Geomagnetische Tiefentellurik

Zusammenfassung Die lokalen Unterschiede der geomagnetischen zeitlichen Variationen [1, 2] wurden mit Hilfe von 3 Reiseregistrierstationen nachFanselau [3] untersucht. Hier werden die gegenseitige Beeinflussung der Variometernadeln, Veränderung der Skalenwerte über die Breite des Registrierpapiers und die Abhängigkeit der Grösse des Skalenwertes von der Temperatur sowie von der Grösse der Vertikalintensität untersucht. Die reduzierten Skalenwerte besitzen im Mittel eine Unsicherheit von nicht mehr als 0,6%. Eine grössere Genauigkeit kann bei Feldmessungen nicht erwartet werden. Aufstellung und Justierung der Stationen im Felde werden beschrieben.

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Summary Local differences of geomagnetic variations [1, 2] were investigated by three ambulant geomagnetic variographs afterFanselau [3]. The influence of the variometer needles on each other, the dependence of the scale-values on the position of the lightpoint and the changing of the scale-value with temperature and with the value of the vertical intensity are shown. The reduced scale-values have an uncertainty of not more than 0.6%. A higher accuracy is not to be expected for field measurements. The menagement and the adjustment of the stations in field are described.

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Mitteilung Nr. 157 des Geomagnetischen Instituts Potsdam.     

Strain release in relation to focal depth

Summary The world-wide strain release in relation to focal depth has been calculated for all shocks with magnitude 7 and over for the interval 1918–1952. The strain exhibits a strong maximum in the uppermost 75 km of the earth; it decreases exponentially with depth between 75 and 400 km, with an unimportant minimum corresponding to the asthenosphere low-velocity layer and another minimum at 275 km; after a pronounced minimum between 400 and 475 km it increases again approximately exponentially between 475 and 650 km, after which it drops rapidly to zero. The shape of the strain-depth curve is interpreted in terms of the physical conditions and the intensity of strain accumulation. In particular, the increase between 475 and 650 km is ascribed to a combined effect of temperature and pressure variation with depth with related phase changes and possible changes in composition. The depth curve for the number of shocks is nearly parallel to the strain-depth curve, and the average strain per earthquake shows only an insignificant decrease with depth.

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Zusammenfassung Es wird die Tiefenabhängigkeit der Deformationsauslösung in allen Erdbeben mit Magnitude 7 und darüber, im Zeitraum 1918–1952 untersucht. Die Deformationsauslösung hat ein ausgesprochenes Maximum in den obersten 75 km. Sie nimmt im Tiefenbereich zwischen 75 und 400 km exponential mit der Tiefe ab, wobei sich ein Minimum, das der Schicht mit niedriger Wellengeschwindigkeit entspricht, schwach andeutet, und ein zweites Minimum bei 275 km liegt. Nach einem ausgeprägten Minimum zwischen 400 und 475 km Tiefe, steigt die Deformationsauslösung erneut, etwa exponential, im Tiefenbereich zwischen 475 und 650 km an, und nimmt danach schnell ab. Der Verlauf der Deformationsauslösung in Abhängigkeit von der Tiefe wird an Hand der physikalischen Verhältnisse im Erdkörper, sowie der Intensität der Deformationsaufspeicherung gedeutet. Insbesondere wird der Anstieg zwischen 475 und 650 km einer Änderung der Temperatur und des Druckes mit der Tiefe, bei Phasensprung und möglicher Änderung in der Zusammensetzung des Materials zugeschrieben. Die Tiefenabhängigkeit der Anzahl der Beben und der Deformationsauslösung verlaufen annähernd parallel; die mittlere Deformationsauslösung pro Erdbeben zeigt lediglich eine unbedeutende Abnahme mit der Tiefe.

     

Direkte Verfahren zur Auswertung von Schweremessungen bei zweidimensionaler Massenverteilung

Zusammenfassung Die direkten Verfahren zur Bestimmung der Störmassen aus Schweremessungen gliedern sich in zwei Gruppen. Bei den Verfahren der einen Gruppe wird die Dichteverteilung im Erduntergrund als Unbekannte betrachtet. In diesem Fall erhält man eine lineare Integralgleichung für die Dichte. Die meisten bekannten Verfahren behandeln einen Spezialfall dieser Integralgleichung in dem die Masse auf einer Ebene konzentriert gedacht wird. In der vorliegenden Arbeit (§ 3.1) wird diese Einschränkung gelockert und Verfahren angegeben, die auch auf Schwereanomalien angewendet werden können, die über in der vertikalen Richtung gestreckten Massen gemessen sind. Darüber hinaus kann auch die Zunahme oder Abnahme der Dichte mit der Tiefe berücksichtigt werden.Bei der anderen Gruppe der direkten Verfahren wird die Dichte des Störkörpers als bekannt vorausgesetzt und seine Begrenzung aus der Schwereanomalie errechnet. Zu diesen Verfahren werden in § 3.2 einige neue Möglichkeiten aufgezeigt.Die Frage nach der Vieldeutigkeit der Lösungen wird im § 4 angeschnitten. Es zeigt sich, dass die Vieldeutigkeit der Lösung durch einen Eindeutigkeitssatz erheblich eingeschränkt wird.Im § 5 werden einige Beispiele zu den im § 3 angegebenen Lösungsmethoden durchgerechnet.

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Summary The direct methods of determination of subterranean masses which cause gravity anomalies can be divided into two groups. In the methods of one of the groups the unknown quantity is the underground density distribution. In this case the problem leads to a linear integral equation. Most of the known methods are restricted to a special case of the integral equation in which the unknown density is assumed to be concentrated on a horizontal plane. The methods shown in this paper (§ 3.1) do not need this assumption, so that they can be applied to cases in which the largest dimension of the subterranean mass is the vertical one. Moreover an increase or decrease of the density with depth can be taken into account.In the methods of the other group the density of the subterranean mass is assumed to be known. In this case the boundary of the mass is estimated from the gravity anomaly. In § 3.2 some new possibilities for estimating the mass are dealt with.In § 4 the question of the uniqueness of the solution is discussed. The investigation leads to an uniqueness theorem which minimizes the number of possible solutions.In § 5 some examples for the applications of the methods of § 3 are given.

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Auszug aus einer von der Bergakademie Clausthal angenommenen Dissertation. Referent Prof. Dr.K. Jung, Koreferent Prof. Dr.H. König.     

Die allgemeine theorie des erdinduktors

Zusammenfassung Bei Verwendung von Saitengalvanometern für Inklinationsmessungen mit dem Erdinduktor sind Schwingungen zu beobachten, die bei den viel stärker gedämpften Spiegelgalvanometern nicht auftreten. Die Erklärung dieser Zusammenhänge ist mit den bekannten einfachen Induktionsformeln nicht möglich, weil sie nur Angaben über die Mittelwerte der EMK geben. Ueber das Spatprodukt von drei Vektoren: Totalfeldstärke, Drehachse und Vektor in der Windungsebene, lässt sich die allgemeinste Formel für die induzierte EMK bei beliebiger Achsenstellung berechnen. Kleine Winkelabweichungen aus der Nullage zeigen gemäss Formel Abhängigkeit der Verstellempfindlichkeiten von der Grösse der Inklination. Die Kommutierung wird einer genauen Betrachtung unterzogen; die Amplituden der Schwingungen mit Hilfe derFourier-Analyse berechnet. Der Induktionsstrom wird nach der bekannten Differentialgleichung bestimmt. Eine Möglichkeit der Messung vonH aderZ unter Verwendung von zwei Erdinduktoren wird am Schluss betrachtet.In dem zweiten Teil werden die Korrekturen, welche auf die Spulenkonstante anzuwenden sind, bestimmt. Die Grösse der Windungsflächen hängt von der Drahtstärke und der Konstruktionsart des Induktors ab (Einfach- oder Doppelspule). Der Einfluss des Rahmes auf die Spule wird einer genauen Betrachtung unterzogen. MittelsFourier-Analyse kann die Grössenordnung der Fehler von schlechtjustierten Kommutatoren bestimmt werden. Eine Uebersicht alter und neuer Indikationsmethoden bei Inklinationsmessungen beschliesst den Text.

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Summary 1. In using fibre-galvanometers for the measurement of Inclination with the earthinductor oscillations can be observed that do not appear at the use of mirrorgalvanometers, more muted. These relations can not be explained very well with the help of the known simple formulas, as the latter state only the means of EMF. Through the triple-product of the three vectors, i.e. total magnetic force, rotation-axis, vector in the plane of the coil, the general formula can be figured for the induced EMF at any possible positions of the axis. Small deviations from the nullposition show — according to the formula — some dependance of the sensibilities in changing the position of axis from the degree of Inclination. The commutation is taken into very careful consideration, the amplitudes of oscillations are calculated byFourier-Analysis. The current of the induction is computed according to the well known differential-equation. The possibility to fixH orZ in using two earthinductors will be described at the end of the first chapter.

     

Zur Berechnung der latenten und fürhlbaren Wärmeströme von der Meeresoberfläche an die Luft

Zusammenfassung Ausgehend von der Temperaturänderung eines Einheitsvolumens einer inkompressiblen Strömung werden die Gleichungen für den Transport von Bewegungsgröße und von fühlbarer und latenter Wärme bestimmt. Mit der Annahme, daß die Temperaturschichtung in den untersten 10 cm vernachlässigbar ist, kann man aus den vorhandenen Messungen der Schubspannung bei adiabatischer Schichtung die Schubspannung bei nichtadiabatischer Schichtung berechnen, wenn man voraussetzt, daß die Windgeschwindigkeit einem Potenzgesetz der Höhe gehorcht und die Schubspannung höhenkonstant ist. Aus diesen Schubspannungswerten kann man den turbulenten Diffusionskoeffizienten für den Transport von Bewegungsgröße bestimmen. Nimmt man weiter an, daß sich die turbulenten Diffusionskoeffizienten für die drei Transporte nicht unterscheiden und daß auch die Temperatur und Feuchte einem Potenzgesetz der Höhe gehorchen, dann kann man aus den Temperatur-und Feuchtemessungen in zwei Höhen und einer Windgeschwindigkeitsmessung den fühlbaren und latenten Wärmestrom berechnen. Ein Vergleich mit denJacobs'schen Formeln für die Verdunstung und den Transport von fühlbarer Wärme zeigt, daß die Ergebnisse nur für mittlere Windgeschwindigkeiten gut übereinstimmen. Für höhere Windstärken liefern dieJacobs'schen Formeln viel zu kleine Werte.

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Summary From the change of potential temperature of unit volume of an incompressible fluid, the transport equation for sensible and latent heat and for momentum have been determined. Neglecting the influence of temperature stratification on the lowest 10 cm and assuming the wind speed to follow a power law of height and the shearing stress to be independent of height, it is possible to determine the shearing stress for nonadiabatic conditions from the measurements of the shearing stress for adiabatic stratification. From the shearing stress one may determine the eddy diffusivityK(z). Assuming the three coefficients for turbulent diffusion to be identical and the temperature and humidity to follow a power law of height, one can determine the latent and sensible heat transfer from temperature and humidity measurements at two heights and one wind speed measurement. Comparison withJacobs's formulas for the evaporation and sensible heat transfer shows that the results agree only for medium wind speed. For larger wind velocitiesJacobs's formulas yield much too low values.

     

Surface waves in an elastic semi-space with a stable nonhomogeneity

Summary Surface waves in an isotropic nonhomogeneous elastic semi-space (plane strain) are studied. It is assumed that the Poisson's ratio and the density of the medium are constant but shear modulus is a monotonic function of the depth. Use of the stress equation of motion is made to reduce the problem to an eigenvalue problem for a differential equation of fourth order with polynomial coefficients. A series solution of the problem is obtained and dependence of the Rayleigh velocityC _R on the wavelength and the nonhomogeneity of the medium, is studied. Group velocity period curves are also obtained.

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Zusammenfassung Oberflächenwellen in einem isotropen Nicht-homogenen elastischen Halbraum (Für den ebenen Verzerungszustand) werden untersucht. Die Poissonsche Querzahl und die Dichte werden als konstant vorausgesetzt während der Schubmodul ein monotone Funktion der Tiefe ist. Unter Benutzung der Spannungstensorsbewegungsgleichungen reduziert sich das problem zu einem Eigenwertproblem einer Differentialgleichung der vierten Ordnung mit Polynomkoeffizienten. Eine Reihenentwicklung wird als Lösung des problems erhalten und die Abhängigkeit der RayleighgeschwindigkeitC _R von der Wellenlänge und die Nicht-homogeneität des mediums werden untersucht. Ausserdem werden Gruppengeschwindigkeit und Perioden kurven erhalten.

     

Untersuchungen über die Schneedeckenver-Hältnisse im Hochgebirge nach Beobachtungen auf der Grossglockner-Hochalpenstrasse (Vorläufige mitteilung)

Zusammenfassung Es wird über eine vorläufige Bearbeitung zehnjähriger Beobachtungen der Schneehöhen auf der Grossglockner-Hochalpenstrasse berichtet, die durch die Häufung von Beobachtungsstellen vor allem einen Einblick in die Veränderlichkeit der Mächtigkeit der Schneedecke auf kleinem Raum im Hochgebirge gewähren. Die Messtellen lagen in Entfernungen von 100m und weniger. Aus je sechs Messungen in 120m breiten Profilen quer zur Strasse berechnete Mittelwerte erlauben, repräsentative durchschnittliche Jahresgänge der Mächtigkeit der Schneedecke für verschiedene Höhen und orographische Lagen abzuleiten. Es lassen sich zwei Typen der Jahresgänge unterscheiden, die durch den Grad der Exposition des Messgebietes bestimmt werden. Die grossen Unterschiede der mittleren Schneehöhen an jeder der sechs Messtellen der einzelnen Profile, die mehrere Meter übersteigen können, und die ähnlich grossen Unterschiede in der Verteilung der Schneehöhen auf die einzelnen Messtellen der Profile in den verschiedenen Jahren lassen erkennen, wie wenig repräsentativ für ein weiteres Gebiet im allgemeinen eine einzelne Schneehöhenmesstelle im unebenen Gelände des Hochgebirges ist. Zur Gewinnung repräsentativer Werte der Schneehöhen ist im Hochgebirge die Bildung von Gebietsmittel aus mehreren über einen kleinen Raum verteilten Messtellen zweckmässig. Ein Rückschluss auf die Niederschlagsmengen aus den Schneehöhen einer Messtelle ist im allgemeinen im Hochgebirge nicht gerechtfertigt. Die grosse Veränderlichkeit der Schneehöhe im Hochgebirge wird auch aus durchschnittlichen Schneeprofilen entlang der Hochalpenstrasse und aus den Unterschieden der durchschnittlichen Schneehöhen zwischen Strassenmitte und Strassenrand ersichtlich. Die Ergebnisse der gehäuften Schneehöhenmessungen auf der Grossglocknerstrasse erscheinen für die Beurteilung der Nährgebiete der Gletscher und für die Abschätzung des Wasserwertes der winterlichen Schneedecke des Hochgebirges für die Zwecke der Wasserwirtschaft von grosser Bedeutung.

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Summary The articledeals with a preliminary evaluation of observations of snow depth at the Grossglockner highway during a period of ten years. The numerous observations show clearly the variation of the depth of a snow cover in between a small area in high mountains. The stations were located 100 meters and less apart from each other. 800 observation stations have been established extending 46 km along the highway. Observations were made once a week. Mean values obtained from 6 measurements in a 120 m broad profile rectangular to the road give a representative annual average of snow depth for different elevation and different orographic areas. Two types of annual variations can be distinguished according to the exposure of the considered area. The great variation of the mean snow depth at each of the six stations of one profile—there are variations of several meters-and variations of the same order of magnitude for stations of the same profile for different years show that the observations of a single station in high mountains are by no means representative. Therefore the evaluation of mean values over a certain small area must be recommended in order to obtain accurate results. In general a derivation of the amount of precipitation from the snow depth for a single station cannot be justified. The variation of snow depth can also be recognized from the average snow profile along the highway and from the difference of this quantity between the center and the border of the road. The results of frequent measurements of snow depth at the Grossglockner highway can be also used with success for considerations on the economy of glaciers and for an estimation of the water contents of a snow cover in winter which may be of particular interest for hydrology.

     

Untersuchungen der Wärmeleitfähigkeitsanisotropie von Sandsteinen,Grauwacken und Quarziten

Zusammenfassung An Sandsteinen, Grauwacken und Quarziten werden die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeitsanisotropie bestimmt. Es werden Modellberechnungen durchgeführt, um die Zusammenhänge zwischen Anisotropiekoeffizient und Gefügeregelung zu klären. Es zeigt sich, dass die Gesamtanisotropie ein Summeneffekt von drei Faktoren ist: einer Kornformanisotropie, einer Kornbauanisotropie und einer Anisotropie des Porensystems bzw. der Intergranularen. Die Messergebnisse bestätigen die Modellberechnungen und zeigen deutliche Beziehungen zum Grad der diagenetischen Verfestigung und der tektonischen Deformation. Die Gesamtanisotropie der vermessenen Proben lässt sich in zwei Typen mit hexagonaler bzw. rhombischer bis monokliner Symmetrie teilen. Die Wärmeleitfähigkeit reagiert sehr empfindlich auf eine Gefügeregelung, auch wenn diese optisch noch nicht eindeutig erkennbar ist.

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Summary Thermal conductivity and anisotropy of thermal conductivity of sandstones, graywackes and quarzites are determined. Model computations yield three factors responsible for total anisotropy: grain-size-anisotropy, grain-structure-anisotropy and anisotropy of the poresystem. Measurements prove model computations. The anisotropy-coefficients depend on the degree of diagenesis and tectonic deformation. There are two types of total anisotropy with hexagonal and rhombic or monoclinic symmetry. Thermal conductivity is very sensitive with respect to rock fabric.

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Vortrag, gehalten auf dem X. Symposium des Vereins Ungarischer Geophysiker vom 14. bis 20. September 1964 in Budapest.     

The computation of gravity differences from observations with a Worden gravimeter and the resultant errors

Summary The methods of computation of the gravity difference between two stations depend on the assumed behaviour of the zero drift. When this drift is taken as following a quadratic law with respect to time, then the various methods give virtually the same value for the gravity difference and the estimated errors in it are also the same. In adjusting a network of gravity connections it is proposed that, to form a system of weighting, the estimated errors in the connections should be used in the place of the probable errors, which are unobtainable as the number of independent observations is too small. The estimated errors have been based on the standard deviation of an observation which is probably a characteristic of one gravimeter and one observer. The standard deviation of a single observation with a Worden gravimeter was found to be ±0.014 mgal as a result of a special set of experiments under field conditions. Large random errors have been observed in a Worden gravimeter and the cause is attributed to changes in the filament of the bulb which produces the reading index line.

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Zusammenfassung Die Methoden der Berechnung der Schweredifferenzen zwischen zwei Stationen hängt von dem vorausgesetzten Verhalten der Nullpunkts-Änderung (Drift) ab. Wenn angenommen wird, dass diese Drift ein quadratisches Gesetz rücksichtlich der Zeit befolgt, dann geben die verschiedenen Methoden im wesentlichen den gleichen Wert der Schweredifferenz und ihres geschätzten Fehlers. Für die Ausgleichung eines Netzes von Schwereverbindungen wird, um ein System von Gewichten zu bilden, vorgeschlagen, dass die geschätzten Fehler in den Verbindungen anstatt der wahrscheinlichen Fehler verwendet werden, welche nicht abgeleitet werden können, da die Zahl der unabhängigen Beobachtungen zu klein ist. Die geschätzten Fehler wurden auf die mittlere Abweichung einer Beobachtung gegründet, welche wahrscheinlich eine charakteristische Eigenschaft eines Schweremessers und eines Beobachters ist. Als Resultat eines speziellen Satzes von Feldexperimenten wurde als mittlerer Fehler einer einzelnen Beobachtungen mit einemWorden-Schweremesser ±0.014 mgal gefunden.

     

A photo-electric nucleus counter with size discrimination

Summary A variation of theNolan-Pollak photo-electric nucleus counter for size discrimination is described. Instead of applying an over-pressure, the sample in fog-tube of the new instrument starts at atmospheric pressure and expands into two evacuated containers. The expansion into the first container is as rapid as possible and this determines the maximum supersaturation. The expansion into the second is slow enough to permit the growth of water drops to limit the supersaturation below the initial value, and yet fast enough so that the expansion is essentially adiabatic. The calibration is essentially the same as long as the sum of the two volumes is constant, and only those particles smaller than the size determined by the initial supersaturation contribute to the reading.

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Zusammenfassung Es wird eine Modifikation des photoelektrischen Kernzählers vonNolan undPollak zur Unterscheidung der Kerngrösse beschrieben. Anstatt einen Ueberdruck in der Nebelkammer zu erzeugen, wird die Luftprobe von ihrem ursprünglichen Luftdruck in zwei evakuierte Behälter expandiert. Die Expansion in den ersten Behälter wird so schnell als möglich durchgeführt; diese bestimmt das Maximum der Uebersättigung. Die Expansion in den zweiten Behälter wird so langsam vorgenommen, dass das Wachsen der Wassertröpfchen ermöglicht und die Uebersättigung unter dem Anfangswert begrenzt wird, doch rasch genug, dass die Expansion im wesentlichen adiabatisch erfolgt. Die Kalibrierung ist im wesentlichen die gleiche, so lange die Summe der zwei Volumina konstant ist, und nur jene Teilchen tragen zur Messung bei, deren Grösse kleiner ist als jene, welche durch die anfängliche Uebersättigung bestimmt ist.

     

A condensation nuclei counter with photographic recording

Summary A condensation nuclei counter based onAitken's principle is described and depicted. It permits simultaneous observations of the graticule by two persons or the observation of the graticule by one person and the synchroeous photographic recording of the droplets on 35 mm film strip or single plates. With one exposure, the droplets on 24 squares of the millimetre graticule can be recorded so that a repetition of the necessary operations required by other counters in order to obtain an average count becomes superfluous and the time taken for one experiment is reduced to three quarters of a minute. The limitation to five droplets per square mm recommended for all hitherto existing nuclei counters with eye observations is removed when the droplets and the graticule are photographed. By the use of a special sealing arrangement and by employment of vacuum taps which proved most satisfactory with the previous construction of a photo-electric nuclei counter, leakages are practically impossible. The glass windows of the receiver are interchangeable with plates of conducting glass which can be heated by the passage of an electric current. The construction ensures that the 1 cm distance above the graticule is always maintained, independent of the tightening of the sealing arrangement. The receiver is equipped with a stirrer operated from outside by a permanent magnet. Two easily detached pumps are provided; one for purifying the air in the receiver and for the dilatation, the other for sucking the sample of impure air into the receiver. The adiabatic cooling in the receiver can be produced e. g. by means of an expansion pump. The method of measuring is discussed. Examples of records are reproduced. Applications and the development of a fully automatic recording nuclei counter are indicated.

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Zusammenfassung Ein Kernzähler, derAitkens Prinzip benützt, wird beschrieben und abgebildet. Er gestattet die gleichzeitige Beobachtung des Zählglases durch zwei Personen oder die Beobachtung des Zählglases durch eine Person und die gleichzeitige photographische Registrierung der Tröpfchen auf Kino-Normalfilm (von 35 mm) oder Platten. Miteiner Aufnahme können die Tröpfchen auf 24 Quadraten des in Quadratmillimeter geteilten Zählglases festgehalten werden, so dass eine Wiederholung der erforderlichen Operationen, welche bei allen anderen Kernzählern vorgeschrieben sind, um Mittelwerte der Einselzählungen zu erhalten, überflüssig ist und die Dauereines vollständigen Experimentes auf dreiviertel Minuten reduziert wird. Die Beschränkung auf fünf Tröpfchen per Quadratmillimeter, welche für die meisten bisherigen Kernzähler bei Augenbeobachtungen empfohlen wird, wird aufgehoben, wenn die Tröpfchen und das Zählglas photographiert werden. Durch eine spezielle Dichtungseinrichtung und durch Verwendung von Vakuum-Hähnen, welche sich bei der Konstruktion eines photo-elektrischen Kernzählers so sehr bewährt haben, ist Undichtwerden des Rezipienten praktisch unmöglich. Die Spiegelglasfenster des Rezipienten können gegen solche aus leitendem Glas ausgetauscht werden, welche mittels eines durch sie geschickten elektrischen Stromes geheizt werden können. Die Konstruktion gewährleistet, dass der Abstand (1 cm) oberhalb des Zählglases stets erhalten bleibt, unabhängig vom Drucke, der auf die Dichtung ausgeübt wird. Der Rezipient ist mit einem Rührer ausgestattet, der von aussen durch einen permanenten Magneten betätigt wird. Es sind zwei Pumpen vorgesehen, die leicht abnomontiert werden können; die eine ist für die Reinigung der Luft im Rezipienten und für die Dilatation zur Herbeiführung des Tropfenfalles bestimmt, die andere dient zum Einsaugen der zu untersuchenden Luftprobe in den Rezipienten. Die adiabatische Abkühlung im Rezipienten kann z.B. mittels der Dilatationspumpe erzeugt werden. Die Messmethode wird beschrieben. Probe von photographischen Registrierungen der Tröpfchen auf dem Zählglase werden reproduziert. Einige Anwendungen und die Entwicklung eines voll-automatisch registrierenden Kernzählers wird angedeutet.

     

A Universal Diffusion Battery

Summary In order to examine the explanation put forward to us privately that the marked influence of the air-flow on the value of the diffusion coefficient as determined by the dynamic method is due to unequal flow through the channels of the diffusion apparatus used hitherto, a novel diffuser — called Universal Diffusion Battery — has been constructed in which the air-flow through each channel can be equalised.The new diffusion battery is described and its advantages outlined. Its application also shows that with equal flow through each channel the dependence of the diffusion coefficient on the air-flow (i.e. that higher diffusion constants with higher flow rates are obtained) still exists. A comparison of the diffusion coefficients as measured with the diffusion batteries of the old and new types is given.The explanation based on irrefutable theoretical considerations that this dependence of the diffusion coefficient on the air-flow is caused by the heterogeneity of the condensation nuclei in the aerosol, as given byPollak & Metnieks some time ago, is apparently the correct one or it accounts at least for the greatest part of the phenomenon.

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Zussamenfassung Um die Erklärung, welche uns privat mitgeteilt wurde, zu prüfen, dass der ausgesprochene Einfluss der Luftstromgeschwindigkeit auf die Grösse des mit der dynamischen Methode bestimmten Diffusionskoeffizienten der verschiedenen Durchströmung der Kanäle des bisher verwendeten Diffusionsapparates zuzuschreiben ist, wurde ein neuartiger Diffusionsapparat, den wir «Universelle Diffusions Batterie» nennen, konstruiert, in welchem die Luftstromgeschwindigkeit durch jeden Kanal gleichgemacht werden kann.Die neue Diffusionsbatterie und ihre Vorteile werden beschrieben. Ihre Anwendung zeigt, dass auch mit gleicher Luftstromgeschwindigkeit durch jeden Kanal die Abhängigkeit der Diffusionskoeffizienten von der Luftstromgeschwindigkeit — nämlich, dass höhere Diffusionskonstanten mit grösseren Luftstromgeschwindigkeiten erhalten werden — doch besteht. Es werden die Resultate einer Vergleichung der Werte des Diffusionskoeffizienten, wie siebei Benützung der Diffusionsapparate der alten und neuen Bauart erhalten werden, mitgeteilt.Die Erklärung, welche sich auf unwiderlegbare theoretische Überlegungen stützt, dass die Abhängigkeit des Diffusionskoeffizienten von der Luftstromgeschwindigkeit durch die Heterogenität der Kondensationskerne verursacht wird — wie sie vor einiger Zeit vonPollak & Metnieks, gegeben wurde — scheint die richtige zu sein oder erfasst wenigstens den grössten Teil der Erscheinung.

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The research reported in this article has been sponsored and supported in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Center, Air Research and Development Command, United States Air Force, under Contract AF 61(052)-26, through the European Office, ARDC in Brussels.     

On some of the properties of the discrete model of turbulent diffusion

Zusammenfassung Den Prozess der Übertragung passiver Substanz im Felde der turbulenten Strömung untersuchen wir an einem Modell der zufälligen Bewegung. Es besteht eine enge Beziehung zwischen der geometrischen Struktur des gewählten stochastischen Modells und den Invarianten isomorpher Abbildungen, von denen die eine als ein Bewegungsgesetz der Evolution des Systems gilt und die zweite die sog. K-adische Abbildung darstellt. Diese Invarianten werden durch die Ergodizität des Systems, sein Durchmischen (die Durchmischungs-Eigenschaft) und durch die Entropie charakterisiert. Die Existenz des Durchmischungs bei der Bewegung des Systems bildet eine unerlässliche Bedingung für die Erklärung des Begriffes der Irreversibilität und des Relaxations-prozesses.

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Dedicated to 90th Birthday of Professor Frantiek Fiala     

Meridional transport of particles and standard vector deviation of upper winds

Summary The meridional dispersion of particles depends from the mean meridional circulation (Hadley-type) and the turbulent mass exchange. The velocity of the latter process can be estimated with the standard deviation of the meridional wind component, which is represented in two diagrams.

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Zusammenfassung Die meridionale Ausbreitung von Partikeln hängt von der mittleren Meridionalzirkulation in der Vertikalebene (Hadley-Zirkulation) und dem turbulenten Massenaustausch ab. Die Geschwindigkeit des turbulenten Austauschs kann mit Hilfe der Streung der meridionalen Windkomponente abgeschätzt werden. Diese Größe wird in zwei Diagrammen dargestellt.

     

A multi-compartment mixing-type cloud chamber for simultaneous determination of ice-nucleus concentration at various temperatures

Summary A cloud chamber for investigating the ice-forming properties of natural and artificial aerosols consisting of three adjacent compartments is described. Each compartment is a mixing-type cloud chamber, each held at a different preselected temperature. The sample to be examined is introduced simultaneously into all compartments and the crystals which form in the compartments, are recorded in a sugar solution. The temperature distribution in the compartments and the composition of the sugar solution are detailed. The connection between the temperature of the sugar solution for melting and growing of ice crystals and for self-crystalisation of the sugar solution and the concentration of the sugar solution is discussed. The measuring procedure is outlined and examples of counts of freezing nuclei in Dublin air are given.

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Zusammenfassung Es wird eine Wolkenkammer zur Untersuchung der eisbildenden Eigenschaften natürlicher und künstlicher Aerosole beschrieben, welche aus drei angrenzenden Abteilen besteht. Jeder Abteil ist eine Mischwolkenkammer, welche auf einer vorher gewählten Temperatur gehalten wird. Die zu untersuchende Aerosolprobe wird gleichzeitig in alle Abteile, von denen jeder eineandere Temperatur hat, eingebracht und die sich bildenden Kristalle werden in einer Zuckerlösung registriert. Die Temperaturverteilung in den Abteilen und die Zusammensetzung der Zuckerlösung werden detailliert. Die Beziehung zwischen der Temperatur der Zuckerlösung für das Schmelzen und Wachsen der Eiskristalle und für die spontane Kristallisation der Zuckerlösung und der Konzentration der Zuckerlösung wird erörtert. Der Messvorgang wird skizziert und einige Resultate von Gefrierkernzählungen in Dublin werden mitgeteilt.

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The research reported in this article has been supported and sponsored by the U.S. Department of Army, through its European Research Office under Contracts DA-91-591-EUC-1282 & 1657.     

Das Impulsaktinometer

Zusammenfassung Das Impulsaktinometer arbeitet mit Bolometermessbrücken, die nur die kurze Zeit mit Spannung belastet werden, die zur Feststellung des Ausschlages des Brückengalvanometers erforderlich ist. Da stets genügend Zeit zum Abkühlen gegeben ist, können Messbrücken in dieser Schaltung wesentlich höher belastet werden als gewöhnliche Bolometer. Bei der Anwendung dieses Prinzips auf die Messung der direkten Sonnenstrahlung entstehen Aktinometer, die mit unempfindlichen Galvanometern arbeiten. Ihre Abmessungen sind klein genug, dass das eigentliche Aktinometer und das Galvanometer zu einer Einheit zusammengefasst werden können. Hierdurch entstehen Instrumente, die leicht in der Herstellung und im Gewicht sind und aus überall in der Welt käuflichen Materialien angefertigt werden können, Sie haben sich bereits auf Expeditionen bewährt.Der beschriebene Apparat enthält vier Aktinometersysteme für verschiedene Spektralgebiete. Der Aufbau des Gerätes und seine Einzelheiten wie Bolometer, Diaphragmen, Einstellungsvorgänge, Galvanometer, Filter, Schaltung usw. werden besprochen und das Vorgehen bei der Messung behandelt. Es wird auch eine Theorie des Temperaturkoeffizienten gegeben und die Justierung beschrieben. Die Prüfung des Gerätes mit demLinke-Feussner-Aktinometer ergab eine mittlere Abweichung von ±1.3%, die auf Verschiedenheiten bei der Exposition beider Instrumente zurückgeführt werden kann.

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Summary The pulse-actinometer works with bolometers, i. e. with Wheatstone's bridge circuits. The principle of operation of this actinometer is based upon an overloading of those bolometers with a relatively high current. Obviously such a high current can only be connected for a brief period, which, however, has to be sufficiently long for reading the deflection of the galvanometer.This principle makes it possible to use relatively insensitive galvanometers of small size so that they may be built into the case surrounding the whole instrument. The actinometer uses ordinary radio components and its construction is extremely simple and should not present any difficulties. The instrument has successfully been used on various expeditions.The apparatus contains four different actinometer systems for different spectral ranges. The design of the instrument, its properties as bolometers, diaphragms, galvanometer, filters, circuit diagram, and its operation are treated. Furthermore a theory of the temperature coefficient is given and the final adjustement is described in detail. The calibration of the instrument with theLinke-Feussner Actinometer resulted in a deviation of ±1.3%, which can be explained by the differences in the operating procedures of both instruments.

     

Untersuchungen über atmosphärische Spurenstoffe und ihre Bedeutung für die Chemie der Niederschläge

Zusammenfassung Nach einer kurzen Einführung über die Methoden der chemischen Analyse atmosphärischer Spurenstoffe und einer Übersicht über die natürlichen Quellen der verschiedenen Spurengase wird über Meßergebnisse an verschiedenen kontinentalen Meßplätzen berichtet. Die Ergebnisse werden denjenigen vonJunge an maritimen Orten gegenübergestellt. Insbesondere wurden die in 3000 m Höhe auf der Zugspitze ermittelten Daten in Abhängigkeit von der vertikalen Temperaturschichtung ausgewertet. In einem zweiten Abschnitt wird die Beziehung zwischen atmosphärischen Spurenstoffen und der Chemie der Niederschläge behandelt. Dabei wird die Bedeutung der Spurengase für den Gehalt des Regenwassers an verschiedenen chemischen Komponenten herausgestellt. Abschliessend werden die Auswertungen über den Zusammenhang zwischen der Konzentration natürlicher Spurenstoffe im Regen und der Niederschlagshöhe besprochen.

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Summary After a short introduction on the methods of chemical analysis of atmospheric trace substances and a survey on the natural sources of the different atmospheric trace gases, new results of measurements carried out at different continental locations are communicated. The results are compared with those gained byJunge at maritime stations. In particular the data gained on the summit of Zugspitze at 3000 m altitude, were evaluated with respect to the vertical temperature gradient of the atmosphere. In a second chapter the relation between atmospheric trace substances and the chemistry of precipitation is discussed. In this connection the importance of gas-traces for the concentration of chemical matter in rainwater is stressed. Finally the relationship between the concentration of trace-substances in rain and the amount of precipitation of individual rainfalls is presented.

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The research reported in this article has been sponsored and supported in part by the Geophysics Research Directorate, Air Force Cambridge Research Center, under contract AF 61 (052)-249 through the European Office, ARDC.-Erweiterte Fassung eines Vortrags, gehalten auf der XII. Generalversammlung der IUGG in Helsinki 1960.     

Registrierungen der langwelligen Gegenstrahlung in Frankfurt

Zusammenfassung Es wird über Registrierungen der langwelligen Gegenstrahlung berichtet, die von März bis Oktober 1953 tags und nachts in Frankfurt durchgeführt wurden. Bei der Bearbeitung des Materials wurden erstmalig die gemessenen stündlichen Summenwerte und keine Einzelwerte zugrundegelegt, wodurch die hier gefundenen Beziehungen für Berechnungen der Gegenstrahlung grössere Allgemeingültigkeit haben. Die langwellige Strahlung ist fast doppelt so gross wie die kurzwellige Sonnen- und Himmelsstrahlung auf die Horizontalfläche. Die gemessenen Werte der Gegenstrahlung stimmen im grossen Mittel mit den nach derFeussner-schen Formel berechneten gut überein, doch sind die einzelnen Abweichungen davon sehr gross. Wie schon von anderen Autoren wurde auch hier festgestellt, dass die Gegenstrahlung mit zunehmender Bewölkung quadratisch zunimmt, allein bei tiefer Bewölkung ist tagsüber ein annähernd linearer Zusammenhang vorhanden. Negative Effektivstrahlung ist weit häufiger, als bisher angenommen, jedoch kommt sie fast nur in den Vormittagsstunden vor. Bei dichter niedriger Bewölkung ist der Wärmestrom nach Sonnenaufgang daher von oben nach unten gerichtet. Die Gegenstrahlung lässt sich hinreichend gut berechnen, wenn man dieFeussnersche Formel, Mittelwerte der Temperatur, des Dampfdruckes, der Bewölkungsstärke und die hier gefundene Bewölkungs-Beziehung zugrundelegt.

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Summary From March to Oct. 1953, the atmospheric long wave radiation has been recorded in Frankfurt during day and night time. For evaluating the records, no instantaneous values were taken, but the hourly sums, so that the relations found can more generally be used for computations. The atmospheric long wave radiation is almoust twice as strong as the short wave radiation from sun and sky on a horizontal plane. The mean measured values of the atmospheric long wave radiation coincide well with theFeussners formula. However, the deviations of the single values are very large. Confirming the results of other authors, it has been found that the atmospheric long wave radiation increases with the second power of the cloudiness, only with low clouds in daytime the increase is approximatly linear. Negative values of the effektive radiation occurs more frequently than expected uptil to day, but only in the time before noon. So with a dense low cloud cover the flow of heat after sunrise is directed downward. The atmospheric long wave radiation may satisfactorily be computed, ifFeussners formula, mean values of temperature, vapour pressure, cloudiness, and the mentioned cloudiness relation are taken.

     

Die Steuerung des vertikalen Austauschkoeffizienten durch die Temperaturstruktur in der unteren Troposphäre

Zusammenfassung Zwei unabhängige Verfahren zur direkten Bestimmung des vertikalen Austauschkoeffizienten auf dem Wege über Aerosolmessungen werden über lange Zeiträume hinweg angewandt um gesicherte Beziehungen zwischen Austauschkoeffizient und meteorologischen Zustandsgrössen, vorallem des vertikalen Temperaturgrdienten, in der unteren Troposphäre zwischen 700 und 3000 m NN abzuleiten. Das eine Verfahren beruht auf der Messung der RaB-Konzentration in der Luft in 700, 1800 und 3000 m NN, das andere in der aerologischen Registrierung der totalen Luftleitfähigkeit zwischen 700 und 1800 m. Im ersten Falle können aus den mittleren Konzentrations gradienten die mittleren Austauschkoeffizienten direkt berechnet werden, im zweiten werden die Luftleitfähigkeitswerte zunächst in Partikelkonzentrationen umgerechnet. Diese gestatten die Be rechnung von differentiellen Austauschkoeffizienten über beliebig kleine Höhenintervalle. Die wichtigsten Ergebnisse sind: a) Der mittlere Austauschkoeffizient zwischen 700–800 und 1800–300 m lässt sich bei geringer statischer Streuung als Funktion des mittleren Temperaturgradienten in der jeweiligen Schicht angeben. Nebeneinflüsse: Luftkörperwechsel, Kondensationswärme, Windscherung. b) Der mittlere Austauschkoeffizient lässt sich als Funktion der Stabilitäenergie in der betrachteten Schicht darstellen, Nebeneinflüsse wie bei a). c) Der Austauschkoeffizient durch eine Inversionsschicht hindruch ist eine Funktion des grössten positiven Temperaturgradienten in der Inversion. d) Der vertikale Austausch durch eine beliebig dicke Schicht hindurch wird im wesentlichen durch den kleinsten differentiellen Austauschkoeffizienten innerhald dieser Schicht bestimmt. — Schliesslich werden Ergebnisse über Feinstrukturuntersuchungen im Bereich von Unstetigkeitsschichten mitgeteilt.

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Summary The vertical-mass-exchange coefficient was determined from aerosol measurements by two independent methods; the measurements were kept up for a considerable period of time. Thus, well-substantiated relationships between the exchange coefficient on the one hand and meteorological parameters — especially the lapse rate — on the other were found to exist in the lower troposphere between 700 and 1800 m.The first of the two methods is based on measurements of RaB concentration in air at 700, 1800 and 3000 m, the second on recordings of soundings of overall air conductivity between 700 and 1800 m a.s.l. In the first case, mean exchange coefficients were computed from RaB concentration gradients given as averages from RaB measurements at the above-specified levels; in the second, the air conductivity data were used to compute particle concentration profiles, from which incremental exchange coefficients can be computed for thin-layer increments. The latter may be made as thin as is consistent with the vertical resolution of the soundings. The major results obtained were the following: a) The mean exchange coefficient for the 700–1800 and the 1800–3000 m layer is found to be a function of the average temperature lapse rate in the respective layer; this relationship is subject only to some slight statistic alscatter, and is affected in some measure by air-mass changes, wind shear and heat of condensation. b) The mean exchange coefficient is a function of the stability energy of the layer concerned, subject to the influences listed in a). c) The exchange coefficient of an inversion layer is a function of the greatest inverse lapse rate existing in any part of the inversion. d) Vertical mass exchange in or through a layer of any thickness is primarily determined by the lowest incremental mass-exchange coefficient of any thinner layer contained therein. — The study is supplemented by results of fine-structure analyses of discontinuity layers and their surroundings.

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Die Beschaffung der Einrichtungen, die Durchführung und Auswertung der Messungen wurde durch Mittel der US Army, European Research Office (Verträge DA-91-591-EUC-3936, DAJA-37-67C-0254 und DAJA-37-68C-0331) und des Bundesministeriums der Verteidigung der Deutschen Bundesrepublik ermöglicht. Für die grosszügige Förderung der Arbeiten haben wir sehr zu danken.     

Ein einfaches Modell der Zirkulation im Meere

Zusammenfassung In einem geschichteten Meer einfacher Form werden aus den vorgegebenen Randbedingungen und Randwerten, unter denen die Dichte an der Meeresoberfläche die Hauptrolle spielt, die Bewegungsvorgänge und die Massenverteilung im Innern des Meeres ermittelt. Es existiert eine Tiefe, in der die Horizontalkomponente der Geschwindigkeit Null ist. Diese Tiefe hängt in dem einfachen Modell außer von dem Verhältnis Gesamttiefe durch Länge von dem Verhältnis des horizontalen zu dem vertikalen Austausch ab. Je größer der erste ist, desto näher rückt die Tiefe mit verschwindender Horizontalkomponente der Strömung an die Oberfläche.

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A simple model of oceanic circulation

Summary The processes of motion and mass distribution in the depths of the ocean are derived from given boundary conditions (Randbedingungen) and bonudary values (Randwerte) in a stratified ocean of simple form, and especially from the density at the sea surface of such ocean. In pursuance of these assumptions one arrives at a level at which the horizontal component of velocity equals zero. In the simple model this level depends upon the ratio of the total depth to the length as well as upon the ratio of the horizontal to the vertical eddy viscosity. With intensifying eddy viscosity the zero level approaches the sea surface.

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Un modèle simple de la circulation océanique

Résumé Les processus de mouvement et de distribution de masses dans les profondeurs de l'océan sont dérivés des grandeurs supposées desRandbedingungen (conditions au-contour) et desRandwerte (valeurs au contour) dans un océan stratifié de forme simple et, surtout, de la densité superficielle d'un tel océan. Ces suppositions conduisent à un niveau où la composante horizontale de la vitesse devient égale à zéro. Dans le modèle simple, ce niveau de zéro dépend de la proportion entre la profondeur totale et la longueur d'une part et entre la viscosité virtuelle horizontale et la viscosité virtuelle verticale d'autre part. Avec l'intensification de la viscosité virtuelle le niveau de zéro s'approche de la surface de la mer.

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Herrn Professor Dr. Gerhard Schott zum 90. Geburtstag gewidmet.