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This thesis is focused on the study of the subvolcanic rocks from the northern part of the Jílové belt. The Jílové belt is a strip of magmatic rocks belonging to the Davle Volcanic Complex situated in the center of the Bohemian Massif, south of Prague, close to the border between the Teplá-Barandian and Moldanubian units. The sub-volcanic facies of its northern part has been previously ascribed to trondhjemite, alaskite or plagiogranite. In this study, we provide new geochemical data such as major and trace element analyses paralleled by Sr-Nd isotopic data, which indicate the origin of these rocks in the mantle wedge. They probably represent a final product of a magmatic differentiation of an island arc series. Here, we consider two possible models for their origin, according to which we could also choose the correct classification of these peculiar rocks: adakite, or plagiogranite. Adakites are rocks formed by melting of a subducted slab which are predominantly related to the volcanic arc settings. In comparison, plagiogranites are rocks formed by an extreme differentiation of a mantle- derived basaltic melt in the oceanic crust environment. Our new geochemical data, especially the low degree of light rare earth enrichment (LaN/YbN = 0.8-1.3), is clearly inconsistent with the genetic association...

Durch die weltweit zunehmende Nachfrage nach konventionellen Öl- und Erdgasressourcen und speziell deren Mangel in Jordanien, besteht eine vermehrtes Interesse and der Nutzung der Ölschiefervorkommen dieses Landes. Vor kurzem wurden 29 Bohrungen in Jordanien abgeteuft und dabei mächtige Ölschiefervorkommen entdeckt. In dieser Arbeit wurden die Geologie und Umweltbedingungen, unter denen die Ölschiefer Zentral- und Südostjordaniens während des Maastrichtiums bis Daniums abgelagert wurden, untersucht. Diese Ölschiefer sind bituminöse Mergelsteine, die in tektonisch bedingten Becken in einem mittleren bis äußeren Bereich einer Karbonatrampe abgelagert wurden, was durch ihre Lithologie, Mikrofazies, und Gesamtgesteinszusammensetzung belegt ist. Ihre Tonmineralogie deutet eine Ablagerung unter warmen Klimabedingungen an, Gehalte organischen Kohlenstoffs und \(\delta^{13}C_{carb}\) Werte der Gesteine belegen eine intensive Auflösung des organischen Materials und diagenetische Veränderung des Karbonates., Within the context of the global trend of continuous demand for conventional oil and gas resources, and the scarcity of these in Jordan, there has been a rising need for exploring that country’s wealth of unconventional oil shales. Recently, twenty-nine wells were drilled in Jordan and thick recoverable oil shale occurrences were discovered. The geological setting and environmental conditions under which these Maastrichtian-Danian oil shales from central- and southeastern Jordan have accumulated were investigated here. The oil shales are bituminous marls deposited in tectonically controlled basins within mid- to outer ramp settings as evidenced from the lithology, microfacies, and bulk rock composition. Clay mineral data indicate predominantly warm climatic conditions total organic carbon and \(\delta^{13}C_{carb}\) records show intensive dissolution of the organic matter and diagenetic alteration of the host carbonates.

Die hyperspektrale Bildgebung stellt eine Schlüsseltechnologie in der nicht-invasiven Mineralanalyse dar, sei es im Labormaßstab oder als fernerkundliche Methode. Rasante Entwicklungen im Sensordesign und in der Computertechnik hinsichtlich Miniaturisierung, Bildauflösung und Datenqualität ermöglichen neue Einsatzgebiete in der Erkundung mineralischer Rohstoffe, wie die drohnen-gestützte Datenaufnahme oder digitale Aufschluss- und Bohrkernkartierung. Allgemeingültige Datenverarbeitungsroutinen fehlen jedoch meist und erschweren die Etablierung dieser vielversprechenden Ansätze. Besondere Herausforderungen bestehen hinsichtlich notwendiger radiometrischer und geometrischer Datenkorrekturen, der räumlichen Georeferenzierung sowie der Integration mit anderen Datenquellen. Die vorliegende Arbeit beschreibt innovative Arbeitsabläufe zur Lösung dieser Problemstellungen und demonstriert die Wichtigkeit der einzelnen Schritte. Sie zeigt das Potenzial entsprechend prozessierter spektraler Bilddaten für komplexe Aufgaben in Mineralexploration und Geowissenschaften. Hyperspectral imaging (HSI) is one of the key technologies in current non-invasive material analysis. Recent developments in sensor design and computer technology allow the acquisition and processing of high spectral and spatial resolution datasets. In contrast to active spectroscopic approaches such as X-ray fluorescence or laser-induced breakdown spectroscopy, passive hyperspectral reflectance measurements in the visible and infrared parts of the electromagnetic spectrum are considered rapid, non-destructive, and safe. Compared to true color or multi-spectral imagery, a much larger range and even small compositional changes of substances can be differentiated and analyzed. Applications of hyperspectral reflectance imaging can be found in a wide range of scientific and industrial fields, especially when physically inaccessible or sensitive samples and processes need to be analyzed. In geosciences, this method offers a possibility to obtain spatially continuous compositional information of samples, outcrops, or regions that might be otherwise inaccessible or too large, dangerous, or environmentally valuable for a traditional exploration at reasonable expenditure. Depending on the spectral range and resolution of the deployed sensor, HSI can provide information about the distribution of rock-forming and alteration minerals, specific chemical compounds and ions. Traditional operational applications comprise space-, airborne, and lab-scale measurements with a usually (near-)nadir viewing angle. The diversity of available sensors, in particular the ongoing miniaturization, enables their usage from a wide range of distances and viewing angles on a large variety of platforms. Many recent approaches focus on the application of hyperspectral sensors in an intermediate to close sensor-target distance (one to several hundred meters) between airborne and lab-scale, usually implying exceptional acquisition parameters. These comprise unusual viewing angles as for the imaging of vertical targets, specific geometric and radiometric distortions associated with the deployment of small moving platforms such as unmanned aerial systems (UAS), or extreme size and complexity of data created by large imaging campaigns. Accurate geometric and radiometric data corrections using established methods is often not possible. Another important challenge results from the overall variety of spatial scales, sensors, and viewing angles, which often impedes a combined interpretation of datasets, such as in a 2D geographic information system (GIS). Recent studies mostly referred to work with at least partly uncorrected data that is not able to set the results in a meaningful spatial context. These major unsolved challenges of hyperspectral imaging in mineral exploration initiated the motivation for this work. The core aim is the development of tools that bridge data acquisition and interpretation, by providing full image processing workflows from the acquisition of raw data in the field or lab, to fully corrected, validated and spatially registered at-target reflectance datasets, which are valuable for subsequent spectral analysis, image classification, or fusion in different operational environments at multiple scales. I focus on promising emerging HSI approaches, i.e.: (1) the use of lightweight UAS platforms, (2) mapping of inaccessible vertical outcrops, sometimes at up to several kilometers distance, (3) multi-sensor integration for versatile sample analysis in the near-field or lab-scale, and (4) the combination of reflectance HSI with other spectroscopic methods such as photoluminescence (PL) spectroscopy for the characterization of valuable elements in low-grade ores. In each topic, the state of the art is analyzed, tailored workflows are developed to meet key challenges and the potential of the resulting dataset is showcased on prominent mineral exploration related examples. Combined in a Python toolbox, the developed workflows aim to be versatile in regard to utilized sensors and desired applications.

Přízřenice, Česká Bělá), Slovakia (Bíňa Čata) and The detection of climatic changes within the glacial palaeosols of the Bíňa Čata locality was Přízřenice, made of Phaeozem and Chernozem with intensive anthropogenic influence methods. In the case of medieval alluvial sediments in the Březina floodplain near Česká Bělá

In dieser Studie werden archäologische Goldartefakte der Bronzezeit aus Georgien und aus Mesopotamien mit naturwissenschaftlichen Analyseverfahren untersucht. Dabei stehen neben technologischen Gesichtspunkten übergeordnet zwei Fragestellungen im Vordergrund, die sowohl unter Einsatz von zerstörungsfreien als auch von minimal-invasiven und probenverbrauchenden Methoden bearbeitet werden: Zum einen wird erforscht, ob es möglich ist, spezifische Goldlagerstätten für Goldfunde zu identifizieren und so den Weg vom Artefakt zurück zur Lagerstätte zu ergründen. Zum anderen wird untersucht, ob es möglich, das Gold von Lagerstätten einer Region in lokalen Goldfunden zu identifizieren, um so den Weg von den Lagerstätten zu Artefakten nachzuvollziehen. Dazu werden Legierungszusammensetzungen, Spurenelementmuster sowie Isotopenzusammensetzungen von Blei, Kupfer und Osmium von Artefakt- und Naturgold charakterisiert, um ihr Potenzial für Provenienzstudien von Goldartefakten zu bewerten., In this study, gold artifacts from Bronze Age Georgia and Mesopotamia are analyzed using non-destructive as well as micro-invasive and sample-consuming techniques. Next to technological aspects, two main research questions are addressed: first, is it possible to examine a gold artifact and determine the geological or alluvial source of gold used for its creation? Second, is it possible to examine a series of geological gold sources within a defined region and identify the specific sources used for the manufacture of local gold artifacts? These research questions allow archaeologists to follow the gold from its geological deposit to the individual artifact. The alloy compositions, trace element fingerprints and isotope compositions of the elements lead, copper and osmium are all examined here to test their potential usefulness in provenance studies of gold artifacts.

Für den globalen, zukünftigen Energiemix prognostiziert die internationale Energieagentur (IEA) einen erheblichen Beitrag aus geothermischer Energie. Dabei soll die grundlastfähige, dezentrale und permanent verfügbare Energiequelle helfen, fossile Energieträger zu ersetzen. Aktuell konzentriert sich die Erschließung geothermischer Lagerstätten vor allem auf konventionelle High-Enthalpy Ressourcen, die oftmals in Zusammenhang mit Vulkanismus oder Magmatismus an aktiven Kontinentalrändern oder Rifting-Prozessen auftreten. Die aktiven Kontinentalränder, die den Pazifik umspannen (auch "pazifischer Feuerring" genannt), werden von vielen Anrainern geothermisch genutzt. Lediglich in der Andenregion konnten bislang keine nennenswerten geothermischen Ressourcen erschlossen werden. Chile hat, nach Inbetriebnahme des ersten geothermischen Kraftwerks, begonnen das geothermische Potential systematisch zu entwickeln. Dabei sollen, um eine nachhaltige Energieversorgung zu gewährleisten, neben der Erschließung von High-Enthalpy Lagerstätten auch Low/Medium-Enthalpy Reservoire genutzt werden. Global gesehen sind Low/Medium-Enthalpy Reservoire oft an große Störungssysteme oder geothermische geeignete Gesteinsformationen gebunden. Zur Auffindung und Charakterisierung der Lagerstätten bedarf es einer angepassten Explorationsstrategie, da klassische geothermische Exploration auf High-Enthalpy Ressourcen ausgelegt ist. Im Rahmen dieser Doktorarbeit soll eine Explorationsstrategie für Low/Medium Enthalpy Geothermierreservoire in Chile entwickelt werden. Als Forschungsstandort wurde das Geothermalsystem am Vulkan Villarrica gewählt, da der Erfolg der Explorationsstrategie zur Charakterisierung des komplexen Störungszonensystems und eines markanten Lithologie Wechsel getestet werden kann. Um sowohl die Reservoirgeometrie als auch Reservoirprozesse quantifizieren zu können, wurde ein interdisziplinarer Ansatz gewählt, der geochemische und geophysikalische Methoden koppelt. Störungszonensysteme besitzen eine übergeordnete Bedeutung zur Ausbildung des geothermischen Zirkulationssystems und somit zur Bildung der Lagerstätte. Der Forschungsstandort ist gekennzeichnet durch das Schneiden zweier überregionaler Störungszonen, der Liquiñe-Ofqui Störungssystem (LOFS) und der Mocha-Villarrica Störungszone (MVFZ), die mit geophysikalischen Methoden untersucht werden. Mit Hilfe hoch aufgelöster magnetotellurischer Messungen können beide Störungszonen durch verminderte elektrische Widerstände identifiziert werden. Diese Widerstandsreduktion wird durch das Auftreten von leitfähigen geothermischen Tiefenwässern und/oder hydrothermalen Alterationsprodukten hervorgerufen werden. Für die MVFZ zeigen die Untersuchungen eine nordwärts einfallende Störungszone, die mit einer Zone erhöhter elektrischer Leitfähigkeit in der mittleren Kruste verbunden ist. Der Ausbiss der Störungszone fällt mit der Lage der Villarrica-Quetrupillán- Lanín Vulkankette zusammen. Die LOFS zeigt sich als vertikale Zone erhöhter Leitfähigkeit, die sich von der Erdoberfläche bis zum Spröd-Duktilen Übergang erstreckt. Ein mögliches Eindringen in den duktilen Bereich mit potentieller Verbindung zu einer vorhandenen Zone erhöhter Leitfähigkeit in der mittleren Kruste wird durch erhöhte Leitfähigkeiten der duktilen Kruste maskiert. Parallel zu den MT Profilen werden gravimetrische Messungen durchgeführt. Die LOFS zeichnet sich durch eine markante negative Bouguer Anomalie aus, die räumlich mit den erhöhten Leitfähigkeiten übereinstimmt. Die Anwendung von Butterworth Filtern in Kombination mit gravimetrischer Modellierung ermöglicht die Bestimmung der Störungszonengeometrie und die Quantifizierung des Dichtekontrasts. In einer gemeinsamen Interpretation magnetotellurischer und gravimetrischer Daten können die Eigenschaften der LOFS in Bezug auf Tonmineralgehalt und Porosität berechnet werden um die Permeabilität der Störungszone abzuschätzen. Mit Hilfe geochemischer Methoden sollen die Reservoirprozesse charakterisiert werden. Dazu werden die Thermalwasseraustritte als Fenster zum Untergrund genutzt um den Ursprung und die Genese der Thermalwässer zu bestimmen. Es kann gezeigt werden, dass die Thermalwässer meteorische Ursprungs sind und durch intensive Reaktion mit Kristallin Gestein entstehen. Obwohl räumliche Nähe zu aktiven Vulkanen besteht, kann kein substantieller Einfluss magmatischer Fluide oder Gase festgestellt werden. Nachfolgend werden die Gesteins-Wasser Wechselwirkungen durch eine vergleichende Studie der Thermalwässer und möglicher Reservoirgesteine untersucht. Dabei wird der markante Lithologie Kontrast, zwischen plutonischen Gesteinen des Nord Patagonischen Batholiths (NPB) und vulkano-klastischen Gesteinen der Cura-Mallín Formation, durch die Analyse von Strontium Isotopen nachgezeichnet. Durch Analyse von FCKW Spezies und Sauerstoff Isotopen des SO4-H2O Systems kann gezeigt werden, dass in beiden Formationen unterschiedliche Fluidzirkulationssysteme auftreten. Im NPB kommt es zu einer Konzentration der Thermalwasserzirkulation auf Hauptstörungszonen, wohingegen für die Cura-Mallín Formation eine verzweigtere Fluidzirkulation nachgewiesen werden kann. Die Analyse der verschiedenen FCKW Spezies ermöglicht die Quantifizierung der Vermischungsprozesse im Untergrund und kann so genutzt werden um die in-situ Thermalwasserzusammensetzung zu ermitteln. Erst diese ermöglicht eine genaue Bestimmung der Reservoirbedingungen und des geothermischen Potentials. Der Villarrica Geothermalsystem besitzt ein erhöhtes geothermisches Potential. Durch Thermalwasseraufstieg entlang der Hauptstörungszonen bilden sich Reservoire in erschließbarer Tiefe. Als unterirdischer Wärmetauscher eignet sich vor allem die Cura-Mallín Formation durch das verzweigte Fließfeld. Maximale Reservoirtemperaturen 140–180°C eignen sich beispielsweise zur Wärmeversorgung der Stadt Pucón durch eine Fernwärmesystem.

Für den globalen, zukünftigen Energiemix prognostiziert die internationale Energieagentur (IEA) einen erheblichen Beitrag aus geothermischer Energie. Dabei soll die grundlastfähige, dezentrale und permanent verfügbare Energiequelle helfen, fossile Energieträger zu ersetzen. Aktuell konzentriert sich die Erschließung geothermischer Lagerstätten vor allem auf konventionelle High-Enthalpy Ressourcen, die oftmals in Zusammenhang mit Vulkanismus oder Magmatismus an aktiven Kontinentalrändern oder Rifting-Prozessen auftreten. Die aktiven Kontinentalränder, die den Pazifik umspannen (auch "pazifischer Feuerring" genannt), werden von vielen Anrainern geothermisch genutzt. Lediglich in der Andenregion konnten bislang keine nennenswerten geothermischen Ressourcen erschlossen werden. Chile hat, nach Inbetriebnahme des ersten geothermischen Kraftwerks, begonnen das geothermische Potential systematisch zu entwickeln. Dabei sollen, um eine nachhaltige Energieversorgung zu gewährleisten, neben der Erschließung von High-Enthalpy Lagerstätten auch Low/Medium-Enthalpy Reservoire genutzt werden. Global gesehen sind Low/Medium-Enthalpy Reservoire oft an große Störungssysteme oder geothermische geeignete Gesteinsformationen gebunden. Zur Auffindung und Charakterisierung der Lagerstätten bedarf es einer angepassten Explorationsstrategie, da klassische geothermische Exploration auf High-Enthalpy Ressourcen ausgelegt ist. Im Rahmen dieser Doktorarbeit soll eine Explorationsstrategie für Low/Medium Enthalpy Geothermierreservoire in Chile entwickelt werden. Als Forschungsstandort wurde das Geothermalsystem am Vulkan Villarrica gewählt, da der Erfolg der Explorationsstrategie zur Charakterisierung des komplexen Störungszonensystems und eines markanten Lithologie Wechsel getestet werden kann. Um sowohl die Reservoirgeometrie als auch Reservoirprozesse quantifizieren zu können, wurde ein interdisziplinarer Ansatz gewählt, der geochemische und geophysikalische Methoden koppelt. Störungszonensysteme besitzen eine übergeordnete Bedeutung zur Ausbildung des geothermischen Zirkulationssystems und somit zur Bildung der Lagerstätte. Der Forschungsstandort ist gekennzeichnet durch das Schneiden zweier überregionaler Störungszonen, der Liquiñe-Ofqui Störungssystem (LOFS) und der Mocha-Villarrica Störungszone (MVFZ), die mit geophysikalischen Methoden untersucht werden. Mit Hilfe hoch aufgelöster magnetotellurischer Messungen können beide Störungszonen durch verminderte elektrische Widerstände identifiziert werden. Diese Widerstandsreduktion wird durch das Auftreten von leitfähigen geothermischen Tiefenwässern und/oder hydrothermalen Alterationsprodukten hervorgerufen werden. Für die MVFZ zeigen die Untersuchungen eine nordwärts einfallende Störungszone, die mit einer Zone erhöhter elektrischer Leitfähigkeit in der mittleren Kruste verbunden ist. Der Ausbiss der Störungszone fällt mit der Lage der Villarrica-Quetrupillán- Lanín Vulkankette zusammen. Die LOFS zeigt sich als vertikale Zone erhöhter Leitfähigkeit, die sich von der Erdoberfläche bis zum Spröd-Duktilen Übergang erstreckt. Ein mögliches Eindringen in den duktilen Bereich mit potentieller Verbindung zu einer vorhandenen Zone erhöhter Leitfähigkeit in der mittleren Kruste wird durch erhöhte Leitfähigkeiten der duktilen Kruste maskiert. Parallel zu den MT Profilen werden gravimetrische Messungen durchgeführt. Die LOFS zeichnet sich durch eine markante negative Bouguer Anomalie aus, die räumlich mit den erhöhten Leitfähigkeiten übereinstimmt. Die Anwendung von Butterworth Filtern in Kombination mit gravimetrischer Modellierung ermöglicht die Bestimmung der Störungszonengeometrie und die Quantifizierung des Dichtekontrasts. In einer gemeinsamen Interpretation magnetotellurischer und gravimetrischer Daten können die Eigenschaften der LOFS in Bezug auf Tonmineralgehalt und Porosität berechnet werden um die Permeabilität der Störungszone abzuschätzen. Mit Hilfe geochemischer Methoden sollen die Reservoirprozesse charakterisiert werden. Dazu werden die Thermalwasseraustritte als Fenster zum Untergrund genutzt um den Ursprung und die Genese der Thermalwässer zu bestimmen. Es kann gezeigt werden, dass die Thermalwässer meteorische Ursprungs sind und durch intensive Reaktion mit Kristallin Gestein entstehen. Obwohl räumliche Nähe zu aktiven Vulkanen besteht, kann kein substantieller Einfluss magmatischer Fluide oder Gase festgestellt werden. Nachfolgend werden die Gesteins-Wasser Wechselwirkungen durch eine vergleichende Studie der Thermalwässer und möglicher Reservoirgesteine untersucht. Dabei wird der markante Lithologie Kontrast, zwischen plutonischen Gesteinen des Nord Patagonischen Batholiths (NPB) und vulkano-klastischen Gesteinen der Cura-Mallín Formation, durch die Analyse von Strontium Isotopen nachgezeichnet. Durch Analyse von FCKW Spezies und Sauerstoff Isotopen des SO4-H2O Systems kann gezeigt werden, dass in beiden Formationen unterschiedliche Fluidzirkulationssysteme auftreten. Im NPB kommt es zu einer Konzentration der Thermalwasserzirkulation auf Hauptstörungszonen, wohingegen für die Cura-Mallín Formation eine verzweigtere Fluidzirkulation nachgewiesen werden kann. Die Analyse der verschiedenen FCKW Spezies ermöglicht die Quantifizierung der Vermischungsprozesse im Untergrund und kann so genutzt werden um die in-situ Thermalwasserzusammensetzung zu ermitteln. Erst diese ermöglicht eine genaue Bestimmung der Reservoirbedingungen und des geothermischen Potentials. Der Villarrica Geothermalsystem besitzt ein erhöhtes geothermisches Potential. Durch Thermalwasseraufstieg entlang der Hauptstörungszonen bilden sich Reservoire in erschließbarer Tiefe. Als unterirdischer Wärmetauscher eignet sich vor allem die Cura-Mallín Formation durch das verzweigte Fließfeld. Maximale Reservoirtemperaturen 140–180°C eignen sich beispielsweise zur Wärmeversorgung der Stadt Pucón durch eine Fernwärmesystem.

Mercury (Hg) is a ubiquitous pollutant that is emitted to the atmosphere from both anthropogenic and natural sources. Human exposure to Hg occurs mainly from consumption of contaminated fish, as Hg exhibits very high bioaccumulation in the aquatic food chain. Hence, monitoring of low Hg levels in natural water is mandatory to meet regulations. In the first part of this thesis, a fully automated prototype system for reagent-free dissolved Hg determination in aqueous samples was established. The flow injection analysis system is based on Hg preconcentration on gold nanoparticles (AuNPs) as a selective adsorbent coupled to atomic fluorescence spectrometric (AFS) detection after thermal desorption of elemental Hg. The prototype was used to determine the total dissolved Hg concentration in various real water samples. Accuracy of the proposed method was confirmed by a reference method. The developed method offers significant advantages, because no reagents are needed for sample preparation, analyte preconcentration, and desorption which minimizes the risk of contamination. This leads to a detection limit as low as 13 pg L-1. Moreover, the method provides a broad linear working range covering 5 orders of magnitude and a good reproducibility described by a relative standard deviation of 3.26%. Dissolved organic matter in natural waters might affect Hg accumulation on the AuNP-based collector leading to minor recoveries. Hence, the influence of humic and fulvic acids as well as selected organic ligands on Hg adsorption onto a AuNP-based adsorbent was systematically studied as part of this work. The obtained results confirm that thiol-based ligands have a stronger influence on Hg adsorption onto AuNPs than non-sulfur ligands. To overcome minor findings due to Hg complexation by organic compounds a fully automated online UV irradiation pretreatment procedure was developed. Accurate Hg quantification in sample solutions with a DOC concentration up to 15 mg C L-1 was achieved by adding H2O2 to the samples prior to 6 min online UV irradiation. Alternatively, online digestion based on TiO2 assisted photocatalytic decomposition of organic substances was tested and significantly improved the degradation process of humic acids. In the second part of this study, a nanogold-decorated dipstick was developed for passive sampling of Hg from water samples. The novel sampler facilitates on-site accumulation of the analyte by dipping it into the respective water body. This simplifies the sampling procedure and minimizes contamination risk due to omission of transportation and storage of liquid samples. A mesoporous-macroporous silica monolith was applied for AuNPs immobilization and further application to Hg extraction from aqueous solution. During method development the influence of blank contribution, gold loading, exposure time and sample volume were thoroughly investigated. The porous structure of the silica monolith and the deposited AuNPs were characterized by scanning electron microscopy. The applicability of the novel sampler to natural water samples was confirmed by a recovery experiment in spiked seawater with a recovery rate of 101%. Additionally, the data received from direct determination of dissolved Hg in a freshwater sample by preconcentration onto the novel dipstick agreed with a reference method. The developed method exhibits a limit of detection of 1.31 ng L-1 for an exposure time of only 1 min, featuring a good reproducibility, evidenced by a standard deviation smaller than 5.4%.

Within the framework of this research, the complex geological history of the Pan African-Volta basin has been systematically reconstructed. Based on a broad review of literature and new data, 5 stages of geological-tectonic development have been identified. For the first time a systematic review of the mineral potential of the Pan-African Volta Basin was executed. Known and potentially existing mineralization have been related to the geotectonic history and metallogenetic conclusions have been drawn. Based on the findings of this research, the folded thrust belt located at the eastern rim of the Volta basin has been identified as the most prospective area for the ultramafic rocks with chromite, nickel mineralization and PGEs, hydrothermal gold and banded iron formation (BIF) but this will require further work.:Table of contents Table of contents iii List of tables v List of figures 1 Introduction 5 Summary of work done 6 Acknowledgements 6 1 In the Geology and regional geotectonic development of the West African Shield 7 1.1 Introduction 7 1.2 The basement of the Proterozoic sedimentary platform cover 9 1.3 Connection of West African Shield to Brazil 10 1.4 The Neoproterozoic sedimentary sequence and the extent of the Volta Basin 13 1.4.1 Introduction 13 1.4.2 The Neoproterozoic Sedimentary Sequence 15 1.5 The Pan-African Mobile Belt 23 1.5.1 The Buem Fold and thrust belt 23 1.5.2 New defined units 30 1.6 Interpretation of the deep structure of the Volta Basin 35 1.7 Metallic Minerals 37 1.7.1 Introduction 37 1.7.2 Iron (Fe) 39 1.7.3 Aluminium (Al) 46 1.7.4 Manganese (Mn) 50 1.7.5 Lead (Pb) 52 1.7.6 Copper (Cu) 55 1.7.7 Mineralisation related to ultramafic rocks 57 1.7.8 Gold (Au) 69 1.7.9 Tantalum (Ta) 72 1.7.10 Zirconium (Zr) 73 1.7.11 Heavy minerals in sands of Paleochannels 76 1.8 Non-metallic minerals 83 1.8.1 Introduction 83 1.8.2 Limestone (CaCO3) 84 1.8.3 Magnesite (MgCO3) 91 1.8.4 Barite (BaSO4) 93 1.8.5 Diamonds 97 1.8.6 Bitumen 100 1.9 Mineral Prediction with advangeo® Prediction Software 102 2 Minerogeny 109 2.1 Mineralisation controls and indicators 109 2.1.1 Geochemical Properties of selected stratigraphic units 109 2.1.2 Intrusive rocks 114 2.1.3 Volcanic rocks 118 2.1.4 Fault structural controls 119 2.1.5 Reactive Rocks 121 2.1.6 Other sedimentary controls: placers and paleoplacers 122 2.1.7 Laterites 122 2.1.8 Control of diamond occurrences 132 2.2 Key stages of metallogenic development 132 3 Discussion and recommendations 136 3.1 Recommendations 138 4 List of References 139 5 Appendices 144 5.1.1 Sample G113RK1 144 5.1.2 Sample G109RK1 145 5.1.3 Sample G116RK1 147 5.1.4 Sample G121RK1 149 5.1.5 Sample G121RK2 151 5.1.6 Sample G121RK3 152 5.1.7 Sample G131RK1 154 5.1.8 Sample G144RK2 155 5.1.9 Sample G145RK1 156 5.1.10 Sample G147RK1 157 5.2 Thin Sections 159 5.3 Deep drilling Data 174 5.4 Geophysical Datasets 176 5.5 Geochemical properties of volcanic rocks 181 5.6 Regional Geochemical Datasets (MSSP) 186 5.6.1 Methodology of data processing 188 5.7 Geochemical analysis – Electronic Dump 190 5.8 Geochemical properties of selected geo-tectonic units 190 5.8.1 Epicratonic basin 190 5.8.2 Foreland Basin 195 5.8.3 Thrusted continental margin 202

The principal goal of the thesis is to constrain nature of magmatic and alteration processes, character of mantle source(s), geotectonic setting and palaeogeographic implications of the Silurian and Devonian volcanism in Prague Basin (Teplá-Barrandian Unit, Bohemian Massif). The thesis is based on extensive geochemical study covering major- and trace-element geochemistry, neodymium isotope geochemistry and mineral chemistry supported by petrographic and field observations. The most important conclusions of the thesis are as follows: 1. The Silurian volcanic rocks of the Prague Basin represent within-plate, transitional alkali to tholeiitic basalts, which erupted in continental rift setting through thick Cadomian crust. The basalts originated by low degrees of partial melting of garnet peridotite mantle source. Older Wenlock basalts are similar to alkaline ocean island basalts (OIB) derived from subcontinental lithospheric mantle (SCLM), enriched most probably by frozen pods of Ordovician magmas. Younger Ludlow basalts resemble tholeiitic enriched mid-oceanic ridge basalts (EMORB) derived from subduction-modified SCLM depleted by Late Cambrian melting. The Wenlock-Ludlow melting is characterized by contemporaneous mixing of melts derived from both enriched and depleted SCLM mantle domains. 2....

Sulfaat is een belangrijke stof in sloten in veenweidegebieden. Het wordt in de zuurstofloze waterbodem door micro-organismen omgezet in sulfide, dat zich bindt aan ijzer. Daardoor komt fosfaat vrij, wat slecht is voor de ecologische kwaliteit van het slootwater. De gedachte was altijd dat de inlaat van gebiedsvreemd water in de polders de grootste bron van sulfaat is. De laatste jaren is duidelijk geworden dat het sulfaat vooral afkomstig is uit de veenweidebodem zelf. In de Krimpenerwaard gaat het om 75%. Het inlaatwater blijkt de sulfaatconcentraties in de gemiddelde veensloot zelfs omlaag te brengen!

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

Der Pliensbachium – Toarcium (Unter Jura) ist durch eine Reihe von globalen Umweltveränderungen gekennzeichnet, die mit Umbrüchen der marinen Invertebraten in Verbindung gebracht werden können. Wenig Aufmerksamkeit wurde bislang dagegen dem Verhalten der Flachwasserkarbonatproduzenten des Pliensbachium – Toarciums während Störungsperioden gewidmet. Die sedimentologischen Beobachtungen im zentralen Hohen Atlas Gebirges (Marokko) wurden durch geochemische (\(\delta^{13}C, \delta^{18}O, P_{tot}\)), paläontologische und palynologische Untersuchungen ergänzt und im Rahmen des aktuellen Kenntnisstandes des frühen Toarciums diskutiert. Die vorliegende Arbeit unterstreicht die wesentliche Bedeutung vorübergehender Abkühlungsphasen als mögliche Ursache für Massenaussterben zwischen dem Pliensbachium – Toarcium. Sie zeigt des Weiteren einen möglichen Zusammenhang zwischen Episoden kühleren Klimas, Meerwasserspiegelabfall, Bindung von Gashydraten und daraus folgender hyperthermaler Events, wie das T-OAE auf. The Pliensbachian – Toarcian interval (Lower Jurassic) is characterized by a series of global environmental disturbances associated with marine invertebrate turnovers. To date, little attention has been paid to the behavior of Pliensbachian – Toarcian shallow water carbonate factories during periods of perturbation. Sedimentological observations in the central High Atlas Mountain (Morocco) have been complemented with geochemical (\(\delta^{13}C, \delta^{18}O, P_{tot}\)), paleontological and palynological analyses and discussed within the current knowledge of the early Toarcian. The present thesis underlines the importance of transient cooling events as a possible mechanism for mass extinction during the Pliensbachian – Toarcian, and it draws also a possible link between cool climate episodes, sea-level fall, gas hydrate sequestration, and subsequent hyperthermal events such as the T-OAE.

Die geologische CO2-Speicherung kann dazu beitragen Emissionen von u.a. Kohlekraftwerken zu reduzieren und dabei langfristig CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen. Dabei wird CO2 von Kraftwerksabgasen abgeschieden und in tiefe geologische Formationen injiziert (CCS, Carbon Capture and Storage). CO2 kann in verschiedenartigen Reservoiren gespeichert werden, wofür sich ausgebeutete Erdöl- und Erdgasfelder, Kohleflöze und saline Aquifere eignen. Von diesen Reservoirtypen haben die salinen Aquifere die größte CO2-Speicherkapazität. Ab einer Tiefe von ca. 800 m ist die CO2-Speicherkapazität maximal, da CO2 in dieser Tiefe annähernd die höchste Dichte aufweist. Von den salinen Aquiferen sind überwiegend permeable Sandsteinformationen geeignet, die im Rotliegend, Buntsandstein oder Keuper auftreten. Diese permeablen Formationen müssen von undurchlässigen Schichten überlagert werden, um einen CO2-Aufstieg in oberflächennahe Grundwasserleiter oder in die Atmosphäre zu verhindern (»structural trapping«). In der Speicherformation löst sich das injizierte CO2 partiell im Formationswasser (»hydrodynamic trapping«) und wird durch Ausfällungsreaktionen in kohlenstoffhaltigen Mineralphasen festgelegt (»mineral trapping«). Geologic CO2 storage is a possibility to reduce CO2 emissions into the atmosphere. CO2 can be captured at power plants and can be stored in different reservoir types, among which the saline aquifers have the largest estimated storage capacity. The storage is efficient in depth larger than 800 m, because the density of CO2 is very high at the prevailing temperature and pressure conditions. Therefore, at these depth the storage capacity with respect to CO2 is largest. The formations suitable for CO2 storage are permeable sandstones, which are overlain by impermeable layers, i. e. fine­­-grained rocks (mudstones or siltstones, saltrocks). The impermeable layers can prevent CO2 from migrating into formations overlaying the storage formation (»structural trapping«) and into protected potable aquifers near the surface acidifying the groundwater, which are the major risks of CO2 storage. In the storage formation CO2 dissolves in the formation water (»hydrodynamic trapping«) and through mineral reactions the CO2 can be trapped in carbon bearing mineral (»mineral trapping«).

Bij het ontwateren en rijpen van nuttig toepasbare baggerspecie wordt veelvuldig gebruikt gemaakt van doorgangsdepots. Op initiatief van de waterschappen is een alternatief ontwikkeld voor de bodembescherming met behulp van een folie. Met een minerale bodembeschermingslaag kan eveneens een verwaarloosbaar bodemrisico bereikt worden. Een generieke regeling bleek vooralsnog niet haalbaar.

Diploma thesis deals with geological, petrological and geochemical studies of neovolcanic rocks of the SW part of the Most Basin in the area of Tušimice power plant open pit. There are two lava flows affected by coal mining in northern part of the mine. Petrological and geochemical studies with K-Ar dating relatively recent rocks in mostly weatherworn volcanic rocks showed, that they can be classified as Ti-rich basaltic rocks without olivine (tephrites), which belong to the main volcanic phase in the evolution of the Eger graben. It was evidenced geologicaly and with K-Ar dating, that studied rocks were seperated from underlying beda by hiatus which caused erosion of volcanic rocks as well as crystalline bedrock. Mmajor and trace elements composition of co-magmactic volcanics showed that rock were derived from two slightly different sources of upper mantle. Composition of two samples indicates the formation from low degree of partial melting strongly metasomatic asthenospheric mantle. Chemical features of volcanic rocks show that mantle source was comparamble to recent OIB basalts. Last sample arose from less metasomatized and depth distincted mantle which was affected by higher level of partial melting. Melts from which crystallized both rocks were minimaly affected by asimilation or...

This thesis discusses gold deposit types, reviews historical approaches to their classification, and focuses in more detail on modern classification approaches. A new classification of gold deposits is presented, and the orogenic deposit type is described in detail. All important characteristics and features of this deposit type are presented. The second part of this thesis discusess the geology and mining history of Jílové u Prahy, which historically has been the most important gold-bearing district in the Czech Republic. A number of other, less important gold-bearing areas are located at periphery of this district, but these areas have yet to be geologicaly studied in detail. The Radlík and Zahořany gold-bearing areas are studied in detail in this thesis. Structural measurements in these areas are presented, some of which are from outcrops, while others come from several adits that have been preserved to the present day. Geological maps of parts of some these adits are presented, focusing on those that could be useful for deposit type identification. The thesis goes on to discuss gangue samples, which were studied microscopically, with fluid inclusions in quartz also subjected to study. The final part of the thesis presents a comparison between the orogenic gold deposit type and measured data. However,...

The contributions collected in this report provide a representative overview of the scientific outcome of INE research activities in 2015. The structure of the report follows widely the organization of the institute according to research topics: basic research towards understanding geochemical reactions of radionuclides on a molecular scale and applied studies on radionuclide retention in multi-barrier system under real repository conditions.

Mit dem Grundwasserwiederanstieg in Braunkohleabraumkippen werden die aus der Pyritverwitterung resultierenden Stoffausträge an Sulfat-, Eisen-, Schwermetall- und H+-Ionen gelöst. Im Rahmen dieser Dissertation wurde eine Methodik entwickelt, mit deren Hilfe Problembereiche ausgehalten und somit Maßnahmen im aktiven mitteldeutschen Tagebaubetrieb ergriffen werden können, um die zukünftige Beeinflussung der umgebenden Grund- und Oberflächenwasserkörper zu minimieren. An Vorfeldsedimenten konnten in Feld-eluaten, Stoßbeprobungen und Verwitterungsversuchen geochemische Eigenschaften ermittelt werden. In resultierenden Pufferungsversuchen aus karbonathaltigen Geschiebe-mergeln und Hauptaciditätsträgern konnte eine langfristige Minderung der Aciditätswirkung nachgewiesen werden und ein adaptierter Regelkippenaufbau mit laminaren, alterierenden Sichtaufbau begründet werden. In umliegenden Altkippengrundwässern sind Pufferung und Sulfatreduktion als Wiederfestlegungsprozesse der AMD-Problemstoffe belegt worden.:Versicherung 3 Zusammenfassung 8 1 Aktualität und Bedeutung der gesteuerten Abraumverkippung 10 2 Theoretische Grundlagen, Ziele, Aufgaben und Technik 15 2.1 Das System Kippe mit Verwitterungsstufen und Stufen der Gegenmaßnahmen 16 2.1.1 Phasen der Tagebauentwicklung in Bezug auf die Sauerwasserbildung 16 2.1.2 Systematik der Gegenmaßnahmen 18 2.2 Pyritbildung, Verwitterung, Pufferung und Wiederfestlegung 22 2.2.1 Pyritbildung 22 2.2.2 Pyritverwitterung 22 2.2.3 Pufferreaktionen 24 2.2.4 Wiederfestlegung durch autochthone mikrobielle Sulfatreduktion 26 2.2.5 Wiederfestlegung durch technisch- biologisch forcierte Sulfatreduktion 28 2.3 Geochemische Verhältnisse der Kippen Zwenkau und Witznitz 30 2.4 Geräteeinsatz im Tagebau des Untersuchungsgebietes 33 3 Ableitung einer Untersuchungsmethodik 35 3.1 Bearbeitungsziel und Ableitung der notwendigen Methoden 35 3.1.1 Geologisches Modell 36 3.1.2 Geochemisches Modell 38 3.1.3 Gewinnungstechnologisches Modell 39 3.2 Vorfeldbohrungen, Korngrößenbestimmung, stoffliche Charakterisierung und RFA 41 3.2.1 Vorfeldbohrungen 41 3.2.2 Lagerung und Probenahme 42 3.2.3 Körnungsanalyse und Wassergehaltsbestimmung 43 3.2.4 Feststoffcharakterisierung Kohlenstoff / Schwefel mittels CS-Mat 44 3.2.5 Röntgenfluoreszenzanalytik 44 3.3 Feldeluate, HCl-Test und organoleptische Ansprache 46 3.3.1 Feldelution 46 3.3.2 Salzsäure-Test (HCl-Test) 47 3.3.3 Organoleptische Ansprache 47 3.3.4 Hydrolytische Acidität 48 3.4 Verwitterungsversuche 49 3.5 Stoßbeprobung 51 3.6 Pufferungsversuche 52 3.7 Kippengrundwassermonitoring 54 3.7.1 Grundwassermessstellen und Probenahmeequipment 54 3.7.2 Feldanalytik 55 3.7.3 Laboranalytik 56 3.7.4 Hydrogeochemische Modellierung 56 4 Grundlagen und geologische Beschreibung des Untersuchungsgebietes 58 4.1 Untersuchungsgebiet 58 4.2 Tertiäre Einheiten 59 4.3 Quartäre Einheiten 61 4.4 Abgrenzung und Festlegung der Auswerteeinheiten 61 4.5 Vorfeldbohrungen 62 5 Anwendung der Methodik für den Tagebau Vereinigtes Schleenhain 65 5.1 Baufeld Schleenhain 65 5.1.1 Vorfeldbohrungen und Feldeluate 65 5.1.2 Stoffliche C/S-Charakterisierung 69 5.1.3 Verwitterungsversuche 72 5.1.4 Stoßbeprobung 85 5.1.5 Pufferungsversuche 90 5.1.6 Körnungsanalyse und Verwitterungszugänglichkeit 99 5.2 Baufeld Peres 103 5.2.1 Feldeluate 103 5.2.2 Vorfeldbohrungen und stoffliche Charakterisierung 105 5.2.3 Verwitterungsversuche 107 5.2.4 Pufferungsversuche 113 5.3 Beschaffenheit der Kippengrundwässer 114 5.3.1 Grundlegende hydrogeochemische Charakterisierung 115 5.3.2 Verwitterungszonen 117 5.3.3 Spurenmetallgehalte 118 5.3.4 Wirksamkeit der geogenen Puffer 119 5.3.5 Kennzeichnung der Sulfatreduktion als natürlicher Rückhalteprozess 121 5.3.6 Hydrochemische Modellierung 124 5.4 Fehlerdiskussion 126 6 Übertragung der Ergebnisse, Bewertung und Schlussfolgerung 127 6.1 Geologisches Modell und technische Verschnittmöglichkeiten 127 6.1.1 Geologisch-genetische Charakteristik der Auswerteeinheiten 127 6.1.2 Verbreitung und Mächtigkeit wesentlicher Auswerteeinheiten im Tagebau „Vereinigtes Schleenhain“ 128 6.1.3 Tagebautechnologische Verschnittmöglichkeiten 130 6.2 Geochemische Möglichkeiten bei der Umstellung der Tagebautechnologie – Massenversatz und Mischung 132 6.2.1 Gewinnungsscheiben 132 6.2.2 Regelkippenaufbau 134 6.2.3 „Schnelle Fahrweise“ und (Zwischen-) Abdeckung 134 6.2.4 Einmischung der Sedimente 135 6.3 RFA-Analytik und Bewertung von Sedimenteigenschaften 137 7 Zusammenfassung und weiterer Handlungsbedarf 139 7.1 Zusammenfassung - Ergebnisse Vorfeldbohrungen 139 7.2 Zusammenfassung – Verwitterungsversuche Labor und Feld 139 7.3 Zusammenfassung – Pufferungsversuche Schleenhain und Peres 141 7.4 Zusammenfassung – Gütemonitoring Kippengrundwässer 141 7.5 Zusammenfassung – Geologisches Modell/ Verschnitt/Technologie 142 7.6 Nachweis der Anwendbarkeit der Methode 144 7.7 Ausblick und weiterer Handlungsbedarf 145 Literatur und Quellen 146 Tabellenverzeichnis 151 Abbildungsverzeichnis 151 Abkürzungsverzeichnis 157 Anlagen 159 For lignite mining extensive overburden masses have to be moved. Due to the ventilation of the overburden by atmospheric oxygen, there is a weathering of mostly tertiary sulfides. The rebound of groundwater in future tippings dissolves sulfate, iron, heavy metal and H+ ions, resulting from the pyrite weathering. The partial mobilization of overburden sulfides are opposed to hydrogeochemical buffer reactions e.g. the buffering by carbonates as the first step of buffering. Therefore, there are the questions to the mining operators of the measures that can be taken to minimize the geochemical influence of the surrounding ground and surface water bodies. Object of this PhD-thesis is to lead a methodology that helps to characterize the future tilting substrates to find technological and strategic measures for minimizing the acid water formation in the active open pit operation. In Field eluates and weathering tests in the laboratory and in the field, sediments from dry drill holes in the forefront of open pits “Schleenhain” and “Peres” it could be shown that the geological facies formation of sediments has a decisive influence on geochemical characteristics. As the main acidifying sediment the tertiary aquifer number 2 (lying part) and number 3 can be identified with their high sulfur contents. With increasing time of oxygen exposure sulfate, iron, heavy metal and H + ions released massively. Furthermore, it appears that carbonate buffer essentially are available as glacial till only in cohesive Quaternary. With the resulting buffering experiments from glacial till and the most acidic aquifer sediments a long-term retention of iron, heavy metal and H + - ion and a reduction of sulfate release can be shown, if there is a share of at least 40% glacial till to the lying aquifer number 2 sediments or 20% glacial till to the aquifer number 3. The groundwater quality monitoring of unstructured resaturated old dumps near to the active open pits is comparable to a field test. In addition to weathering zones with high levels of pollutants in the presence of carbonates, buffering processes and sulfate reduction with precipitation of problematic substances in secondary mineral phases can be detected. Blending the research results of geological and geochemical data, an important, in principle selectively recoverable, buffer potential already exists. The determined mixing ratio from 80-60 mass-% acidic sediments to 20-40 mass-% buffering sediment from the buffering experiments can be realized in tilting. In the open pit “Schleenhain” the missing buffering material can be compensated by mass offset from the open pit “Peres”. With the use of the already existing equipment, it is possible to establish a laminar, alternately tipping body with good geochemical and geotechnical conditions.:Versicherung 3 Zusammenfassung 8 1 Aktualität und Bedeutung der gesteuerten Abraumverkippung 10 2 Theoretische Grundlagen, Ziele, Aufgaben und Technik 15 2.1 Das System Kippe mit Verwitterungsstufen und Stufen der Gegenmaßnahmen 16 2.1.1 Phasen der Tagebauentwicklung in Bezug auf die Sauerwasserbildung 16 2.1.2 Systematik der Gegenmaßnahmen 18 2.2 Pyritbildung, Verwitterung, Pufferung und Wiederfestlegung 22 2.2.1 Pyritbildung 22 2.2.2 Pyritverwitterung 22 2.2.3 Pufferreaktionen 24 2.2.4 Wiederfestlegung durch autochthone mikrobielle Sulfatreduktion 26 2.2.5 Wiederfestlegung durch technisch- biologisch forcierte Sulfatreduktion 28 2.3 Geochemische Verhältnisse der Kippen Zwenkau und Witznitz 30 2.4 Geräteeinsatz im Tagebau des Untersuchungsgebietes 33 3 Ableitung einer Untersuchungsmethodik 35 3.1 Bearbeitungsziel und Ableitung der notwendigen Methoden 35 3.1.1 Geologisches Modell 36 3.1.2 Geochemisches Modell 38 3.1.3 Gewinnungstechnologisches Modell 39 3.2 Vorfeldbohrungen, Korngrößenbestimmung, stoffliche Charakterisierung und RFA 41 3.2.1 Vorfeldbohrungen 41 3.2.2 Lagerung und Probenahme 42 3.2.3 Körnungsanalyse und Wassergehaltsbestimmung 43 3.2.4 Feststoffcharakterisierung Kohlenstoff / Schwefel mittels CS-Mat 44 3.2.5 Röntgenfluoreszenzanalytik 44 3.3 Feldeluate, HCl-Test und organoleptische Ansprache 46 3.3.1 Feldelution 46 3.3.2 Salzsäure-Test (HCl-Test) 47 3.3.3 Organoleptische Ansprache 47 3.3.4 Hydrolytische Acidität 48 3.4 Verwitterungsversuche 49 3.5 Stoßbeprobung 51 3.6 Pufferungsversuche 52 3.7 Kippengrundwassermonitoring 54 3.7.1 Grundwassermessstellen und Probenahmeequipment 54 3.7.2 Feldanalytik 55 3.7.3 Laboranalytik 56 3.7.4 Hydrogeochemische Modellierung 56 4 Grundlagen und geologische Beschreibung des Untersuchungsgebietes 58 4.1 Untersuchungsgebiet 58 4.2 Tertiäre Einheiten 59 4.3 Quartäre Einheiten 61 4.4 Abgrenzung und Festlegung der Auswerteeinheiten 61 4.5 Vorfeldbohrungen 62 5 Anwendung der Methodik für den Tagebau Vereinigtes Schleenhain 65 5.1 Baufeld Schleenhain 65 5.1.1 Vorfeldbohrungen und Feldeluate 65 5.1.2 Stoffliche C/S-Charakterisierung 69 5.1.3 Verwitterungsversuche 72 5.1.4 Stoßbeprobung 85 5.1.5 Pufferungsversuche 90 5.1.6 Körnungsanalyse und Verwitterungszugänglichkeit 99 5.2 Baufeld Peres 103 5.2.1 Feldeluate 103 5.2.2 Vorfeldbohrungen und stoffliche Charakterisierung 105 5.2.3 Verwitterungsversuche 107 5.2.4 Pufferungsversuche 113 5.3 Beschaffenheit der Kippengrundwässer 114 5.3.1 Grundlegende hydrogeochemische Charakterisierung 115 5.3.2 Verwitterungszonen 117 5.3.3 Spurenmetallgehalte 118 5.3.4 Wirksamkeit der geogenen Puffer 119 5.3.5 Kennzeichnung der Sulfatreduktion als natürlicher Rückhalteprozess 121 5.3.6 Hydrochemische Modellierung 124 5.4 Fehlerdiskussion 126 6 Übertragung der Ergebnisse, Bewertung und Schlussfolgerung 127 6.1 Geologisches Modell und technische Verschnittmöglichkeiten 127 6.1.1 Geologisch-genetische Charakteristik der Auswerteeinheiten 127 6.1.2 Verbreitung und Mächtigkeit wesentlicher Auswerteeinheiten im Tagebau „Vereinigtes Schleenhain“ 128 6.1.3 Tagebautechnologische Verschnittmöglichkeiten 130 6.2 Geochemische Möglichkeiten bei der Umstellung der Tagebautechnologie – Massenversatz und Mischung 132 6.2.1 Gewinnungsscheiben 132 6.2.2 Regelkippenaufbau 134 6.2.3 „Schnelle Fahrweise“ und (Zwischen-) Abdeckung 134 6.2.4 Einmischung der Sedimente 135 6.3 RFA-Analytik und Bewertung von Sedimenteigenschaften 137 7 Zusammenfassung und weiterer Handlungsbedarf 139 7.1 Zusammenfassung - Ergebnisse Vorfeldbohrungen 139 7.2 Zusammenfassung – Verwitterungsversuche Labor und Feld 139 7.3 Zusammenfassung – Pufferungsversuche Schleenhain und Peres 141 7.4 Zusammenfassung – Gütemonitoring Kippengrundwässer 141 7.5 Zusammenfassung – Geologisches Modell/ Verschnitt/Technologie 142 7.6 Nachweis der Anwendbarkeit der Methode 144 7.7 Ausblick und weiterer Handlungsbedarf 145 Literatur und Quellen 146 Tabellenverzeichnis 151 Abbildungsverzeichnis 151 Abkürzungsverzeichnis 157 Anlagen 159

Bij het ontwateren en rijpen van nuttig toepasbare baggerspecie wordt veelvuldig gebruikt gemaakt van doorgangsdepots. Op initiatief van de waterschappen is een alternatief ontwikkeld voor de bodembescherming met behulp van een folie. Met een minerale bodembeschermingslaag kan eveneens een verwaarloosbaar bodemrisico bereikt worden. Een generieke regeling bleek vooralsnog niet haalbaar.

Diploma thesis deals with geological, petrological, structural and geochemical studies of the most probably neoproterozoic volcanic and sedimentary rocks of the Pičín belt in the area NW from Dobříš, approximately between the villages Trnová and Chouzavá. Volcanics of Kozí hory area, which are demonstrably included into Davle Formation have beeen used for comparison with the Dobříš area. One of the major part of the work includes geological mapping on scale of 1:10 000, which served as a base for a more detailed petrological, structural and geochemical studies. Some lenses of lava and volcanoclastic breccia and minor layer spilite were newly discovered, areal extent of some cherts bodies and basaltic dykes were modified. Basalts, andesites and dacites bodies have been reclassified against the basic geological map of 1:25 000 (Havlíček, 1985; Mašek, 1987). Basalts in the Havlíček's (1985) map actually represent a very fine-grained rhyolites (ignimbrites) with disseminated ore minerals with layers of pyroclastic rocks (ignimbrites, volcanoclastic breccia). Areal extent of andesites and dacites bodies were modified and new body of trachyandesite was detected. Extremely fast cooled grained textures and series of features corresponding to welded tuff (ignimbrites) shows that the tuffs were deposited in...

The contributions collected in this report provide a representative overview of the scientific outcome of INE research activities in 2014. The structure of the report follows widely the organization of the institute according to research topics: basic research towards understanding geochemical reactions of radionuclides on a molecular scale and applied studies on radionuclide retention in multi-barrier system under real repository conditions.

Matter of this study are complicated mineable areas at the top of the main seam in the open lignite cast Hambach. It deals with the oldest horizon of the sandy-clayey Inden-Schichten. The main topic of this study is an investigation area in the northeastern part of the open lignite cast Hambach. The investigations are focused on sideritic clays and Toneisenstein.With the applied standard operations of the borehole loggings (density, electrical resistance and natural gamma-ray) Toneisenstein is in fact detectable, but the distribution is not certainly predictable. With the study of the genesis, composition and distribution of the clays, siderites and Toneisenstein there should be found some parameters to optimize the prediction of the kind, position and distribution of these areas.The local geological background which led to the formation of the Inden-Schichten in particular in the open lignite cast Hambach are analysed in the second episode. Notably the distribution of clays and siderites in the lower rhine embayment and in the open lignite cast Hambach is considered. The third episode gives an overview about the claymineralogical and carbonaceous terms and definitions used in this study. Notably are the common used genesis modells about siderite concretions are looked on and linked together to an current modell. In the fourth episode are the terms for the different siderites and Toneisenstein used in this study defined by examples from the open cast. The fifth episode presents the applied methods for the characterization of the investigated clays, sideritic clays, siderite concretions and Toneisenstein. Especially the investigations of the mineralogical and chemical features should contribute to the understanding of the genesis of these areas. With geophysical investigations should specific characteristics be defined which should be tested for detection on cores and in boreholes.The results are presented in the sixth episode. These are for example detailled investigations of the clay mineralogy and high-resolution measurements of the iron content, the colour and the magnetis suzeptibility. These are indeed adequate methods to detect siderite. In combination with the other methods they improve the detection, but the prediction of the complicated mineable clays and Toneisenstein is not improved. Also nor the mineralogical neither the chemical compositions give hints for spatial distributions between the boreholes and the siderites or Toneisenstein.In the seventh episode are all findings linked together to the genesis modell. On the one hand the formation of the complicated mineable areas in particular of the siderites and Toneisenstein can be reconstructed, but on the other hand there is a disordered, chaotic distribution of the siderites and Toneisenstein given. Generelly are the 7A-depositions of the investigation area built up of clays with minor and outlensing sandlayers of a fluvial to lacustrine deposition area. In the southern reference area there are sandy deposits of a channel dominated area of a river systems developed. The northern Toneisenstein-problem area is constructed of flat channels, oxbow lakes, shallow water areas like bogs, lakes and floodplains. The siderites and Toneisenstein have formed by locally bounded processes by which the position of the channels, back waters, lakes and floodplains often changed during the sedimentation.Because of the local and isolated occurences it is not possible to create a detailled, large-area mapping or forecast with the applied borehole grid, because the resolution of the geophysical methods are too low for these siderites and Toneisenstein. Additionally it is not possible to distinguish between clays with siderites or clays with Toneisenstein. There are several reasons based on the one hand on the formation processes of the siderites and Toneisenstein and on the other hand on the deposition area for this.

[no abstract]

The principal goal of this Ph.D. Thesis is to contribute to the research on formation of compo- sitional and textural zoning in shallow-level plutons. Processes responsible for emplacement of individual plutons/pulses and the origin of compositional zoning in are addressed in a great detail, from the pluton-scale down to the micro-scale. The main emphasis in the more focused part of this text is on a combination of various quanti- tative data sets from two well-selected plutons (the Říčany Pluton in the Central Bohemian Plu- tonic Complex and the Melechov Pluton in the Moldanubian Batholith). These detailed studies are supported by further research on the Štěnovice, Čistá and Ševětín plutons. In this way we cover the evolution of Variscan magmatism in the heart of Bohemian Massif in its entirety, from Late Devonian till Permian. The thesis is based on combining field and structural studies (including the anisotropy of mag- netic susceptibility, AMS), textural analysis, petrological, geochronological and geochemical methods with geophysical investigations. Mathematical approaches have been designed and applied to the interpretation of geochemical data, with potential applications to other igneous systems. I strongly believe that only such comprehensive studies on well-selected case examples have a...

Die thermodynamische Referenzdatenbasis THEREDA wird im Rahmen eines Ver-bundvorhabens vom Institut für nukleare Entsorgung des Karlsruher Institut für Techno-logie (KIT-INE), dem Institut für Ressourcenökologie des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZRD-IRE), dem Institut für Anorganische Chemie der TU Bergakademie Freiberg (TUBAF), bis 1.4.2015 von AF-Consult/CH (AFC) und der Abteilung Prozessanalyse der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) erstellt. Diese Kurzfassung fasst die Arbeiten für die zweite Projektphase des Verbundvorha-bens THEREDA für den Berichtszeitraum 2010-07 bis 2013-12 zusammen. Während in der ersten Projektphase (2006-07 bis 2010-06) vor allem grundlegende Arbeiten an-standen (Implementierung einer Datenbank, Eingabe von Daten, Erstellung eines QM-Systems, Festlegung von gemeinsamen Richtlinien und Kriterien, Erstellung einer In-ternetplattform), standen in der zweiten Projektphase die Freigabe von thermodynami-schen Daten im Vordergrund. Es wurden insgesamt neun Datenfreigaben realisiert. Für diese wurden Parameterda-teien generiert, die mit den Programmen EQ3/6, PHREEQC, Geochemist‘s Workbench und CHEMAPP genutzt werden können. Wo dies notwendig war, wurden hierzu zu-sätzliche Dokumentationen („Technical Paper“) erstellt, in denen der Nutzer weitere In-formationen findet. Für die dezentrale Eingabe der Daten wurde eine grafische Benut-zeroberfläche entwickelt. Als Vorbereitung für zukünftige Aktivitäten, etwa im Zusammenhang mit der Suche nach weiteren Endlagerstandorten, wurden die technischen Grundlagen für die Spei-cherung von Sorptionsdaten gelegt. THEREDA wird derzeit im Rahmen einer durch das Bundesamt für Strahlenschutz ge-förderten dritten Projektphase auf administrativer Ebene fortgeführt. Die Erweiterung der Datenbasis erfolgt im Rahmen anderer FuE-Projekte. Die vollständigen Berichte aller Verbundteilnehmer sind dieser Kurzfassung auf CD-ROM beigefügt.

Die Broschüre informiert über die Ergebnisse der Untersuchungen zu den geogenen Ursachen der Entstehung von Sauerwasser, einem der hauptsächlichen Wasserqualitätsprobleme in den Braunkohlenbergbaugebieten Nordsachsens. Das Vorhaben wurde vom LfULG gemeinsam mit Forschungspartnern von 2009 bis 2011 bearbeitet. Die angewendete Untersuchungsmethodik und die gewonnenen Erkenntnisse werden inzwischen schon in der mitteldeutschen Braunkohlenindustrie praktisch umgesetzt. Sie lassen sich auf andere in- und ausländische Kohlenreviere übertragen. Integrativer Ansatz des Vorhabens war die geochemische Charakteristik der tertiären Schichtenfolge durch die Analyse der Stoffeinträge in die Paläomoore (Braunkohlenflöze) und die geochemische Charakteristik der tertiären Zwischenmittelhorizonte und sonstiger Flözbegleitschichten. Das war die Basis für eine Paläo-Environment-Analyse. Aus der Analyse konnten die kausalen Ursachen der geochemischen Zusammensetzung der Braunkohlenbergbaukippen abgeleitet und hinsichtlich des Aciditätspotenzials aus der Pyritverwitterung für die Grundwasserversauerung (Acid Mine Drainage) quantifiziert werden.

Unambiguously pristine and largely unpolluted sediments from the Late Weichselian and Holocene infillings of the Meuse residual channels in northern Limburg (the Netherlands) have been sampled to determine the natural compositional variation of the river’s suspended load. Bulk geochemical and granulometric analyses demonstrate that about 70␘f the variation can be ascribed to hydrodynamic mineral sorting. Clay- and fine silt-sized phyllosilicates are the most important deterministic features, hosting the bulk of Al2O3, TiO2, K2O, MgO and trace element variability (notably Ba, Cr, Ga, Rb and V). Quartz is abundant in the fine and coarse sand fractions. Na2O and the Zr-Nb-Nd-Y quartet relate to albitic feldspars and heavy minerals, respectively, in the coarse silt fraction. The granulometry should therefore be quantified if geochemical baseline data for a particular geological unit or region are drawn up and for the evaluation of potentially polluted sediments. Although provenance has not changed, the composition of Meuse sediments cannot be considered constant over a time frame of 1000-10,000 years, due to climatic change.Weathering of phyllosilicates in both interstadial and interglacial soil environments and changing relative source-area contributions alter the detrital clay-mineral supply to raise the Al2O3 and lower the K2O and MgO contents in Holocene Meuse sediments. Early diagenetic siderite and vivianite formation in gyttjas causes relative accumulations of Fe2O3, MnO, P2O5, Co, Ni and notably Zn above the phyllosilicate background values. These accumulations are natural and show that sediments with elevated trace metal contents are not necessarily polluted.Very early atmospheric pollution in relation to ore mining and smelting activities in the Roman era, however, probably caused elevated Pb contents in Subatlantic humic clays and peat samples, long before the historic pollution of the Industrial Revolution started. The Al2O3, Fe2O3 and CaO contents are used to predict the trace-element values as a function of sample granulometry, siderite/vivianite and lime content, respectively. As such, they can provide a sound basis for environmental researchers to determine baseline values of heavy metals in bulk samples of fine-grained fluvial sediments.

At the Pliocene-Pleistocene transition, major changes occurred in the Rhine system: Climatic cooling, extension of the drainage area into the Alps and a marine regression. We studied the geochemistry, clay mineralogy and micromorphology of several sections with Pliocene and Early Pleistocene Rhine deposits to determine the effects of this change on the bulk geochemical record. We found a general increase in Na2O contents, which can be attributed to the Alpine source supplying fresh, sodic plagioclase-rich material instead of the local, strongly weathered sediments. Increasing K2O/Al2O3 can be attributed to a similar decrease in degree of weathering. However, this trend is disturbed by the loss of K from clay minerals during weathering in organic-rich layers. Local high TiO2 anomalies, caused by preferential sorting and concentration, are found in most Pliocene sections, but they are absent in the Upper Pliocene and Lower Pleistocene Alpine-derived deposits. This change is probably due to a change in the energy of the fluvial system. Finally, (pyrite-) S contents drop (siderite-) Fe contents rise. Micromorphological observations indicate that the Pliocene pyrite was formed when freshwater deposits were flooded with seawater during short-term events. The decrease in S, and the increase in siderite-Fe, can be attributed to decreasing marine influence, as a result of the marine regression at the Pliocene-Pleistocene transition

Mantle pyroxenites are important components of mantle rocks, because they provide important insights into bulk composition and heterogeneity of the Earth's upper mantle and therefore, direct evidence of mantle evolution throughout the Earth history. Studied pyroxenites from localities Bečváry (the Kutná Hora Complex), Níhov, Nové Dvory, Mohelno, Horní Kounice, Karlstteten and Meidling (the Gföhl Unit of the Moldanubian Zone) occur as dykes and/or layers within spinel and garnet peridotites from the Bohemian massif. Whole-rock concentrations of rare earth (REE) and other trace elements in studied pyroxenites yield extreme variability, which most likely reflect: 1) variable garnet/clinopyroxene ratios in bulk rocks, 2) different degree of fractionation of parental melts and 3) different concentrations trace elements in the source host material. Pyroxenites from locality Mohelno (LREE-depleted) may be derived from depleted or only slightly enriched suboceanic mantle. In contrast, pyroxenites from Karlstetten, Meidling, Horní Kounice and Nové Dvory (LREE-enriched) crystallized from the melts derived from enriched mantle source with possibly significant contribution of recycled crust. Studied pyroxenites are characterized by extremely variable 187 Os/188 Os ratios. While the pyroxenites from Mohelno and...

Verontreiniging van de ondergrond als gevolg van stedelijke en industriële activiteiten vormt een ernstig milieurisico. Om deze locaties te zuiveren en in hun oorspronkelijke staat te herstellen is het noodzakelijk dat efficiënte saneringstechnologieën ontwikkeld worden. Echter, de aanwezigheid en de behandeling van deze verontreinigingen biedt ook mogelijkheden voor wetenschappelijk onderzoek naar fundamentele onderwerpen op het gebied van de microbiële ecologie en bodemgeochemie. Dit proefschrift beschrijft in situ chemische oxidatie (ISCO) en in situ bioremediatie (ISB) van organische verontreinigingen

Verontreiniging van de ondergrond als gevolg van stedelijke en industriële activiteiten vormt een ernstig milieurisico. Om deze locaties te zuiveren en in hun oorspronkelijke staat te herstellen is het noodzakelijk dat efficiënte saneringstechnologieën ontwikkeld worden. Echter, de aanwezigheid en de behandeling van deze verontreinigingen biedt ook mogelijkheden voor wetenschappelijk onderzoek naar fundamentele onderwerpen op het gebied van de microbiële ecologie en bodemgeochemie. Dit proefschrift beschrijft in situ chemische oxidatie (ISCO) en in situ bioremediatie (ISB) van organische verontreinigingen

The contributions collected in this report provide a representative overview of the scientific outcome of INE research activities in 2013. The structure of the report follows widely the organization of the institute according to research topics: basic research towards understanding geochemical reactions of radionuclides on a molecular scale and applied studies on radionuclide retention in multi-barrier system under real repository conditions.

The present work deals with the colluvial deposits of the Lower Rhine in North Rhine Westphalias. The presented results are from excavations in advance of the Rhenish lignite mines Garzweiler and Inden. In Quaternary sciences colluvial deposits are as archives for many years in research focus. As a product of direct human intervention in their environment their story begins in the Rhineland already in the Neolithic period and can be traced diachronically to modern times. So far colluvial sediments were usually taken for dating or sediment budgeting approach in the geosciences. In archeology, they learned little attention because they and their archaeological materials were considered as not in superposition. By using interdisciplinary methods, consisting of sedimentological, geochemical and archaeological methods it was able to reconstruct a detailed land use history. To clarify the origin of the colluvial deposits a loess-sequence also has been studied geochemical and was compared with loess- and loess-like deposits from adjacent areas, such as the North Eifel or the Middle Rhine. The results clearly show that only the combination of methods of natural sciences and the humanities allow optimal processing of these complex findings genus. The methods used for this purpose had been optimized and modified in the preparation technique and its measurement application. For the analysis of particle size analysis by laser diffraction a new evaluation method has even developed in this work, which is based on the differences between the optical models of Fraunhofer and Mie.

Magmatic activity in the ocean basins is the largest contributor to the volume of global magmatism. Most oceanic igneous activity is focused along the mid-ocean ridges. The mid-ocean ridge systems spans more than 60,000 km around the globe and is one of the primary geodynamic settings that allows to investigate the exchange of elements and heat between the Earth’s interior and its surface. The geodynamic changes from a steady state along the mid-ocean ridges may thus influence the environmental conditions on Earth such as plate tectonics, eustatic sealevel (as a function of ridge depth) and climate (by volcanic degassing). Detailed studies of oceanic volcanism and magmatism in general are thus required to better constrain global processes and elemental cycles. This thesis focuses on three major aspects that, in combination, significantly enhance our understanding of eruptive processes at mid-ocean ridges, melting in the mantle and mantle evolution over extended periods of time of 10–100 Ma. I used the major element composition of fresh mid-ocean ridge basalt (MORB) glasses to reconstruct the mantle potential temperature at which the parental magmas formed (chapter 3). The samples used have been obtained from old seafloor (6–170 Ma) through ocean drilling and thus allow to infer on the thermal evolution of the mantle since the Jurassic. The results of this study indicate that mantle temperatures remain higher under supercontinents (by continental insulation) and MORB erupted immediately after breakup record 50–150°C higher mantle temperatures compared to values several million years after the initial opening of an ocean. Current models of the melting processes in the mantle are still insufficient to allow a precise quantitative estimate of the mantle composition and the physical conditions of melting. My studies on Seamount 6 (chapter 4) and the extinct spreading centre of the Galapagos Rise (chapter 5) contribute to our understanding of melting at or near mid-ocean ridges. Geochemical analyses of samples from these two locations preserve an extreme chemical variability, indicating a large compositional variability of their mantle source. State-of-the-art melting models give further insights into the melting behaviour of depleted and enriched mantle material. Enriched melts form deeper, but become progressively more diluted at higher degrees of partial melting in melts from the ambient depleted mantle. As a result, the geochemical signatures of mantle heterogeneity are increasingly diluted at high degrees of partial melting (e.g., at mid-ocean ridges) and the composition of the depleted mantle may therefore be more depleted than previously thought. The third aspect of my thesis deals with the accretion of oceanic crust along mid-ocean ridges in order to constrain its precise composition and internal structure. The study at the southern Mid-Atlantic Ridge (chapter 6) reveals insights into accretionary processes and volcanostratigraphy of the oceanic crust at slow spreading rates (20–55 mm a−1 full spreading rate). The eruption of geochemically distinct melts within only few kilometres distance indicates that the mantle even in these slow spreading regions is highly heterogeneous and that melts underneath the ridge axis rise in small, chemically isolated batches. Eruptive stages are interrupted by phases of amagmatic, tectonic activity. Oceanic crust at slow-spreading centres is in consequence heterogeneous not only in terms of its structure but also chemical composition. The primary conclusions of this thesis with respect to the geochemical interpretation of oceanic basalts are: a) supercontinents and continental breakup have a major impact on temperature and convection in the mantle, b) oceanic basalts represent complex mixtures of melts of a heterogeneous mantle source and their geochemical interpretation is not straightforward and c) oceanic crust formed at slow-spreading ridges is composed of highly variable crustal units formed by the eruption of chemically isolated batches of magma. Ein Großteil der magmatischen Aktivität auf unserer Erde findet in den ozeanischen Becken statt, vor allem entlang der Mittelozeanischen Rücken. Diese umspannen den Globus auf einer Länge von 60.000 km und stellen eine der wichtigsten Schnittstellen für den Austausch von Elementen und Hitze zwischen dem Erdinneren und der Oberfläche dar. Geodynamische Änderungen entlang der Mittelozeanischen Rücken beeinflussen möglicherweise auch die Umweltbedingungen auf der Erde, wie beispielsweise die Plattentektonik, eustatische Meeresspiegelschwankungen (als Funktion der Rückentiefe) und Klima (durch vulkanische Entgasung). Genaue Untersuchungen zum Verständnis ozeanischen Vulkanismus und Magmatismus sind daher wichtig, um die globalen Prozesse und Stoffkreisläufe besser zu verstehen. Diese Doktorarbeit behandelt im Wesentlichen drei Hauptaspekte, die zusammengenommen zu unserem Verständnis der Prozesse an Mittelozeanischen Rücken, Schmelzentstehung im Mantel und Mantelentwicklung über Zeitskalen von 10–100 Millionen Jahren beitragen. Die Hauptelementzusammensetzung frischer, glasiger mittelozeanischer Rückenbasalte (MORB) kann dazu benutzt werden, die Temperaturen zu rekonstruieren, die im Erdmantel während der Schmelzbildung herrschten. Meine Proben, die von altem Ozeanboden (6–170 Mio. Jahre) stammen und durch Bohrungen gewonnen wurden, ermöglichen es, die thermische Entwicklung des Erdmantels seit dem Jura zu untersuchen. Die Ergebnisse dieses Projekts (Kapitel 3) weisen darauf hin, dass es unter Superkontinenten zu einem Aufstau der Hitze kommt, die auf eine Isolierung des Erdmantels durch die aufliegende, kontinentale Lithosphäre verursacht wird. In der Folge sind die Temperaturen des Erdmantels nach dem Auseinanderbrechen des Kontinents 50–150°C heißer als dies heute, nach mehreren Jahrmillionen der Ozeanbodenspreizung, an Mittelozeanischen Rücken beobachtet wird. Die Aufschmelzprozesse im Erdmantel sind nach wie vor nicht gut genug untersucht, um genaue Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Erdmantels und die physikalischen Bedingungen während der Aufschmelzung zu ziehen. Meine Arbeiten am submarinen Vulkan ”Seamount 6“ (Kapitel 4) und der erloschenen Spreizungsachse des ”Galapagos Rise“ (Kapitel 5) tragen zu unserem Verständnis der Schmelzbildung an oder nahe Mittelozeanischer Rücken bei. Die geochemische Analysen der Gesteine dieser beiden Lokalitäten spiegeln eine extreme chemische Bandbreite wieder, die auf eine große chemische Variabilität des Erdmantels hinweisen. Die Anwendung moderner Schmelzmodellierungen ermöglicht weitere Einblicke in das Aufschmelzverhalten chemisch verarmter und angereicherter Mantelquellen. Chemisch angereicherte Schmelzen entstehen bereits in größerer Tiefe werden aber bei steigenden Aufschmelzgraden zunehmend durch die Schmelze des verarmten oberen Mantels verdünnt. Als Folge geht die geochemische Signatur des angereicherten Mantels bei höheren Aufschmelzgraden (wie z.B. an Mittelozeanischen Rücken) verloren und es ist möglich, dass der verarmte Mantel chemisch noch stärker verarmt ist als dies bisher vermutet wurde. Der dritte Teil meiner Doktorarbeit befasst sich mit dem Entstehungsprozess ozeanischer Kruste, um mehr über deren genaue Zusammensetzung und Struktur zu erfahren. Die Untersuchungen am südlichen Mittelatlantischen Rücken (Kapitel 6) gewähren Einblick in den Akkretionsprozess und die vulkanische Stratigraphie ozeanischer Kruste an langsam spreizenden Achsen (volle Spreizungsrate: 20–55 mm a−1). Die Eruption chemisch stark unterschiedlicher Lavaeinheiten, in nur wenigen Kilometern Entfernung voneinander weist auf einen stark heterogenen Erdmantel hin. Sie zeigen, dass Schmelzen unter der Rückenachse in kleinen, chemisch isolierten Körpern aufsteigen. Unterbrochen werden die einzelnen Eruptivphasen von Zeitabschnitten, in denen überwiegend amagmatische, tektonische Aktivität statt findet. Als Folge ist die ozeanische Kruste langsam spreizender Rücken nicht nur im Bezug auf die interne Struktur, sondern auch in ihrer chemischen Zusammensetzung stark variabel.

Ozeanversauerung ist derzeit eines der am intensivsten untersuchten Phänomene im Zusammenhang mit dem vom Menschen verursachten Klimawandel. Primärproduzenten, wie die kalkbildenden Haptophyten, werden von verschiedenen Faktoren des Klimawandels beeinträchtigt. Das \(\underline {P}\)aläozän\(\underline {E}\)ozän-\(\underline {T}\)emperatur\(\underline {m}\)aximum (PETM, vor etwa 55,5 Millionen Jahren) wird als das beste erdgeschichtliche Analog zur rezenten globalen Erwärmung betrachtet. Kalkige Nannofossilien des PETMs, des eozänen Temperaturmaximums 2 (ETM 2, vor etwa 53,7 Millionen Jahren) und des eozänen Temperaturmaximums 3 (ETM 3, vor 52 Millionen Jahren) wurden an einem äquatorialen Standort im Atlantik (\(0^{o}\) Paläobreite) untersucht. Am gleichen Material wurden auch die geochemischen Signale des PETMs erfasst. Um diesen äquatorialen Standort in eine Relation zu einem Standort in höherer geographischen Breite bringen, wurde auch ein PETM Bohrkern weiter nördlich in der Bucht von Biskaya (Leg 401, \(44^{o}N\) Paläobreite) mikropaläontologisch untersucht.

The Azores islands in the central North-Atlantic are the subaerial parts of a large oceanic plateau that is best explained by the presence of a mantle plume that arrived in the vicinity of the Mid-Atlantic ridge (MAR) some 40 Ma ago. Recent volcanic activity either side of the MAR implies that this plume is still feeding volcanism on the islands today. Much work has therefore focused on the nature of the magmatism on both the islands and the MAR. Significant geochemical heterogeneity is observed in the ocean islands basalts (OIB) from the eastern islands implying similar heterogeneity in the plume itself. However, there has, to date, been little information available from the islands situated to the west of the MAR. This thesis has two foci and associated aims. The first encompasses the petrology and geochemistry of lavas from the western Azores islands of Flores and Corvo and forms the basis of the second chapter. Subsequently, the data obtained from these islands is incorporated with published data from the eastern islands and MAR into a broader assessment of the mantle source composition across the plateau. This second focus encompasses perspectives from both radiogenic and stable isotopes. Across plateau variations of Sr-Nd-Hf-Pb-Os and B-O-Li isotope ratios are assessed. Chapter three reveals important clues for the characterization of the mantle source of OIB from oxygen isotopes from olivine phenocrysts. In chapter four, the light elements lithium and boron and their isotopic composition are investigated in primitive lavas that are otherwise well characterized. The processes of assimilation fractional crystallization (AFC) show to be important in accounting for the variability that is observed on each island. Stripping-off these effects is crucial for characterization of the primary mantle signal of these OIB. Chapter five combines this information with Hf-Pb-Os isotopes and trace-element variations across the plateau. Evidence for melting of carbonated peridotite on Santa Maria Island, which is the eastern most island on the plateau, is presented in the final chapter six. The distribution and characterization of distinct sources beneath the Azores plateau conforms to a geodynamic scenario of a slow upwelling plume that most likely entrained Archaean oceanic lithosphere, yet the true dimensions of the plume and the relative contributions of recycled components remains complex. Die Inselgruppe der Azoren im Nordatlantik repräsentiert den subaerischen Teil eines großen ozeanischen Plateaus, dessen Entstehung durch einen Mantel Plume erklärt werden kann. Dieser Plume erreichte die Erdoberfläche vermutlich vor bereits 40 Ma und wurde erstmals am Mittelantlatischen Rücken (MAR) beobachtet. Jüngere vulkanische Aktivität zu beiden Seiten des MAR bezeugt, dass dieser Plume auch heute noch den Vulkanismus der Inseln fördert. Daher haben sich bis dato zahlreiche geochemische Studien auf die Gründe und Herkunft des hier auftretenden Magmatismus konzentriert. Hierbei ist eine signifikante geochemische Heterogenität in den Ozean Insel Basalten (OIB) der östlichen Inseln zu beobachten, die direkt auf den Plume zurückgeführt werden kann. Allerdings gibt es relativ wenige Informationen von den einzigen zwei Inseln westlich des MAR, Flores und Corvo. Diese These fokussiert sich auf zwei Aspekte. Der erste umfasst die Petrologie und Geochemie der Laven von Flores und Corvo und bildet die Basis des zweiten Kapitels. Folglich werden die hier neu ermittelten geochemischen Daten mit bereits verfügbaren Daten der östlichen Inseln und des MAR kombiniert, um neue Schlussfolgerungen über den Azoren Plume und seiner Quellen zu ermöglichen. Der zweite Kernaspekt umfasst daher Interpretaionen und Modelle, die durch radiogene und stabile Isotopendaten möglich sind. Variationen der Sr-Nd-Hf-Pb-Os und B-O-Li Isotopensysteme entlang eines west-ost-gerichteten Transekts können hierbei ausgwertet werden. Kapitel drei dieser Arbeit zeigt mit Hilfe von Sauerstoffisotopen auf, dass Assimilationsprozesse wichtig sind um korrekte Aussagen über die Mantelquellensignatur zu treffen. Im vierten Kapitel wird dies anhand von Lithium und Bor Isotopendaten weiter verdeutlicht. Kapitel fünf kombiniert dann diese Informationen mit Hf-Pb-Os Isotopen- und Spurenelementdaten in der Betrachtung der unterschiedlichen Azoren Mantelquellen. Im finalen Kapitel sechs wird erstmals in den Azoren das Schmelzen eines karbonatisierten Peridotits auf der Insel Santa Maria in Betracht gezogen. Die Verteilung und Charakterisierung unterschiedlicher Quellen unter dem Azoren Plateau bestätigt das geodynamische Szenario eines langsam aufsteigenden Plumes der sehr wahrscheinlich archaische Ozeanlithosphäre mit sich führt, allerdings bleiben die tatsächlichen Dimensionen dieses Plumes sowie die relativen Anteile recycelter Komponenten weiterhin komplex und daher schwer bestimmbar.

Ozeanversauerung ist derzeit eines der am intensivsten untersuchten Phänomene im Zusammenhang mit dem vom Menschen verursachten Klimawandel. Primärproduzenten, wie die kalkbildenden Haptophyten, werden von verschiedenen Faktoren des Klimawandels beeinträchtigt. Das Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum (PETM, vor etwa 55,5 Millionen Jahren) wird als das beste erdgeschichtliche Analog zur rezenten globalen Erwärmung betrachtet. Kalkige Nannofossilien des PETMs, des eozänen Temperaturmaximums 2 (ETM 2, vor etwa 53,7 Millionen Jahren) und des eozänen Temperaturmaximums 3 (ETM 3, vor 52 Millionen Jahren) wurden an einem äquatorialen Standort im Atlantik (0o Paläobreite) untersucht. Am gleichen Material wurden auch die geochemischen Signale des PETMs erfasst. Um diesen äquatorialen Standort in eine Relation zu einem Standort in höherer geographischen Breite bringen, wurde auch ein PETM Bohrkern weiter nördlich in der Bucht von Biskaya (Leg 401, 44oN Paläobreite) mikropaläontologisch untersucht.

Earth is home to an estimated 8 million animal species, 600,000 fungi, 300,000 plants, and an undetermined number of microbial species. Of these animal, fungal, and plant species, an estimated 75% have yet to be identified. Moreover, the interactions between these species and their physical environment are known to an even lesser degree. At the same time, the earth’s biota faces the prospect of climate change, which may manifest slowly or extremely rapidly, as well as a human population set to grow by two billion by 2045 from the current seven billion. Given these major ecological changes, we cannot wait for a complete biota data set before assessing, planning, and acting to preserve the ecological balance of the earth. This book provides comprehensive coverage of the scientific and engineering basis of the systems ecology of the earth in 15 detailed, peer-reviewed entries written for a broad audience of undergraduate and graduate students as well as practicing professionals in government, academia, and industry. The methodology presented aims at identifying key interactions and environmental effects, and enabling a systems-level understanding even with our present state of factual knowledge.Features authoritative, peer-reviewed entries from the Encyclopedia of Sustainability Science and Technology Covers topics ranging from atmospheric biogeochemistry to invasive species, ecosystem services, and urban ecology Provides an ecological systems perspective on the vital question of how to cope with climate change and the global human population explosion Includes a glossary of key terms and a concise definition of the subject for each contribution