Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-4679
Authors: Grim, Stephanie
Title: Abflusslose Senken – Instrumente in der Landschaftsanalyse und Indikatoren rezenter Krustenbewegungen
Online publication date: 14-Sep-2012
Language: german
Abstract: Innerhalb des Untersuchungsgebiets Schleswig-Holstein wurden 39.712 topographische Hohlformen detektiert. Genutzt wurden dazu ESRI ArcMap 9.3 und 10.0. Der Datenaufbereitung folgten weitere Kalkulationen in MATLAB R2010b. Jedes Objekt wurde räumlich mit seinen individuellen Eigenschaften verschnitten. Dazu gehörten Fläche, Umfang, Koordinaten (Zentroide), Tiefe und maximale Tiefe der Hohlform und Formfaktoren wie Rundheit, Konvexität und Elongation. Ziel der vorgestellten Methoden war die Beantwortung von drei Fragestellungen: Sind negative Landformen dazu geeignet Landschaftseinheiten und Eisvorstöße zu unterscheiden und zu bestimmen? Existiert eine Kopplung von Depressionen an der rezenten Topographie zu geologischen Tiefenstrukturen? Können Senken unterschiedlicher Entstehung anhand ihrer Formcharakteristik unterteilt werden? Die vorgenommene Klassifikation der großen Landschaftseinheiten basiert auf der Annahme, dass sowohl Jungmoränengebiete, ihre Vorflächen als auch Altmoränengebiete durch charakteristische, abflusslose Hohlformen, wie Toteislöcher, Seen, etc. abgegrenzt werden können. Normalerweise sind solche Depressionen in der Natur eher selten, werden jedoch für ehemalige Glaziallandschaften als typisch erachtet. Ziel war es, die geologischen Haupteinheiten, Eisvorstöße und Moränengebiete der letzten Vereisungen zu differenzieren. Zur Bearbeitung wurde ein Detektionsnetz verwendet, das auf quadratischen Zellen beruht. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die alleinige Nutzung von Depressionen zur Klassifizierung von Landschaftseinheiten Gesamtgenauigkeiten von bis zu 71,4% erreicht werden können. Das bedeutet, dass drei von vier Detektionszellen korrekt zugeordnet werden können. Jungmoränen, Altmoränen, periglazialeVorflächen und holozäne Bereiche können mit Hilfe der Hohlformen mit großer Sicherheit voneinander unterschieden und korrekt zugeordnet werden. Dies zeigt, dass für die jeweiligen Einheiten tatsächlich bestimmte Senkenformen typisch sind. Die im ersten Schritt detektierten Senken wurden räumlich mit weiterreichenden geologischen Informationen verschnitten, um zu untersuchen, inwieweit natürliche Depressionen nur glazial entstanden sind oder ob ihre Ausprägung auch mit tiefengeologischen Strukturen in Zusammenhang steht. 25.349 (63,88%) aller Senken sind kleiner als 10.000 m² und liegen in Jungmoränengebieten und können vermutlich auf glaziale und periglaziale Einflüsse zurückgeführt werden. 2.424 Depressionen liegen innerhalb der Gebiete subglazialer Rinnen. 1.529 detektierte Hohlformen liegen innerhalb von Subsidenzgebieten, von denen 1.033 innerhalb der Marschländer im Westen verortet sind. 919 große Strukturen über 1 km Größe entlang der Nordsee sind unter anderem besonders gut mit Kompaktionsbereichen elsterzeitlicher Rinnen zu homologisieren.344 dieser Hohlformen sind zudem mit Tunneltälern im Untergrund assoziiert. Diese Parallelität von Depressionen und den teils über 100 m tiefen Tunneltälern kann auf Sedimentkompaktion zurückgeführt werden. Ein Zusammenhang mit der Zersetzung postglazialen, organischen Materials ist ebenfalls denkbar. Darüber hinaus wurden in einer Distanz von 10 km um die miozän aktiven Flanken des Glückstadt-Grabens negative Landformen detektiert, die Verbindungen zu oberflächennahen Störungsstrukturen zeigen. Dies ist ein Anzeichen für Grabenaktivität während und gegen Ende der Vereisung und während des Holozäns. Viele dieser störungsbezogenen Senken sind auch mit Tunneltälern assoziiert. Entsprechend werden drei zusammenspielende Prozesse identifiziert, die mit der Entstehung der Hohlformen in Verbindung gebracht werden können. Eine mögliche Interpretation ist, dass die östliche Flanke des Glückstadt-Grabens auf die Auflast des elsterzeitlichen Eisschilds reagierte, während sich subglazial zeitgleich Entwässerungsrinnen entlang der Schwächezonen ausbildeten. Diese wurden in den Warmzeiten größtenteils durch Torf und unverfestigte Sedimente verfüllt. Die Gletschervorstöße der späten Weichselzeit aktivierten erneut die Flanken und zusätzlich wurde das Lockermaterial exariert, wodurch große Seen, wie z. B. der Große Plöner See entstanden sind. Insgesamt konnten 29 große Depressionen größer oder gleich 5 km in Schleswig-Holstein identifiziert werden, die zumindest teilweise mit Beckensubsidenz und Aktivität der Grabenflanken verbunden sind, bzw. sogar auf diese zurückgehen.Die letzte Teilstudie befasste sich mit der Differenzierung von Senken nach deren potentieller Genese sowie der Unterscheidung natürlicher von künstlichen Hohlformen. Dazu wurde ein DEM für einen Bereich im Norden Niedersachsens verwendet, das eine Gesamtgröße von 252 km² abdeckt. Die Ergebnisse zeigen, dass glazial entstandene Depressionen gute Rundheitswerte aufweisen und auch Elongation und Exzentrizität eher kompakte Formen anzeigen. Lineare negative Strukturen sind oft Flüsse oder Altarme. Sie können als holozäne Strukturen identifiziert werden. Im Gegensatz zu den potentiell natürlichen Senkenformen sind künstlich geschaffene Depressionen eher eckig oder ungleichmäßig und tendieren meist nicht zu kompakten Formen. Drei Hauptklassen topographischer Depressionen konnten identifiziert und voneinander abgegrenzt werden: Potentiell glaziale Senken (Toteisformen), Flüsse, Seiten- und Altarme sowie künstliche Senken. Die Methode der Senkenklassifikation nach Formparametern ist ein sinnvolles Instrument, um verschiedene Typen unterscheiden zu können und um bei geologischen Fragestellungen künstliche Senken bereits vor der Verarbeitung auszuschließen. Jedoch zeigte sich, dass die Ergebnisse im Wesentlichen von der Auflösung des entsprechenden Höhenmodells abhängen.
39,712 topographic depressions have been mapped within the federal state of Schleswig-Holstein using ESRI ArcMap 9.3 and 10.0. The data pre-processing was followed by further calculations in MATLAB R2010b. Every object was joined with his individual characteristics: Area, perimeter, coordinates (centroids), depth and maximal depth and shape factors like roundness, convexity and elongation. The aim of the presented methods was to consider three questions in particular:Are negative landforms on recent topography useful tools to divide digital elevation models into landscape units and to specify Pleistocene ice margins? Does a coupling between natural depressions on recent topography and their geological framework exist? Can sinks and their origins be differentiated and characterized by their shape and form characteristics? The classification of landscape units and geological macro-areas is based on the assumption that young moraine landscapes, their forelands as well as the old moraine areas can be demarcated by characteristic topographic forms with internal drainage like kettle holes, ponds, etc. In general such sinks are rare in nature but are considered to be characteristic for postglacial and former ice shield influenced landscapes. The objective was to classify the main geological units, ice advances and moraine areas of the last glaciations. A detection net based on square cells was used for the classification. Results show that the use of sinks as sole determinant for landscape classifications can reach overall accuracies up to 71.4%. This means that 3 of 4 detection cells can be assigned correctly. Young moraine landscapes, lower moraines and Holocene units can be marked out and assigned with great certainty by their different characteristics. This also shows that the single units have specific and typical types of sinks and can be determined with this information in deed. The sinks which were detected in the first step were spatial joined with furthergeological information to investigate if natural depressions can only be reduced to glacial origins or if they are coupled to deep geological structures as well. Results show that 25,349 (63.88%) of all detected sinks are smaller than 10,000 sq. m and mainly occur within the young moraine landscape and are presumably of glacial and periglacial origin. 2,424 negative landforms lie within areas of former subglacial channels. 1,529 detected sinks are located within subsidence influenced areas, 1,033 of them lie within the western marshlands. Especially 919 large depressions (over 1 km extent) along the North Sea are thus most likely allocated to processes of sediment-compaction. 344 of these structures are connected to tunnel valleys as well. The parallelism between depressions and tunnel valleys, which can partly reach depths over 100 m can be reduced to compaction of unconsolidated sediments. A connection with degradation of postglacial, organic-rich fillings is also conceivable. Furthermore, enlarged negative structures can be outlined within a distance of 10 km to the Miocene active flanks of the tectonic Glueckstadt Graben and connected shallow fault structures. This indicates activity of the graben at the end of the last glaciations or during the Holocene. Most this fault related landforms are associated with Tunnel Valleys as well. Accordingly, three interplaying processes can be observed, which are presumably associated with information of these topographic depressions. A likely interpretation could be that the eastern flank of the Glueckstadt Graben responded to the ice load of the Elsterian glaciers during the simultaneously formation of the subglacial channels that were filled in the interglacial periods at least partly with peat and unconsolidated soft sediments. The last glacier advances of the late Weichselian again activated the eastern graben flank and large glacier lobes exarated the ground causing the large lakes like e. g. the Lake Ploen. Finally we quantify a total of 29 large depressions (over 5 km extent) in Schleswig-Holstein to be associated at least partly with the basin subsidence and tectonic activity of the graben flanks. The last substudy was about the differentiation of sinks according to their different origin and to demarcate artificial negative landforms. For this reason a DEM of 12.5 m resolution within Lower Saxony was used which has a total area of 252 sq. km. Results show that structures of glacial origin have high roundness values and show compact values for elongation and eccentricity. Linear negative structures are often rivers or oxbow lakes and can be mostly identified as Holocene structures. In contrary, artificial sinks are more angular and don´t tend to compact shapes as natural landforms. Three main classes of topographic depressions can be identified: potential glacial sinks – this class also includes sinks smaller or equal to 3 pixels – river waters and oxbow lakes and artificial sinks. The method is a powerful tool to distinguish between different types of sinks. For example unnatural landforms can be excluded can already be rejected before further work on geological issues. However, the study shows that the quality of the results mainly depends on the DEM resolution.
DDC: 550 Geowissenschaften
550 Earth sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-4679
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 180 S.
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