Gravity potential spherical harmonic series

Time variable gravity fields, reflecting variations of mass distribution in the system Earth is one of the key parameters to understand the changing Earth. Mass variations are caused either by redistribution of mass in, on or above the Earth's surface or by geophysical processes in the Earth's interior. The first set of observations of monthly variations of the Earth gravity field was provided by the US/German GRACE satellite mission beginning in 2002. This mission is still providing valuable information to the science community. However, as GRACE has outlived its expected lifetime, the geoscience community is currently seeking successor missions in order to maintain the long time series of climate change that was begun by GRACE. Several studies on science requirements and technical feasibility have been conducted in the recent years. These studies required a realistic model of the time variable gravity field in order to perform simulation studies on sensitivity of satellites and their instrumentation. This was the primary reason for the European Space Agency (ESA) to initiate a study on ''Monitoring and Modelling individual Sources of Mass Distribution and Transport in the Earth System by Means of Satellites''. The goal of this interdisciplinary study was to create as realistic as possible simulated time variable gravity fields based on coupled geophysical models, which could be used in the simulation processes in a controlled environment. For this purpose global atmosphere, ocean, continental hydrology and ice models were used. The coupling was performed by using consistent forcing throughout the models and by including water flow between the different domains of the Earth system. In addition gravity field changes due to solid Earth processes like continuous glacial isostatic adjustment (GIA) and a sudden earthquake with co-seismic and post-seismic signals were modelled. All individual model results were combined and converted to gravity field spherical harmonic series, which is the quantity commonly used to describe the Earth's global gravity field. The result of this study is a twelve-year time-series of 6-hourly time variable gravity field spherical harmonics up to degree and order 180 corresponding to a global spatial resolution of 1 degree in latitude and longitude. In this paper, we outline the input data sets and the process of combining these data sets into a coherent model of temporal gravity field changes. The resulting time series was used in some follow-on studies and is available to anybody interested.

Limits of the Southern Ocean

The knowledge about processes concerning perception and understanding is of paramount importance for designing means of communication like maps and charts. This is especially the case, if one does not want to lose sight of the map-user and if map-design is to be orientated along the map-users needs and preferences in order to improve the cartographic product's usability. A scientific approach to visualization can help to achieve useable results. The insights achieved by such an approach can lead to modes of visualization that are superior to those, which have seemingly proved their value in praxis - so-called "bestpractices" -, concerning their utility and efficiency. This thesis shows this by using the example of visualizing the limits of bodies of waters in the Southern Ocean. After making some introductorily remarks on the chosen mode of problem-solution in chapter one, which simultaneously illustrate the flow of work while working on the problem, in chapter two the relevant information concerning the drawing of limits in the Southern Ocean is outlined. Chapter 3 builds the theoretical framework, which is a multidisciplinary approach to representation. This theoretical framework is based on "How Maps Work" by the American Cartographer MacEachren (1995/2004). His "scientific approach to visualization" is amended and adjusted by the knowledge gained from recent findings of the social sciences where necessary. So, the approach suggested in this thesis represents a synergy of psychology, sociology, semiotics, linguistics, communication theory and cartography. It follows the tradition of interdisciplinary research getting over the boundaries of a single scientific subject. The achieved holistic approach can help to improve the usability of cartographic products. It illustrates on the one hand those processes taking place while perceiving and recognizing cartographic information - so-called bottom-up-processes. On the other hand it illuminates the processes which happen during understanding this information in so-called top-down-processes. Bottom-up- and top-down-processes are interdependent and inseparably interrelated and therefore cannot be understood without each other. Regarding aspects of usability the approach suggested in this thesis strongly focuses on the map-user. This is the reason why the phenomenon of communication gains more weight than in MacEachren's map-centered approach. Because of this, in chapter 4 a holistic approach to communication is developed. This approach makes clear that only the map-user can evaluate the usability of a cartographic product. Only if he can extract the information relevant for him from the cartographical product, it is really useable. The concept of communication is well suited to conceive that. In case of the visualization of limits of bodies of water in the Southern Ocean, which is not complex enough to illustrate all results of the theoretical considerations, it is suggested to visualize the limits with red lines. This suggestion deviates from the commonly used mode of visualization. So, this thesis shows how theory is able to ameliorate praxis. Chapter 5 leads back to the task of fixing limits of the bodies of water in the area of concern. A convention by the International Hydrographic Organization (IHO) states that those limits should be drawn by using meridians, parallels, rhumb lines and bathymetric data. Based on the available bathymetric data both a representation and a process model are calculated, which should support the drawing of the limits. The quality of both models, which depends on the quality of the bathymetric data at hand, leads to the decision that the representation model is better suited to support the drawing of limits.

Microflora from Molasse sediments in southern Germany

1. Polleninventar: Erstmals wurde der Sporomorpheninhalt der Süssbrackwassermolasse und der Oberen Süsswassermolasse Südbayerns einer umfassenden Sichtung unterzogen. Von den überprüften 92 Fundstellen erwiesen sich 55 als sporomorphenführend. Nur 15 davon waren so ergiebig, daß ihr Inhalt quantitativ erfaßt und als Grundlage für die Erstellung eines Diagramms herangezogen werden konnte. Dennoch weist der systematische Katalog 272 Formen auf. Dies ist eine im Vergleich mit anderen, in neuerer Zeit bearbeiteten neogenen Pollenfloren Mitteleuropas sehr große Zahl, wie folgende Angaben belegen: Niederrheinische Braunkohle 175 Arten, Braunkohle der Oberpfalz 138 Arten, subalpine Flözmolasse Bayerns 93 Arten und subalpine Molasse der Ostschweiz und der zentralen und westlichen Paratethys 219 Arten. Dieser Reichtum erklärt sich unschwer aus der Größe des Untersuchungsgebietes, das vom Allgäu im Westen bis an die Salzach im Osten reichte. Überwiegend gehören die nachgewiesenen Formen gutbekannten Arten bzw. Formenkreisen an. Deshalb wurde lediglich die Aufstellung von 2 neuen Gattungen, 19 neuen Arten sowie 5 Neukombinationen nötig. Neue Genera: Nr. (165) Ludwigiapollis Nr., (248) Caesalpiniaceaepollenites, 311 Neue Spezies: (039) Polypodiaceoisporltes subtriangularis, (046) P. pityogrammoides, (067) Perinomonoletes imperfectus, (124) Cycadopltes gemmatus, (125) C. concinus, (133) Lillacidites tener, (137) Nupharipollenites microechinatus, (150) Polyporopollenites nanus, (161) Porocolpopollenites subrotundus, (165) Ludwigiapollis labiatus, (169) Sporotrapoidites cucculatus, (190) Tricolpopollenites cribosus, (192) T. variabilis, (204) Tricolporopollenites pulcher, (210) T. operculiferus, (213) T. pseudomarcodurensis, (217) T. magnolaevigatus, (245) Umbelliferaepollenites achldorfensis, (248) Caesalpiniaceaepollenites antiquus Neukombinationen: (081) Pityosporites koraensis, (128) Magnoliaepollenites magnolioides, (130) M. graciliexinus, (168) Sporotrapoidites erdtmannii, (177) Chenopodipollis psilatoides. Für die meisten der vorgefundenen Sporomorphen sind die Lieferpflanzen bereits bekannt. Dennoch gingen parallel zur Bestimmung, d.h. der Zuordnung der Funde zu Gruppen des morphographischen Sporomorphensystems, die Bemühungen auch dahin, solche Lieferpflanzen, v.a. der selteneren oder neu gefundenen Sporomorphen, zu ermitteln; einige der neuen Arten sind in ihrer Verwandtschaft eindeutig, was durch die Benennung zum Ausdruck gebracht wird (s.o). Für die Mehrzahl der neuen Spezies und für viele bisher in ihrer Verwandtschaft unklare Formen ließ sich die botanische Deutung zumindest eingrenzen. Dies gelang für 148 Formen. Es handelt sich dabei teils um subtropisch-tropische Gewächse, teils aber auch um Pflanzen gemäßigter Klimata. Für genaue Zuweisungen sind jedoch umfangreiche Rezentvergleiche nötig, die einer eigenen Bearbeitung vorbehalten bleiben müssen. Auch einige als Sammelgruppen behandelte Formenkreise erfordern für eine Aufgliederung detailliertere Untersuchungen als sie in diesem Rahmen durchführbar waren. (z. B. Tricolpopollenites asper, T. sp. 2 u.a.). Andere Formen und Gattungen wiederum erwiesen sich dagegen als viel zahlreicher und leichter differenzierbar als bisher angenommen (z. B. Pinaceen, Magnoliaceen, Cyperaceen). In diesem Zusamenhang ist auch zu erwähnen, daß von Hemitrapa zwei Arten mit offensichtlich stratigraphischer Aussagekraft unterscheidbar sind; die Interpretation von Tricolporopol1enltes wackersdorfensis sensu MOHR & GREGOR (1984) als Gleditsia muß nach vorliegenden Erkenntnissen dagegen in Frage gestellt werden. Für 36 Formspezies blieb die Lieferpflanze völlig unbekannt oder es lassen sich höchstens vage Vermutungen anstellen. 2. Biostratigraphie: Fragen der Brauchbarkeit von Mikrofloren für die stratgraphische Gliederung der jüngsten Molassesedimente Südbayerns bildeten den zweiten Schwerpunkt vorliegender Bearbeitung. a) Reichweite: Die Fülle des gefundenen Sporomorphenmaterials brachte es mit sich, daß bei etlichen Formen eine weitere stratigraphische Reichweite als bisher angenommen festgestellt wurde. Zum Teil wurde diese Revision durch die Neugliederung des Paratethys-Miozäns nötig. b) Palynologische Gliederung: Im Laufe der Untersuchungen zeigte sich bald, daß allein auf der Basis der mikrofloristischen Bearbeitung kein von anderen Fossilresten unabhängiges stratigraphisches Gliederungsschema zu finden war. Weder die von anderen Autoren favoritisierte Leitformen-Methode, noch die Aufgliederung nach Klimaelementen ergab ein brauchbares Bild. Lediglich die bekannte generelle Abnahme der miozänen, paläotropischen und thermophilen Elemente und die Zunahme der pliozänen, arktoteriären und gemäßigten während des Neogens ließ sich deutlich ausmachen. Dagegen ermöglicht die Berücksichtigung des Sporomorpheninhalts eine Ergänzung und Deutung der vertebrat-stratigraphisch ausgeschiedenen Abfolgen. Voraussetzung ist die Möglichkeit einer Zuordnung zu einer natürlichen Art, Gattung oder wenigstens Familie und daraus ableitbar wiederum die Zuordnung zu einer oder mehreren Pflanzengesellschaften. Aufgeteilt nach Diversität, Dominanz und Verhältnis von 'Feuchtpflanzen' bzw. autochthonen Gemeinschaften zu mesophilen Phanerophyten bzw. allochthonen Gemeinschaften lassen sich in Südbayern fünf Pollenbilder erkennen, die mit den MN-Einheiten der Zoostratigraphie in Beziehung gebracht werden können. Die Pollenbilder 1 und 2, ungefähr entsprechend den Säugereinheiten 4b und 5, dokumentieren gattungsreiche, polydominante Mikrofloren, deren Lieferpflanzen vor allem verschiedenen Naß- und Feuchtgesellschaften angehören. Dementprechend sind Pteridaceen, Schizaeaceen, Cyperaceen und Poaceen relativ häufig. Das Pollenbild 1 (Langenau und Rauscheröd) zeichnet sich durch eine gewisse Artenarmut aus, wohingegen im Pollenbild 2 (Hitzhofen und Rittsteig) die Diversität zunimmt und Palmenpollen neben anderen mesophilen Akzessorien eine merkliche Rolle spielt. Bemerkenswert ist in den Entnahmeprofilen das Vorkommen kohliger Sedimente. Bezeichnend für Sporomorphenbild 3 sind oligodominante Mikrofloren, zusammengesetzt aus Elementen artenarmer Au- und Sumpfwälder (Taxodiaceen, Cyperaceen) sowie mesophiler 'Pionierwälder' (Pinaceen, Leguminosen). Fehlende Kohlebildung und das Zurücktreten mesophiler, d. h. allochthoner Lieferpflanzen sind weitere Charakteristika. Dieses Sporomorphenbild mit den Fundpunkten Gallenbach und Unterneul enspricht ungefähr der Säugereinheit MN 6. Die beiden stratigraphisch jüngsten Pollendiagramme 4 und 5 setzen sich deutlich von dem vorhergehenden ab. Belegt sind nun wiederum gattungsreiche, polydominante Pflanzenge seIl schaften feuchter, aber nicht nasser Biotope, in denen es ebenfalls mancherorts zur Kohlebildung kam. Gegenüber den Sporomorphenbildern und 2 ist der Anteil mesophiler Lieferpflanzen deutlich erhöht auf Kosten der Feuchtelemente. Letzteres gilt vor allem für das Sporomorphenbild 5 (Leonberg), in dem Fagaceen Pollen (Quercus, Fagus) vorherrscht. sporomorphenbild 4 entspricht annähernd MN 8 mit den Fundpunkten Hassenhausen und Achldorf, während Leonberg, nahe Marktl gelegen, MN 9 zugehört. Auf dem Umweg über diese an der Säugetierstratigraphie 'geeichten' Mikrofloren gelingt es, stratigraphisch unsichere Fundpunkte, wenn sie nur genügend formen- und individuenreich sind (Burtenbach, Lerchenberg, Wemding), einzuordnen. Auf diese Weise ergibt sich die in Diagramm 10 dargestellte Reihung vom Liegenden zum Hangenden. Dürftige Sporomorphenfloren oder Floren, die ausschließlich autochthone Feuchtelemente zeigen, können pollenstratigraphisch nicht sicher angesprochen werden, weil ihr Pollendiagramm undeutlich bleiben muß. Entsprechend der anerkannten Unterstellung, daß Phytostratigraphie zugleich Klimastratigraphie ist, läßt die dargestellte, im Grunde auf der Ausscheidung verschiedener Ukotypen basierende Gliederung sich auch paläoklimatisch interpretieren: Danach ist das verarmte Sporomorphenbild 3 in Südbayern als Ausdruck des vegetationsgeschichtlichen Pessimums anzusehen. Da die nachgewiesenen Sippen noch höhere Wärmeansprüche besitzen, ist nicht ein Temperaturrückgang, sondern ein Absinken der Niederschlagsmenge als begrenzender Faktor am wahrscheinlichsten und auf diese Weise das Ausbleiben von Pollen mesophiler Phanerophyten des Hinterlandes einleuchtend. 3. Paläogeographie: Bei dem Versuch, mit benachbarten Gebieten stratigraphische Beziehungen herzustellen, ergab sich, daß dies zwar über eine kürzere Entfernung recht gut gelingt, daß aber vor allem zu den Mikrofloren der niederrheinischen Braunkohle ein signifikanter Unterschied besteht: In Süddeutschland lassen die Pollendiagramme auf eine raschere Veränderung in der Zusammensetzung der Wälder schließen. Mit anderen Worten: altersgleiche Mikrofloren in Nordwestdeutschland täuschen ein höheres Alter vor. Erst im Obersarmat ähneln sich die jeweiligen Sporomorphenbilder. Damit erklärt sich auch, daß frühere Bearbeiter Schwierigkeiten hatten, mikrofloristische Befunde aus Süd- und Nordwestdeutschland miteinander zu korrelieren. Als Ursache für dieses überraschende Phänomen einer mittelmiozänen Diagrammverschiebung wird die stärkere, sprich länger andauernde maritime Beeinflussung des Niederrheingebietes angesehen.

Hydrological and meteorological records from the Vernagtferner Basin - Vernagtbach station, for the years 1970 to 2001

The Vernagtferner region has a long tradition of glaciological research performed by groups from Munich. It started in 1889, when Prof. Sebastian Finsterwalder from the Technical University in Munich produced the first map of a complete glacier based on terrestrial photogrammetry. Since then, numerous maps of the glacier have been made, describing the change in surface elevation for more than a century. These maps form the basis of the geodetic method of glacier mass balance determination, which provides volume changes as average data for the period between two surveys, i.e. typically for 10 years. Since the start of the glaciological method on Vernagtferner in 1964, annual as well as winter and summer mass balance data are available continuously. But only since 1973, the construction of the Vernagtbach station, approximately 1 km below the glacier margin at that time, provided the means to record a larger number of hydrological and meteorological parameters with a temporal resolution of typically 1 hour.

Tertiary flora of Saxony

The thesis represents the first part of a reference book to the Tertiary flora of Saxony. All taxa based on leaves of angiosperms and on Ginkgo are included in this compendium. After an overview about the geological state of knowledge on the Tertiary in Saxony, phytostratigraphic concepts are introduced and a historical survey on the Tertiary paleobotanical research in Saxony is given. All plant macrofossils published from Saxonian Tertiary until end of 2013 and their sites of discovery (primary data) were recorded. This data were supplemented by additional attributes and unified through project-based M.Sc. theses. Subsequently, taxa of fossil leaves were selected, their data evaluated and brought to a consistent state of research. Data sheets for 187 out of 235 examined taxa were established for a determination atlas. Macro- and micromorphological attributes are described in this atlas and information are given about the systematic, synonymy, palaeoecology and spatial and temporal distribution. The describing part is illustrated by images and instructive drawings. The documented data were surveyed and discussed related to their quality within the literature in the result part. A bibliography of the extensive palaeobotanical literature for plant fossils of Saxony completes the work. The taxon and locality related data are implemented into an open source geographical information system (GIS) in order to visualize and to manage them effectively. For the first time, the results of this thesis implemented in the GIS allow the generation of distribution maps for the taxa of leaves of Tertiary angiospermes and Ginkgo in Saxony. Furthermore it enables to query topographical, geological and paleobotanical information about the fossil sites. A determination key was developed for the fossil material that allows a rough determination of the findings in the field. The compendium will be available for free use in a printed as well as in a digital version.