Über die Möglichkeit der halbquantitativen Mineralbestimmung mit der DTA ohne Flächenintegration

Zusammenfassung Die Abhängigkeit der Zerfallstemperaturen von der Probenmenge in der Differential-Thermo-Analyse ist eine einfach logarithmische. Sie ermöglicht bei reinen Mineralen eine halbquantitative Bestimmung mit einer Genauigkeit von ±10% der bestimmten Menge. Die in der Literatur aufzufindenden, oft stark unterschiedlichen Zerfallstemperaturen von Karbonatmineralen lassen sich durch diese Abhängigkeit erklären, was an den drei Mineralen Smithsonit, Magnesit und Calcit demonstriert wird.

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In case of pure minerals, the dependence of their decomposition temperatures on the amount of material used in DTA (Differential Thermal Analysis) provides a way for a half-quantitative determination with an accuracy of ±10% of the determined amount. This dependence is a simple logarithmic one. The big differences in the decomposition temperatures of carbonate minerals, mentioned in the literature, can be explained through their dependence on the amount of material used. This is demonstrated through the examples of three minerals Smithsonite, Magnesite, and Calcite.

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Den Herren Professoren Dr. Dr. h. c. C. W. Correns und Dr. H. Harder danke ich für einige Hinweise, Frl. Dr. R. Knoke für eine Bleibestimmung, meinem Freund Dr. J. Hagedorn aus dem Geographischen Institut der Universität Göttingen für zahlreiche anregende Diskussionen.     

Untersuchungen über die Bildung von Analcim aus natürlichen Silikaten

Zusammenfassung Im Temperaturbereich zwischen 100–180° C wurde experimentell die Umwandlung einiger natürlicher Silikate und silikatischer Gesteine in Analcim untersucht. Der Analcim bildete sich im alkalischen Milieu nach Abbau der einzelnen Ausgangssubstanzen direkt und ohne das Auftreten irgendeiner Zwischenphase. Die Entstehung des Analcims zeigte sich dabei abhängig von der Art und der Konzentration der einwirkenden Lösungen, von der Temperatur und von den Ausgangssubstanzen. Bei geringeren Konzentrationen der Lösungen war die Reaktion bedeutend langsamer als bei größeren. Der Analcim bildete sich nur in einem bestimmten Konzentrationsbereich der alkalischen Lösungen, wobei dieser für die einzelnen Substanzen unterschiedlich war. In Abhängigkeit von der Ausgangssubstanz entstanden bei geringeren Alkalikonzentrationen an Stelle des Analcims Zeolithe und bei größeren Alkallkonzentrationen SiO₂-Mineralien.

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Investigations on the formation of analcite from natural silicates

The transformation of some natural silicates and silicatic rocks into analcite was experimentally investigated over a temperature range of 100° C to 180° C. Analcite was directly formed in alkaline surroundings after reduction of the various starting substances without any intermediate phases. The formation of analcite depended on the kind and concentration of the reacting solutions, on the temperature and on the starting substance. At lower concentrations of the solutions the reaction was considerably slower than at higher ones. Analcite was formed only within a certain concentration range of the alkaline solutions, this range being different for the different substances. Depending on the starting substance, zeolites were formed at lower alkali concentrations. At higher alkali concentrations SiO₂ minerals were formed.

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Herrn Prof. Dr. H. Heritsch danke ich für sein dauerndes Interesse an dieser Arbeit, für Ratschläge und kritische Bemerkungen sowie für die Zurverfügungstellung der Mittel des Institutes für Mineralogie und Petrographie der Universität Graz.

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Herrn Prof. Dr. C. W. Correns möchte ich auch an dieser Stelle für die Möglichkeit, die experimentelle Technik in Göttingen kennenzulernen, meinen Dank sagen.     

Bestimmung sehr kleiner Verteilungskoeffizienten von Cs,Na und Ba zwischen Lösung und KCl-Einkristallen mit Hilfe radioaktiver Isotope

Distribution of Cs, Na, and Ba between great monocrystals of KCl and water solution was investigated. Impurity was either labelled by long-lived radioactive isotopes or was activated after growth of the crystals by neutrons in a nuclear reactor. No influence on partition coefficients was caused by using radioactive tracers, e.g. due to raised inclusion of mother liquor. Between impurity concentrations from 3·10^–4 to 10^–1 in the solution the partition coefficients were nearly constant and about 10^–3 for Na, about 10^–4 for Cs, and <5·10^–5 for Ba in KCl at temperatures of 40° C. If different impurity ions were built in simultaneously, the partition coefficients were independent of composition of solution. In case of Cs in KCl capture of Cs increased with increasing temperature.

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Meinem hoehverehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. W. von Engelhart, danke ieh für die freundliehe Überlassung des interessanten Themas. Für die stete Förderung und die zahlreichen fruehtbaren Diskussionen und Anregungen bin ich ihm und Herrn Dr. H. Puchelt zu großem Dank verpflichtet.Dem Bundesnlinisterium für wissensehaftliehe Forsehung danke ieh ffir die großzügige Unterstützung der Arbeit.Herrn Prof. Dr. W. Seelmann-Eggebert und Herrn Dr. V. Schneider vom Kernforsehungszentrum Karlsruhe und Herrn Dr. Bartel von der Kernforsehungsanlage Jülich danke ich für die Unterstützung bei der Neutronenaktivierung und Herrn Dr. J. Ottemann vom Mineralogischen Instigut der Universität Heidelberg für die Untersuchung mit der Elektronenmikrosonde.     

Experimentelle Bildung von SiO2-Mineralien aus natürlichen Silikaten und silikatischen Gesteinen bei 180° C

Zusammenfassung Bei einer Temperatur von 180°C wurde die Umwandlung eines Trachyandesites sowie eines Serpentins in Quarz im alkalischen Milieu untersucht.Die Bildung der SiO₂-Mineralien erfolgte aus den silikatischen Gemengteilen dieser Gesteine, wie auch Versuche mit Alkalifeldspat, Plagioklas, Augit und Biotit zeigen.Unter dem Einfluß von verschiedenen KOH- und NaOH-Lösungen kam es zu einem Abbau der silikatischen Substanzen und zur Bildung von Cristobalit und dann erst von Quarz.Bei geringeren Alkalikonzentrationen bleibt der Cristobalit sehr lange erhalten; bei höheren Konzentrationen dagegen kommt es zu einer raschen Bildung von Quarz. Es zeigt sich dabei, daß die NaOH-Lösungen die Quarzbildung stärker beschleunigen als die KOH-Lösungen. Die experimentell zu SiO₂-Mineralien umgewandelten Trachyandesite konnten mit den natürlichen opalisierten Trachyandesiten verglichen werden.Auch aus Cristobalit und Alunit bestehende natürliche Zersetzungsprodukte des Trachyandesites konnten experimentell nachgebildet werden. Dies geschah durch die Einwirkung von alkalischen Lösungen und darauffolgend von Schwefelsäure auf den Trachyandesit.

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Experimental formation of SiO₂-minerals out of natural silicates and silicatic rocks at 180° C

The transformation of both trachyandesite and serpentine into quartz in alcalic surroundings at 180° C was investigated by experiments. The SiO₂-minerals were formed out of the silicatic components of the rocks (trachyandesite and serpentine), as was shown by experiments with potassium feldspar, oligoclase, augite and biotite. Under the influence of differing KOH and NaOH solutions the silicatic substances were dissolved, and cristobalite at first, and only afterwards quartz were formed. At low alcalic concentrations the cristobalite was preserved for a long time whereas higher alcalic concentrations led to a rapid formation of quartz. The NaOH-solutions speeded up the formation of quartz to a greater extent than KOH-solutions. The trachyandesite, experimentally transformed into SiO₂-minerals, could be compared with the naturally opalized trachyandesites. Products of natural alteration consisting of cristobalite and alunite could likewise be imitated in experiments, when the trachyandesite was transformed first by alcalic solutions and then by sulphuric acid.

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Herrn Professor Dr. H. Heritsch danke ich für sein dauerndes Interesse an dieser Arbeit, für Ratschläge und kritische Bemerkungen sowie dafür, daß die Experimente am Institut für Mineralogie und Petrographie der Universität Graz durchgeführt werden konnten. Herrn Professor Dr. C. W. Correns danke ich für wertvolle Hinweise und für die Möglichkeit, die experimentelle Technik in Göttingen anläßlich eines Studienaufenthaltes kennenzulernen. Ebenso gilt mein Dank Herrn Professor Dr. K. H. Wedepohl. Ferner danke ich Frl. Dr. A. Heydemann für anregende Diskussionen. Herrn Dr. F. Grasenick, dem Leiter des Forschungszentrums für Elektronenmikroskopie der Hochschulen in der Steiermark, verdanke ich die elektronenmikroskopischen Aufnahmen.     

Sedimentologische Untersuchungen an Grimmelfinger Graupensanden

Zusammenfassung Die Untersuchung von Korngrößenverteilung und Rundungsgrad der Grimmelfinger Graupensande an zwei durch 150 km Transportweg unterschiedenen Aufschlüssen gibt Hinweise auf die Einwirkungen auf das verfrachtete Sedimentmaterial unter gleichförmigen, fluviatilen Bedingungen.Am Anfang des untersuchten Rinnenabschnittes besteht das Sediment überwiegend aus je einer Modalfraktion im Mittelsandbereich, Grobsandbereich und Feinkiesbereich¹.Auf dem Transport wird die Mittelsandfraktion — vermutlich infolge der Schlagwirkung des Feinkieses — aufgerieben und fortgeführt. In den beiden gröberen Fraktionen wird am Ende des untersuchten Abschnittes keine Korngrößenabnahme und damit verbunden auch keine Rundungsgraderhöhung beobachtet. Dieses Ergebnis wird verglichen mit den in der Literatur mitgeteilten Untersuchungen in Abriebmühlen und Feldbeobachtungen. Danach dürfte der Rundungsgrad in der Feinkiesfraktion seinem unter den gegebenen Umständen erreichbaren Grenzwert sehr nahe sein und sich auch bei weiter fortgesetztem Transport kaum noch ändern. In der Grobsandfraktion wird der Anteil, dessen Rundung verbessert wird, infolge der damit verbundenen höheren Kugeligkeit bevorzugt fortgeführt.Die Untersuchungen bestätigen, daß die Abrundungseffekte an Sedimentmaterial in strömendem Wasser in Abhängigkeit von der Korngröße betrachtet werden müssen.

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The mechanical effects of fluvial transport over a distance of 150 km were studied by means of size frequency distributions and analysis of roundness in a Tertiary flow channel in Southern Germany filled by sand mixed with fine gravel.When entering the-channel the deposited material shows characteristic trimodal size frequency distributions. During transport the finer modal fraction (0.2...0.63 mm) is destroyed — probably through breakage by the gravel — and removed, while the sizes of the two coarser fractions remain unaffected. The roundness of the coarser fractions also remains unchanged by transport. This suggests that the roundness of the gravel material has approached its limiting roundness which is the optimum that can be achieved under the prevailing conditions. That part of the coarse sand fraction which becomes better rounded by transport may be removed preferably, because the grains getting higher sphericity by being rounded are transported more easily.Grain sizes have to be considered when abrasion effects are studied.

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Herrn Professor Dr. H. Aldinger danke ich für die Möglichkeit, die vorliegende Arbeit im Geologisch-Paläontologischen Institut der Technischen Hochschule Stuttgart anzufertigen, Herrn Dr. D. Elwert, Kiel, für die Überlassung von Probenmaterial.     

Sedimentpetrographische Untersuchungen des Flammenmergels

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurden tonig-kalkig-kieselige Proben des Flammenmergels aus einem Profil von Wrisbergholzen sowie Einzelproben von der Hohen Schanze und von Othfresen-Liebenburg hauptsächlich optisch und röntgenographisch untersucht.Als wesentliche Komponenten treten auf: verschiedene Modifikationen der Kieselsäure (Quarz, Chalcedon, Opal), Calcit, Muskovit, Montmorillonit und Glaukonit. Es wurde festgestellt, daß der Flammenmergel sehr verschieden ausgebildet sein kann: neben Kalkbänken gibt es mehr kieselige Partien, daneben auch lockere tonig-mergelige Schichten.Es wurde versucht, das Vorhandensein von Opal, Chalcedon und neugebildetem Quarz zu erklären. Dabei wurde angenommen, daß die im Flammenmergel häufig vorkommenden Kieselorganismen unter hohem pH-Wert aufgelöst und die dadurch gelöste Kieselsäure bei niedrigem pH-Wert wieder ausgeflockt wurde. Nach seiner Zusammensetzung ist der Flammenmergel ein chemisch-biogenes Sediment mit klastischem Anteil (maximal 30%).

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Argillaceous-calcareous-siliceous samples of the flammenmergel from a section at Wrisbergholzen and some samples from Hohe Schanze and Othfresen-Liebenburg were investigated mainly with optical and X-ray methods.The essential components are: different modifications of SiO₂ (quartz, chalcedony, and opal), muscovite, montmorillonite, and glauconite.It can be seen that the flammenmergel occurs in different forms: limestone beds change to more siliceous parts or loose, argillaceous-marly beds.An explanation for the occurence of opal, chalcedony, and newly formed quartz is given. It was assumed that siliceous organisms, abundant in the flammenmergel, were dissolved under a high pH-value and that the so-formed SiO₂-solution coagulated under a low pH-value.According to its composition, the flammenmergel is a chemical-biogenetic sediment containing clastic components up to 30%.

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Diese Arbeit wurde hauptsächlich im Rahmen des Studiums als Vorarbeit im Jahr 1962/63 ausgeführt. Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. C. W. Correns möchte ich für die Überlassung des Themas und sein förderndes Interesse sehr danken. Für sehr anregende Diskussionen danke ich Frau Dr. P. Schneiderhöhn und Herrn Prof. Dr. O. Braitsch. Für freundliche Unterstützung bei der Probenbeschaffung und einige Hinweise möchte ich Herrn Dr. F. Schmid vom Niedersächsischen Landesamt für Bodenforschung und Herrn Dr. H. Kolbe vom Erzbergbau Salzgitter danken. Fräulein Uebach sei für die Ausführung der chemischen Vollanalysen gedankt.     

Das System NaAlSi3O8-BaAl2Si2O8-H2O bei 1 Kbar

The system albite-celsian-water was investigated at isothermal sections of 670, 760, 800, 900, 1000 and 1100° C at 1 Kbar. At temperatures above about 950° C the existence of a solid solution series could be shown. In the condensed part of the 930° C/1 Kbar section the partition of barium between melt and coexisting crystals was measured using an electron probe microanalyzer. The barium content of crystals grown in equilibrium with a melt is always higher than the barium content of the starting composition, so albite-celsian shows an ascending type solid solution series at low total water pressures. In the subsolidus region two types of solvi are existent, which show different ways of phase unmixing. The relatively low barium contents of natural albites are interpreted as being due to geochemical reasons rather than crystalchemical reasons.

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Meinem hochverehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. K. Jasmund, danke ich für sein lebhaftes Interesse während der Durchführung dieser Arbeit und für die kritische Durchsicht des Manuskripts. Mein Dank gilt ferner Herrn Dr. H. A. Seck für die Einarbeitung in die experimentellen Methoden der Hydrothermalsynthese und für kritische Anmerkungen zum Manuskript. Fräulein Dr. M. Corlett danke ich für wertvolle Informationen zur Messung mit der Elektronenstrahl-Mikrosonde.

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Die Untersuchung wurde mit Hilfe von Personal- und Sachmitteln durchgeführt, die Herrn Professor Dr. K. Jasmund von der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur Verfügung gestellt worden waren.     

Saalische Bewegungen im Rotliegenden des mittleren Thüringer Waldes

Zusammenfassung Eine Überprüfung der saalischen Phase im mittleren Thüringer Wald (Oberhöfer Mulde) ergab bei Ilmenau, Luisenthal und Friedrichroda sichere Anhaltspunkte für voroberrotliegende Bewegungen, die sich vorwiegend an 100–160° streichenden Störungen vollzogen. Das Ausmaß der Bewegungen ist in den randnahen Gebieten (Ilmenau) am größten und nimmt nach dem Muldeninneren ab (Luisenthal, Friedrichroda). Die zeitliche Datierung der orogenetischen Vorgänge fällt nur in den dem Tambacher Becken benachbarten Gebieten zwischen Oberhöfer und Tambacher Stufe. Im randnahen Bereich beginnen die Bewegungen bereits während der Oberhöfer Stufe.Auszug aus der gleichnamigen Dissertation (Jena 1960). Herrn Prof. Dr. F.Deubel, Jena, danke ich für Anregung und Betreuung dieser Arbeit.     

Untersuchungen zur Diagenese an Kalkkonkretionen und umgebenden Tonschiefern

Zusammenfassung Mit Hilfe der verschiedenen Untersuchungsmethoden. wurde versucht aus einem Vergleich von Kalkknollen und den sie umgebenden Tonschiefern Rückschlüsse auf die diagenetischen Vorgänge zu ziehen.Der qualitative Mineralbestand ist in den Geoden und in den Schieferproben der gleiche: Neben dem Carbonat treten hauptsächlich Quarz, Plagioklas, Kalifeldspat, Muskovit und Chlorit auf. Quarz und Plagioklas zeigen in Knolle und Schiefer neben Hinweisen auf Neubildung stark gezackte Ränder, die auf Anlösung deuten.Im quantitativen Gehalt treten Unterschiede zwischen Knolle und Schiefer auf: Abgesehen vom wesentlich höheren Calcitgehalt enthalten die Geoden mehr Quarz und Plagioklas als die Tonschiefer. Für die Schiefer wurde ein, größerer Tonmineralgehalt festgestellt. Aus der chemischen Analyse ergibt sich, daß die Schiefer mehr Titan enthalten als die Knollen.Es lassen sich folgende diagenetische Vorgänge erkennen: Quarz und Plagioklas wurden im Schiefer stärker angelöst als in der Knolle. Dieses wird bestätigt durch das unterschiedliche Maximum der Korngrößenverteilung dieser Minerale in den Geoden- und Tonschieferproben und durch die relative Anreicherung von Titan im Schiefer. Weiterhin wird Chloritneubildung am Knollenrand und im Schiefer beobachtet. Dieser besitzt eine höhere Lichtbrechung und größeren Fe-Gehalt und ist thermisch instabiler als der detritische Chlorit. Für Muskovit-Illit wird die Zunahme des Kaliumgehaltes in den Schiefern während der Diagenese festgestellt. In den Kalkknollen enthält er etwa 8% K₂O, in den Schiefern aber etwa 10%. Alle diese Veränderungen gehen in den Knollenmitten am langsamsten vor sich.

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Calcareous nodules and the surrounding shales were examined by different methods. The comparison of the results was used to draw conclusions about the diagenetic processes.The mineral components of the nodules and of the surrounding shales are qualitatively the same: besides carbonates mainly quartz, plagioclase, potassium-feldspar, muscovite and chlorite. As well in the nodules as in the shales, quartz and plagioclase show new formations together with signs of partial solution (indented grain boundaries).Differences are found in the quantitative composition of the nodules and of the corresponding shales: besides a much higher amount of calcite, the nodules contain more quartz and plagioclase than the shales. The shales contain more clay minerals. The chemical analysis shows that the shales contain more titanium than the insoluble residue of the nodules.The following diagenetic processes are observed: the partial solution of quartz and plagioclase is more pronounced in the shales than in the nodules. This observation is confirmed by the difference between the maxima of the grain size distribution curve of these minerals in the nodules and in the shales. It is, furthermore, confirmed by the relative enrichment of titanium in the shales. Besides, new formations of chlorite are found in the outer zones of the nodules and in the shales. These formations have a higher index of refraction and a higher Fe-content than the detrital chlorite. Their thermic stability is, however, lower. An increase of potassium in muscovite-illite in the course of the diagenesis is observed (in the nodules, muscovite-illite contains about 8% K₂O, in the shales about 10% K₂O). All these transformations occur more slowly in the middle of the nodules than near their surface.

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. C.W. Correns danke ich herzlich für die Förderung in meinem Studium, für die Stellung des Themas und für allen Rat, den er mit bei der Ausführung dieser Arbeit zuteil werden ließ.Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl und Frau Dr. P. Schneiderhöhn danke ich für sehr anregende Diskussionen.Ferner sei allen Angehörigen des Geologischen Instituts der Universität Göttingen gedankt, die mir bei der Probenbeschaffung behilflich waren.Ebenso danke ich allen Angehörigen des Mineralogischen. Instituts, die zum Gelingen der Arbeit beitrugen.     

Zur Petrographie des Rotliegend- Eruptivs der Bohrung Weyhausen Z 1

Zusammenfassung Eine Tiefbohrung der Gewerkschaft Elwerath im norddeutschen Flachland erbrachte einen Neuaufschluß von Rotliegend-Eruptivgestein, welches petrographisch beschrieben wird. Zum überwiegenden Teil handelt es sich um Porphyrite alkalisyenitischen Charakters, in die ein saurer Porphyr geringer Mächtigkeit eingeschaltet ist. Die Einsprenglingsfeldspäte sind nach Untersuchung mit dem U-Tisch Albite mit An < 10, für die femischen Minerale ist Chlorit kennzeichnend. Unter den Akzessorien ist Anatas relativ häufig. Schließlich wurden auch Pseudomorphosen von Muskowit-Illit nach Feldspat gefunden und näher untersucht.Von Herrn Dr.Philipp erscheint demnächst eine Veröffentlichung über Buntsandstein und Zechstein dieses Bereichs.Der Gewerkschaft Elwerath danke ich für die Erlaubnis zur Veröffentlidung, ganz besonders ihrem Chefgeologen, Herrn Direktor Dr.Roll, für die großzügige Förderung der Arbeit, ferner Herrn Dr.Füchtbauer, für zahlreiche Hinweise.     

Zur Frage der Entstehung der Kieselgallenschiefer

Zusammenfassung Aus zwei Aufschlüssen wurden Proben von Galle und Schiefer hauptsächlich röntgenographisch, mikroskopisch und chemisch untersucht. Es zeigte sich, daß in Galle und Schiefer die gleichen Minerale vorkommen, nämlich Quarz, Plagioklas, Kalifeldspat, Muskowit, Chlorit, Kaolinit und Goethit. Nur in einigen Gallen tritt auch Pyrit auf. Die Unterschiede zwischen Galle und Schiefer liegen hauptsächlich im höheren Kieselsäuregehalt der Gallen und in ihrem höheren P- und Fe- Gehalt. Diese Befunde sowie schlechte Ausbildungsformen und ein schlechter Kristallisationsgrad der Quarze machen es sehr wahrscheinlich, daß die Gallen mit einem gehäuften Auftreten von Kieselfossilien, wie etwa Schwämmen, zu erklären sind. Im Verlauf der Diagenese hat eine zusätzliche Konkretionsbildung eingesetzt. Im Schiefer wird Neubildung von Muskowit und Kaolinit auf Kosten von Plagioklas beobachtet. Außerdem wird im Schiefer eine stärkere Zunahme des K-Gehaltes von Muskowit als in der Galle festgestellt.

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The question of the origin of the siliceous nodules in shales

The pyrite content and a high P-content of the siliceous nodules in comparison to those of the shale point to an organic origin of the former. On the basis of the anhedral habit and a low grade of crystallisation of the quartz crystals, the occurence of siliceous nodules can probably be explained as an accumulation of siliceous fossils such as the sponges. It is likely that there was an additional formation of concretions during the diagenesis. Muscovite and kaolinite in the shale have been formed in situ on the cost of plagioclase. Besides, the K-content of the muscovite/illite in the shale shows a considerable increase in comparison to that of the nodules.

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. C. W. Correns, danke ich für die Überlassung des Themas und für zahlreiche, sehr fördernde Diskussionen. Herrn Dr. W. Flehmig danke ich für seine Hilfe bei den infrarotspektroskopischen Aufnahmen. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft bin ich für finanzielle Unterstützung sehr zu Dank verpflichtet.     

Der Schwefelgehalt in Knochen und Zähnen rezenter und fossiler Organismen

The sulfur content of teeth and bones has been determined by a microprobe. Recent samples only contain about 0.05 weight percent of sulfur, independent of a marine or terrestrial origin of the organisms. The total sulfur of these samples is partly related to the organic matter and partly to SO ₄ ^2– -ions replacing PO ₄ ^3– -ions in the crystalline matter of the skeletons. In the living organisms this matter consists of octacalciumphosphatecarbonate (OCPC) (Hayek, 1967), which is transformed only to a small degree into apatite. During diagenesis the process of apatite-crystallisation proceeds, and more sulfate enters the lattice of the phosphate, which leads to an enrichment of sulfur up to about one percent by weight. There is no relation observed between the concentration of sulfur and the age of the organisms. Influences of the environment of diagenesis on different minor compounds entering the phosphates of bones and teeth in different state of composition have been evaluated. As a result the possibility of dating fossils by minor element analysis (F, Mn, SO ₄ ^2– etc.) must be questioned. Differences between freshwater and marine invironment of deposition cannot be observed in the total sulfur of diagenetic phosphates.

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Ich danke Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl für sein Interesse an der Durchführung dieser Arbeit und für seine aktive Unterstützung. Für die Überlassung von Proben danke ich ganz besonders Herrn Prof. Dr. O. H. Walliser, Herrn Dr. Frank Westphal, Mrs. L. S. StevenSon, Herrn Prof. Dr. H. W. Flügel, Herrn Prof. Dr. W. G. Kühne und Herrn Prof. Dr. K. Krömmelbein; für klärende Diskussionen Herrn Prof. Dr. O. H. Walliser, Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. C. W. Correns, Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl, Herrn Priv.-Doz. Dr. med. Kämmerer und Herrn Priv.-Doz. Dr. M. LieflÄnder; für die Übermittlung von Literatur und Hinweisen Herrn Priv.-Doz. Dr. H. Newesely; und für ihre Unterstützung und Diskussionsbereitschaft allen Mitarbeitern des Geochemischen Institutes der Universität Göttingen.     

Der Stabilitätsbereich des Pyrophyllits unter dem Einfluß von Säuren

Zusammenfassung Isochemische Experimente bei 2000 Bar Gesamtdruck wurden mit Gemischen aus natürlichem Kaolinit und Quarz bei verschiedenen Molenbrüchen verschiedener anorganischer Säuren durchgeführt. Die Reaktionen, welche zur Bildung und zum Abbau von Pyrophyllit führen, werden durch die Anwesenheit von Säuren im System bivariant, d.h. die Reaktionstemperatur ist nicht allein vom Druck, sondern auch von der Zusammensetzung der fluiden Phase abhängig. Durch starke Säuren (HCl, H₂SO₄) wird sowohl die obere als auch die untere Stabilitätstemperatur des Pyrophyllits stark erniedrigt; schwache Säuren (HF, H₃BO₃) haben keinen nachweisbaren Einfluß auf diese Temperaturen. Die Gründe für die Erniedrigung der Reaktionstemperaturen werden diskutiert; einige Beobachtungen über die Bildung von Zunyit und Topas werden mitgeteilt.

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Mixtures of kaolinite and quartz were subjected to isochemical hydrothermal experiments under 2000 bars fluid pressure and different mole fractions of various inorganic acids. The reactions — leading to the formation of pyrophyllite and its subsequent breakdown — become bivariant in presence of acids, so that not only the fluid pressure but also the composition of the fluid phase need be specified to define the equilibrium temperature uniquely. While strong acids (HCl and H₂SO₄) bring about a remarkable shift of the lower and upper stability limits of pyrophyllite towards lower temperatures, weaker acids like HF and H₃BO₃ do not have any significant influence on the same. Some observations bearing on the genesis of zunyite and topaz are presented and the reasons of the lowering of the equilibrium temperatures are discussed.

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Herrn Professor Dr. H. G. F. Winkler danke ich für sein förderndes Interesse an dieser Arbeit sowie für kritische Diskussionen und viele nützliche Ratschläge bei der Abfassung des Manuskripts. Ferner danke ich ihm für die Erlaubnis zur Benutzung der Apparaturen, die zum Teil mit Hilfe der Deutschen Forschungsgemeinschaft aufgebaut wurden.Den Kollegen vom Mineralogisch-Petrologischen Institut bin ich für wertvolle Kritik zu Dank verpflichtet, ebenso Herrn Feinmechanikermeister Baumbach für die Betreuung der Apparaturen.     

Der Einfluß des Drucks auf die Zusammensetzung koexistierender Alkalifeldspäte und Plagioklase im System NaAlSi3O8-KAlSi3O8-CaAl2Si2O8-H2O

Pairs of alkali feldspars and plagioclases were synthesized at pressures of 1, 5, and 10 kbar and a temperature of 650° C, to study the composition of coexisting feldspars in relation to pressure. Data were obtained mainly from pairs of feldspars crystallized from dehydrated gels in the presence of an aqueous vapor phase. Data obtained were confirmed by exchange reactions in mixtures of synthetic alkali feldspars and plagioclases. The effects of temperature and pressure on the distribution of albite molecule in coexisting feldspars are opposed to each other. An increase in pressure of 10 kbar equals to a decrease in temperature of about 125–150° C, thus posing severe restrictions to the application of the feldspar geothermometer of Barth. Pairs of coexisting feldspars are discussed in terms of their temperature and pressure of formation.

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Dem Direktor des Mineralogisch-Petrographischen Instituts der Universität zu Köln, Herrn Prof. Dr. K. Jasmund, danke ich für sein förderndes Interesse an dieser Arbeit sowie die kritische Durchsicht des Manuskripts. Herrn Prof. Dr. M. Okrusch und Herrn Dr. V. Rudert sei ebenfalls für kritische Anmerkungen zum Manuskript gedankt.

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Die Untersuchung wurde mit Hilfe von Personal- und Sachmitteln durchgeführt, die Herrn Professor Dr. K. Jasmund von der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur Verfügung gestellt worden waren.     

Elementverteilung im Liegenden des Kupferschiefers

The leached zone below the Kupferschiefer was investigated in two drillholes (drillhole Drevenack: Zechsteinconglomerate, drillhole Rannungen: grey sandstone) using sedimentpetrographical and geochemical methods. Samples were taken from the uppermost red coloured Rotliegend up to directly below the Kupferschiefer. No big differences concerning the mineral composition and the distribution of elements between the red coloured and the leached rocks have been found. The border between the two is no boundary for the changes which took place during diagenesis.The trace element concentrations in both profiles are higher than the average values. The higher concentrations of elements in the whole leached zone must be interpreted as due to mobilisation from the underground. Besides, there is a clear zone of additional enrichment just below the Kupferschiefer which is a result of impregnation from it.The elements were set free during recrystallisation of haematite. Cu, Ni and Pb are present possibily as sulfides whereas Mn and Zn are in the carbonates.

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Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. C. W. Correns und Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl danke ich für zahlreiche Diskussionen und Anregungen. Herrn Prof. Dr. H. Harder danke ich für die Arbeitsmöglichkeit im Sedimentpetrographischen Institut.

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Der Gewerkschaft Brigitta danke ich für die Überlassung der Bohrproben Rannungen, der Hamborner Bergbau AG für die Proben der Bohrung Drevenack.

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Der Deutschen Forschungsgemeinschaft bin ich für finanzielle Unterstützung zu Dank verpflichtet.     

Petrographische Untersuchungen des Suevit aus den Bohrungen Deiningen und Wörnitzostheim im Ries von Nördlingen

Zusammenfassung In den Bohrungen Deiningen (D.) und Wörnitzostheim (W.) im Nördlinger Ries wurde unter tertiären Seesedimenten eine 40 m bzw. 70 m mächtige Suevitabfolge aufgeschlossen. Diese Breccie, bestehend aus zertrümmertem kristallinem Grundgebirge mit verschiedenen Anzeichen einer Stoßwellenmetamorphose und aus Glasbomben, wurde mineralogisch und petrographisch untersucht.Korngrößenanalysen zeigen in beiden Profilen eine allmähliche Zunahme des Mediandurchmessers von oben nach unten (D.: 0,1···0,4 mm; W.: 1···6 mm). Die Kornverteilungskurve von W. ist bimodal; das Hauptmaximum wird überwiegend aus grobkörnigen Gesteinsgläsern gebildet, ein kleineres Maximum liegt bei 0,2–0,6 mm und enthält bevorzugt Grundgebirgseinschlüsse.Das Verhältnis von Gesteinsgläsern: Kristallinkomponenten beträgt in D. etwa 30 70, in W. 60 40. Der Suevit von W. enthält durchschnittlich 28% Porenraum und 1–2% Neubildungen; seine Glassubstanz ist überwiegend frisch. Im Suevit von D. sind die Gläser sekundär zersetzt und bedingen höhere Porenvolumina (34–36%) und eine stärkere Verwitterungsneubildung (6–10%; Montmorillonit, Montmorillonit-Illit-Wechsellagerung, Karbonate und Analcim).Einzelminerale in der Kornfraktion 0,063–0,125 mm verteilen sich bei den Leicht-mineralen (d<2,96 g/cm³; Neubildungen nicht berücksichtigt) auf Feldspäte (D.: 56%; W.: 44%), Quarz (D.: 32%; W.: 28%), Biotit (D.: 5%; W.: <1%), Hornblende (D.: 2%; W.: -) und Gläser (D.: 3%; W.: 27%); der Anteil der Schwerminerale beträgt in D. 3–4% (Biotit, Opakes — Hornblende, Granat, Turmalin), in W. 0,5–0,8% (Opakes, Zirkon — Biotit, Rutil).Die chemische Zusammensetzung der Suevit- und Glasproben von W. ist dem granodioritischen Magmentyp ähnlich; die Suevitproben von D. weisen höhere Alkaligehalte auf.

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Underlying miocene lake sediments, suevite was found in the drill holes of Deiningen (D.) and Wörnitzostheim (W.), 40 meters and 70 meters thick, respectively. This breccia, containing glass and shattered crystalline rocks, in different stages of shock metamorphism, was examined by mineralogical and petrographical methods.In the two suevite profiles medians of grain size distributions gradually increase from top to bottom (D.: 0,1···0,4 mm; W.: 1···6 mm). The grain size distributions of W. are bimodal; the first maximum is mainly formed by coarse grained glass, the second (smaller) maximum (0,2···0,6 mm) contains crystalline components. The ratio of melted rocks: crystalline components is 3070 at D. and 6040 at W. Suevite from the latter locality has a total porosity of 28% (average) and contains 1–2% autigenic minerals; the glasses are mostly fresh. In the D. suevite decomposition of the glass has produced higher porosities (34–36%) and more autigenic minerals (6–10%: montmorillonite, mixed-layer minerals montmorillonite-illite, carbonates, analcime).Mineral composition was determined for the grain sizes from 0,063 to 0,125 mm. The light minerals (d<2,96 g/cm³, without autigenic minerals) comprise: feldspars (D.: 56%; W.: 44%), quartz (D.: 32%; W.: 28%), biotite (D.: 5%; W.: < 1%), hornblende (D.: 2%; W.: -) and glass (D.: 3%; W.: 27%); heavy-mineral content is 3–4% at D. (biotite, opaque minerals — hornblende, garnet, tourmaline) and 0,5–0,8% at W. (opaque minerals, zircon — biotite, rutile).The chemical composition of suevite and glass samples from W. is similar to granodiorite type rock. The suevite of D. contains more potassium and sodium.

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. W. v. Engelhardt, danke ich für die Überlassung des Themas und alle Förderung meiner Arbeit. Für fördernden Rat danke ich ferner den Herren Dr. F. Lippmann und Dr. D. Stöffler.

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Der Deutschen Erdöl AG, insbesondere Herrn Prof. Dr. F. Hecht, danke ich für die Überlassung der Bohrkerne von Deiningen.

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Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danke ich für die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit.     

Untersuchungen mit der Elektronen-Mikrosonde an zonargebauten Mineralen der Pyromorphitgruppe

Zusammenfassung Natürliche Glieder der Pyromorphitgruppe wurden mit einer Elektronen-Mikrosonde untersucht. Bei allen untersuchten Proben tritt gegenseitige isomorphe Ersetzung des Phosphors, Arsens oder Vanadins auf. Die fast reinen Endglieder zeigen dabei einen ziemlich gleichmäßigen, geringfügigen Einbau der Nebenkomponente unabhängig vom optischen Zonarbau, während für die Mischglieder starke zonare Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung in Abhängigkeit von den optisch erkennbaren Zonen typisch sind.In einem Falle wird zonar Blei isomorph durch Kalzium ersetzt. Der Chlorgehalt scheint von keiner der übrigen Komponenten abhängig zu sein und unterliegt nur z.T. zonaren Schwankungen. Zonarbau durch Farbänderungen und Einbau von Fremdpartikeln, fast nur bei den Mischgliedern zu finden, bedingt zumeist entsprechende zonare chemische Veränderungen der Phosphor-, Arsen- oder Vanadingehalte. Zonarbau infolge unterschiedlicher optischer Orientierung kann sowohl ohne chemische Zonen vorkommen (bei den Endgliedern), als auch mit gleichlaufenden Veränderungen der Komponenten bei den Mischgliedern.Zonarbau als Folge unterschiedlicher optischer Orientierung, Felderteilung und Zweiachsigkeit haben nach den vorliegenden Untersuchungen nicht isomorphen Ersatz als Ursache; Veränderungen der physikalischen Bedingungen während oder Sekundärvorgänge nach Beendigung des Wachstums der Kristalle könnten eine Rolle gespielt haben. In Frage kommt auch eine Abweichung von der hexagonalen Symmetrie; eine kürzlich von U. Keppler (Karlsruhe) durchgeführte Einkristall-Untersuchung einer Mimetesit-Zone ergab für diese eine monokline Symmetrie (im Druck).Das Auftreten von diffusen Reflexen oder Doppellinien in den Röntgendiagrammen der Mischglieder kann zwanglos durch die gegenläufigen Schwankungen der Phosphor-, Arsen- oder Vanadin-Gehalte gedeutet werden.

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Electron microprobe investigation of members of the pyromorphite group with zoned structure

Natural members of the pyromorphite group, pyromorphite Pb₅(PO₄)₃Cl, mimetite Pb₅(AsO₄)₃Cl, kampylite Pb₅(PO₄, AsO₄)₃Cl, and vanadinite Pb₅(VO₄)₃Cl were investigated by the electron microprobe method. Mutual isomorphic replacement of P, V and As was observed even in the purest available end members occurring in nature. The frequently appearing zoned structure, observed in thin sections, may or may not coincide with corresponding chemical changes with respect to the V, As or P contents, mainly for the intermediate members, while for the rather pure end members nearly no connection was found between optical zones and chemical composition (also as to the division of basal sections into six triangular areas).

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Den Herren Prof. Dr. F. Laves, Zürich, und Prof. Dr. H. Wondratschek, Karlsruhe, danken wir für die Ermöglichung dieser Arbeit und für das fördernde Interesse. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danken wir für die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit durch eine Beihilfe.     

Experimentelle Bildung von Alunit-Jarosit durch die Einwirkung von Schwefelsäure auf Mineralien und Gesteine

Zusammenfassung Die Alunitisierung von natürlichem Leucit, Nephelin, Sodalith, Kalifeldspat, Oligoklas, Sericit sowie Basaltglas, Trachyandesit, Nephelinbasanit und Nephelinit wurde experimentell im Temperaturbereich zwischen 90° C und 180° C bei verschiedenen H₂SO⁴-Konzentrationen untersucht. Je nach Ausgangssubstanz wurden Alunit, Natroalunit, Jarosit oder Mischkristalle zwischen diesen Endgliedern der Alunitreihe gebildet. Das bei diesen Reaktionen freiwerdende SiO₂ bildet ein röntgenamorphes Gel, alle anderen nicht in den Alunitmineralien gebundenen Komponenten gehen in Sulfate über.Die Alunitisierung erfolgt nur in einem bestimmten Konzentrationsbereich, dessen unterste Grenze unabhängig von der Temperatur ist und für alle Ausgangssubstanzen bei einer Normalität der zugegebenen H₂SO₄-Lösung 0,1–0,2 liegt. Die obere Grenzkonzentration ist temperaturabhängig und liegt für die Alunitbildung bei einer Normalität 0,7 bei 90° C und 1,3 bei 180° C, für die Natroalunitbildung bei etwas (ca. 0,2) tieferen Werten. Oberhalb dieses Konzentrationsbereiches reagieren die Mineralien und Gesteine zu einer röntgenamorphen gelartigen Masse, unterhalb des Bereiches bleibt die Ausgangssubstanz unverändert.In den Versuchen mit Gesteinen als Ausgangssubstanz wird bei tieferen Temperaturen bevorzugt Jarosit und bei höheren Temperaturen bevorzugt Alunit gebildet. Im mittleren Temperaturbereich tritt Jarosit bei höheren und Alunit bei tieferen Säurekonzentrationen auf.Im Temperaturbereich von 90° C bis 180° C findet innerhalb von einigen Wochen bei den meisten Ausgangssubstanzen ein vollständiger Reaktionsumsatz statt. Dennoch ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei gleichem Körnungsgrad unterschiedlich: Am schnellsten reagiert der Sodalith, während die Feldspäte besonders reaktionsträge sind. Für die untersuchten Mineralien gilt folgende Reihenfolge: Sodalith — Leucit — Nephelin — Sericit — Oligoklas — Kalifeldspat.Vergleiche der experimentellen Ergebnisse mit der natürlichen Alunitisierung ergaben gute Übereinstimmung.

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The formation of alunite from natural leucite, nepheline, sodalite, potassium-feldspar, oligoclase and sericite as well as from basaltic-glass, trachyandesite, nephelinebasanite and nephelinite was experimentally investigated at different H₂SO₄-concentrations in the temperature range from 90° to 180° C. Depending on the starting material, alunite, natroalunite, jarosite or mixed crystals of the alunite solid solution series were formed. The SiO₂ set free in these reactions, forms a gel amorphous to X-rays, while all other components which do not enter into the alunite minerals, yield sulfates.The formation of alunite occurs only within a distinct range of H₂SO₄-concentrations, the lower limit being independent of the temperature and of the starting material; this limit corresponds to a normality of the H₂SO₄-solution of 0,1–0,2. The upper limit of the H₂SO₄-concentration is depending on the temperature; at 90° C this limiting concentration lies at 0,7, at 180° C it is 1,3; for the formation of natroalunite, the upper limit lies at somewhat lower concentrations (0,2). If the concentration of H₂SO₄ exceeds the upper limit, the minerals and rocks react to X-ray amorphous, gel-like products, at concentrations below the lower limit, the starting material remains unchanged. In the experiments with rocks as starting material, jarosite is generally formed at lower temperatures, at higher temperatures alunite is predomin ant. At intermediate temperatures higher acid concentrations yield jarosite and lower concentrations alunite. In the temperature range of 90° to 180° C, the reactions of most starting materials are completed in a few weeks. Nevertheless, the reaction rate at equal grain size is dependent on the starting material: sodalite showed the highest reaction rate, while sluggish reactions were observed for the feldspars. The rate of reaction decreases from sodalite, leucite, nepheline, sericite, oligoelase to potassium feldspar. The experimental data agree closely to results obtained for the natural formation of alunite.

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Herrn Professor Dr. H. Heritsch danke ich für sein dauerndes Interesse an dieser Arbeit, für Ratschläge und kritische Bemerkungen sowie dafür, daß die Experimente am Institut für Mineralogie und Petrographie der Universität Graz durchgeführt werden konnten. Herrn Professor Dr. C. W. Coerens danke ich für wertvolle Diskussionen sowie für die Möglichkeit, die experimentelle Technik kennenzulernen. Mein Dank gilt ferner Techn. Oberkontroll. J. Macher für technische Hilfen bei der Ausführung der Experimente.     

Zur Lagerstättengenetischen Deutung der Isotopenverhältnisse am Blei und Schwefel

Zusammenfassung Es werden einige der Voraussetzungen untersucht, unter denen sich aus den Isotopenverhältnissen von Blei, Schwefel und anderen am Aufbau einer Lagerstätte beteiligten Elementen Aussagen über die Bildungsbedingungen und genetischen Zusammenhänge herleiten lassen.Am Blei interessiert in diesem Zusammenhang in erster Linie die Anomalie gegenüber demHolmes-Houtermanschen Bleimodell, während das Absolutalter nur zur Kontrolle bzw. zum Einhängen in das geologische Zeitschema benötigt wird. Auf die Entstehungsursachen der Anomalien wird im Abschnitt B eingegangen.Bei den leichteren Elementen — wie z. B. H, C, O und S — treten im Verlaufe geochemischer Prozesse Isotopen-Trenn-Effekte auf, und man kann daher aus den Isotopenverhältnissen bspw. auf eine voraufgegangene Teilnahme am exogenen Kreislauf schließen. Derartige Messungen sollen möglichst vollständig in die Untersuchungen einbezogen werden und wurden im vorliegenden Programm bereits für den Schwefel des Bleiglanzes (PbS) durchgeführt (Abschnitt C).Im Abschnitt D wird kurz auf die Meßtechnik eingegangen, und Abschnitt E gibt einen Überblick auf die Meßergebnisse an Lagerstätten des Westharzes (Oberharz, St. Andreasberg, Rammelsberg). Die Auswertung der Blei-Messungen (Abschnitt F) und Schwefel-Messungen (Abschnitt G) bringt für das gewählte Modell-Arbeitsgebiet interessante Ergänzungen der bekannten genetischen Zusammenhänge, so daß die Übertragung der Untersuchungstechnik auf andere Lagerstättengebiete nützlich erscheint.Die Messungen wurden größtenteils im Massenspektrometer-Laboratorium der Bundesanstalt für Bodenforschung, Hannover, durchgeführt. Das Probenmaterial stammt aus eigenen Aufsammlungen sowie aus den Sammlungen der Herren Berging. E.Bock, St. Andreasberg, Dr. E.Kraume, Goslar, und Prof. Dr. H.Rose, Hamburg. Außerdem wurden die ersten Teilergebnisse eines gemeinsam mit Herrn Dr.-Ing. H.Hüttenhain, Clausthal, begonnenen Untersuchungsprogramms verwertet.Ich möchte an dieser Stelle allen im Text genannten Herren für die Überlassung von Untersuchungsmaterial und für fruchtbare Anregungen danken, vor allen Dingen aber auch meinem bisherigen Kollegen, Herrn Dipl.-Phys. H.Lenz, sowie den Damen M.Fassbender, U.Rätsch und U.Römer für die Durchführung der zahlreichen Analysen und Auswertungen.     

Sedimentpetrographische und geochemische Untersuchungen an Karbonatgesteinen des Zechsteins

Introduction and methods applied: some new DTA-methods (quantitative determination of gypsum, determination of grain-size of carbonates, analysis of small amounts of iron in the dolomite lattice and of magnesium in calcite) and improved DTA-data on some minerals (clay minerals, Fe- and Al-hydroxides, pyrite, quartz, fluorite), occuring in the residue of carbonate rocks and not admitting solution by acids, are given.

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. C. W. Correns, danke ich sehr für die Überlassung des Themas. Für viele Hinweise und Diskussionen bin ich weiterhin Frau Dr. P. Schneiderhöhn, Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl und Herrn Dr. H. E. Usdowski zu Dank verpflichtet.