Development and validation of a finite element morphological model for shallow water basins

Recognising the importance of understanding sediment dynamics to evaluate the status of a coastal lagoon environment, this work has been focused on the investigation of the hydrodynamic and sediment transport processes occurring in such basins. In order to describe the lagoon system, a modelling approach combining hydrodynamics, waves and sediment dynamics has been developed. The framework of the numerical model consists of a finite element hydrodynamic model, a third generation finite element spectral wave model and a sediment transport and morphodynamic model for both cohesive and non-cohesive sediments. The model adopts the finite element technique for spatial integration, which has the advantage to describe more accurately complicated bathymetry and irregular boundaries for shallow water areas. The developed model has been applied to test cases and to a very shallow tidal lagoon, the Venice Lagoon, Italy. Numerical results show good agreement with water level, waves and turbidity measurements collected in several monitoring stations inside the Lagoon of Venice. Such a model represents an indispensable tool in analysing coastal problems and assessing morphological impacts of human interference.     

Magnetohydrodynamic instabilities and turbulence in accretion disks

In this paper we review the possibilities for magnetohydrodynamic processes to handle the angular momentum transport in accretion disks. Traditionally the angular momentum transport has been considered to be the result of turbulent viscosity in the disk, although the Keplerian flow in accretion disks is linearly stable towards hydrodynamic perturbations. It is on the other hand linearly unstable to some magnetohydrodynamic (MHD) instabilities. The most important instabilities are the Parker and Balbus-Hawley instabilities that are related to the magnetic buoyancy and the shear flow, respectively. We discuss these instabilities not only in the traditional MHD framework, but also in the context of slender flux tubes, that reduce the complexity of the problem while keeping most of the stability properties of the complete problem. In the non-linear regime the instabilities produce turbulence. Recent numerical simulations describe the generation of magnetic fields by a dynamo in the resulting turbulent flow. Eventually such a dynamo may generate a global magnetic field in the disk. The relation of the MHD-turbulence to observations of accretion disks is still obscure. It is commonly believed that magnetic fields can be highly efficient in transporting the angular momentum, but emission lines, short-time scale variability and non-thermal radiation, which a stellar astronomer would take as signs of magnetic variability, are more commonly observed during periods of low accretion rates. Received October 12, 1995 / Accepted November 16, 1995     

Bau und Entwicklung des Harznordrandes bei Bad Harzburg

Zusammenfassung Konglomeratische Oberkreidesandsteine im Raum Bad Harzburg wurden auf ihren Geröll- und Leitmineralgehalt hin untersucht. Aus der Leitmineralverteilung ergibt sich die stratigraphische Stellung der Emscher- und Senonvorkommen zueinander; aus der Geröllführung geht hervor, daß der Brockengranit bereits im Oberemscher im Erosionsniveau lag und die Aufrichtungszone mesozoischer Gesteine am Harznordrand auch im Schimmerwaldgebiet bis zum Quadratensenon übertage vorhanden war, obwohl sie heute hier nicht mehr zu finden ist. Ursache dieser Erscheinung ist ein Schollenabbruch aus dem Dach des Ilsenburggranits, der an der Wende Granulaten-Quadratensenon erfolgte und zu einer lokalen Überfahrung der Aufrichtungszone geführt hat. Die geologische Neuaufnahme des Paläozoikums nördlich des Ilsenburggranites stellt die heutigen Lagerungsverhältnisse dieses Gebietes klar; sie werden bei der Rekonstruktion der ursprünglichen Lagerung und des Bewegungsvorganges zugrunde gelegt, dessen Ergebnis die teilweise Überdeckung des Vorlandes ist. Ein ähnlicher Vorgang liegt auch am benachbarten Okervorsprung der Harznordrandlinie vor.Unter Berücksichtigung der Ergebnisse neuer Tiefbohrungen im Subherzyn wird eine Auffassung von Ablauf und Ursachen tektonischer Vorgänge in diesem Raum entwickelt, die der herrschenden Meinung in zahlreichen Punkten widerspricht:Eine echte Faltung des Subherzyns im Mesozoikum, die bisher vermutete starke Nordbewegung der Harzscholle und eine ausschließliche Bindung tektonischer Vorgänge in diesem Gebiet an orogene Phasen wird abgelehnt.Auslösender Vorgang aller tektonischen Erscheinungen im Subherzyn ist eine vertikale Differentialbewegung der Harz- und Vorlandscholle, die sich seit Ausgang des Paläozoikums gleichsinnig, aber mit örtlich und zeitlich wechselnder Intensität, abspielt.     

Combining pump-and-treat and physical barriers for contaminant plume control

A detailed analysis is presented of the hydraulic efficiency of plume management alternatives that combine a conventional pump-and-treat system with vertical, physical hydraulic barriers such as slurry walls or sheet piles. Various design settings are examined for their potential to reduce the pumping rate needed to obtain a complete capture of a given contaminated area. Using established modeling techniques for flow and transport, those barrier configurations (specified by location, shape, and length) that yield a maximum reduction of the pumping rate are identified assuming homogeneous aquifer conditions. Selected configurations are further analyzed concerning their hydraulic performance under heterogeneous aquifer conditions by means of a stochastic approach (Monte Carlo simulations) with aquifer transmissivity as a random space function. The results show that physical barriers are an appropriate means to decrease expected (mean) pumping rates, as well as the variance of the corresponding pumping rate distribution at any given degree of heterogeneity. The methodology presented can be transferred easily to other aquifer scenarios, provided some basic premises are fulfilled, and may serve as a basis for reducing the pumping rate in existing pump-and-treat systems.     

Probleme der Lagerstättenlehre

Ohne Zusammenfassung     

Die Bedeutung des Rückstandes von Druck-Lösungsvorgängen für stratigraphische Abfolgen,Wechsellagerung und Lagerstättenbildung

Zusammenfassung Druck-Lösungserscheinungen sind nicht auf stylolithische Kontakte beschränkt. Die Mehrzahl der Druck-Lösungsflächen ist glatt und nicht als solche erkennbar. Bei Abwesenheit von Stylolithisierung wird Druck-Lösungsrückstand meistens fälschlich als primäres Sediment angesprochen.Druckgelöstes Material wandert von Becken aus. Auf Schwellen führt es zu erhöhtem Stoffangebot für chemische und organische Ablagerung. Druckunlösliches Material konzentriert sich passiv in den Becken.Die Unterschiede zwischen benachbarten lithologischen Horizonten werden in stratigraphischen Abfolgen während der Diagenese über Druck-Lösungstätigkeit verstärkt. Wechsellagerungen können entstehen, indem relativ reine, fast monomineralische Horizonte (Kalkspat, Dolomit, Quarz) von Druck-Lösung kaum betroffen werden, während etwas mehr verunreinigte Schichten, besonders bei Gegenwart von Tonmineralien, bis auf ihren Lösungsrückstand zusammenschrumpfen können.Die während Faltung und Schieferung fortdauernde Druck-Lösungstätigkeit bewirkt weiteren Gesteinsschwund.Hauptsächlich synsedimentäre Lagerstätten können über Druck-Lösungsvorgänge während Diagenese und Orogenese eine weitere Anreicherung erfahren, indem Wertmineralien im Lösungsrückstand zurückbleiben. Verstärkte Anreicherungen sind in Richtung der Becken und Faltenschenkel zu erwarten.

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Pressure solution phenomena are not restricted to stylolitic contacts. The majority of pressure solution planes is smooth and not recognizable as such. Pressure solution residue in the absence of stylolitization is often misinterpreted as a primary sediment.Material dissolved under nonuniform pressure migrates from basins to ridges, where it leads to increased precipitation and organic deposition. The material that is insoluble under unilateral pressure thus becomes more concentrated in the basins.The differences between neighbouring lithological units in stratigraphic series are increased during diagenesis by pressure solution activity. Intercalations may result from relatively pure, almost monomineralic layers (e. g. calcite, dolomite, quartz) remaining relatively unaffected by pressure solution processes, while more impure layers, especially those containing clay minerals, may shrink to its solution residue.During folding and cleavage, continuing pressure solution activity results in further loss of rock matter.Mainly synsedimentary ore deposits may be further concentrated by pressure solution processes, both during diagenesis and orogenesis, leaving valuable minerals as part of the solution residue. Elevated concentrations are to be expected towards the basins and limbs of folds.

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Résumé Les phénomènes de dissolution par pression inégale ne sont pas limités aux contacts stylolithiques. La plupart des surfaces de dissolution par pression linéaire est lisse et sans caractères particuliers. En l'absence de stylolithisation, les résidus sont considérés souvent à tort comme des sédiments primaires.Le matériel dissous par pression linéaire migre du centre des bassins vers ses bords; cela conduit à un accroissement des dépÔts chimiques et organiques sur les seuils. Le matériel insoluble se concentre passivement au centre des bassins.Les différences entre horizons lithologiques voisins dans les séries stratigraphiques sont accentuées pendant la diagénèse par l'activité de dissolution par pression inégale. Il peut se former des alternances ou des horizons relativement »purs«, presque monominéraux (calcite, dolomite, quartz), qui ne sont pas touchés par la dissolution par pression inégale, tandis que des couches moins »pures« en raison de la présence en particulier de minéraux argileux, peuvent Être réduites à des résidus de dissolution.L'activité persistante de la dissolution par pression linéaire au cours du plissement et de la schistosité entraÎne une nouvelle diminution de matière dans la roche.Ce sont surtout les gisements synsédimentaires qui peuvent subir un enrichissement supplémentaire pendant la diagénèse et l'orogénèse, puisque ce sont les minéraux de valeur qui s'accumulent dans les résidus de dissolution. Ces enrichissements peuvent Être particulièrement renforcés en direction du centre des bassins et des flancs des plis.

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Construction of Structural Geological Model Using Monte Carlo Simulation

Geotechnical and Geological Engineering - To optimize the prediction of structural geological conditions in the underground as of data collected at the surface, due to the usual great uncertainties...