Spatial survey of tephra deposits in the middle Lahn valley (Hesse, Germany)

Tephra deposits and especially Laacher See tephra (LST) deposits resulting from the Laacher See eruption (12.9 ka) are an important stratigraphic marker for the Allerød period in central Europe (van den Bogaard and Schmincke, 1995). Within the central German low mountain range (Rhenish Massif and eastern areas) the LST was found within soils (initial deposits, sheltered slope positions) and valleys (relocated deposits) (Bos and Urz, 2003; Hahn and Opp, 2005). The Niederweimar gravel quarry, located on the lower terrace in the middle reach of the Lahn River valley south of Marburg (Hesse, Germany), is known for its high-resolution stratigraphy of Quaternary gravel deposits and late glacial, as well as Holocene, floodplain fines (Lomax et al., 2018). This particular stratigraphy is mainly achieved by the up to 2 m thick LST deposits, which consist of pure LST beds and a multitude of fine LST bands (partly interbedded with black sands or interrupted by clay bands). The origin of the LST in the floodplain is attributed to an extensive deposition (aeolian, directly in the floodplain), as well as later fragmentation of the tephra deposits by surface erosion and renewed deposition of LST from the catchment area through changing river systems (Bos and Urz, 2003; Lomax et al., 2018). The surroundings of the gravel quarry are also rich in archaeological finds reaching more or less continuously from the Mesolithic (11.7 to 7.5 ka) to the Middle Ages (Bos and Urz, 2003; Lomax et al., 2018). Further well-summarized information about the situation within the Niederweimar gravel quarry can be found in Lomax et al. (2018) or on the website of the archaeological survey of Hesse (https://lfd.hessen.de/, last access: 21 March 2021). The evidence of LST in the Lahn valley, as in other valley sediments, is often limited to gravel pits (other larger excavations). These pits and their profiles offer very good insights (e.g. detailed lithostratigraphic description of profiles), but they are always limited to a comparatively small spatial section of the entire floodplain (gravel pit area). Therefore, the objective of the presented study is to provide a spatial survey of LST deposits in the middle Lahn valley, covering the entire floodplain cross section. The following two questions form the focus of the spatial survey. (1) How is the lateral and vertical extension of the LST deposits within the Lahn valley floodplain? (2) Does the spatial distribution provide overarching information about the deposition dynamics of the LST? For this purpose, a transect-based survey with qualitative analysis of LST grains based on density separation and visual identification (stereomicroscope) was applied

Quantification of mining subsidence in the Ruhr District (Germany)

The article presents spatial differences in ground level changes in the Ruhr District due to large-scale coal extraction over the past 100 years. Elevation data on historical maps from 1892 was digitised with the help of a Geographic Information System and the interpolated historical surface was intersected with a current Digital Elevation Model, in order to calculate the differences in elevation. As a result, the highest values of subsidence, amounting to more than 25 m, were observed within the coalfields of the former coal mine “Zollverein” which is distinguished for its long mining history and its World Heritage status. Two examples from the cities of Essen and Dortmund analysed in detail reveal that not only depressions but also elevation features are affected by mining subsidence. These kinds of surface transformations are not visible in the field without a comparison of digital topographical models. The average amount of a surface lowering was calculated for all maps digitised and analysed, resulting in values between 0.51 m for the map of Kamen, located at the eastern border of the Ruhr District, and 5.16 m for the map of Gelsenkirchen within the central Emscher floodplain with a total area of 128.5 km2. The average surface lowering of the total area under investigation (approximately 2700 km2) amounts to 1.6 m.Cet article présente la variabilité spatiale des altitudes dans la région de la Ruhr suite à l’extraction du charbon à grande échelle au cours des 100 dernières années. A l’aide d’un système d’information géographique, les données altimétriques mentionnées sur les cartes historiques de 1892 ont été numérisées. Interpolée, cette surface de référence a été comparée au modèle numérique de terrain actuel afin de calculer les différences d’altitude. Les résultats montrent que les valeurs de subsidence les plus élevées, se chiffrant à plus de 25 m, sont observées dans les bassins miniers de l’ancienne mine de charbon de « Zollverein » qui se distingue par sa longue histoire minière et son statut de patrimoine mondial. L’analyse détaillée des villes d’Essen et de Dortmund révèle que les dépressions associées à d’autres formes de terrain sont touchées par les affaissements miniers. Ce type de transformations de surface n’est pas visible sur le terrain et nécessite une comparaison de modèles topographiques numériques afin de les mettre en évidence. La valeur moyenne de l’abaissement de la surface a été calculée à partir de l’ensemble des cartes numérisées et analysées : elle varie de 0,51 m sur la carte de Kamen, ville située à la frontière orientale de la région de la Ruhr, à 5,16 m sur la carte de Gelsenkirchen, dans la plaine alluviale centrale de la Emscher d’une surface totale de 128,5 km². L’abaissement moyen de la surface totale de la région étudiée (environ 2700 km²) est de 1,6 m

Fluvialmorphologische Untersuchungen an kleinen, naturnahen Fließgewässern

D. naturnahe Umgestaltung von Fließgewässern in kleinen Einzugsgebieten erfordert Leitbilder zur Dimensionierung d. Gerinnegestalt. In Nordrhein-Westfalen fehlen quantitative, empirisch abgeleitete geomorphologische Gesetzmäßigkeiten. Durch d. Untersuchung von 29 kleinen naturnahen Fließgewässern in Nordrhein-Westfalen werden Regressionsgleichungen mit fluvialmorphologischen Steuer- und Zielgrößen als unabhängige bzw. abhängige Variablen berechnet. D. Ergebnis sind einige gute u. statistisch signifikante Korrelationen, die bei e. naturnahen Umgestaltung von kleinen Fließgewässern in Nordrhein-Westfalen eingesetzt werden können, vorausgesetzt d. Rahmenbedingungen d. zugrundeliegenden Regressionsrechnungen werden beachtet. D. Erarbeitung empirischer fluvialmorphologischer Gesetzmäßigkeiten an naturnahen Fließgewässern stellt e. geeignete Methode für d. Renaturierung von Flüssen dar, um d. natürliche Gewässerstabilität u. kostengünstig e. geringen Unterhaltungsaufwand zu gewährleisten.The restoration of river channels within small catchments is hampered by the lack of important guidelines dealing with channel shape. This is especially true in North-Rhine-Westphalia, where no empirically derived geomorphological laws have been formulated so far. The aim of this investigation is to provide a statistical correlation between the major controls governing a river system and the variables describing channel morphology from observations on the fluvial geomorphology of 29 small natural rivers in North-Rhine-Westphalia. The results show several relationships, that are clear and significant. These can be used to plan the restoration of river channels in North-Rhine-Westphalia when attention is paid to the basic assumptions underlying the calculated regressions. The derivation of empirical relationships from the fluvial geomorphology of small natural rivers reveals a useful method for the cost-effective restoration of rivers to assure natural stability and minimum maintenance

eine empirische Studie

D. naturnahe Umgestaltung von Fließgewässern in kleinen Einzugsgebieten erfordert Leitbilder zur Dimensionierung d. Gerinnegestalt. In Nordrhein-Westfalen fehlen quantitative, empirisch abgeleitete geomorphologische Gesetzmäßigkeiten. Durch d. Untersuchung von 29 kleinen naturnahen Fließgewässern in Nordrhein-Westfalen werden Regressionsgleichungen mit fluvialmorphologischen Steuer- und Zielgrößen als unabhängige bzw. abhängige Variablen berechnet. D. Ergebnis sind einige gute u. statistisch signifikante Korrelationen, die bei e. naturnahen Umgestaltung von kleinen Fließgewässern in Nordrhein-Westfalen eingesetzt werden können, vorausgesetzt d. Rahmenbedingungen d. zugrundeliegenden Regressionsrechnungen werden beachtet. D. Erarbeitung empirischer fluvialmorphologischer Gesetzmäßigkeiten an naturnahen Fließgewässern stellt e. geeignete Methode für d. Renaturierung von Flüssen dar, um d. natürliche Gewässerstabilität u. kostengünstig e. geringen Unterhaltungsaufwand zu gewährleisten.thesi