全部 标题 作者
关键词 摘要

OALib Journal期刊
ISSN: 2333-9721
费用:99美元

查看量下载量

相关文章

更多...
Animals  2013 

GeoBioScience: Red Wood Ants as Bioindicators for Active Tectonic Fault Systems in the West Eifel (Germany)

DOI: 10.3390/ani3020475

Keywords: red wood ants, Formica rufa-group, active tectonics, West Eifel (Germany), soil gas analyses, Helium, Radon, CO2, geostatistics

Full-Text   Cite this paper   Add to My Lib

Abstract:

In a 1.140 km2 study area of the volcanic West Eifel, a comprehensive investigation established the correlation between red wood ant mound (RWA; Formica rufa-group) sites and active tectonic faults. The current stress field with a NW-SE-trending main stress direction opens pathways for geogenic gases and potential magmas following the same orientation. At the same time, Variscan and Mesozoic fault zones are reactivated. The results showed linear alignments and clusters of approx. 3,000 RWA mounds. While linear mound distribution correlate with strike-slip fault systems documented by quartz and ore veins and fault planes with slickensides, the clusters represent crosscut zones of dominant fault systems. Latter can be correlated with voids caused by crustal block rotation. Gas analyses from soil air, mineral springs and mofettes (CO 2, Helium, Radon and H 2S) reveal limiting concentrations for the spatial distribution of mounds and colonization. Striking is further the almost complete absence of RWA mounds in the core area of the Quaternary volcanic field. A possible cause can be found in occasionally occurring H 2S in the fault systems, which is toxic at miniscule concentrations to the ants. Viewed overall, there is a strong relationship between RWA mounds and active tectonics in the West Eifel.

References

[1]  Meyer, W. Geologie der Eifel, 3rd ed.; E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung: Stuttgart, Germany, 1994; p. 618.
[2]  Seib, N.; Kley, J.; Torizin, J.; Zander, I.; Goepel, A.; Büchel, G. Identifikation vulkanischer Formen in einem digitalen Gel?ndemodell (DGM) der Westeifel. Z. dt. Ges. Geowiss 2008, 159, 657–670.
[3]  Landesamt für Geologie und Bergbau Rheinland-Pfalz (LGB-RLP). Geologie von Rheinland—Pfalz, 1st; E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung: Stuttgart, Germany, 2005; p. 400.
[4]  Betz, D.; Führer, F.; Greiner, G.; Plein, E. Evolution of the Lower Saxony Basin. Tectonophysics 1987, 137, 127–170, doi:10.1016/0040-1951(87)90319-2.
[5]  Schreiber, U.; Rotsch, S. Cenozoic block rotation according to a conjugate shear system in central Europe—Indications form paleomagnetic measurements. Tectonophysics 1998, 299, 111–142, doi:10.1016/S0040-1951(98)00201-7.
[6]  Loos, J.; Juch, D.; Ehrhardt, W. ?quidistanzen von Blattverschiebungen: neue Erkenntnisse zur Lagerst?ttenbearbeitung im Ruhrkarbon. Z. f. angew. Geol. 1999, 45, 26–36.
[7]  Campbell, J.; Kümpel, H.-J.; Fabian, M.; Fischer, D.; G?rres, B.; Keysers, C.J.; Lehmann, K. Recent movement pattern of the Lower Rhine Embayement from tilt, gravity and GPS data. Neth. J. Geosci. 2002, 81, 223–230.
[8]  Hinzen, K.G. Stress field in the Northern Rhine area, Central Europe, from earthquake fault plane solutions. Tectonophysics 2003, 377, 325–356, doi:10.1016/j.tecto.2003.10.004.
[9]  Dèzes, P.; Schmid, S.M.; Ziegler, P.A. Evolution of the European Cenozoic Rift System: Interaction of the Alpine and Pyrenean orogens with their foreland lithosphere. Tectonophysics 2004, 389, 1–133, doi:10.1016/j.tecto.2004.06.011.
[10]  Walker, K.T.; Bokelmann, G.H.R.; Klemperer, S.L.; Bock, G. Shear-wave splitting around the Eifel hotspot: Evidence for a mantle upwelling. Geophys. J. Int. 2005, 163, 962–980, doi:10.1111/j.1365-246X.2005.02636.x.
[11]  Tesauro, M.; Hollenstein, C.; Egli, R.; Geiger, A.; Kahle, H.-G. Analysis of central western Europe deformation using GPS and seismic data. J. Geodynam. 2006, 42, 194–209, doi:10.1016/j.jog.2006.08.001.
[12]  Meyer, W.; Stets, J. Pleistocene to Recent tectonics in the Rhenish Massif (Germany). Neth. J. Geosci. 2002, 81, 217–221.
[13]  Earthquake Data Catalogue. Department of Earthquake Geology of Cologne University. Available online: http://www.seismo.uni-koeln.de/catalog/index.htm (11 September 2012).
[14]  Earthquake Catalogue. Landesamt für Geologie und Bergbau Rheinland-Pfalz, 10 09 2009. 10 09 2009. Available online: http://www.lgb-rlp.de/erdbeben.htm (accessed on 9 October 2009).
[15]  Rummel, F.; Baumg?rtner, J. Hydraulic fracturing in-situ stress and permeability measurements in the research borehole Konzen, Hohes Venn (West Germany). N. Jb. Geol. Pal?ont. Abh. 1985, 171, 183–193.
[16]  Ahorner, L. Present-day stress field and seismotectonic block movements along major faults in Western Europe. Tectonophysics 1975, 29, 233–249, doi:10.1016/0040-1951(75)90148-1.
[17]  Illies, J.; Baumann, H. Crustal dynamics and morphodynamics of the Western European Rift System. Z. Geomorph. (Suppl.) 1982, 42, 135–165.
[18]  Griesshaber, E.; O’Nions, R.K.; Oxburgh, E.R. Helium and carbon isotope systematics in crustal fluids from the Eifel, the Rhine Graben and Black Forest, F.R.G. Chem. Geol. 1992, 99, 213–235, doi:10.1016/0009-2541(92)90178-8.
[19]  Aeschbach-Hertig, W. Helium und Tritium als Tracer für physikalische Prozesse in Seen. Ph.D. Thesis, ETH Zürich, Zürich, Switzerland, 1994.
[20]  Griesshaber, E. The distribution pattern of mantle-derived volatiles in mineral waters of the Rhenish Massif. In Young Tectonics – Magmatism – Fluids, a Case Study of the Rhenish Massif; Neugebauer, H.J., Ed.; Schriftenreihe Sonderforschungsbereich 350: Bonn, Germany, 1998; Volume Volime, 74, pp. 51–59.
[21]  Clauser, C.; Griesshaber, E.; Neugebauer, H.J. Decoupled thermal and mantle helium anomalies: Implications for the transport regime in continental rift zones. J. Geophys. Res. 2002, 107, 1–16.
[22]  Büchel, G.; Mertes, H. Die Eruptionszentren des Westeifeler Vulkanfeldes. Z. Dt. Geol. Ges. 1982, 133, 409–429.
[23]  Schmincke, H.-U. Vulkanismus, 2nd ed.; Wissenschaftliche Buchgesellschaft: Darmstadt, Germany, 2000; p. 264.
[24]  Hesse, G. Hydrogeologische Erkundung von Maar-Diatrem-Vulkanen am Beispiel des Geeser Maares (Westeifel). Ph.D. Thesis, Universit?t Jena, Jena, Germany, 2002.
[25]  Hart, P.E. How the Hough transform was invented. IEEE Sign. Process. Mag. 2009, 26, 18–22, doi:10.1109/MSP.2009.934181.
[26]  Zitzmann, A.; Grünig, S. Geologische übersichtkarte Deutschland 1:200 000 (GüK200); Blatt CC6302 Trier; Staatliche Geologische Dienste der Bundesrepublik Deutschland (SGD) und BGR: Hannover, Germany, 1987.
[27]  Ribbert, K.H. Geologische Karte von Nordrhein-Westfalen 1:100.000; Geologisches Landesamt Nordrhein-Westfalen: Krefeld, Germany, 1992; p. 84.
[28]  Berberich, G. Identifikation junger gasführender St?rungszonen in der West- und Hocheifel mit Hilfe von Bioindikatoren. Ph.D. Thesis, University of Duisburg-Essen, Essen, Germany, 2010.
[29]  May, F. Zur Entstehung der Mineralw?sser des Rheinischen Massivs. Ph.D. Thesis, Universit?t Bonn, Bonn, Germany, 1994.
[30]  May, F. , 1st ed. Shaker Verlag: Aachen, Germany, 2002; p. 172.
[31]  Berberich, G.; Klimetzek, D.; W?hler, C.; Grumpe, A. Statistical Correlation between Red Wood Ant Sites and Neotectonic Strike-Slip Faults. In Proceedings of the EGU General Assembly, Vienna, Austria, 22–27 April 2012.
[32]  Weisser, D. Tektonik und Barytg?nge in der SE-Eifel. ZDGG 1963, 115, 33–68.
[33]  Redecke, P. Zur Geochemie und Genese variszischer und postvariszischer Buntmetallmineralisation in der Nordeifel und der Niederrheinischen Bucht. Ph.D. Thesis, RWTH Aachen, Aachen, Germany, 1992.
[34]  Reppke, V. Varistische und postvaristische Buntmetallmineralisationen in der ?stlichen Eifel (Linksrheinisches Schiefergebirge). Ph.D. Thesis, Universit?t G?ttingen, G?ttingen, Germany, 1993.
[35]  Landesamt für Geologie und Bergbau Rheinland-Pfalz (LGB-RLP). Gangkarte Hunsrück und Eifel, 1980/2009. Unpublished data, 2009.
[36]  Schreiber, U.; Brennholt, N.; Simon, J. Gas permeable deep reaching fracture zones encourage site selection of ants. Ecol. Ind. 2009, 9, 508–517, doi:10.1016/j.ecolind.2008.07.002.
[37]  Erpenbeck, A.; Kirchner, W. Zur K?lteresistenz der Kleinen Roten Waldameise Formica polyctena Foerst. (Hymenoptera, Formicidae). Z. angew. Entomol. 1983, 96, 271–281, doi:10.1111/j.1439-0418.1983.tb03669.x.
[38]  Hetz, S.K.; Bradley, T.J. Insects breathe discontinuously to avoid oxygen toxicity. Nature 2005, 433, 516–519, doi:10.1038/nature03106.
[39]  H?lldobler, B.; Wilson, E.O. Der Superorganismus: Der Erfolg von Ameisen, Bienen, Wespen und Termiten; Springer: Berlin, Germany, 2010.
[40]  Camlitepe, Y.; Stradling, D.J. Wood ants orient to magnetic fields. Proc. R. Soc. Lond. 1995, 261, 37–41, doi:10.1098/rspb.1995.0114.
[41]  Camlitepe, Y.; Aksoy, V.; Uren, N.; Yilmaz, A.; Becenen, I. An Experimental Analysis on the Magnetic Field Sensitivity of the Black-Meadow Ant Formica Pratensis Retzius (Hymenoptera: Formicidae). Acta Biol. Hung. 2005, 56, 215–224, doi:10.1556/ABiol.56.2005.3-4.5.
[42]  de Oliveira, J.F.; Wajnberg, E.; de Souza Esquivel, D.M.; Weinkauf, S.; Winklhofer, M.; Hanzlik, M. Ant antennae: Are they sites for magnetoreception? J. R. Soc. Interface 2010, 7, 143–152, doi:10.1098/rsif.2009.0102.
[43]  G?sswald, K. über Nutzen, Ausrottung, Schutz, Verbreitung und künstliche Vermehrung der Roten Waldameise Formica rufa L. In Jahresber. Berl. u. Brandenburger Provinzstellen f. Naturschutz; Verlag Trowitzsch & Sohn: Frankfurt/Berlin, Germany, 1939; Volume 1, pp. 14–30.
[44]  Rammoser, H. Die Verbreitung der hügelbauenden Waldameisen im Spessart. Waldhygiene 1961, 6, 44–82.
[45]  Eichhorn, O. Zur ?kologie der Ameisen mitteleurop?ischer Gebirgsw?lder. Post-Doctoral Thesis, Universit?t G?ttingen, G?ttingen, Germany, 1962.
[46]  Wellenstein, G. Beitr?ge zur Biologie der Roten Waldameise (Formica rufa L.) mit besonderer Berücksichtigung klimatischer und forstlicher Verh?ltnisse. Z. angew. Entomol. 1929, 14, 1–68, doi:10.1111/j.1439-0418.1929.tb00067.x.
[47]  Sauer, G. Kleinstaaterei in Rudolfshagen. Kosmos Das Magazin für die Natur 1983, 79, 68–73.
[48]  Klimetzek, D. Zur Bedeutung des Kleinstandortes für die Verbreitung hügelbauender Waldameisen der Formica rufa Gruppe (Hymenoptera: Formicidae). Z. angew. Entomol. 1970, 66, 84–95.
[49]  Klimetzek, D.; Kaiser, M. Zur ?kologie der Formica rufa-Gruppe. Waldhygiene 1995, 20, 243–254.
[50]  Wellenstein, G. Waldbewohnende Ameisen: ihre Bedeutung, ihre Biologie, ihre Hege und ihr Schutz, 2nd ed.; Allg?uer Zeitungsverlag GmbH: Kempten, Germany, 1990.
[51]  Seifert, B. Ameisen beobachten, bestimmen; Natur Buch Verlag: Augsburg, Germany, 1996; p. 352.
[52]  Chiodini, G.; Frondini, F.; Ponziani, F. Deep structures and carbon dioxide degassing in Central Italy. Geothermics 1995, 24, 81–94, doi:10.1016/0375-6505(94)00023-6.
[53]  Ciotoli, G.; Lombardi, S.; Morandi, S.; Zarlenga, F. A multidisciplinary statistical approach to study the relationships between helium leakage and neo-tectonic activity in a gas province: The Vasto Basin, Abruzzo-Molise (Central Italy). AAPG Bull. 2004, 88, 355–372, doi:10.1306/10210303001.
[54]  Ciotoli, G.; Lombardi, S.; Annunziatellis, A.; Beaubien, S.E. The study of CO2 natural reservoirs to develop criteria for risk assessment and safety strategy. First Break 2009, 27, 91–100.
[55]  Voltattorni, N.; Sciarra, A.; Quattrocchi, F. The Application of Soil-Gas Technique to Geothermal Exploration: Study of Hidden Potential Geothermal Systems. In Proceedings of the World Geothermal Congress, Bali, Indonesia, 25–29 April 2010; pp. 1–7.
[56]  Kemski, J.; Klingel, R. Das geogene Radon-Potential. In Umweltradioaktivit?t, 1st; Siehl, A., Ed.; Ernst & Sohn: Berlin, Germany, 1996; pp. 179–222.
[57]  Ammann, M.; Schenker, F. Nachweis von tektonischen St?rungen in 2 Bodengasprofilen in der Nordschweiz; Nagra Technical Reports NTB 89-25; Nagra: Wettingen, Switzerland, 1989; p. 70.
[58]  Hinkle, M. Open-File Report 95-0080; U.S. Geological Survey: Reno, NV, USA, 1995; p. 26.
[59]  Simon, J. Identifikation gaspermeabler St?rungszonen in Gebieten aktiver Tektonik (Rheinisches Schiefergebirge und Amrum) anhand von Helium in der Bodenluft. Ph.D. Thesis, University of Duisburg-Essen, Essen, Germany, 2007.
[60]  Wellenstein, G. Ameisenkartierung 1960–1968. Topografische Karte 1:50.000Unpublished data, 1968.
[61]  Moelter, H.-J. Vorkommen der Roten Waldameise in Gebieten der Eifel, Forst?mter: Hillesheim, Prüm-Nord, Prüm-Süd, Neuerburg. Diploma Thesis, Albert-Ludwigs-Universit?t, Freiburg i. Breisgau, Germany, 1984.
[62]  Forstrevier Salm. Ameisengrobkartierung 1991. Forstgrundkarte 1:10.000Unpublished data, 1991.
[63]  Stoschek, N.; Roch, T. Zentrale Erfassung von Waldameisen im Freistaat Sachsen. AFZ-Der Wald, 2006, pp. 2–4. Available online: http://www.waldwissen.net/wald/tiere/insekten_wirbellose/sbs_waldameisenkartierung/sbs_waldameisenkartierung_originalartikel.pdf (accessed on 7 May 2013).
[64]  Berberich, G. GeoBioScience: Rote Waldameisen (Formica rufa-Gruppe) als Bioindikatoren für tektonisch aktive St?rungszonen. In Treffpunkt Biologische Vielfalt XII—Interdisziplin?rer Forschungsaustausch im Rahmen des übereinkommens über die biologische Vielfalt, 1st; Korn, H., Feit, U., Eds.; Bundesamt für Naturschutz, BfN-Skriptenreihe 335: Bonn, Germany, 2013; pp. 155–161.
[65]  Klimetzek, D.; Berberich, G.; Berberich, M.; Schreiber, U. Wood ants prefer neotectonic faults: 50 years of a Formica rufa—Supercolony in southwest Germany. In Proceedings of the ESA 60th Annual Meeting, Knoxville, TN, USA, 11–14 November 2012.
[66]  Berberich, G.; Klimetzek, D.; Berberich, M.; Schreiber, U. A red wood ant supercolony as a bioindicator for neotectonic fault structures at the peninsula Bodanrueck (Southwest Germany). In Proceedings of the ESA 60th Annual Meeting, Knoxville, TN, USA, 11–14 November 2012.
[67]  Binot-Hafke, M.; Balzer, S.; Becker, N.; Gruttke, H.; Haupt, H.; Hofbauer, N.; Ludwig, G.; Matzke-Hajek, G.; Strauch, M. (Red.). Rote Liste gef?hrdeter Tiere, Pflanzen und Pilze Deutschlands. Band 3: Wirbellose Tiere (Teil 1); Bundesamt für Naturschutz: Bonn, Germany, 2011.
[68]  Kemski, J.; Siehl, A.; Stegmann, R.; Valdivia-Manchego, M. Geogene Faktoren der Strahlenexposition unter besonderer Berücksichtigung des Radon-Potentials. Abschlu?bericht zum Forschungsvorhaben St. Sch. 4106; BMU-1999-534; Bundesmi nisteriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherhe: Bonn, Germany, 1999; p. 133.
[69]  Holland, P.; Emmerson, D.E. Determination of the helium-4 content of near surface atmospheric air within the continental United States. J. Geophys. Res. 1987, 92, 12557–12556, doi:10.1029/JB092iB12p12557.
[70]  Fu, C.C.; Yang, T.F.; Du, J.; Walia, V.; Chen, Y.G.; Liu, T.K.; Chen, C.-H. Variations of helium and radon concentrations in soil gases from an active fault zone in southern Taiwan. Radiat. Measur. 2008, 43, 348–352, doi:10.1016/j.radmeas.2008.03.035.
[71]  Pfanz, H.; Sa?mannshausen, F. Geogenic CO2-Exhalations and Vegetation: Its possible use to predict volcanic eruptions. In Proceedings of the EGU General Assembly, Vienna, Austria, 13–18 April 2008.
[72]  Schmidt, G. Einflu? von Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf die Energiebilanz w?hrend der Metamorphose verschiedener Kasten von Formica polyctena Foerst. (Hym.). Z. angew. Entomol. 1968, 61, 61–109, doi:10.1111/j.1439-0418.1968.tb03879.x.
[73]  Lighton, J.R.B. Discontinuous CO2 Emission in a small insect. The Formicine Ant Campoxotus vicixus. J. Exper. Biol 1988, 134, 363–376.
[74]  Berberich, G.; Klimetzek, D.; W?hler, C.; Grumpe, A. Statistical Correlation between Red Wood Ant Sites and Tectonically Active Fault Structures. In Proceedings of the Entomologentagung DGaaE 2013, G?ttingen, Germany, 18–21 March 2013.
[75]  Berberich, G.; Berberich, M.; Grumpe, A.; W?hler, C.; Schreiber, U. Early Results of Three-Year Monitoring of Red Wood Ants’ Behavioral Changes and Their Possible Correlation with Earthquake Events. Animals 2013, 3, 63–84, doi:10.3390/ani3010063.

Full-Text

Contact Us

service@oalib.com

QQ:3279437679

WhatsApp +8615387084133