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.

Human-environment interaction has significantly altered the pedosphere since the Neolithic, if not since the early Holocene. In the course of clearance, agriculture, and (wood) pasture soils have been deeply modified or eroded. These types of land use practices but above all forms of sedentariness spread alongside floodplains and trajectories were oriented towards loess covered areas where fertile soils could develop. Besides this, also peripheral / marginal regions were settled due to population pressure or other factors. Evidence for landscape history and development can be found within archeological sites but also overbank deposits and anthropogenic slope deposits document vast transformation processes. The presented investigations took place within the natural region of the Windsheimer Bucht which is locat-ed in the district of Middle Franconia in northern Bavaria, Germany. In this area, Holocene soils predomi-nantly developed within mudstones of the Middle to Upper Triassic. The soil texture is extremely clay-rich which renders the soils problematic with regard to cultivation management. As a peculiarity, the gypsum underlying the mudstones is prone to karstification processes and resulting proceeding geomorphological processes shape the surface of the landscape. In the course of gypsum mining the karst forms are being exposed and archeological findings are being documented. The latter mainly date back to a span from the Neolithic to the Iron Age, but partly are of Younger Paleolithic origin. Especially subsidence sinkholes are capable of storing pedosediments of several meters in thickness. Despite the high clay content and connect-ed pedoturbation processes, the excavated sequences are stratigraphically and pedologically well-differentiated. The archives occur in the context of settlement structures such as pits and postholes; there-fore, they developed at the interface of natural developments and human impact on their surroundings. The main original research questions that were formulated within the general frame of a project funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG-projects Te295/15-1 and -2 and Fa390/9-1 and -2) focused on the attractors of the peripheral region for early settlers, the pedological conditions before land use, but also the impact of humans on soils and karst dynamics through time. In the course of the in hand study, the pedosedimentary archives have been approached with a multimethodological toolset which consisted of field analyses, soil morphological analyses from micro- to macro-scale, spectrophotometric (color), (laser) granulometric, and (iron-) pedochemical analyses. The numerical chronological frame was spanned by radiocarbon dating of different organic remains and bulk material if soil organic carbon was supposed-ly high. The result is a multi-dimensional data set that consists of analyses on different spatial scales but also on different levels of measurement. Thus, qualitative, semi-quantitative, and quantitative data consti-tute the basis for discussion. While the grain-size analyses underline the general sedimentological differen-tiation of the records and further affirm the high clay content within the pedosedimentary layers, iron-pedochemical analyses indicate an interplay between oxidation of iron and its chemical reduction. This is also manifested within the spectrophotometric record. Especially the versatile pedogenic characteristics that have been identified by field analyses are confirmed within the thin sections and, by considering all different analyses, the polygenic character of the pedosediments is emphasized. After stressing the general pedological specificities among the different investigated sites within the re-search area, for the collected data, the research further branches into the subjects of general notions on pedogenesis in clayey material and the classification of the respective pedosediments according to paleo-pedological concepts but also recent schemes. Concerning the latter, it becomes evident that established principles cannot be applied to the studied pedosediments without major adaptions. This underlines the specific characteristics of the material. The basis for further interpretations is the evaluation of the multi-level data set for the single records with regard to profile development and pedogenic processes. Hereby, the main drivers of pedogenesis could be identified, which are karst dynamics, land use, and subtle changes in parent material due to the admixture of slope deposits that contain allochthonous eolian material. The latter underlines the importance of Pleis-tocene preconditioning for understanding Holocene landscape dynamics. At the same time, a differentia-tion between the mentioned factors and Holocene climate development is difficult. The following compila-tion of record and localities within the given time frame unveils synchronous as well as asynchronous de-velopments; however, a clear connection between phases of Holocene climate and pedogenesis within the pedosediments cannot be established. Instead, it becomes evident that site specific factors or those that act on the scale of the micro-catchment of the investigated records are decisive. The aforementioned main topics of the project are also considered in the in hand study from a soil-geographic perspective: it is possible that before land use, there was an insular or thin cover by loess sedi-ments or at least upper layers (according to the concept of periglacial cover beds) which constituted the parent material for Holocene soil formation. The according soils, which were superior for agricultural purposes compared to those developed on the autochthonous mudstones, were eroded which exposed the clayey Upper to Middle Triassic beds. Erosion was aggravated due to the impermeable mudstones which enhanced overland flow and interflow within the overlying silty (loessic) material. This is further support-ed by the notions on erodibility of the clayey material that are derived from the comparison of conven-tional and laser granulometric analyses: probably, the clayey pedosediments are capable of forming micro-aggregates that can easily be eroded during heavy rainfall events despite the general consent that material with heavy texture should be rather resistant. The study presents a comprehensive view on clay-rich pedosediments and the complex effects of human-environment interaction on pedogenic as well as sedimentary processes through time that have not been investigated in such detail before. In this context, the multi-level soil morphological analyses and their necessity for a genetic interpretation with regard to the influence of natural versus anthropogenic factors need to be emphasized. Based on quantitative laboratory analytical data only, a respective differentiation would not be possible. This underlines the importance of the chosen soil-geographic multi-methodological approach for answering questions with regard to human-environment interaction but also geoarcheology in general. / Seit dem Neolithikum, wenn nicht sogar seit dem frühen Holozän, hat die Interaktion des Menschen mit seiner Umwelt einen erheblichen Einfluss auf die Pedosphäre: Unter Rodung, Ackerbau und (Wald ) Wei-dehaltung wurden die Böden stark verändert oder erodiert. Diese Art der Landnutzung, aber vor allem Formen von Sesshaftigkeit verbreiteten sich entlang der großen Flüsse und orientierten sich in Richtung lößbedeckter Gebiete, wo fruchtbare Böden vorhanden waren. Daneben wurden aber auch Ungunsträume aufgrund von Bevölkerungsdruck oder anderen Faktoren besiedelt. Belege für die Landschaftsgeschichte und -entwicklung finden sich in archäologischen Funden, aber auch Auensedimente und Kolluvien / Kollu-visole dokumentieren weitreichende Transformationsprozesse. Die vorgestellten Untersuchungen sind im Naturraum der Windsheimer Bucht angesiedelt, die im Regie-rungsbezirk Mittelfranken in Nordbayern liegt. In diesem Gebiet sind die holozänen Böden überwiegend in Tonsteinen des Unteren und Mittleren Keupers entwickelt. Folglich sind die Bildungen extrem tonhaltig, was sie für die landwirtschaftliche Nutzung problematisch macht. Der im Liegenden der Tonsteine befind-liche Gips ist zudem tiefgreifend verkarstet und die daraus resultierenden geomorphologischen Prozesse prägen die Landschaftsoberfläche. Im Zuge des Gipsabbaus werden entsprechende Karstformen freigelegt und archäologische Funde dokumentiert, welche überwiegend in die Spanne von Neolithikum bis Eisenzeit, teils aber auch ins jüngere Paläolithikum datieren. Insbesondere Sackungsdolinen sind in der Lage, mehre-re Meter mächtige Pedosedimente aufzunehmen. Trotz des hohen Tongehaltes und der damit verbundenen Pedoturbationsprozesse sind die Abfolgen stratigraphisch und pedologisch außerordentlich gut differen-ziert. Die Archive treten im Kontext von Siedlungsstrukturen wie Gruben und Pfostenlöchern auf und be-finden sich somit an der Schnittstelle von natürlichen Einflüssen und denen des Menschen auf seine Um-welt. Die ursprünglichen Forschungsfragen, welche im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemein-schaft geförderten Projektes (DFG-Projekte Te295/15-1 und -2 und Fa390/9-1 und -2) formuliert wurden, konzentrieren sich auf die Attraktoren der am Rande der Lössgebiete gelegenen Windsheimer Bucht für frühe Siedler und die bodenkundlichen Verhältnisse vor der Landnutzung. Auch der Einfluss des Men-schen auf die Böden und die Karstdynamik im Laufe der Zeit stellt einen Forschungsschwerpunkt dar. Im Zuge der Untersuchungen wurden die pedosedimentären Archive mit einem multimethodischen Instru-mentarium bearbeitet, das aus Feldanalysen, bodenmorphologischen Analysen von der Mikro- bis zur Makroebene, spektrophotometrischen (Farb-), (Laser ) granulometrischen und (eisen-) pedochemischen Analysen besteht. Die Ermittlung des zeitlichen Rahmens erfolgte durch Radiokohlenstoffdatierungen ver-schiedener organischer Überreste, aber auch anhand humosen Bodenmaterials mit hohem Gehalt an or-ganischem Kohlenstoff. Hierdurch wurde ein multidimensionaler Datensatz erzeugt, der verschiedene räumliche Skalen abdeckt, aber auch Analysen auf verschiedenen Messniveaus enthält. Somit bilden quali-tative, semi-quantitative und quantitative Daten die Diskussionsgrundlage. Während die Korngrößenana-lysen vor allem die sedimentologische Untergliederung der untersuchten Profile unterstreichen und an-sonsten den tonigen Charakter innerhalb der pedosedimentären Bereiche bestätigen, deuten vor allem die Eisen-pedochemischen Analysen auf ein Wechselspiel zwischen Oxidation und Reduktion von Eisen hin. Dies zeigt sich ebenfalls in den entsprechenden spektrophotometrischen Daten. Zusätzlich bestätigen Dünnschliffe die vielfältige pedogene Ausprägung der Pedosedimente, welche sich bereits im Rahmen der Geländeanalyse abzeichnete. Insgesamt wird bei der Betrachtung aller Datenebenen deutlich, dass die Pe-dosedimente einen polygenetischen Grundcharakter besitzen. Nach der Erarbeitung der Besonderheiten innerhalb des Datensatzes, differenziert nach Standort, stellt die Arbeit die Pedosedimente in den Kontext weiterer Themenkomplexe, wie allgemeine Vorstellungen zu pedogenen Prozessen in tonigem Material, Einordnung der Pedosedimente nach paläopedologischen Konzepten, aber auch Klassifizierung nach Richtlinien für rezente Böden. In Bezug auf die beiden letztgenannten Aspekte wurde deutlich, dass etablier-te Leitfäden und Schemata nicht ohne größere Anpassungen auf die untersuchten Pedosedimente ange-wendet werden können. Dies unterstreicht die Eigenheiten des untersuchten Materials. Die Diskussion des multiskaligen Datensatzes auf der Ebene der Einzelprofile-/befunde führt in der weite-ren Analyse zur Identifizierung der wesentlichen bodenbildenden Faktoren, nämlich Karstdynamik, Land-nutzung (im Allgemeinen) und schwache Veränderungen des Ausgangsmaterials durch die Beimischung von Material aus ehemaligen Solifluktionslagen, welche allochthones äolisches Material enthalten. Letzte-res unterstreicht die Bedeutung der pleistozänen Vorprägung der Landschaft für das Verständnis ihrer Entwicklung im Holozän. Gleichzeitig jedoch ist eine klare Trennung des Einflusses der genannten Fakto-ren und dem der holozänen Klimaentwicklung auf die Bodenentwicklung schwierig. Die anschließende Zu-sammenstellung der Befunde und Lokalitäten innerhalb des gegebenen zeitlichen Rahmen zeigt zwar syn-chrone und asynchrone Entwicklungen, ein kausaler Zusammenhang zwischen Klimaphasen des Holozäns und pedogener Ausprägung kann jedoch nicht hergestellt werden. Viel mehr zeigt die entsprechende Ge-genüberstellung der Archive, dass standortspezifische Faktoren oder solche, die auf der Skala des Mikro-einzugsgebietes der untersuchten pedosedimentären Archive wirken, ausschlaggebend sind. Die genannten Hauptthemen des Projektes wurden auch in der vorliegenden Studie betrachtet, vor allem jedoch aus bodengeographischer Sicht: Es ist möglich, dass es vor der Landnutzung eine Inselhafte Bede-ckung mit Lösssedimenten oder mindestens Hauptlagen (nach dem Prinzip der periglazialen Deckschich-ten) gegeben hat, welche zunächst das Ausgangsmaterial der holozänen Bodenbildung darstellte. Im Zuge der Landnahme wurden diese Böden, welche deutlich bessere Eigenschaften hatten als die tonigen Keuper-böden, zeitnah erodiert, so dass die Keupertone freigelegt wurden. Begünstigt wurde die Erosion durch die stauenden Eigenschaften der Tone und damit verbunden, erhöhtem Oberflächenabfluss und Zwischenab-fluss im überlagernden schluffigen Material. Gleichzeitig lässt der Vergleich zwischen konventionellen und Laser-granulometrischen Analysen Rückschlüsse auf die Erodierbarkeit des Keupermaterials zu: So scheint es möglich, dass die tonigen Pedosedimente in der Lage sind, Mikroaggregate zu bilden, die bei Starkregen-ereignissen leicht erodiert werden können, trotz der allgemeinen Vorstellung, dass Material mit entspre-chender Textur eigentlich eher erosionsresistent sein sollte. Zentraler Bestandteil der Arbeit sind die multiskaligen bodenmorphologischen Analysen. Sie sind beson-ders relevant bei der Interpretation der Ergebnisse im Hinblick auf natürliche und anthropogene Einfluss-faktoren auf die Pedogenese. Lägen der Diskussion lediglich rein quantitativ-laboranalytische Daten zu-grunde, wären entsprechende Unterscheidungen nicht möglich. Dies unterstreicht den Wert des multime-thodisch boden-geographischen Ansatzes für jene Forschung, die sich zum Ziel setzt, Mensch-Umwelt-Beziehungen näher zu erörtern, aber auch für geoarchäologische Fragestellungen im Allgemeinen. Da es bisher kaum systematische Studien über tonige Pedosedimente und deren Überprägung gibt, liefert die vorliegende Arbeit erstmals Einblicke in das komplexe Wirkungsgefüge zwischen Mensch und Umwelt und die Auswirkungen die sich aus dieser Beziehung für Pedogenese und Sedimentationsmechanismen ergeben.

Zwischen den Städten Weißenburg and Treuchtlingen in Bayern trennt die Europäische Hauptwasserscheide die Einzugsgebiete des Rhein-Main Systems and des Donau Systems. Die Schwäbische Rezat entspringt an der Frontstufe der Frankenalb and verläuft nordwärts in Richtung Weißenburg and entwässert in das Rhein-Main System. Südlich der Europäischen Wasserscheide fließt die Altmühl, welche über die Donau in das Schwarze Meer entwässert. Im Frühmittelalter waren Schifffahrtswege von höchstem geostrategischem Interesse and dienten neben dem Personen- and Warenverkehr auch der militärischen Nutzung. Vermutlich aus diesen Gründen ließ Karl der Große 792/793 AD einen Kanal anlegen, welcher eine schiffbare Verbindung herstellen sollte. Luftlinie kommen sich Schwäbische Rezat and Altmühl auf knapp 2 km nahe and die naturräumliche Ausstattung (Wasserdargebot, sedimentäre Architektur der Tallandschaft, geologischer Untergrund) ist für die technischen Möglichkeiten des Frühmittelalters nahezu ideal. Der Kanal ist von herausragendem ingenieurstechnischem Niveau. Inzwischen ist der Kanal verfüllt and nur an manchen Stellen weiterhin sichtbar. Neben archäologischen, historischen and geowissenschaftlichen Arbeiten vor allem aus dem 20. Jahrhundert, konnte ein interdisziplinäres Forschungsprojekt seit 2010 den Kanal in diversen Fragen untersuchen. Die Fokusse der bisherigen Forschungen lagen auf dem Nachweis des tatsächlichen Kanalverlaufs, der archäologischen Dokumentation konkreter Funde and Befunde des Kanals and seines Umfelds, der Verfüllungsgeschichte des Kanals, sowie der Untersuchung baubegleitender Strukturen. Weiterhin gab es Forschungen zur archäologischen and historischen Einordnung des Bauwerks in die Kanalbaugeschichte. Die Entschlüsselung and der Vergleich geoarchäologischer Funde and Prozesse ist von qualitativen Ansätzen geprägt. Die Beschreibung and Dokumentation eines Phänomens and die Art and Weise der Ausprägung stehen dabei meist im Vordergrund. In den letzten Jahren sind jedoch aus den Disziplinen der Archäologie and Archäometrie, der Geowissenschaften sowie der Geoinformatik Methoden entwickelt worden die dazu dienen geoarchäologische Prozesse, im engeren Sinne denkmalsbezogen, aber auch im weiteren Sinne landschaftsbezogen zu quantifizieren. Ziel dieser Arbeit ist die Quantifizierung einzelner Prozesse der Planung, Konstruktion and Kollapses des Karlsgrabens. Hochauflösende Höhenmodelle sind essentielle Datensätze in der Geographie. Jedoch haben sie stets den Nachteil, dass anthropogene Strukturen Artefakte in den Daten produzieren, die zwar die heutige Oberfläche abbilden, aber keine naturlandschaftsbezogenen, hydrogeographischen Berechnungen zulassen. Eine Modellierung des vor-modernen Reliefs wurde durch die gezielte Beseitigung von anthropogenen Strukturen wie Straßen, Gebäude, Bahnlinien, etc. erreicht. Die Datengrundlage bilden offizielle Geodaten des Landesamts, OpenStreetMap sowie die historische Uraufnahme aus dem beginnende 19. Jahrhundert. Für die semiquantitative Überprüfung and Validierung des Modellierungsergebnisses wurde anhand von erbohrten Paläooberflächen vorgenommen. Das hochauflösende vor-moderne Digitale Höhenmodell für das Gebiet um die Fossa Carolina ermöglichtedie Berechnung des kürzesten, hypothetischen Kanalverlaufs. Dieser ist ähnlich wie das gebaute Original auffällig S-förmig and belegt die topographische Abhängigkeit des Kanalbaus vom Relief. Hydrogeographische Indizes, wie der topographic wetness index, wurden herangezogen um die Abweichungen des tatsächlichen Kanalverlaufs von der Ideallinie zu begründen. Es zeigt sich, dass die karolingischen Bauherren ein umfassendes Wissen zur naturräumlichen Ausstattung des Gebietes hatten. Sie vermieden gezielt feuchte Gebiete mit hoch anstehendem Grundwasser and organischen Sedimenten, welche zu instabil für die Erdarbeiten des Kanals gewesen wären. Ansätze um verschiedene geoarchäologische and geophysikalische Methoden zu vereinen and sind nicht unbekannt, aber letztlich meistens qualitativer Natur. Die bisherigen Untersuchungen and Analysen am Karlsgraben konnten durch einen neuen integrativen and quantitativen Ansatz kombiniert werden. Es flossen geometrische and stratigraphische Ergebnisse aus 3 archäologischen Grabungsschnitten, 39 Rammkernbohrungen, sowie 2 Direct push sensing Transekten mit 105 colour logs ein. Das resultierende numerische 3D-Modell des maximalen Ausbauzustands des ca. 3 km langen Kanals ermöglicht zum ersten Mal eine Berechnung des Gesamtaushubvolumens. Knapp 300.000 m³ Material wurden für den Bau bewegt. Die heute noch sichtbaren Aushubwälle besitzen hingegen ein Gesamtvolumen von nur ca. 120.000 m³. Fast Zwei Drittel des gesamten Aushubs sind also heute nicht mehr in den Wällen konserviert, sondern seit dem Ende des Baus erodiert oder abgetragen. Das Aushubvolumen ist zudem nicht über den gesamten Kanalverlauf gleich verteilt, sondern der Hauptanteil liegt im Bereich der durchstochenen Europäischen Hauptwasserscheide. Das 3D-Modell ermöglicht zudem die Berechnung des Sohlniveaus des Kanallängsschnitts. Dabei konnte die Scheitelzone des getreppten Kanals ausgewiesen werden. Die Basis der Verfüllung des Kanals bilden von den Aushubwällen zurückgerutschte Sedimente (sog. backfills). Stratigraphisch liegen diese direkt auf der Kanalsohle. Eine systematische Auswertung der geochemischen and stratigraphischen Befunde konnte zeigen, dass die backfills als initiale Kollapssedimente deklariert werden können. Radiokohlenstoffdatierungen von Makroresten datieren die backfills rund um die Bauzeit 792/793 AD. Dendrochronologische Analysen zeigen weiterhin, dass die verbauten Hölzer des Karlsgrabens in den Jahren 792 AD and 793 AD gefällt and verbaut wurden. Die räumliche Anaylse der Fällalter kann zudem einen Baufortschritt von Nord nach Süd nachweisen. Das Fehlen von Stillwassersedimenten auf der Kanalsohle bzw. den Bauhölzern dient als chronologischer Rahmen and Relativdatierung der backfill Sedimente. Die Anwendung des 3DModellierungsansatzes wurde auf die backfill-Sedimente übertragen. Die resultierende räumliche and quantitative Verbreitung der backfills entlang des gesamten Kanalverlaufs zeigt die Konzentration dieser Sedimente im zentralen Grabenbereich rund um die Europäische Hauptwasserscheide. Eine Sedimentbudgetierung, wie sie in der Geomorphologie angewandt wird, konnte nun hier adaptiv eingesetzt werden. Fast 35.000 m³ backfill-Sedimente sind an der Basis der Verfüllung allein im Zentralen and West-Ost Bereich zu finden. Dies entspricht ca. 15 % des Gesamtaushubvolumens in diesem Bereich. Daher kann diese Zone als Kollapszone ausgewiesen werden. Nach den zeitgenössischen Quellen wurde der Kanal aufgrund von instabilen Wällen and zurückgerutschtem Material aufgegeben. Die quantitativen Ergebnisse liefern nun zum ersten Mal einen naturwissenschaftlichen Beleg für diese These. Zusammenfassend ist diese Arbeit ein Beispiel für die Anwendung für numerischen and quantitativen Methoden im Bereich der Geoarchäologie and zeigt den Mehrwert der Methoden im Verständnis für geoarchäologische Prozesse and deren Rekonstruktion.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Rekonstruktion der Landschaftsentwicklung am Kalkrieser Berg im Osnabrücker Land. Geomorphologische Studien mit ähnlicher Zielsetzung gibt es in einer Vielzahl von Regionen in Deutschland und Mitteleuropa. Im Nordwesten Deutschlands sind bislang jedoch noch keine Untersuchungen durchgeführt worden. Das Untersuchungsgebiet liegt im Übergangsraum zwischen Mittelgebirge und der vorgelager-ten Norddeutschen Tiefebene. Dieser Raum ist aus archäologischer Sicht besonders interessant, da er siedlungsgeschichtlich einen Grenzraum darstellt. Darüber hinaus finden sich im Untersu-chungsgebiet die Überreste der Varusschlacht (9 n. Chr.), welche archäologisch intensiv untersucht werden. Da sowohl die bislang vorhandenen archäologischen Befunde der älteren Zeiträume als auch die Informationen aus den bekannten Paläoumweltarchiven sehr spärlich sind, versucht diese geoarchäologische Arbeit, das vorhandene Wissen mit Informationen aus kolluvialen Sedimentarchiven zu ergänzen. Dazu wird ein Einzugsgebiet im Nordosten des lössbedeckten Kalkrieser Berges bodenkundlich kartiert. Ein Soilscape-Model ermöglicht dabei die Differenzierung der Sedimentumlagerungen: gekappte Bodenprofile an den Hängen weisen erodierte Bereiche aus, die korrelaten Sedimente überdecken am Unterhang als Kolluvien die ursprünglichen Böden. Durch eine Sedimentbilan-zierung wird versucht, die umgelagerten Volumina miteinander zu vergleichen und den Sedimentaustrag aus dem Einzugsgebiet zu quantifizieren. Um die Umlagerungen zeitlich einzugrenzen, werden unabhängige chronologische Befunde in Form von OSL-Datierungen herangezogen. Die Kartierung der Sedimentumlagerungen zeigt, dass die Ober- und Mittelhänge weitestgehend stark von Erosion betroffen sind, während die Unterhänge von mächtigen Kolluvien überdeckt sind. In der Sedimentbilanzierung zeigt sich ein erheblicher Sedimentüberschuss, der sich größtenteils durch methodische Grenzen bei der Berechnung der Erosion erklären lässt. Aber auch ein Sedimenteintrag aus Plaggenesch sowie durch äolische Verlagerung aus dem Vorland muss in Betracht gezogen werden. Die Altersbestimmungen an Profilen unter Waldbedeckung am Mittelhang zeigen, dass die frühesten Umlagerungen am Kalkrieser Berg bereits am ausgehenden Mesolithikum begannen und damit zeitlich mit Bohlenwegen im nahegelegenen Campemoor korrelieren. Die sedimentologischen Befunde deuten jedoch eher darauf hin, dass es sich um ein sehr lokales Phänomen handelt und nicht um die Folgen einer ackerbaulichen Tätigkeit. Weitere Datierungen belegen Umlagerungen während der frühen und der späten Bronzezeit. Die sedimentologischen Befunde belegen hier einen Sedimenttransport über weitere Distanzen, wie er als Folge einer ackerbaulichen Nutzung vorstellbar ist. Der Großteil der Sedimente am Unterhang ist erheblich jünger als 2.000 Jahre, wie die Altersabschätzung anhand einer archäologischen Fundstelle auf einer landwirtschaftlichen Nutzfläche ergab. Damit decken sich die Ergebnisse dieser Studie größtenteils mit Befunden aus einer ganzen Reihe ähnlich angelegter Studien in anderen Regionen Deutschlands und Mitteleuropas. Darüber hinaus können sie regional einen Beitrag zum besseren Verständnis der Prozesse liefern, welche die Landschaft am Kalkrieser Berg im Verlauf des Holozäns geprägt haben.

Over thousands of years, the eastern part of the Mediterranean has developed ways to supply and manage its water resources. The most important evidence of this is the water networks that are distributed in the area. Case studies involving a literature review, fieldwork, sample collection and analysis were conducted that focused on two areas in the West Bank: Nablus city and the northern part of Jordan Valley. These locations were chosen because Nablus city and its vicinity have many of Roman tunnels and aqueducts while the Jordan Valley has many watermills. This study aims to examine the changes in water quality over time in various ways; in an attempt to explain environmental degradation, to understand archeological aspects relating to the water management system, and to piece together what sustained the past environmental development. Throughout centuries carbonate deposits have accumulated along the sidewalls of the water system, containing and archiving geochemical and hydraulic information. These carbonate deposits were sampled from the walls of tunnels together with water samples from the tunnel and surrounding springs in the area. In addition, carbonate sinter has accumulated at the outlet of the watermill on the water shaft. This sinter was also sampled along with water samples from the springs and the water in the Wadi in the area. Water and carbonate samples were analyzed. Water analysis included major cations and anions, trace elements, rare earth elements, 18O/16O isotope ratio, and 87Sr/86Sr isotope ratio. Results indicate the presence of different underground water bodies and Sr resources. Furthermore, thin sections were made from the carbonate samples for SEM–EDX analyses and microscopic investigations. The microscope analysis showed that the distribution of minerals precipitated differs within one sample. Likewise, SEM–EDX results show a variation in element distribution along the growth axis. After finishing the analysis of water samples and thin sections, the layers of the carbonate samples were acidified and trace elements and rare earth elements were measured by means of ICP–MS. Then selected layers were prepared for isotope analyses (18O, 13C, and 87Sr/86Sr) and subsequently measured. The carbonate samples were dated using the U–Th method. Rare earth elements and trace elements measurements provide clear evidence that urbanization has an adverse effect on groundwater quality. Different groundwater bodies were identified by means of geochemical analysis. In the same way, the water sources used to feed the ancient water system were also identified. Through petrological and geochemical analysis, the sustainability of the watermill concept could be demonstrated. This study recommends a more controlled regulation of urbanization expansion. It will only be possible to continue living in this region with sufficient amounts of groundwater and innovative techniques for water supply and management that are environmentally sustainable, as it used to be centuries ago.

Over thousands of years, the eastern part of the Mediterranean has developed ways to supply and manage its water resources. The most important evidence of this is the water networks that are distributed in the area. Case studies involving a literature review, fieldwork, sample collection and analysis were conducted that focused on two areas in the West Bank: Nablus city and the northern part of Jordan Valley. These locations were chosen because Nablus city and its vicinity have many of Roman tunnels and aqueducts while the Jordan Valley has many watermills. This study aims to examine the changes in water quality over time in various ways; in an attempt to explain environmental degradation, to understand archeological aspects relating to the water management system, and to piece together what sustained the past environmental development. Throughout centuries carbonate deposits have accumulated along the sidewalls of the water system, containing and archiving geochemical and hydraulic information. These carbonate deposits were sampled from the walls of tunnels together with water samples from the tunnel and surrounding springs in the area. In addition, carbonate sinter has accumulated at the outlet of the watermill on the water shaft. This sinter was also sampled along with water samples from the springs and the water in the Wadi in the area. Water and carbonate samples were analyzed. Water analysis included major cations and anions, trace elements, rare earth elements, 18O/16O isotope ratio, and 87Sr/86Sr isotope ratio. Results indicate the presence of different underground water bodies and Sr resources. Furthermore, thin sections were made from the carbonate samples for SEM–EDX analyses and microscopic investigations. The microscope analysis showed that the distribution of minerals precipitated differs within one sample. Likewise, SEM–EDX results show a variation in element distribution along the growth axis. After finishing the analysis of water samples and thin sections, the layers of the carbonate samples were acidified and trace elements and rare earth elements were measured by means of ICP–MS. Then selected layers were prepared for isotope analyses (18O, 13C, and 87Sr/86Sr) and subsequently measured. The carbonate samples were dated using the U–Th method. Rare earth elements and trace elements measurements provide clear evidence that urbanization has an adverse effect on groundwater quality. Different groundwater bodies were identified by means of geochemical analysis. In the same way, the water sources used to feed the ancient water system were also identified. Through petrological and geochemical analysis, the sustainability of the watermill concept could be demonstrated. This study recommends a more controlled regulation of urbanization expansion. It will only be possible to continue living in this region with sufficient amounts of groundwater and innovative techniques for water supply and management that are environmentally sustainable, as it used to be centuries ago.:Declaration V Acknowledgment VI Abstract VIII List of Figures X List of Tables XVI List of Abbreviations XVII Terms and definitions XIX 1. Introduction 1 1.1 Structure of the thesis 1 1.2 General information, background 2 1.2.1 Spiritual value of water in Palestine 2 1.2.2 Water resources and management condition in Palestine 3 1.2.3 Water crisis in Palestine 4 1.3 Motivation 5 1.4 Hypothesis 6 1.5 Location of study area 6 1.5.1 Description of geology and hydrogeology of the study area 8 1.5.2 Climate 13 2. Literature review 18 2.1 Research history of aqueducts 18 2.2 Aqueducts in Palestine 18 2.2.1 Agricultural aqueducts (related to watermills) in Palestine 20 2.3 Utilization of springs in Palestine 21 2.3.1 Ancient water system in Nablus–Sebestia 22 2.4 Carbonate sinter accumulation in aqueducts and artificial water network 24 2.4.1 Research history of secondary carbonate sinter 26 2.4.2 Growth mechanism of secondary carbonate 29 2.4.3 Carbonate sinter analysis 30 3. Methodology 33 3.1 Literature review 33 3.2 Fieldwork 34 3.3 Sampling and analysis 37 3.3.1 Water samples: 37 3.3.2 Carbonate samples 38 3.3.3 U–Th series dating 41 3.4 Software used 43 3.5 Challenges 43 4. Results and discussion (Nablus area) 45 4.1 Ancient water system description 45 4.2 Water sample results and discussion 54 4.2.1 Stable isotope 59 4.2.2 Strontium isotope analysis (87Sr/86Sr) 60 4.2.3 Saturation index 62 4.2.4 Discussion 63 4.3 Carbonate analysis (host rock) 64 4.4 Aqueduct building material 65 4.5 Secondary carbonate analysis 66 4.5.1 Ras Al Ein location (S-2) 66 4.5.2 Ijnisinya location (S-9) 72 4.5.3 Harun Location (S-8) 79 4.5.4 Water tunnel Location (A-1) 86 4.5.5 Water aqueduct Location (A-4) 99 4.6 Discussion 101 4.6.1 Is urbanization a source of groundwater quality degradation? 101 4.6.3 Paleoclimate calculations 105 5. Results and discussion (Al Malih area) 107 5.1 Water system description 107 5.2 Geochemical results (water) 108 5.3 Geochemical results (Carbonate) 111 5.3 Sustainability of watermills 113 6. Conclusions and recommendation 115 6.1 Conclusions 115 6.2 Recommendations 116 6.2.1 Recommendation for further research 116 6.2.2 Recommendation for policy makers 116 References 118