenic deformation and comprises remeshing, mapping and tracking algorithms. Combined with ANSYS® they are capable of describing total plate convergence up to amounts of several hundreds of kilometers. A surface model inteface allows taking into consideration the effect of erosion on collisional mechanics. Additionally, the models presented in this study are characterized by full thermomechanical coupling, specific material properties describing different crustal layers, and the capability to switch between brittle and ductile material laws depending on current stress and temperature conditions. 2d models represent a vertical section cutting the continental crust of two colliding plates at an orientation perpendicular to the evolving orogen. Based on the mantle subduction approach (Willett et al. 1993) the lithospheric mantle which is not a part of the model itself exerts a basal velocity boundary condition on the crustal scale model. Assuming an asymmetric subduction of the lithospheric mantle of the left plate beneath the right plate’s mantle taper occurring at a point S, the basal FE nodes of the left model half are moved by a horizontal displacement whereas the right part basal nodes are fixed horizontally. The discontinuity of the basal boundary condition at S typically results in a local high strain area. Published modelling studies with similar boundary conditions frequently are based on the assumption of purely brittle deformation (analog models) or keep the ductile domain small and highly-viscous by low crustal temperatures. Under these conditions, orogenic deformation is highly localized and typically shows a bivergent pattern rooting in S and forming the boundary of a central pop-up structure. In contrast, a number of model runs performed without applying the remeshing option demonstrates that raised crustal temperatures result in a decoupling layer at the base of the crust, a widened and indistinct zone of mid to upper crustal deformation, and, subsequently, in only small amounts of crustal thickening. Variations of convergence rates show a similar effect on strain localization which is caused by the strain rate dependence of power law creep and variable degrees of thermal reequilibration in the thickened domain. Improved models with remeshing technique are evaluated during parameter variations quantifying the influence of different temperature-viscosity functions on strain localization and the resulting syncollisional exhumation of metamorphic rocks. It is shown that a rheological behaviour which promotes efficient mechanical coupling all over the crustal profile is a requirement not only for localized crustal thickening but also for rapid exhumation of lower crustal rocks by an interaction of isostatic forces and surface erosion. Exhumation becomes most powerful when a relatively low-viscous upper crust is combined with a relatively stiff lower crust. In detail, systematic variations of the burial and exhumation history of different marker points along the model section can be illustrated by synthetic PTt data. The correlation between crustal temperatures, orogenic strain localization and syncollisional exhumation is of great importance for the late collisional events in the Variscan orogeny in Central Europe. There, high temperature/ low pressure metamorphism and widespread granitoid intrusions document high crustal temperatures. On the other hand, localized bivergent orogenic structures mark the boundaries between the tectonometamorphic units at the region of Schwarzwald and Vosges as well as the Mid German Crystalline Rise (Mitteldeutsche Kristallinschwelle, MDKS). Strain localization and synconvergent exhumation of amphibolite grade metamorphic rocks in these areas can be only explained by assuming a lower crustal rheology much stiffer than previously estimated. Creep parameters determined in recent laboratory studies (Mackwell et al. 1998) are capable of supporting rheologies of that kind and are applied in a case study focusing on the MDKS. Under these assumptions, metamorphic peak pressures and temperatures from the Rhenohercynian fold and thrust belt, the MDKS itself, and the Saxothuringian basin as well as the main structural pattern derived from the reflection seismic profiles DEKORP 2N and 2S are well reproduced by the numerical model. An expansion of the modelling technique to 3d FE models aims at taking orogen-parallel deformation into consideration which can result in prominent transport of rocks towards the lateral foreland areas of collisional belts; these processes have been described as tectonic escape (Burke & Sengör 1986) or lateral extrusion (Ratschbacher et al. 1991b). Given the assumption of orthogonal convergence, the 2d mantle subduction model is extruded in orogen-parallel direction to build a three-dimensional crustal block (marginal area of the collision zone). In the adjacent rear part of the model (lateral foreland of the collison zone), basal nodes are no longer object of the velocity boundary condition or fixation, respectively. The model margins obey a no-tilt-requirement preventing differential horizontal displacements of nodes initially on top of each other. Depending on the geodynamic scenario characterizing the marginal area, further boundary conditions like plate boundary forces or rigid buttresses can be defined. A set of model runs is used to gain quantitative insight into the effect of different parameters and boundary conditions on the resulting kinematic pattern, the spatial distribution of strain as well as temporal variations of the surface stress field. According to the modelling results, lateral extrusion is a common process in the marginal area of orogenic belts since it is present in all modelled scenarios. As lateral motions start contemporaneously with the onset of collision and are only slightly accelerated during further convergence, tectonic escape driven by horizontal forces seems to be a more powerful process than gravitational spreading. Rigid model margins surrounding parts of the lateral foreland modify the amount as well as the distribution of horizontal motions but their effect on the orogen itself is rather small. Variations in crustal temperatures, convergence rates, and lower crustal rheology effect both orogenic and lateral foreland deformation. Assuming an isotropic coupling mechanism between the crust and the lithospheric mantle, extrusion rates no higher than 30% of the current convergence rate can be modelled. As much as 70% are reached when the model base is allowed to move laterally. The significance of this basal boundary condition allows to interpret the Miocene lateral extrusion event in the Eastern Alps (z.B. Ratschbacher et al. 1991a). If there was no mountaineous topography in the Eastern Alps area before the onset of lateral movements (Frisch et al. 1998), the lateral extrusion was contemporaneous with prominent crustal thickening and should be induced rather by tectonic escape than by gravitational collapse. In each case, the almost 1:1 ratio of convergence vs. lateral extrusion implies the existence of a basal decoupling horizon. Other proposed causes like the indentation of the Southern Alps or an extensive regime in the Pannonian basin could have modified the resulting structural pattern but fail to explain the dimension of lateral motions by a factor of 2. Due to the large scale of the Indian-Eurasian collision, modelling results can only be compared phenomenologically with tectonic escape in Eastern Asia. A scaled case study therefore remains a great challenge for future FE modelling.

In north-western Namibia the fills of the Karoo-Etendeka depositories can be subdivided into (1) a Carboniferous-Permian, (2) a Triassic-Jurassic and (3) a Cretaceous megasequence, each recording extensional periods related to successive rifting phases in the evolving South Atlantic. The tectonic environment of the depositories in north-western Namibia changes successively from the coast towards the continental interior, which is reflected by the facies distribution and the position of time-stratigraphic gaps. Close to the present-day coastline synsedimentary listric faults, trending parallel to the South Atlantic rift (N-S), caused the formation of wedge shaped sediment bodies. Here, the Karoo Supergroup is only represented by the Permian succession in the Huab area. A hiatus within the Permian can be recognised by the correlation with the main Karoo Basin in South Africa and the Brazilian Paraná Basin. This stratal gap correlates with a pre-Beaufort Group unconformity in the main Karoo Basin that might be related to an orogenic pulse in the Cape Fold Belt. The Permian succession itself is unconformably overlain by the Lower Cretaceous Etendeka Group. This hiatus extending from the Upper Permian to the Lower Cretaceous has probably been induced by a combination of rift shoulder uplift and additional crustal doming associated with Etendeka flood volcanism. The enhanced tectonism during the Early Cretaceous controlled accommodation space for the alluvial-fluvial and aeolian deposits of the lower Etendeka Group. Disconformities within those deposits and the overlying lava succession attribute to distinct phases of tectonic and volcanic activity heralding the South Atlantic breakup. Towards the south-east, the Karoo succession becomes successively more complete. In the vicinity of Mt. Brandberg Early Triassic strata (Middle Omingonde Formation) follow disconformably above the Upper Permian/Lowermost Triassic Doros Formation. The sedimentation there was essentially controlled by the SW-NE trending Damaraland Uplift. South of the Damaraland Uplift the SW-NE trending Waterberg-Omaruru Fault zone is interpreted as a sinistral oblique-slip fault that compartmentalised the South Atlantic rift. This fault controlled accommodation space of the entire Triassic Omingonde Formation and the Early Jurassic Etjo Formation in its associated pull-apart and transtension structures. A locally well developed angular unconformity defines a hiatus between the two formations. Correlation with the main Karoo Basin in South Africa confirms that this gap is of a regional extent and not only a local, fault induced feature. Furthermore, it might also correlate with an orogenic pulse of the Cape Fold Belt. In general, the Mesozoic megasequences record the long-lived history of the southern Atlantic rift evolution. Rifting has been controlled by orogenic pulses derived from the Samfrau active margin throughout the Mesozoic. The associated intracratonic E-W extension caused the formation of grabens and conjugated oblique-slip zones. The generation of voluminous flood basalts marks the climax of intracratonic extension that was accompanied by enhanced uplift of the rift shoulders. / Das Mesozoikum in Nordwest-Namibia gliedert sich in (1) eine karbonisch-permische, (2) eine triassisch-jurassische und (3) eine kretazische Megasequenz, welche die Entwicklung des südatlantischen Rifts widerspiegeln. Die tektonische Position der karoo-zeitlichen Ablagerungsräume Nordwest-Namibias verändert sich sukzessive von der Küste bis ins Innere des Kontinents, welches sich in der Verbreitung und Größenordnung mehrerer Hiaten ausdrückt. So dominieren in der Küstenregion listrische Störungen, die dem N-S Trend des südatlantischen Rifts folgen. Dabei zeigen keilförmige Geometrien assoziierter Sedimentkörper den syn-sedimentären Charakter dieser Störungen an. In der küstennahen Region ist die Karoo Abfolge nur durch permische Sedimente in der Huab Region überliefert. Eine Diskordanz innerhalb des Perms läßt sich aus der Korrelation mit zeitäquivalenten Ablagerungen im Großen Karoo Becken Südafrikas und dem Paraná Becken Südamerikas herleiten. Wahrscheinlich hängt dieser Hiatus mit einem orogenen Impuls im Kap-Ventana Faltengürtel zusammen. Die permische Abfolge ist wiederum diskordant überlagert von der unterkretazischen Etendeka Gruppe. Dieser Trias und Jura umfassende Hiatus ist vermutlich durch die Anhebung der südatlantischen Riftschulter verursacht worden. Die damit verbundene hohe tektonische Aktivität drückt sich deutlich in der Fazies- und Mächtigkeitsverteilung der unterkretazischen sedimentären Ablagerungen und Laven aus. Dabei spiegeln mehrere Diskonformitäten einzelne Phasen tektonischer und vulkanischer Aktivität wider, welche die bevorstehende Öffnung des Südatlantiks ankündigen. Südöstlich der Huab Region wird die Karoo Abfolge zunehmend vollständiger. So ist im Bereich des Brandberges bereits die triassische Omingonde Formation vertreten, während noch weiter im Südosten die unterjurassischen Sandsteine des Waterberg Gebietes hinzukommen. Die Sedimentation in diesem Raum wurde maßgeblich durch das SW-NO streichende Damaralandhoch beeinflußt. Südlich des Damaralandhochs stellt die prominente SW-NO streichende Waterberg-Omaruru Störungszone eine Transferzone dar, die das Südatlantikrift unterteilt. Entlang dieser Transferzone erreicht die triassische und jurassische Abfolge ihre höchsten Mächtigkeiten, welches durch eine erhöhte Subsidenz innerhalb verschiedener Extensionsbecken begründet ist. Eine entlang der Transferzone zu beobachtende Diskordanz zwischen der triassischen Omingonde Formation und der unterjurassischen Etjo Formation ist nicht nur von lokaler Bedeutung, sondern korreliert mit einer entsprechenden Diskordanz im Großen Karoo Becken Südafrikas. Letztere läßt sich wiederum einem orogenen Impuls im Kap-Ventana Faltengürtel zuordnen.

Schummerungen sind heutzutage die anschaulichste und am weitesten verbreite Methode zur Darstellung des Reliefs in der Kartenebene. Analytische Verfahren zur Herstellung einer Schummerung finden sich meist im Kontext von Geoinformationssystemen, von denen eine große Vielzahl auf dem Markt erhältlich ist - darunter auch zunehmend Open-Source-Programme. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel der Arbeit sowohl den Funktionsumfang als auch die Möglichkeiten und Grenzen der Reliefdarstellung ausgewählter kommerzieller und freier Produkte zu untersuchen und zu vergleichen. Speziell wurden die Möglichkeiten zur Erstellung einer Reliefschummerung, farbiger Höhenschichten und Maskierung flacher Gebiete untersucht. Dafür wurden verschiedene Vergleichskriterien eingeführt nach denen zwei Beispielregionen, sowohl auf Meso- als auch auf Mikroebene, bearbeitet und bewertet wurden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass kommerzielle Produkte generell die anspruchsvolleren Schummerungen generieren und Open-Source Produkte keine Alternative für qualitativ hochwertige, kartographische Anliegen darstellen. Allerdings müssen die Einstellungen in den meisten Fällen manuell sowohl an das Programm als auch an den Kartenausschnitt angepasst werden. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen sind anschaulich in Tabellen mit abschließendem Fazit am Ende der Arbeit zusammengefasst.

Starke Niederschläge im Sommer 2010 führten in Sachsen nicht nur zu regional bedeutsamen Hochwassern, sondern auch zu flächendeckend stark erhöhten Grundwasserständen. Der Bericht dokumentiert die Analyse der Grundhochwassersituation im Winter 2010 bis zum Frühjahr 2011 für den Freistaat Sachsen. Dabei wurden neben Niederschlags-, Abfluss- und Temperaturdaten auch Ganglinien von 126 weitgehend anthropogen unbeeinflussten Grundwassermessstellen des staatlichen Messnetzes statistisch ausgewertet. Mit Hilfe hydrogeologischer Karten wurden regionale Besonderheiten und der Einfluss von Braunkohlenbergbau und Wasserschutzgebieten betrachtet. Die daraus abgeleiteten Grundwasserstandsentwicklungstypen konnten hydrogeologischen Teilräumen zugeordnet werden.

The primary objective of this research was to evaluate the potential for monitoring forest change using Landsat ETM and Aster data. This was accomplished by performing eight change detection algorithms: pixel post-classification comparison (PCC), image differencing Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Soil-Adjusted Vegetation Index (SAVI), Transformed Difference Vegetation Index (TDVI), principal component analysis (PCA), multivariate alteration detection (MAD), change vector analysis (CVA) and tasseled cap analysis (TCA). Methods, Post-Classification Comparison and vegetation indices are straightforward techniques and easy to apply. In this study the simplified classification with only 4 forest classes namely close forest, open forest, bare land and grass land was used The overall classification accuracy obtained were 88.4%, 91.9% and 92.1% for the years 2000, 2003 and 2006 respectively. The Tasseled Cap green layer (GTC) composite of the three images was proposed to detect the change in vegetation of the study area. We found that the RBG-TCG worked better than RGBNDVI. For instance, the RBG-TCG detected some areas of changes that RGB-NDVI failed to detect them, moreover RBG-TCG displayed different changed areas with more strong colours. Change vector analysis (CVA) based on Tasseled Cap transformation (TCT) was also applied for detecting and characterizing land cover change. The results support the CVA approach to change detection. The calculated date to date change vectors contained useful information, both in their magnitude and their direction. A powerful tool for time series analysis is the principal components analysis (PCA). This method was tested for change detection in the study area by two ways: Multitemporal PCA and Selective PCA. Both methods found to offer the potential for monitoring forest change detection. A recently proposed approach, the multivariate alteration detection (MAD), in combination with a posterior maximum autocorrelation factor transformation (MAF) was used to demonstrate visualization of vegetation changes in the study area. The MAD transformation provides a way of combining different data types that found to be useful in change detection. Accuracy assessment is an important final step addressed in the study to evaluate the different change detection techniques. A quantitative accuracy assessment at level of change/no change pixels was performed to determine the threshold value with the highest accuracy. Among the various accuracy assessment methods presented the highest accuracy was obtained using the post-classification comparison based on supervised classification of each two time periods (2000 -2003 and 2003-2006), which were 90.6% and 87% consequently.