Gast ::
| 001 | 969814 | ||
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| 024 | 7 | _ | |2 HBZ |a HT030359323 |
| 024 | 7 | _ | |2 Laufende Nummer |a 42800 |
| 024 | 7 | _ | |2 datacite_doi |a 10.18154/RWTH-2023-09361 |
| 037 | _ | _ | |a RWTH-2023-09361 |
| 041 | _ | _ | |a English |
| 082 | _ | _ | |a 550 |
| 100 | 1 | _ | |0 P:(DE-82)IDM05161 |a Bodenburg, Sascha Barbara |b 0 |u rwth |
| 245 | _ | _ | |a On the role of geothermal feedback mechanisms on tunnel valley genesis above salt domes |c submitted by Sascha Barbara Bodenburg, M.Sc. |h online |
| 260 | _ | _ | |a Aachen |b RWTH Aachen University |c 2023 |
| 260 | _ | _ | |c 2024 |
| 300 | _ | _ | |a 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme, Karten |
| 336 | 7 | _ | |0 2 |2 EndNote |a Thesis |
| 336 | 7 | _ | |0 PUB:(DE-HGF)11 |2 PUB:(DE-HGF) |a Dissertation / PhD Thesis |b phd |m phd |
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| 336 | 7 | _ | |2 ORCID |a DISSERTATION |
| 500 | _ | _ | |a Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2024 |
| 502 | _ | _ | |a Dissertation, RWTH Aachen University, 2023 |b Dissertation |c RWTH Aachen University |d 2023 |g Fak05 |o 2023-09-21 |
| 520 | 3 | _ | |a Zwischen dem Untergrund und einem darüber liegenden Eisschild gibt es vielfältige physikalische Rückkopplungen. Diese führen zu der Entwicklung von besonderen Landschaftsformen, beispielsweise Tunneltälern. Tunneltäler sind weit verbreitet in (ehemals) vergletscherten Gebieten. Sie werden durch subglazial fließendes Wasser erodiert. Um ihre Entstehung zu untersuchen ist es erforderlich, Rückkopplungen zwischen Eisschild und Untergrund zu modellieren. Im Norddeutschen Becken wurde häufig eine mögliche räumliche Korrelation zwischen Tunneltälern und darunterliegenden Salzdomen beobachtet. Teilweise wurde dies mechanisch mit der Anwesenheit von Störungen er\-klärt. Wir möchten eine andere Hypothese zur Entstehung von Tunneltälern untersuchen, die auf folgenden geothermischen Argumenten basiert: Da Salz Wärme besser als die umliegenden Gesteine leitet, ist die Erdwärmestromdichte darüber erhöht. Hydrothermale Grundwasserströmungen durch Scheitelstörungen verstärken diesen Effekt. Die resultierende subglaziale Schmelzrate führt zu subglazialen Flüssen, die Tunneltäler erodieren. Um die subglaziale Schmelzrate zu bestimmen wird ein holistisches Berechnungsmodell benötigt. Üblicherweise werden die unterschiedlichen Systeme des überdeckenden Eisschilds und des darunterliegenden Untergrunds separat untersucht. Der andere Bereich wird dann nur durch Randbedingungen einbezogen. In dieser Studie entwickelten wir ein gekoppeltes Berechnungsmodell von beidem, dem heterogenen Untergrund und dem dynamischen Eisschild. Dieses umfasst damit subglaziale Phasenübergangsprozesse und erlaubt dadurch Rückkopplungsmechanismen. Die zugrundeliegenden physikalischen Annahmen sind die folgenden: Der Untergrund wird durch Wärmeleitung und Advektion durch Grundwasserflüsse durch die verschiedenen Gesteine beeinflusst. Das Eisschild schmilzt an der Basis, während Eis an seiner Oberfläche akkumuliert wird. Dadurch bewegt sich das Eisschild als Ganzes. In unserem Ansatz legten wir großen Wert auf die Energiebilanz an der Basis des Eisschilds. Erste, sehr vereinfachte Modellierungen zeigen, dass an Orten erhöhter Erdwärmestromdichten, wie über Salzdomen, die Temperatur an der Grenze zwischen dem Untergrund und dem Eis erhöht sein müsste. Da jedoch angenommen werden muss, dass die Temperatur an der Gletscherbasis der Schmelztemperatur entspricht, muss der Effekt der Erdwärme ausgeglichen werden. Dies geschieht durch das darüber liegende Eisschild, das den Untergrund kühlt. Durch die erhöhte Erdwärmestromdichte über Salzdomen ist die subglaziale Schmelzrate erhöht. Die subglaziale Schmelzrate führt zusammen mit Schneefall auf dem Gletscher zu einer Vertikalbewegung des Eises. An Orten erhöhter subglazialer Schmelzraten bewegt sich das Eis schneller nach unten, sodass dort die Gletscherbasis kälter wird. Diese beiden Effekte, der wärmende Effekt des Untergrunds und der kühlende Effekt des Eisschilds, gleichen sich gegenseitig aus, sodass die subglaziale Temperatur am Ende der Schmelztemperatur entspricht. Dieses Prozessmodell wurde zunächst in einer Dimension entwickelt. Das Berechnungsmodell basiert auf der Methode der scheinbaren spezifischen Wärme und auf finiten Differenzen. Da zur Untersuchung des heterogenen Untergrunds jedoch mehr räumliche Dimensionen notwendig sind, wurde das Berechnungsmodell anschließend in zwei Dimensionen überführt, was eine Implementierung in die bereits existierende Software SHEMAT-Suite erlaubte. Dies ermöglichte uns zweidimensionale Fallstudien durchzuführen, in denen wir die Entwicklung von Tunneltälern über Salzstrukturen untersuchten: erstens dem Gorlebener Salzdom und zweitens einem aus seismischen Daten abgeleiteten Profil durch die südliche Nordsee, das zusätzlich Scheitelstörungen betrachtet. Wir modellierten Wärmeleitung und Grundwasserflüsse. Daraus konnten wir folgern, dass die modellierten hydrothermalen Prozesse die Bildung von Tunneltälern über Salzstrukturen verstärken. Dieses Beispiel zeigt die Notwendigkeit eines gekoppelten Modells des Untergrunds und des Eisschilds, weil die Erdwärmestromdichte stark die Dynamik des Eisschilds beeinflusst, während der isolierende Effekt des Eisschilds die Temperatur des Untergrunds und damit Erosionsprozesse bestimmt. |l ger |
| 520 | _ | _ | |a Physical feedback mechanisms between the subsurface and an overlying ice sheet are manifold. They lead to the development of special landforms, e.g. tunnel valleys. Tunnel valleys are widespread in (formerly) glaciated areas. They are eroded by subglacially flowing water. To investigate their genesis, it is necessary to model feedback mechanisms between the ice sheet and the subsurface. In the North German Basin, a possible spatial correlation between tunnel valleys and underlying salt domes was often observed. Partly, this was explained mechanically with the presence of faults. We want to investigate a different hypothesis for tunnel valley genesis based on the following geothermal argumentation: As salt better conducts heat than the surrounding rocks, the geothermal heat flux is augmented above. Hydrothermal groundwater flows through crestal faults enhance this effect. The resulting subglacial melting leads to subglacial rivers eroding the tunnel valleys. In order to determine the subglacial melting rate, a holistic computational model is needed. Usually, the different regimes of the overlying ice sheet and the underlying subsurface are investigated separately. The other domain is only included by a boundary condition. In this study, we developed a coupled computational model comprising both the heterogeneous subsurface and the dynamic ice sheet including subglacial phase change processes to allow for feedback mechanisms. The basing physical assumptions are the following: The subsurface is influenced by heat conduction and advection due to groundwater flow through the different rocks. The ice sheet melts at its base, while ice is accumulated at its surface. Therefore, it moves as a whole ice sheet. In our approach, we attached great value on the energy balance at the ice sheet's base. First, very simplified models show that the subglacial temperature should be increased at locations of increased geothermal heat fluxes as above salt domes. However, the temperature at the glacier's base must be assumed to be the melting temperature. Therefore, the effect of the geothermal energy has to be equalised. This happens by the overlying ice sheet, which cools the subsurface. Because of the higher geothermal heat flux above salt domes, the subglacial melting rate increases. This subglacial melting rate, together with snowfall on the glacier, leads to a vertical motion of the ice. At locations of increased subglacial melting rates, the ice moves faster downwards, so that the glacier base gets colder. These two effects, the warming effect from the subsurface and the cooling effect from the ice sheet, balance, so that in the end, the subglacial temperature meets the melting temperature. This process model was first developed in one dimension. The computational model bases on the apparent heat capacity method and on finite differences. As the investigation of the heterogeneous subsurface needs more spatial dimensions, the computational model was subsequently transferred to two dimensions, which allowed to implement it into the already existing software SHEMAT-Suite. This finally enabled us to conduct two-dimensional case studies, in which we investigated the development of tunnel valleys above subsurface salt structures: first the Gorleben salt dome, and second a profile derived from seismic data from the southern North Sea, where additionally crestal faults were taken into account. We modelled heat conduction and groundwater flows. We could conclude that the modelled hydrothermal processes reinforce the formation of tunnel valleys above salt structures. This example shows the necessity of a coupled model of the subsurface and the ice sheet, as the geothermal heat flux strongly influences the ice sheet dynamics whereas the isolating effect of the ice sheet determines the temperature of the subsurface and thereby erosional processes. |l eng |
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