Räumliche Verbreitung geogener Schwermetallgehalte in Böden des Taunus: Einfluss von periglazialer Deckschichtengenese

Während der Glazialphasen kam es in den europäischen Mittelgebirgen bedingt durch extensive solifluidale Massenbewegungen zur Bildung von Deckschichten. Diese Deckschichten repräsentieren eine Mischung verschiedener Substrate, wie anstehendes Ausgangsgestein, äolische Depositionen und lokale Erzgänge. Die räumliche Ausdehnung der Metallkontaminationen verursacht durch kleinräumige Erzgänge wird durch die periglaziale Solifluktion verstärkt. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war a) den Zusammenhang zwischen den Reliefeigenschaften und den Ausprägungen der solifluidalen Deckschichten und Böden aufzuklären, sowie b) mittels Spurenelementgehalte und Blei-Isotopen-Verhältnisse als Eingangsdaten für Mischungsmodelle die Beitrage der einzelnen Substrate zum Ausgangsmaterial der Bodenbildung zu identifizieren und quantifizieren und c) die räumliche Verteilung von Blei (Pb) in Deckschichten, die über Bleierzgänge gewandert sind, untersucht, die Transportweite des erzbürtigen Bleis berechnet und die kontrollierenden Faktoren der Transportweite bestimmt werden. Sechs Transekte im südöstlichen Rheinischen Schiefergebirge, einschließlich der durch periglaziale Solifluktion entwickelten Böden, wurden untersucht. Die bodenkundliche Geländeaufnahme erfolgte nach AG Boden (2005). O, A, B und C-Horizontproben wurden auf ihre Spurenelementgehalte und teilweise auf ihre 206Pb/207Pb-Isotopenverhältnisse analysiert. Die steuernden Faktoren der Verteilung und Eigenschaften periglazialer Deckschichten sind neben der Petrographie, Reliefeigenschaften wie Exposition, Hangneigung, Hangposition und Krümmung. Die Reliefanalyse zeigt geringmächtige Deckschichten in divergenten, konvexen Hangbereichen bei gleichzeitig hohem Skelettgehalt. In konvergent, konkaven Hangbereichen nimmt die Deckschichtenmächtigkeit deutlich zu, bei gleichzeitig zunehmendem Lösslehm- und abnehmendem Skelettgehalt. Abhängig von den Reliefeigenschaften und -positionen reichen die ausgeprägten Bodentypen von sauren Braunerden bis hin zu Pseudogley-Parabraunerden. Des Weiteren kommen holozäne Kolluvien in eher untypischen Reliefpositionen wie langgestreckten, kaum geneigten Hangbereichen oder Mittelhangbereichen vor. Außer für Pb bewegen sich die Spurenelementgehalte im Rahmen niedriger Hintergrundgehalte. Die Pb-Gehalte liegen zwischen 20-135 mg kg-1. Abnehmende Spurenelementgehalte und Isotopensignaturen (206Pb/207Pb-Isotopenverhältnisse) von Pb zeigen, dass nahezu kein Pb aus atmosphärischen Depositionen in die B-Horizonte verlagert wurde. Eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) der Spurenelementgehalte hat vier Hauptsubstratquellen der untersuchten B-Horizonte identifiziert (Tonschiefer, Löss, Laacher-See-Tephra [LST] und lokale Pb-Erzgänge). Mittels 3-Komponenten-Mischungsmodell, das Tonschiefer, Löss und LST einschloss, konnten, bis auf 10 Ausreißer, die Spurenelementgehalte aller 120 B-Horizontproben erklärt werden. Der Massenbeitrag des Pb-Erzes zur Substratmischung liegt bei <0,1%. Die räumliche Pb-Verteilung zeigt Bereiche lokaler Pb-Gehaltsmaxima hangaufwärtiger Pb-Erzgänge. Mittels eines 206Pb/207Pb-Isotopenverhältnis-Mischungsmodells konnten 14 Bereiche erhöhter lokaler Pb-Gehaltsmaxima ausgewiesen werden, die 76-100% erzbürtigen Bleis enthalten. Mit Hilfe eines Geographischen Informationssystems wurden die Transportweiten des erzbürtigen Bleis mit 30 bis 110 m bestimmt. Die steuerenden Faktoren der Transportweite sind dabei die Schluffkonzentration und die Vertikalkrümmung. Diese Untersuchung zeigt, dass Reliefeigenschaften und Reliefposition einen entscheidenden Einfluss auf die Ausprägung der Deckschichten und Böden im europäischen Mittelgebirgsbereich haben. Mischungsmodelle in Kombination mit Spurenelementanalysen und Isotopenverhältnissen stellen ein wichtiges Werkzeug zur Bestimmung der Beiträge der einzelnen Glieder in Bodensubstratmischungen dar. Außerdem können lokale Bleierzgänge die natürlichen Pb-Gehalte in Böden, entwickelt in periglazialen Deckschichten der letzten Vereisungsphase (Würm), bis über 100 m Entfernung erhöhen.

Comparative phylogeography of two co-distributed arctic-alpine freshwater insect species in Europe

The distribution pattern of European arctic-alpine disjunct species is of growing interest among biogeographers due to the arising variety of inferred demographic histories. In this thesis I used the co-distributed mayfly Ameletus inopinatus and the stonefly Arcynopteryx compacta as model species to investigate the European Pleistocene and Holocene history of stream-inhabiting arctic-alpine aquatic insects. I used last glacial maximum (LGM) species distribution models (SDM) to derive hypotheses on the glacial survival during the LGM and the recolonization of Fennoscandia: 1) both species potentially survived glacial cycles in periglacial, extra Mediterranean refugia, and 2) postglacial recolonization of Fennoscandia originated from these refugia. I tested these hypotheses using mitochondrial sequence (mtCOI) and species specific microsatellite data. Additionally, I used future SDM to predict the impact of climate change induced range shifts and habitat loss on the overall genetic diversity of the endangered mayfly A. inopinatus.rnI observed old lineages, deep splits, and almost complete lineage sorting of mtCOI sequences between mountain ranges. These results support the hypothesis that both species persisted in multiple periglacial extra-Mediterranean refugia in Central Europe during the LGM. However, the recolonization of Fennoscandia was very different between the two study species. For the mayfly A. inopinatus I found strong differentiation between the Fennoscandian and all other populations in sequence and microsatellite data, indicating that Fennoscandia was recolonized from an extra European refugium. High mtCOI genetic structure within Fennoscandia supports a recolonization of multiple lineages from independent refugia. However, this structure was not apparent in the microsatellite data, consistent with secondary contact without sexual incompability. In contrast, the stonefly A. compacta exhibited low genetic structure and shared mtCOI haplotypes among Fennoscandia and the Black Forest, suggesting a shared Pleistocene refugium in the periglacial tundrabelt. Again, there is incongruence with the microsatellite data, which could be explained with ancestral polymorphism or female-biased dispersal. Future SDM projects major regional habitat loss for the mayfly A. inopinatus, particularly in Central European mountain ranges. By relating these range shifts to my population genetic results, I identified conservation units primarily in Eastern Europe, that if preserved would maintain high levels of the present-day genetic diversity of A. inopinatus and continue to provide long-term suitable habitat under future climate warming scenarios.rnIn this thesis I show that despite similar present day distributions the underlying demographic histories of the study species are vastly different, which might be due to differing dispersal capabilities and niche plasticity. I present genetic, climatic, and ecological data that can be used to prioritize conservation efforts for cold-adapted freshwater insects in light of future climate change. Overall, this thesis provides a next step in filling the knowledge gap regarding molecular studies of the arctic-alpine invertebrate fauna. However, there is continued need to explore the phenomenon of arctic-alpine disjunctions to help understand the processes of range expansion, regression, and lineage diversification in Europe’s high latitude and high altitude biota.

Abflusslose Senken – Instrumente in der Landschaftsanalyse und Indikatoren rezenter Krustenbewegungen

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.

Bodenuntersuchungen in Trockenmaaren der Eifel – Deckschichten in einer Vulkanreliefform und deren anthropogene Überprägung

Die im Rahmen des ELSA-Projekts des Geowissenschaftlichen Instituts der Johannes Gutenberg-Universität Mainz erbohrten Kerne im Oberwinkler Maar (OW1) und im Jungferweiher Maar (JW3) wurden auf das Vorkommen des periglazialen Deckschichtensystems und dessen anthropogenen Überprägung untersucht. Es gab bis dato noch keine Unternehmungen diese Formen der Bodenbildung und -entwicklung in einem Trockenmaar zu suchen, geschweige denn zu untersuchen. rnDie Ergebnisse zeigen auf, dass sich Deckschichten auch in der Vulkanreliefform eines Trockenmaars ausbilden können und dass die Überprägung je nach Kraterform und anthropogener Flächennutzung unterschiedlich im Bodenprofil in Erscheinung tritt (Mächtigkeit von kolluvialen/alluvialen Lagen oder Anzahl der Holzkohlefunde).rnZur Untersuchung der Deckschichten und deren anthropogenen Überprägung wurden sowohl bodenkundliche Analysen als auch Literatur- und Kartenauswertungen unternommen. Als eine neue Methode zur Identifizierung von den verschiedenen Bodenhorizonten wurde die mikroskopische Analyse eingeführt. Dabei kam es hauptsächlich darauf an, die Minerale der Laacher-See-Tephra (LST) ausfindig zu machen und so die Bodenbildung und -entwicklung nicht nur zeitlich einordnen zu können, sondern auch die verschiedenen Materialeinträge (u.a. Deckschichtenmaterial) an den Profilstandort unterscheiden zu können.rnAls grundlegendes Ergebnis liefert die vorliegende Arbeit den Beweis, dass sich die periglazialen Deckschichten und deren anthropogenen Überprägung nicht nur in den typischen Zonen der deutschen Mittelgebirge ausbilden, sondern auch in der vulkanischen Reliefform eines Trockenmaars. Hinzukommt die Tatsache, dass statt den typischen vielen Geländeaufschlüssen für einen Standort – Catena – jeweils ein einzelner Bohrkern ausgereicht hat, um zu dieser genauen Erkenntnisgewinnung – maßgeblich bedingt durch die mikroskopische Analyse – zu kommen.

Analisi di morfologie carsiche o crio-carsiche in relazione alla mobilizzazione di fluidi nella regione di Arabia Terra, Marte.

This thesis tries to interpret the origin and evolution of karst-like forms present in Arabia Terra, a region of Mars that develops in the equatorial zone of the planet. The work has been carried out specifically in the craters Crommelin (4o 91’ N-10o 51’ E), 12000088 (3o 48’ N-1o 30’ E), NE 12000088 (4° 20’ N-2° 50’ E), C "2" (3° 54’ N-1° W), and in their surrounding areas. These craters contain layered deposits characterized by a high albedo and on which erosion is very pronounced. The area containing the craters is a plateau that has the same characteristics of albedo and texture. The preliminary morphological study has made use of instrumentation such as the Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), in particular HiRISE images (High Resolution Imaging Science Experiment), CTX (Context Camera) and CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometers for Mars). A regional geomorphological map has been drawn up containing the main morphotypes, and detailed geomorphological maps were prepared for different karst-like morphologies. The analysis of spectral data collected from CRISM instrumentation has allowed to identify the footprint of sulphate minerals in the external area. Data were collected for morphometric negative forms (karst-like) and positive forms (mud volcanoes, dikes and pingos). For the analysis of the relief forms DTMs (Digital Terrain Models) produced by the union of stereographic CTX couples or HiRISE were used. From the analysis of high-resolution images morphological footprints similar to periglacial environments have been identified, including the presence of patterned ground and polygonal cracks found all over the area of investigation, and relief structures similar to pingos present in the crater C "2". These observations allow us to imagine a geological past with a cold climate at the equator able to freeze the few fluids present in the Martian arid terrain. The development of karst-like landforms, on the other hand, can be attributed to a subsequent improval of the weather conditions that led to a normal climate regime for the equatorial areas, resulting in the degradation of the permafrost. The melt waters have thus allowed the partial dissolution of the sulphate layers. The karst-like forms look rather fresh suggesting them to be not that old.

Active processes, morphology, and dynamics of icy debris fans: Landform evolution along rapidly degrading escarpments in alpine regions undergoing recent deglaciation

In the past few decades the impacts of climate warming have been significant in alpine glaciated regions. Many valley glaciers formerly linked as distributary glaciers to high-level icecaps have decoupled at their icefalls, exposing major escarpments and generating a suite of dynamic landforrns dominated by mass wasting. Ice-dominated landforms, here termed icy debris fans, develop rapidly by ice avalanching, rockfall, and icy debris flow. Field-based reconnaissance studies at two alpine settings, the Wrangell Mountains of Alaska and the Southern Alps of New Zealand, provide a preliminary morphogenetic model of spatial and temporal evolution of icy debris fans in a range of alpine settings. The influence of these processes on landform evolution is largely unrecognized in the literature dealing with post-glacial landform adjustment known as the paraglacial. A better understanding of these dynamic processes will be increasingly important because of the extreme geohazards characterizing these areas. Our field studies show that after glacier decoupling, icy debris fans begin to form along the base of bedrock escarpments at the mouths of catchments and prograde over valley glaciers. The presence of a distinct catchment, apex, and fan morphology distinguishes these landforms from other landforms common in periglacial hillslope settings receiving abundant clastic debris and ice. Ice avalanching is the most abundant process involved in icy debris fan formation. Fans developed below weakly incised catchments are dominated by ice avalanching and are composed primarily of ice with minor lithic detritus. Typically, avalanches fall into the fan catchments where sediments transform into grainflows that flow onto the fans. Once on the fans, avalanche deposits ablate rapidly, flattening and concentrating lithic fragments at the surface. Icy debris fans may become thick enough to become glaciers with splay crevasse systems. Fans developed below larger, more complex catchments are composed of higher proportions of lithic detritus resulting from temporary storage of ice and lithic detritus deposits within the catchment. Episodic outbursts of meltwater from the icecap may mix with the stored sediments and mobilize icy debris flows (mixture of ice and lithic clasts) onto the fans. Our observations indicate that the entire evolutionary cycle of icy debris fans probably occurs during an early paraglacial interval (i.e., decades to 100 years). Observations comparing avalanche frequency, volume, and fan morphologic evolution at the Alaska site between 2006 and 2010 illustrate complex response between icy debris fans even within the same cirque - where one fan may be growing while others are downwasting because of differences in ice supply controlled by their respective catchments and icecap contributions. As ice supply from the icecap diminishes through time, icy debris fans rapidly downwaste and eventually evolve into talus cones that receive occasional but ephemeral ice avalanches.

Morphology and evolution of the ejecta of Hale crater in Argyre basin, Mars: Results from high resolution mapping

We use various data sets, including images from the High Resolution Imaging Science Experiment camera (HiRISE), to examine the ejecta of the generally fresh-looking Hale crater that occurs in the rugged mountain terrain of Nereidum Montes in the northern rim materials of the Argyre impact structure on Mars. Our investigation reveals that the distal parts of the Hale crater ejecta and other basin deposits behave like viscous flows, which we attribute to the secondary flow of ejecta mixed with water–ice-rich basin materials. Consistent with water-enrichment of the basin materials, our mapping further reveals occasionally deformed surfaces, including highly conspicuous features such as mounds and fractured plateaus that we interpret to be a result of periglacial modification, subsequent (including possibly present-day) to the transient localized melting and fluvial erosion caused by Hale-impact-generated heating. In particular, our morphometric analysis of a well-defined valley system west of Hale crater suggests that it may have been formed through hydrologic/glacial activity prior to the Hale impact, with additional modification resulting from the impact and subsequent geologic and hydrologic phenomena including glacial and periglacial activity.

Dating groundwater in the Bohemian Cretaceous Basin: Understanding tracer variations in the subsurface

The northern section of the Bohemian Cretaceous Basin has been the site of intensive U exploitation with harmful impacts on groundwater quality. The understanding of groundwater flow and age distribution is crucial for the prediction of the future dispersion and impact of the contamination. State of the art tracer methods (3H, 3He, 4He, 85Kr, 39Ar and 14C) were, therefore, used to obtain insights to ageing and mixing processes of groundwater along a north–south flow line in the centre of the two most important aquifers of Cenomanian and middle Turonian age. Dating of groundwater is particularly complex in this area as: (i) groundwater in the Cenomanian aquifer is locally affected by fluxes of geogenic and biogenic gases (e.g. CO2, CH4, He) and by fossil brines in basement rocks rich in Cl and SO4; (ii) a thick unsaturated zone overlays the Turonian aquifer; (iii) a periglacial climate and permafrost conditions prevailed during the Last Glacial Maximum (LGM), and iv) the wells are mostly screened over large depth intervals. Large disagreements in 85Kr and 3H/3He ages indicate that processes other than ageing have affected the tracer data in the Turonian aquifer. Mixing with older waters (>50 a) was confirmed by 39Ar activities. An inverse modelling approach, which included time lags for tracer transport throughout the unsaturated zone and degassing of 3He, was used to estimate the age of groundwater. Best fits between model and field results were obtained for mean residence times varying from modern up to a few hundred years. The presence of modern water in this aquifer is correlated with the occurrence of elevated pollution (e.g. nitrates). An increase of reactive geochemical indicators (e.g. Na) and radiogenic 4He, and a decrease in 14C along the flow direction confirmed groundwater ageing in the deeper confined Cenomanian aquifer. Radiocarbon ages varied from a few hundred years to more than 20 ka. Initial 14C activity for radiocarbon dating was calibrated by means of 39Ar measurements. The 14C age of a sample recharged during the LGM was further confirmed by depleted stable isotope signatures and near freezing point noble gas temperature. Radiogenic 4He accumulated in groundwater with concentrations increasing linearly with 14C ages. This enabled the use of 4He to validate the dating range of 14C and extend it to other parts of this aquifer. In the proximity of faults, 39Ar in excess of modern concentrations and 14C dead CO2 sources, elevated 3He/4He ratios and volcanic activity in Oligocene to Quaternary demonstrate the influence of gas of deeper origin and impeded the application of 4He, 39Ar and 14C for groundwater dating.

Possible open-system (hydraulic) pingos in and around the Argyre impact region of Mars

We report the observation of possible (hydraulic) open-system pingos (OSPs ) at the mid latitudes (∼37°S) in and around the Argyre impact-basin. OSPs are perennial (water)–ice cored mounds; they originate and evolve in periglacial and pro-glacial landscapes on Earth where intra- or sub-permafrost water under hydraulic/artesian pressure uplifts localised sections of surface or near-surface permafrost that then freezes in-situ. We invoke three lines of evidence in support of our analogue-based interpretation: (1) similarities of shape, size and summit traits between terrestrial OSPs and the Martian mounds; (2) clustered distribution and the slope-side location of the mounds, consistent with terrestrial permafrost-environments where OSPs are found; and, (3) spatially-associated landforms putatively indicative of periglacial and glacial processes on Mars that characterise OSP landscapes on Earth. This article presents five OSP candidate-locations and nests these mound locations within a new geological map of the Argyre impact-basin and margins. It also presents three periglacial hypotheses about the possible origin of the water required to develop the mounds. Alternative (non-periglacial) formation-hypotheses also are considered; however, we show that their robustness is not equal to that of the periglacial ones.

Complex geomorphologic assemblage of terrains in association with the banded terrain in Hellas basin, Mars

Hellas basin acts as a major sink for the southern highlands of Mars and is likely to have recorded several episodes of sedimentation and erosion. The north-western part of the basin displays a potentially unique Amazonian landscape domain in the deepest part of Hellas, called “banded terrain”, which is a deposit characterized by an alternation of narrow band shapes and inter-bands displaying a sinuous and relatively smooth surface texture suggesting a viscous flow origin. Here we use high-resolution (HiRISE and CTX) images to assess the geomorphological interaction of the banded terrain with the surrounding geomorphologic domains in the NW interior of Hellas to gain a better understanding of the geological evolution of the region as a whole. Our analysis reveals that the banded terrain is associated with six geomorphologic domains: a central plateau named Alpheus Colles, plain deposits (P1 and P2), reticulate (RT1 and RT2) and honeycomb terrains. Based on the analysis of the geomorphology of these domains and their cross-cutting relationships, we show that no widespread deposition post-dates the formation of the banded terrain, which implies that this domain is the youngest and latest deposit of the interior of Hellas. Therefore, the level of geologic activity in the NW Hellas during the Amazonian appears to have been relatively low and restricted to modification of the landscape through mechanical weathering, aeolian and periglacial processes. Thermophysical data and cross-cutting relationships support hypotheses of modification of the honeycomb terrain via vertical rise of diapirs such as ice diapirism, and the formation of the plain deposits through deposition and remobilization of an ice-rich mantle deposit. Finally, the observed gradual transition between honeycomb and banded terrain suggests that the banded terrain may have covered a larger area of the NW interior of Hellas in the past than previously thought. This has implications on the understanding of the evolution of the deepest part of Hellas.

Paleoglaciated landscapes in Simen and other high-mountain areas of Ethiopia

In the present-day Ethiopia, glaciated landscapes do not exist, but paleoglaciated landscapes have been documented on a few mountain tops, which have altitudes higher than about 4,350 m asl in northern Ethiopia (Simen Mountains) and about 4,100 m asl in southern Ethiopia (Arsi and Bale Mountains). Glaciers were associated with the Late Pleistocene cold stages and reached as far down as 3,760 m asl in northern and 3,200 m asl in southern Ethiopia. Bale Mountains had the most extensive Late Pleistocene glaciation, covering over 190 km2, followed by Arsi Mountains (about 85 km2). In Simen, the Late Pleistocene glaciers covered merely 13 km2. In addition, paleo-periglacial slope deposits are found on all above-mentioned paleoglaciated mountains and in further mountain systems which did not host glaciers. This allows the reconstruction of the Late Pleistocene paleoclimate as being about 8 °C colder than at present (2014), much more dry, and probably without monsoon, at least in northern Ethiopia. Most probably in the Early Holocene, the re-emergence of monsoonal rains led to a strong erosion phase, which was followed by an extended stable phase with soil formation, building up about 70-cm-deep A-horizons (Andosol) on the paleo-periglacial slope deposits. These soils have been heavily degraded due to human-induced soil erosion up to about 3800 m asl since agriculture started several decades to millennia ago.

Geological and hydrological histories of the Argyre province, Mars

The geologic history of the multi-ringed Argyre impact basin and surroundings has been reconstructed on the basis of geologic mapping and relative-age dating of rock materials and structures. The impact formed a primary basin, rim materials, and a complex basement structural fabric including faults and valleys that are radial and concentric about the primary basin, as well as structurally-controlled local basins. Since its formation, the basin has been a regional catchment for volatiles and sedimentary materials as well as a dominant influence on the flow of surface ice, debris flows, and groundwater through and over its basement structures. The basin is interpreted to have been occupied by lakes, including a possible Mediterranean-sized sea that formed in the aftermath of the Argyre impact event The hypothesized lakes froze and diminished through time, though liquid water may have remained beneath the ice cover and sedimentation may have continued for some time. At its deepest, the main Argyre lake may have taken more than a hundred thousand years to freeze to the bottom even absent any heat source besides the Sun, but with impact-induced hydrothermal heat, geothermal heat flow due to long-lived radioactivities in early martian history, and concentration of solutes in sub-ice brine, liquid water may have persisted beneath thick ice for many millions of years. Existence of an ice-covered sea perhaps was long enough for life to originate and evolve with gradually colder and more hypersaline conditions. The Argyre rock materials, diverse in origin and emplacement mechanisms, have been modified by impact, magmatic, eolian, fluvial, lacustrine, glacial, periglacial, alluvial, colluvial, and tectonic processes. Post-impact adjustment of part of the impact-generated basement structural fabric such as concentric faults is apparent. Distinct basin-stratigraphic units are interpreted to be linked to large-scale geologic activity far from the basin, including growth of the Tharsis magmatic-tectonic complex and the growth into southern middle latitudes of south polar ice sheets. Along with the migration of surface and sub-surface volatiles towards the central part of the primaiy basin, the substantial difference in elevation with respect to the surrounding highlands and Tharsis and the Thaumasia highlands result in the trapping of atmospheric volatiles within the basin in the form of fog and regional or local precipitation, even today. In addition, the impact event caused long-term (millions of years) hydrothermal activity, as well as deep-seated basement structures that have tapped the internal heat of Mars, as conduits, for far greater time, possibly even today. This possibility is raised by the observation of putative open-system pingos and nearby gullies that occur in linear depressions with accompanying systems of faults and fractures. Long-term water and heat energy enrichment, complemented by the interaction of the nutrient-enriched primordial crustal and mantle materials favorable to life excavated to the surface and near-surface environs through the Argyre impact event, has not only resulted in distinct geomorphology, but also makes the Argyre basin a potential site of exceptional astrobiological significance. (C) 2015 Elsevier Inc. All rights reserved.