Fakultät für Geowissenschaften - Digitale Hochschulschriften der LMU Archiv

This Thesis deals with the metamorphic and structural development of the La Paz Crystalline Complex (Ortega-Gutierrez 1982), which extends south of the city of La Paz, Baja California Sur, Mexico, to the southern tip of the Baja California peninsula. The results presented are data on the development of structures and metamorphism based on detailed geologic mapping. This includes the succession of metamorphic isograds, pT-paths for structural units and the relation of the two. It allows to explain the development of the crystalline complex in light of the specific tectonic situation. The most important new result is that the whole complex does not make up one distinct tectonostratigraphic terrane, as supposed previously (Sedlock et al. 1993, Gastil 1991, Beck 1991 and references therein), but that the complex is separated by a SSW-NNE striking fault. This fault juxtaposes rocks of different origin and with different metamorphic history. Intrusives in the north-western area are of relatively primitive M-type, in the south-eastern area, intrusives show a higher degree of crustal contamination (Schaaf et al. 2000). The structural work presented here shows that the fault already described in literature as the ‘La Paz Fault’, but interpreted differently (Aranda-Gómez & Pérez-Venzor 1989, Sedlock et al. 1993, Schaaf et al. 2000) is indeed the structural feature described above. Metamorphic contrast across the fault is minor, but an anticlockwise pT-path could be constructed for the footwall. Comparison with new results from the northern part of Baja California (Johnson et al. 1999, Schmidt & Paterson 2002, Ortega-Rivera 2003) shows that the La Paz Crystalline Complex is indeed a part of the Peninsular Ranges Batholith (Gastil 1983, 1991). The separation into a western and an eastern part is characteristic for this complex and can be compared to the geochemical, metamorphic and structural characteristics presented here. PT-determinations were conducted for the overall low-pressure metamorphism using several methods: construction of petrogenetic grids for metapelitic rocks (Spear et al. 1999, Pattison et al. 2002), different geothermobarometers (e. g. garnet/biotite, Holdaway 2000, GASP, Holdaway 2001) and a relatively new approach to calculate pseudosections through thermodynamically modelled systems with known bulk-composition (Connolly & Petrini 2002, Tinkham et al. 2001). The pseudosections are a very useful graphic tool to represent modelled metamorphic mineral parageneses, which can be easily compared with actual measurements (Microscope, Electron Microprobe).

Coal fires cause severe environmental and economic problems. Although satellite remote sensing has been used successfully to detect coal fires, a satellite data based concept that can quantify the majority of the detected coal fires is still missing. Recently, the determination of fire radiative energy (FRE) has been introduced as a new remote sensing tool to quantify forest and grassland fires. This thesis tests the concept of remotely measured FRE, with a view to ascertaining its potential applicability to coal fires. It contains an investigation of a new generation of satellite instruments, including the operational Enhanced Thematic Mapper (ETM) instrument, the experimental Bi-spectral InfraRed Detection (BIRD) satellite sensor and the experimental Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER), which explores the potential of these sensors to determine coal fire radiative energy (CFRE). Additionally, based on the results of this analysis, the thesis presents a new, automated ETM and ASTER data based algorithm, adapted to quantify coal fires in semi-arid to arid regions in northern China. Field observations carried out in September 2002 and 2003 in three coalfields in northern China (the Wuda, Gulaben and Ruqigou coalfields) demonstrate that coal fire related, surface anomalies are significantly cooler than forest and grassland fires. The theoretical investigation of the ASTER, ETM and BIRD instruments outlines the fact that the thermal infrared (TIR) or mid infrared (MIR) spectral channels of the ASTER, ETM and BIRD instrument are particularly effective in registering these ‘warm spots’, whilst the short wave infrared (SWIR) spectral range is, however, insufficiently sensitive to be able to register spectral coal fire radiances. The commonly used bi-spectral fire quantification method (Dozier, 1981) can be applied to BIRD data in order to quantify relatively large and / or hot coal fires. However, existing FRE retrieval approaches fail to quantify coal fires via ASTER and ETM instrument data. In this thesis, a new CFRE retrieval method is presented, which links the fire and background TIR spectral radiances to the CFRE through an empirical relationship. This newly developed TIR method is applied to visually detected fire clusters from night-time ASTER data, and from both day- and night-time ETM data, taken from the three study coalfields in northern China. The ASTER and ETM CFRE values, calculated via the TIR method, are compared to CFRE estimates from BIRD data, calculated via the existing bi-spectral method. Despite the different spatial resolution and spectral properties of the ETM, ASTER and BIRD instruments, CFRE computed from ASTER, ETM and BIRD data show good correlations with one another. However, CFRE retrievals from daytime data appear to be very undependable to background temperature variations, while CFRE, estimated from night-time data, appears to be relatively stable. A comparison between night-time ETM-derived CFRE and the figures given by local mining authorities for total coal fire induced, coal loss estimates in the Wuda coalfield gives a clear indication that the overall dimension of the coal fire problematic can in fact be approximated via satellite data CFRE retrievals. It is thus expected that CFRE derived from night-time satellite data will become a crucial tool in obtaining reliable, quantitative information for coal fires. A multi-temporal comparison of CFRE retrievals from night-time BIRD and ETM data, covering the Ruqigou and Wuda coalfields, indicates that only major shifts or activity changes in coal fire induced, surface anomalies can be observed by means of these data. These results, which could only partially be verified by field observations, indicate that ETM or BIRD data can be used to monitor major changes in coal fire related, surface anomalies. These data however cannot entirely replace detailed field observations, especially in case of smaller and / or cooler coal fire related, surface anomalies.

Seit der Teilnahme Kubas an der Konferenz von Río 1992 und mitbestimmt durch die weltpolitischen Veränderungen ist in der aktuellen kubanischen Umweltpolitik eine Umorientierung unter Berücksichtigung des Nachhaltigkeitsprinzips in allen Dimensionen zu beobachten. Die Dissertation gibt einleitend einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen in der kubanischen Umweltpolitik. Weiter wird das im Rahmen des genannten Reformkurses im Jahre 1999 eingerichtete landesweite System von Schutzgebieten (Sistema Nacional de Áreas Protegidas – SNAP) eingehend analysiert. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf den 14 Nationalparks des Landes. Diese dienen nach dem Gesetz zum SNAP zwei Hauptzielen, dem Naturschutz und der öffentlichen Nutzung. Bei der öffentlichen Nutzung werden Umweltbildung, dabei vorrangig die der eigenen Bevölkerung, Öffentlichkeitsarbeit und, entsprechend der Entwicklungspolitik des Landes, internationaler Tourismus unterschieden. In einzelnen Fallstudien werden zwei ausgewählte Nationalparks auf Kuba, der Alexander von Humboldt-Nationalpark (Ostkuba) und der Nationalpark Viñales (Westkuba), zunächst naturräumlich und sozioökonomisch charakterisiert. In einem komparativen Ansatz werden die beiden Hauptaktivitäten des Nationalparkmanagements in den Untersuchungsgebieten, Tourismus und Umweltbildung, gegenübergestellt. Die politischen und ökonomischen Rahmenbedingungen, welche in dieser Arbeit den Fallstudien vorangestellt erörtert werden, sind dabei für jede der beiden Schutzgebietsverwaltung gleich. Die Spielräume des Managements bei der Realisierung ihrer Aktivitäten werden jedoch unterschiedlich genutzt. Die dabei auftretenden Probleme stehen im Zusammenhang mit der finanziellen Situation der Schutzgebiete aber auch mit inhaltlichen bzw. organisatorischen Mängeln. Die im Rahmen der Dissertation formulierten handlungsorientierten Empfehlungen tragen zur Problemlösung in den untersuchten Nationalparks bei. Durch das Management des Nationalparks sollen Erträge aus dem Schutzgebiet auch den Gemeinden des direkten Umlandes bzw. der Region zu Gute kommen. Um dies zu erreichen, ist ein effektives Nationalparkmanagement unbedingt notwendig. Die Basis für ein modernes professionelles Schutzgebietsmanagement bilden Monitoringsysteme für die Managementeffektivität. Die World Commission on Protected Areas (WCPA) verfügt über ein entsprechendes Rahmenwerk zur Effektivitätsbewertung, welches in der vorliegenden Arbeit auf die beiden kubanischen Untersuchungsgebiete angewendet wurde, deren Administrationen bislang nicht mit solchen Bewertungssystemen arbeiten. Für beide untersuchten Nationalparks sind darauf basierend Handlungsempfehlungen für das allgemeine Schutzgebietsmanagement erarbeitet worden. Die Demonstration der Nützlichkeit von Monitoringsystemen für die Managementeffektivität im Rahmen der vorliegenden Arbeit leistet hierbei einen Beitrag zur Professionalisierung des handlungsorientierten Nationalparkmanagements in den Untersuchungsgebieten.

In the last decades microwave remote sensing has proven its capability to provide valuable information about the land surface. New sensor generations as e.g. ENVISAT ASAR are capable to provide frequent imagery with an high information content. To make use of these multiple imaging capabilities, sophisticated parameter inversion and assimilation strategies have to be applied. A profound understanding of the microwave interactions at the land surface is therefore essential. The objective of the presented work is the analysis and quantitative description of the backscattering processes of vegetated areas by means of microwave backscattering models. The effect of changing imaging geometries is investigated and models for the description of bare soil and vegetation backscattering are developed. Spatially distributed model parameterisation is realized by synergistic coupling of the microwave scattering models with a physically based land surface process model. This enables the simulation of realistic SAR images, based on bioand geophysical parameters. The adequate preprocessing of the datasets is crucial for quantitative image analysis. A stringent preprocessing and sophisticated terrain geocoding and correction procedure is therefore suggested. It corrects the geometric and radiometric distortions of the image products and is taken as the basis for further analysis steps. A problem in recently available microwave backscattering models is the inadequate parameterisation of the surface roughness. It is shown, that the use of classical roughness descriptors, as the rms height and autocorrelation length, will lead to ambiguous model parameterisations. A new two parameter bare soil backscattering model is therefore recommended to overcome this drawback. It is derived from theoretical electromagnetic model simulations. The new bare soil surface scattering model allows for the accurate description of the bare soil backscattering coefficients. A new surface roughness parameter is introduced in this context, capable to describe the surface roughness components, affecting the backscattering coefficient. It is shown, that this parameter can be directly related to the intrinsic fractal properties of the surface. Spatially distributed information about the surface roughness is needed to derive land surface parameters from SAR imagery. An algorithm for the derivation of the new surface roughness parameter is therefore suggested. It is shown, that it can be derived directly from multitemporal SAR imagery. Starting from that point, the bare soil backscattering model is used to assess the vegetation influence on the signal. By comparison of the residuals between measured backscattering coefficients and those predicted by the bare soil backscattering model, the vegetation influence on the signal can be quantified. Significant difference between cereals (wheat and triticale) and maize is observed in this context. It is shown, that the vegetation influence on the signal can be directly derived from alternating polarisation data for cereal fields. It is dependant on plant biophysical variables as vegetation biomass and water content. The backscattering behaviour of a maize stand is significantly different from that of other cereals, due to its completely different density and shape of the plants. A dihedral corner reflection between the soil and the stalk is identified as the major source of backscattering from the vegetation. A semiempirical maize backscattering model is suggested to quantify the influences of the canopy over the vegetation period. Thus, the different scattering contributions of the soil and vegetation components are successfully separated. The combination of the bare soil and vegetation backscattering models allows for the accurate prediction of the backscattering coefficient for a wide range of surface conditions and variable incidence angles. To enable the spatially distributed simulation of the SAR backscattering coefficient, an interface to a process oriented land surface model is established, which provides the necessary input variables for the backscattering model. Using this synergistic, coupled modelling approach, a realistic simulation of SAR images becomes possible based on land surface model output variables. It is shown, that this coupled modelling approach leads to promising and accurate estimates of the backscattering coefficients. The remaining residuals between simulated and measured backscatter values are analysed to identify the sources of uncertainty in the model. A detailed field based analysis of the simulation results revealed that imprecise soil moisture predictions by the land surface model are a major source of uncertainty, which can be related to imprecise soil texture distribution and soil hydrological properties. The sensitivity of the backscattering coefficient to the soil moisture content of the upper soil layer can be used to generate soil moisture maps from SAR imagery. An algorithm for the inversion of soil moisture from the upper soil layer is suggested and validated. It makes use of initial soil moisture values, provided by the land surface process model. Soil moisture values are inverted by means of the coupled land surface backscattering model. The retrieved soil moisture results have an RMSE of 3.5 Vol %, which is comparable to the measurement accuracy of the reference field data. The developed models allow for the accurate prediction of the SAR backscattering coefficient. The various soil and vegetation scattering contributions can be separated. The direct interface to a physically based land surface process model allows for the spatially distributed modelling of the backscattering coefficient and the direct assimilation of remote sensing data into a land surface process model. The developed models allow for the derivation of static and dynamic landsurface parameters, as e.g. surface roughness, soil texture, soil moisture and biomass from remote sensing data and their assimilation in process models. They are therefore reliable tools, which can be used for sophisticated practice oriented problem solutions in manifold manner in the earth and environmental sciences.

In dieser Arbeit wurden sowohl einkristalline Magnetit- als auch mit ultradünnen Oxidfilmen bedeckte NiAl- und Ni3Al-Legierungskristalle mithilfe von Oberflächenröntgenbeugung (SXRD, surface X-ray diffraction) untersucht. Das Ziel war es, die atomare Struktur der rekonstruierten Magnetitfläche und des Kompositsystems Oxidfilm-Interface-Legierungskristall zu bestimmen. Für die durch Ionenbeschuß und Tempern präparierte, c(2x2)-rekonstruierte Fe3O4(001)-Oberfläche wurden mit Oberflächenröntgenbeugung in plane-Reflexe, Grundgitter- und Überstruktur-Beugungsstäbe gemessen. Mit fünf in der Literatur diskutierten Terminierungsmodellen wurde eine Anpassung an die experimentellen Daten durchgeführt; für folgende zwei Modelle ergab sich eine ähnlich gute Übereinstimmung der simulierten Stäbe mit den Meßwerten: die Terminierung mit einer halben Monolage tetraedrisch koordinierten Eisens (Modell 3) und die Terminierung mit einer vollen Oktaeder-Eisenlage (Modell 2). Beiden angepaßten Strukturen gemein ist eine laterale wellenförmige Verzerrung der obersten Oktaedereisenreihen mit einer Amplitude zwischen 0.11 und 0.14 Å und eine starke Kontraktion des ersten Lagenabstandes (Modell 3: 80 - 100 %, Modell 2: 31 %). Im Fall der Modell 3-Terminierung schließt die oberste Eisenlage fast völlig mit der darunterliegenden B-Lage ab, wobei starke differentielle Relaxationen zwischen den Eisen- und Sauerstoffionen auftreten. Die Modell 2-Terminierung zeigt dagegen eine im wesentlichen einheitliche Relaxation der vertikalen Atompositionen und im Vergleich mit Modell 3 geringer verkürzte Fe-O-Bindungsabstände mit einem minimalen Abstand von 1.77 Å. Bei der Rechnung unter Verwendung nur der Überstrukturintensitäten ergeben sich für Modell 2 um 4 - 6 % niedrigere R-Werte (Anpassungsgüte), die zusammen mit den Ergebnissen aktueller STM-Messungen und ab initio Simulationsrechnungen die B-Lagenterminierung unterstützen. Dies ist insofern bemerkenswert, da diese polare Terminierung aus elektrostatischen Gründen instabil sein sollte. Die Untersuchung der Aluminiumoxid-Dünnfilme auf Nickelaluminium ergab für die beiden untersuchten Substrate NiAl(110) und Ni3Al(111) ähnliche Resultate. Die reinen, nichtoxidierten Nickelaluminiumflächen waren im UHV unrekonstruiert und wiesen für die äußere Ni/Al-Doppellage ein gegenüber Ni stärker ins Vakuum relaxiertes Aluminiumatom auf (’rippling’, NiAl(110): 0.16 Å, Ni3Al(111): 0.01 Å). In umfangreichen Präparationsserien unter Zuhilfenahme von SPA-LEED- und AES-Messungen wurden die optimalen Bedingungen für die Bildung eines stabilen Films gefunden. Für NiAl(110) ist dies die Oxidation bei 850 K mit anschließendem Tempern bei 1150 K, für Ni3Al(111) die Oxidation und Ausheilen bei einer Temperatur von 1050 K mit einer um den Faktor 10 geringeren Sauerstoffdosis. In beiden Systemen tritt bei niedrigen Temperaturen eine metastabile, stark fehlgeordnete Vorläuferphase mit hexagonaler Oxidzelle auf (Al2O3/NiAl(110): 3.12 Å, Al2O3/Ni3Al(111): 2.95 Å), die sich jeweils ab etwa 1100 K in einen stabilen, gut geordneten Oxidfilm umwandelt. Für Al2O3/NiAl(110) folgt aus der Analyse der Röntgenreflektivität ein aus 5 Atomlagen bestehender, 7.8 Å dicker Oxidfilm mit einer Al-Interfaceschicht, die einen Abstand von 1.7 Å von der obersten Substratlage aufweist. Im Fall von Al2O3/Ni3Al(111) ist der aus 4 Atomlagen bestehende Film (1 Interfacelage + 3 Oxidlagen) 5.2 Å dick mit einem Substratabstand von 2.1 Å für die Al-Interfacelage. Die Intensität der Gitterabbruchstäbe läßt sich jeweils mit einem abrupt endenden, strukturell wenig veränderten Substrat erklären, wobei chemische Unordnung in den Legierungskomponenten nur in der Größenordnung weniger Prozente auftritt. Für NiAl(110) wurden zwei verschiedene, hoch geordnete Überstrukturen gemessen: Die bekannte, entlang der NiAl[1 –1 0]-Richtung kommensurable Oxidstruktur (HT1) der Dimension 10.58 x 17.87 Å (Zellwinkel 88.9°) und eine zusätzlich im Rahmen der Röntgenmessung gefundene, in [1 –1 1]-Richtung kommensurable Struktur (HT2) mit einer Zelle von 3.97 x 3.91 Å (Zellwinkel 73.3°). Die HT2-Struktur ist dabei auf eine chemische Verunreinigungen mit Bor zurückzuführen. Für den Oxidfilm auf Ni3Al(111) wurden SPA-LEED-Untersuchungen durchgeführt, mit denen das komplizierte Beugungsbild aufgeschlüsselt wurde: Es wurden eine hexagonale Oxid-Basiszelle der Dimension 3.01 Å gefunden, die eine hexagonale, 23.8 Å große, 17.78° gegen die [1 -1 0]-Substratrichtung gedrehte Überstruktur (’Modulationszelle’) aufweist. Zusätzlich besteht ein Koinzidenzgitter zwischen Substrat und Oxid, das eine (sqrt(3) x sqrt(3))R30°-Überstruktur der Modulationszelle darstellt. Die Modulationszelle des Al2O3-Films ist dabei als eine dichtgepackte Sauerstoffstruktur mit bevorzugter Tetraederlückenbesetzung des Aluminiums aufzufassen, deren Atome in der Mitte der hexagonalen Zelle hoch geordnet, an den Kanten stark fehlgeordnet sind.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit, wurden in verschiedenen Regionen Südamerikas detaillierte paläomagnetische Untersuchungen durchgeführt. Ziel dieser Arbeiten war die Erstellung einer hochauflösenden scheinbaren Polwanderkurve für Gondwana im Paläozoikum und eine Beschreibung der paläogeographischen Entwicklung des pazifischen Gondwanarandes. In den zentralen Anden wurden ordovizische bis früh-triassische Sequenzen untersucht. Im einzelnen wurden folgende Regionen detailliert bearbeitet: die Subandine Zone, die östliche Kordillere, der Altiplano, die Famatina Ketten die argentinische Vorkordillere sowie das Paganzo Becken. Zusätzlich wurden Sedimente und Vulkanite paläozoischen und kretazischen Alters auf dem südamerikanischen Kraton untersucht. Untersuchungsgebiete waren hier die Parnaíba, Araripe und Pernambuco-Paraiba Becken in Nordost Brasilien. Insgesamt wurden im Rahmen dieser Studie 1682 orientierte Proben an mehr als 320 Lokalitäten entnommen. Detaillierte paläomagnetische Experimente ergaben jedoch lediglich für einen Bruchteil dieser Kollektion zuverlässige Daten. Die Mehrheit des untersuchten Probenmaterials ist entweder remagnetisiert oder aber trägt Magnetisierungen, die als instabil zu bezeichnen sind. Dennoch konnte eine hohe Zahl paläomagnetischer Ergebnisse von hoher Qualität erzielt werden. Diese Ergebnisse liefern wichtige Parameter für das Verständnis der paläogeographischen Entwicklung Westgondwanas. Die mesozoischen Gesteine Nordost-Brasiliens (Sardinha Formation) weisen stabile, von Magnetit getragene Remenzrichtungen auf. Diese Remanenz wurde in der frühen Kreide erworben. Die gemittelte paläomagnetische Richtung dieser Einheit (120-130 Ma) ist D= 176°; I= +05.1°; a95= 2.0°; k= 355; n= 82 Proben; N= 15 Sites),was einer Pollage von l= 84.4°S; f= 090.7°E; A95= 1.8°; K= 441.9 entspricht. Dieser Pol ist in guter Übereinstimmung mit bereits publizierten Daten datierter paläomagnetischen Pole der Unterkreide Brasiliens. Fasst man die Ergebnisse der Sardinha Formation mit publizierten und verlässlichen Daten gleichen Alters zusammen so ergibt sich ein neuer paläomagnetischer Pol für die frühe Kreide (115-133 Ma) des stabilen Südamerikas (l= 84.3°S; f= 067.7°E ; A95= 2.3°; K= 867). Die Einheiten der Mitu und Copacabana „Groups“, aufgeschlossen in den südlichen peruanischen Anden, tragen primäre, gut definierte Remanenzrichtungen die in der frühen Trias bzw. dem frühen Perm erworben wurden. Sowohl inverse als auch normale Polarität konnten bei Proben der Mitu „Group“ (244 ±6 Ma) nachgewiesen werden (D= 349.3°; I= -35.3°; a95= 4.1°; k= 351.4; n= 36 Proben; N= 5 Sites). Die hohe Qualität der Daten wird durch einen positiven Faltentest (99% Konfidenz) und eine positiven Reversaltest der Kategorie B belegt. Durch Kombination dieser Daten mit bereits publizierten paläomagnetischen Ergebnissen ergibt sich ein neuer früh-triassischer Pol von l= 78.6°S; f= 351.9°E (A95= 3.7°; K= 447). Im Gegensatz zur Mitu „Group“ wurden bei den Proben der früh-permischen Copacabana „Group“ ausschließlich Remanenzrichtungen inverser Polarität identifiziert. Diese Tatsache legt einen Erwerb der Magnetisierung während der „Permian-Carboniferous Reverse Superchron“ (PCRS) nahe. Der Faltentest ist auf dem 99% Konfidenzniveau positiv. Die gemittelte paläomagnetische Richtung von D= 166.1°; I= +48.9° (a95= 4.5°; k= 131.5; n= 39 Proben; N= 9 Sites) und der damit definierte früh-permische Pol (l= 68.2°S; f= 321.3°E; A95= 5.2°; K= 99.8) kann daher als zuverlässig betrachtet werden. Auch in diesem Fall lässt sich ein neuer paläomagnetischer Pol berechnen. Zusammen mit Literaturdaten ergibt sich ein Pol für das frühe Perm des stabilen Südamerika von l= 70.4°S; f= 341.8°E; A95= 8.8°; K= 48.3; N= 7 Daten). Die neuen Ergebnisse für das frühe Perm und die frühe Trias des stabilen Südamerikas haben weitreichende Auswirkungen auf die paläogeographische Rekonstruktion Pangäas. Sie sind nicht kompatibel mit Polen gleichen Alters wie sie für Laurussia bestimmt wurden, wenn man ein Pangäa A Konfiguration annimmt. Geht man allerdings von einer Pangäa B Konfiguration im frühen Perm und dem Modell von Pangäa A2 in der frühen Trias aus, so werden diese Unstimmigkeiten aufgelöst. In diesem paläogeographischen Szenario muß man von einer westwärtigen Bewegung Gondwanas relativ zu Laurussia während des Perms ausgehen. Diese Relativbewegung hat sich möglicherweise im Jura fortgesetzt, bis die Pangäa A Konfiguration, so wie sie allgemein für den Zeitraum vor dem Zerbrechen Pangäas akzeptiert wird, erreicht wurde. Die Einheiten der „Subandine Zone“ Boliviens (Taiguati Formation) lieferten keine primären Remanenzrichtungen. Allerdings konnte nachgewiesen werden, dass die ermittelte mittlere paläomagnetische Richtung (D= 149.0°; I= +54.0°; a95= 5.1°; k= 46; Pol: l= 58.3°S; f= 348.9°E; A95= 6.0°; K= 66) auf eine Remagnetisierung im späten Karbon zurückzuführen ist. Ein Vergleich mit Daten gleichaltriger Gestein aus anderer Regionen Südamerikas, Afrika und Australien ergibt eine sehr gute Übereinstimmung. Daher kann auch in diesem Fall ein neuer kombinierter spät-karbonischer Pol für Südamerika bestimmt werden (l= 53.0°S; f= 348.4°E; A95= 6.0°; K= 86.4; N= 8 Daten). Die neuen paläomagnetischen Pole erlauben die Erstellung einer vollständigen scheinbaren Polwanderkurve „apparent polar wander path“, APWP) für Südamerika und damit indirekt auch für Gondwana. Transferiert man diesen APWP in afrikanische Koordinaten, so zeigt es sich, dass der Paläosüdpol sich von der nördlichen Antarktis (spätes Karbon) südwärts bis in die südliche Antarktis (frühe Trias) bewegt hat. Daraus ergibt sich eine nordwärtige Drift Gondwanas mit einer mittleren Geschwindigkeit von 7.2 cm/a zwischen dem frühen Karbon und dem frühen Perm. Während des Perms liegt die aus den Daten abgeleitete mittlere Driftgeschwindigkeit bei 4.6 cm/a. Der in dieser Arbeit vorgeschlagene APWP unterstützt das Modell von Torsvik und Van der Voo (2002) und McElhinney et al. (2003) für das karbonische bis triassische Segment des APWPs Gondwanas. Widersprüche ergeben sich allerdings aus dem Vergleich der neuen spät-karbonischen Daten mit der APWP von Bachtadse und Briden (1991), Schmidt et al. (1990) und Smith (1998). Um weitere Daten für den APWP Gondwanas im frühen Paläozoikums zu gewinnen wurde die Umachiri Serie (Altiplano, Süd-Peru) beprobt. Es konnte eine stabile Magnetisierungskomponente isoliert werden (D= 003.6°; I= +45.5°; a95= +13.5°; K= 84; n= 18 Proben; N= 3 Sites). Der primäre Charakter dieser früh-ordovizischen Komponente wird durch einen positiven Faltentest (99% Konfidenzniveau) untermauert. Anhand der Remanenzrichtungen wurde die Paläobreitenlage von Süd-Peru mit 27 ±5°S bestimmt. Dieses Ergebnis ist konsistent mit der Lage des Randes Südamerikas innerhalb Gondwanas im frühen Ordoviz. Allerdings weicht die Pollage der Umachiri Serie deutlich vom Referenzpol Gondwanas für diesen Zeitbereich ab. Die Daten weisen auf eine Rotation des Beprobungsgebietes um 45° gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem stabilen Südamerika hin. Frühere Studien belegen, dass diese Rotationen nach dem Oligozän stattgefunden haben müssen. Sie stehen im Zusammenhang mit einer Scherzone, die sich während der andinen Deformation im nördlichen Altiplano gebildet hat. Ein anderer Schwerpunkt dieser Arbeit ist mit Hilfe paläomagnetischer Methoden die komplexen tektonischen Prozesse Nordwest-Argentiniens während des Paläozoikums anhand der „Vorkordillere“ und der „Famatina Ketten“ zu untersuchen. Innerhalb der „Vorkodillere“ wurden unter anderem die Patquia, Guandacol, Los Espejos, San Juan und die La Silla Formationen beprobt. Jede dieser Einheiten ergab primäre Remanenzrichtungen. Im Fall der San Juan und der La Silla Formation kann dies durch einen positiven Faltentest nachgewiesen werden. Sowohl die Ergebnisse der spät-permischen Patquia Formation (D= 225.8°; I= +61.8°; a95= 3.0°; k=215; n=12 Proben) und der spät-karbonischen Guandacol Formation (D= 194.1°; I= +59.8°; a95= 4.4°; k= 279; n= 8 Proben) als auch die Daten der spät-silurischen Los Espejos Formation (D= 289.8°; I= -29.9°; a95= 17.6°; k= 50; n= 20 Proben, N= 3 Sites) deuten darauf hin, dass die „Prekordillera“ um 60° mit den Uhrzeigersinn relativ zu dem stabilen Teil Südamerikas rotiert ist. Auch hier ist der Ursprung der Rotation in der känozoischen andinen Deformation zu suchen. Ältere Einheiten zeigen ein davon abweichendes Richtungsverhalten. Die Ergebnisse der früh-ordovizischen San Juan und La Silla ergeben eine Paläobreitenlage der Vorkordillere von 39.5 ±4°S. Dies ist konsistent mit ihrer Lage relativ zu Südamerika innerhalb Gondwanas im frühen Ordoviz, d. h. die Vorkodillere war zu diesem Zeitpunkt bereits ein Teil Gondwanas. Der kombinierte Datensatz der San Juan und der La Silla Formation deutet allerdings eine relative Rotation dieser Einheiten von 45° gegen dem Uhrzeigersinn hin. Daher muß von einer Rotation von 105° (gegen dem Uhrzeigersinn) zwischen dem frühen Ordoviz und dem späten Silur ausgegangen werden. Wahrscheinlich steht sie in Verbindung mit der Ocloyíc Deformation, die zur Schließung des Puna Beckens geführt hat. Die Ergebnisse für die „Famatina Ketten“ basieren auf Untersuchungen an der De La Cuesta Formation (spätes Perm) und der Suri Formation (frühes Ordoviz). In beiden Fällen konnten stabile primäre Remanenzrichtungen isoliert werden. Vergleicht man sowohl die Daten der Suri Formation (D= 107°; I= 31°; a95= 7.1°; k= 97; n= 25 Proben; N= 5 Sites) als auch die der De La Cuesta Formation (D=163.2°; I= +43.8°; a95= 10.0°; k=59.5; n= 23 Proben; N= 5 Sites) mit dem jeweiligen gleichaltrigen Referenzpol des stabilen Südamerikas und Gondwanas, so stellt sich heraus, dass nur erste eine Rotation (60° mit dem Uhrzeigersinn) belegen. Wie schon bei der San Juan und der La Silla Formation ist auch hier wahrscheinlich die Ocloyíc Deformation dafür verantwortlich. Die aus den Resultaten der Suri Formation abgeleitet Paläobreitenlage der „Famatina“ (16.5 ±3°S) deckt sich mit ihrer Position innerhalb Gondwanas im frühen Ordoviz. Man kann daher davon ausgehen, dass sie ihre Lage relativ zu dem stabilen Südamerika seit dem frühen Ordiviz nicht verändert hat. Damit kann im Gegensatz zu anderen Modellen ein para-autochthone Ursprung der „Famatina“ ausgeschlossen werden. Zusammenfassend liefern die Rahmen dieser Arbeit erzielten Daten wichtige Parameter für die Bestimmung des Zeitpunkts der „terrane“ Akkretion und der Deformationsgeschichte am westlichen Rand Gondwanas. Basierend auf diesen Ergebnisse kann gezeigt werde, dass die argentinische Vorkordillere integraler Bestandteil Südamerikas bereits im frühen Ordoviz war. Die weitere Konsolidierung des südamerikanischen Rands war mit großmaßstäblichen, vorpermischen Rotationen verbunden. Weiter Rotationen fanden während der andinen Orogenese statt. Qualitativ hochwertige Ergebnisse für Südperu unterstützen paläogeographische Modelle vom Typ Pangäa B für das frühe Perm und Pangäa A2 Konstellationen in der frühen Trias.

This thesis reports petrographic, mineralogical and geochemical data that constrain the hydrothermal alteration and gold mineralization in the Um El Tuyor area, SE Egypt. In order to distinguish the characteristics and envisage the genesis of gold mineralization in the study area, insights into the geologic context, structural evolution and geochemistry of the country rocks are provided. The geochemical investigations have been integrated with field and petrographic relationships, along with Landsat (TM) imagery interpretations to better constraints on the tectonic setting of the basement complex in the study area. The particular geographic location near the intersection of two major high strain zones, namely the Allaqi-Heiani suture and Hamisana Shear Zone, played a crucial role in the deformation history of the Um Tuyor area. The basement complex cropping out in the Um El Tuyor area is part of the Neoproterozoic Allaqi-Heiani ophiolitic belt, comprising allochtonous ophiolitic thrust slices and detached sheets, island arc volcano-sedimentary-plutonic assemblages, and syn-orogenic and post-orogenic intrusions. The ophiolitic rocks exhibit field and geochemical characteristics that make them akin to the supra-subduction zone ophiolites, formed most likely in a back-arc basin. The island arc assemblage comprises mainly calc-alkaline metavolcanic-plutonic rocks and back-arc pelitic metasediments. Early calc-alkaline granite intrusions tapered along the foliation and thrust planes during the orogenic episodes, whereas less fractionated tholeiitic olivine gabbro and peraluminous monzogranite encompass a course of post-orogenic plutonism evolved in a within plate setting. An early period of crustal shortening (Dm) involved transportation and overriding of huge ophiolitic sheets from the north to south is manifested by major thrust faults and imbricate ophiolitic thrust slices. Regional folds and pervasive foliation cleavage signify a NE-SW compressional regime (D2) superimposed on the thrust fabrics. A third deformation increment is indicated by the presence of abundant NNW-trending major folds and left-lateral faults superimposed on the older structural fabrics (D3). D4 records an episode of transcurrent deformation yielded slip reactivation of the pre-existing NW-trending faults and formation of discrete shear zones, one of which accommodates gold mineralization in the study area. Finally, a weak shear strain (D5) is indicated by the intersecting fault and joint trends traversing the post-orogenic rocks. Regional metamorphism was coeval with deformation, and peaked under conditions of amphibolite facies during D2. Geothermobarometry calculations point to temperatures of 534-561oC and pressure of 5.26-6.20 kbar for the peak of the metamorphic path of Um El Tuyor basement. Gold is mainly confined to the quartz veins and less commonly to narrow domains of the next quartz-sericite alteration zones. Field, microscopic and microprobe observations suggest that hydrothermal alteration in the Um El Tuyor mine area was post-peak metamorphism, and syn-kinematic with local shearing. The main auriferous veins in the Um El Tuyor mine area consist of massive, partially recrystallized, or laminated quartz ±carbonate. The quartz-carbonate veins are essentially fault-fill bodies, which have been fractured and re-filled with milky to grey laminated quartz in later stages of the geothermal system. The laminated quartz veins contain narrow elongate slivers of the host pelitic rocks (composed essentially of chrorite-sericite-sulphides±graphite), assumed to have been peeled off and incorporated during incremental (crack-seal) vein growth. vii Gold occurs as inclusions or within the lattice in arsenopyrite and arsenian pyrite, commonly in association with subordinate sphalerite, chalcopyrite, and pyrrhotite in the auriferous quartz veins. Another, high fineness type of gold fills microfractures in sulphides and quartz, and/or occurs as dispersed blebs and globules in domains of pervasive alteration, particularly where sericite and carbonate are intergrown. In the mine area, a metal zonation extends from an inner Fe-As-Zn-Au ±Pb±Ag±Te bearing veins through an intermediate Fe-As-Cu rich wallrocks to a distal halo enriched in Fe-Cu-Co, and Ni. A three stage hydrothermal alteration model (initial, transitional and advanced) is proposed for the Um El Tuyor ore-forming hydrothermal system, on basis of the field and microscopic observations and the electron microprobe data. The initial stage involved hydrolysis of the wallrocks in presence of a near acid fluid, whose pH was buffered by the wallrock mineralogy. The transitional stage involved also hydrolysis reactions, but was dominated by carbonatization, sulphidation and redox reactions. The latter reduced the interacting fluids, particularly where the fluid : rock ratio was low and provided favourable conditions for gold deposition. It is interpreted that sulphidation has affected the gold solubility via changes in oxygen fugacity through redox reactions. The advanced stage was most likely a phase of intense sericitization (after chlorite), which consumed K+, liberated H+, and buffered the solution pH. Cation-exchange reactions were limited to the time when favoured Na+ activity and temperature conditions promoted deposition of albite. Sulphidation remained operating through this stage, and the un-buffered conditions were locally attained under high fluid/rock ratios. Compositional zoning of the auriferous pyrite and arsenopyrite crystals, along with the presence of patchy pyrrhotite and sphalerite inclusions in these crystals, and the absence of these features in pyrite and arsenopyrite of the late sulphide assemblage may imply incipient low oxygen fugacity conditions during gold deposition. Further, compositional zoning of the large arsenian pyrite crystals, from barren cores to auriferous margins, is considered as a function of redox reactions involving oxidation of Au and reduction of As. Fluid inclusion studies revealed heterogeneous entrapping of immiscible aqueous and carbonic fluids in the Um El Tuyor auriferous quartz veins. Criteria including the primary and secondary modes of occurrence of the carbonic inclusions, coexistence of inclusions with carbonic and aqueous fluids of variable relative proportions, densities, filling degrees, partial homogenization temperatures, and bulk compositions are considered evocative for phase separation as gold deposition mechanism in the Um El Tuyor auriferous quartz veins. The initially homogenous ore fluid was likely a low salinity aqueous-carbonic solution (±1-2 mol% CH4 or N2), which started to separate into two phases and precipitate gold when conditions attained ~340°C at ~1.5 kbar (at depth of ~6 km under lithostatic condition). Destabilization of gold-sulphur complexes through interplay of cooling, redox state variation, pH changes, and decrease in sulphur fugacity should have contributed in gold deposition in the auriferous veins. The entire gold-base metal mineralization and quartz veining event extended over conditions of 170-429oC at 0.9-2.1 kbar respectively, equivalent to depths of 3-8 km and compatible with crustal conditions of greenschist metamorphism and brittle–ductile transition. This wide range of pressure probably represents the total fluid pressure regime within the shear zone from the formation of the auriferous quartz veins to periods of continuous pressure decrease during uplift, including a sudden pressure decrease occurred as a consequence of incremental opening of the fissure, followed by filling by newly deposited quartz.

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The drift history of Gondwana following the break-up of Rodinia (or perhaps Pannotia) to the amalgamation into Pangaea has great implications in many disciplines in Earth sciences, but remains largely unknown. Among the apparent polar wander (APW) paths published for Gondwana in the last few decades, large discrepancies exist (sometimes up to thousands of kilometres). The mid Palaeozoic segment of the APW path is particularly problematic, and two primary schools of thought arise. Some authors favour a Silurian – Devonian loop in their APW path passing through southern South America (on a reconstruction of Gondwana), whereas others draw a path directly through Africa during this period. The main controversy stems essentially from whether or not palaeomagnetic data from eastern Australia are incorporated in order to compensate for the lack of mid Palaeozoic data. Determining whether the terranes of the Southern Tasmanides are (para-)autochthonous or allochthonous in origin is therefore of crucial importance and a matter of intense debate. The aim of the work presented herein is to palaeomagnetically define the positions of these terranes throughout the Palaeozoic in order to better constrain the complex tectonic history of this region and to help clarifying the APW path of Gondwana. The construction of an APW path is discussed herein. An attempt is made to determine whether only “objective” criteria can be employed to select data used to draw an APW path. However, it is shown that the palaeomagnetic database has not enough entries. Subjective data selection must be introduced leading to two end-members: the X-type and the Y-type, thought to be best illustrated by the X-path proposed by Bachtadse & Briden (1991) and the Y-path proposed by Schmidt et al. (1990). These two models are, therefore, used in the discussion of the results obtained for this study. The Southern Tasmanides had a complex tectonic history with several orogenic events throughout the Palaeozoic. The sampling coverage carried out for this study comprises fifty localities (289 sites, 1576 cores, 3969 specimens; see table 1, pages 54-55) distributed along an east-west transect across most of the subdivisions of the Southern Tasmanides. The sampled localities are gathered in three main areas: the Broken Hill area, the Mount Bowen area, and the Molong area, which are situated where no published palaeomagnetic studies were previously available providing, therefore, new information. Sampling and laboratory procedures have been carried out using standard techniques. In particular, detailed stepwise thermal demagnetisation, principal component analysis, anisotropy of magnetic susceptibility and rock magnetic measurements have been systematically employed. The routine measurement of the anisotropy of magnetic susceptibility allowed drawing the first maps of the magnetic fabrics throughout the region. A strong correlation between the magnetic fabrics and the main tectonic structures corroborates the existence of cross-structures (E-W) in the Southern Tasmanides. The directions of magnetisation obtained yielded much information, despite poor quality. The effects of weathering are deep, intense and widespread. For example, most of the samples from the Mount Arrowsmith Formation (localities ARR & ARO) and the Funeral Creek Limestone (FUN) in the Broken Hill area (western New South Wales) are totally remagnetised, as well as some from the Mitchell Formation (MIT) in the Molong area (eastern New South Wales). Secondary magnetisations are also largely responsible for the bad results obtained in most of the fifty localities studied. Intermediate directions of magnetisation are common and often result in significant data scattering, as illustrated for instance by results from the Kandie Tank Limestone (KAN; Broken Hill area) or the Ambone and Ural Volcanics (HOP, BOW, SHE; Mount Bowen area). In general, it has not been possible to precise the remagnetisation process leading to those scattering. Nevertheless, a major remagnetisation event, probably thermo-chemical in origin, has been also recognised. This event is thought to be Oligocene in age and triggered by changes in geothermal gradient prior to the onset of hot spot volcanism in the Molong area. The existence of Jurassic overprints are also suggested, in particular in the Broken Hill area, possibly in association of intrusion of mafic dykes. All other magnetic components described herein are considered Palaeozoic in age, but further constraints on age are very difficult to establish since field tests are most often not significant. Palaeopoles obtained from three localities, however, are believed to correspond to primary magnetisations. The pole from the Late Cambrian Cupala Creek Formation (CUP), confirmed by a positive unconformity test, implies that this zone can be regarded fixed relative to the craton since the Late Cambrian. In the Early Devonian Mount Daubeny Formation (DAU), the applied fold test, contact test and conglomerate test indicate the primary origin of the magnetisation carried by haematite. The corresponding pole (DAU) is, however, significantly distinct from the VGP deduced from the Early Devonian Ural Volcanics (MER) showing that at least one of the two localities has been rotated. The MER pole agrees with the remagnetisation pole associated with the Cupala Creek Formation, and favours the X-type of APW path proposed by Bachtadse & Briden (1991) for Gondwana. The outcome of this agreement contradicts the Y-type path and the existence of a Silurian – Devonian loop mainly anchored on the Early Devonian Snowy River Volcanics pole obtained by Schmidt et al. (1987). Invocation of terrane rotation, arising possibly from a pull-apart basin, may explain the discrepancy between the pole from Mount Daubeny Formation and the X-path. The most significant finding of this study is the widespread terrane rotation. This conclusion is based upon the inability of intermediate directions of magnetisation, alternate APW path for Gondwana, true polar wander or non-dipole field contribution to correctly explain the distribution of these new data. Consequently, one has to admit that block translation and rotation occurred in the Southern Tasmanides in the first half of the Palaeozoic Era and perhaps up to the Early Carboniferous. A possible scenario concerning the tectonic arrangement of blocks in the Southern Tasmanides is presented in conclusion. This palinspastic model involves block translation in the Siluro-Devonian, and rotation in the Early and more probably Middle Devonian, with late tectonic displacements and rotations in the South-Western Belt of the Lachlan Orogen in the Late Devonian to Early Carboniferous.

Kurzfassung Im Rahmen des TASQWA-Projektes (Quarternary Variability of Water Masses in the Southern Tasman Sea and the Southern Ocean) wurde eine erstmalige quantitative und taxonomische Bestandsaufnahme der rezenten, benthischen Tiefseeforaminiferen der Korngrößenfraktion > 250 mm in 27 Sedimentoberflächenproben aus dem austral-antarktischen Gebiet durchgeführt. Es konnten 137 Arten bestimmt werden, wobei aber keine Art dominante Anteile in den Proben erreichte. Über benthische Tiefseeforaminiferen im untersuchten Gebiet existiert kaum Literatur. Es gibt zwar aus dem 19. Jhrd. sehr gut dokumentierte Foraminiferen in diesem Bereich, diese decken aber längst nicht alle gefundenen Exemplare ab. Erst um die Jahrtausendwende beschäftigten sich Autoren wieder intensiver mit den australischen und neuseeländischen, benthischen Foraminiferen. Aber auch sie drangen nicht bis in die Tiefsee vor, sondern blieben vorwiegend im Schelfbereich. Aufgrund dieser spärlichen Literatur ist jede einzelne Art ausführlich mit Synonymieliste und Abbildung dokumentiert worden. Die PAST-Analyse generierte mit den 137 Arten und den 27 Stationen sechs Faunenvergesellschaftungen, die überwiegend bathymetrisch zoniert sind. Ab 562 m beginnt am Campbell Plateau in der Hochproduktionszone die Bulimina-Vergesellschaftung. Diese Vergesellschaftung zeichnet sich durch die höchste Individuenzahl aus. Ab 959 m findet sich die Rhizammina-Vergesellschaftung, die im Untersuchungsgebiet am weitesten verbreitet ist. Die weniger oft anzutreffende Cibicides-Vergesellschaftung läßt sich ab 1660 m Tiefe finden. Nur in einer einzigen Probe an der Tasmanschwelle in 2146 m Tiefe, tritt die Reophax-Vergesellschaftung auf, in der die Textulariina überwiegen. Die weniger oft anzutreffende Ehrenbergina-Vergesellschaftung läßt sich ab 1841 m finden. In dieser Vergesellschaftung, in der die Artenanzahl fast an das Niveau der Hochproduktionszone heranreicht, halten sich Rotaliina und Textulariina die Waage. Im Emerald Becken ab 3909 m Tiefe beginnt die Jaculella- Vergesellschaftung. Diese liegt in einem echten Hungergebiet und besteht hauptsächlich aus Textulariina. Im gesamten Untersuchungsgebiet lassen sich durch die Probenauswertung vier unterschiedliche Lebensräume (Challenger Plateau, Campbell Plateau, Emerald Becken und Tasmanschwelle) ausmachen. Da jedoch nur zwei Sedimentoberflächenproben am Challenger Plateau genommen wurden, konnte dieser Bereich nur eingeschränkt mit den anderen drei Bereichen verglichen werden. Die Foraminiferengemeinschaften des Challenger Plateaus und der Tasmanschwelle können jedoch im oberen Bereich der Wassersäule auch nur eingeschränkt miteinander verglichen werden, da man an der Tasmanschwelle Sedimentoberflächenproben erst ab 1634 m genommen hat und am Campbell Plateau Proben ab 562 m vorhanden sind. Die oberen Bereiche (ab 562 m bis ca. 1300 m) des Campbell Plateaus sind Hochproduktionsbereiche, die die höchsten Individuenzahlen pro 10 cm3 Sediment und die höchste Artenvielfalt aufweisen. Am Südwesthang des Campbell Plateaus läßt sich eine Abfolge der verschiedenen Foraminiferenvergesellschaftungen bis hinunter in das Emerald Becken nachweisen. An der Tasmanschwelle selbst läßt sich keine ausgeprägte Hochproduktionszone erkennen. Generell gibt es hier weniger Arten und weniger Individuen pro 10 cm3 Sediment als am Cambell Plateau. Das Emerald Becken, als tiefster Bereich des Untersuchungsgebietes und als echtes Hungergebiet, nimmt eine Sonderrolle ein.