Influence of the surface microlayer on the flux of nonconservative trace gases (CO,H2, CH4, N2O) across the ocean-atmosphere interface

Gas exchange experiments were conducted in the tropical Atlantic Ocean during a ship expedition with FS Meteor using a small rubber raft. The temporal change of the mixing ratios of CO, H₂, CH₄ and N₂O in the headspace of a floating glass box and the concentrations of these gases in the water phase were measured to determine their transfer velocities across the ocean-atmosphere interface. The ocean acted as a sink for these gases when the water was undersaturated with respect to the mixing ratio in the headspace. The transfer velocities were different for the individual gases and showed still large differences even when normalized for diffusivity. Applying the laminar film model, film thicknesses of 20 to 70 m were calculated for the observed flux rates of the different gas species. When the water was supersaturated with respect to atmospheric CO, H₂, CH₄ and N₂O, the transfer velocities of the emission process were smaller than those determined for the deposition process. In case of H₂ and CH₄, emission was even not calculable although, based on the observed gradient, the laminar film model predicted significant fluxes at the air-sea interface. The results are interpreted by destruction processes active within the surface microlayer.     

Comparative compressibilities of majorite-type garnets

Relative compressibilities of five silicate garnets were determined by single-crystal x-ray diffraction on crystals grouped in the same high-pressure mount. The specimens include a natural pyrope [(Mg_2.84Fe_0.10Ca_0,06) Al₂Si₃O₁₂], and four synthetic specimens with octahedrally-coordinated silicon: majorite [Mg₃(MgSi)Si₃O₁₂], calcium-bearing majorite [(Ca_0.49Mg_2.51)(MgSi)Si₃0₁₂], sodium majorite [(Na_1.88Mgp_0.12)(Mg_0.06Si_1.94)Si₃O₁₂], and an intermediate composition [(Na_0.37Mg_2.48)(Mg_0.13Al_1.07 Si₀₈₀) Si₃O₁₂]. Small differences in the compressibilities of these crystals are revealed because they are subjected simultaneously to the same pressure. Bulk-moduli of the garnets range from 164.8 ± 2.3 GPa for calcium majorite to 191.5 ± 2.5 GPa for sodium majorite, assuming K′=4. Two factors, molar volume and octahedral cation valence, appear to control garnet compression.     

Organic geochemistry and pore water chemistry of sediments from Mangrove Lake,Bermuda

Mangrove Lake, Bermuda, is a small coastal, brackish-water lake that has accumulated 14 m of banded, gelatinous, sapropelic sediments in less than 10⁴ yr. Stratigraphic evidence indicates that Mangrove Lake's sedimentary environment has undergone three major depositional changes (peat, freshwater gel, brackish-water gel) as a result of sea level changes. The deposits were examined geochemically in an effort to delineate sedimentological and diagenetic changes. Gas and pore water studies include measurements of sulfides, ammonia, methane, nitrogen gas, calcium, magnesium, chloride, alkalinity, and pH. Results indicate that sulfate reduction is complete, and some evidence is presented for bacterial denitrification and metal sulfide precipitation. The organic-rich sapropel is predominantly algal in origin, composed mostly of carbohydrates and insoluble macromolecular organic matter called humin with minor amounts of proteins, lipids, and humic acids. Carbohydrates and proteins undergo hydrolysis with depth in the marine sapropel but tend to be preserved in the freshwater sapropel. The humin, which has a predominantly aliphatic structure, increases linearly with depth and composes the greatest fraction of the organic matter. Humic acids are minor components and are more like polysaccharides than typical marine humic acids. Fatty acid distributions reveal that the lipids are of an algal and/or terrestrial plant source. Normal alkanes with a total concentration of 75 ppm exhibit two distribution maxima. One is centered about n-C₂₂ with no odd/even predominance, suggestive of a degraded algal source. The other is centered at n-C₃₁ with a distinct odd/even predominance indicative of a vascular plant origin. Stratigraphic changes in the sediment correlate to observed changes in the gas and pore water chemistry and the organic geochemistry.     

Brief Note on Estimating the Significance of a Correlation Coefficient

Summary A diagram is being designed showing the six times and four times values of the probable error of the correlation coefficients in function of the number of correlated pairs of values forn=10 ton=400. Thereby it is possible to estimate the significance of the correlation coefficients without further calculations.

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Zusammenfassung Es wird ein Diagramm entwickelt, das die sechs- bzw. vierfachen Werte der wahrscheinlichen Fehler der Korrelationskoeffizienten in Abhängigkeit von der Zahl der korrelierten Wertepaare fürn=10 bisn=400 zeigt und damit die Beurteilung der Signifikanz der Korrelationskoeffizienten in einfacher Weise ermöglicht.

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Résumé Etablissement d'un diagramme indiquant les montants resp. sextuples et quadruples des erreurs probables des coefficients de corrélation en fonction du nombre de paires de valeurs considérées, pourn=10 jusqu' àn=400. Ce diagramme permet donc d'estimer aisément dans quelle mesure un coefficient de corrélation est significatif.

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With 1 Figure     

The components of the diurnal variation of temperature on Mt. Washington and other summits

Summary The variations of ten year's hourly temperature averages on Mt. Washington, N. H., are investigated. The results, especially the unexpected ones, are compared with the respective data for the Sonnblick Observatory (Austrian Alps) in order to distinguish between reality and chance.Sonnblick is 3911 ft higher than Mt. Washington. Nevertheless, the latter is on the average 3.2 Fdeg colder in winter. An explanation by means of air mass is suggested. Hourly deviations from ten year's monthly and yearly averages are given in Table 3. Table 4 shows the average daily temperature ranges for Mt. Washington, Sonnblick and Obir (Austria). The comparison of the average daily range on freely exposed summits, at stations in the plain, and those in valleys shows that the daily range is independent of elevation as far as surface bound places are concerned. On free, isolated summits the daily range depends upon conditions of average air exchange, cloudiness, latitude, and the size and local physical conditions of the summit surface involved in the air heating processes.Although the curve representing the average diurnal temperature variation for a month is of more or less complex nature, Fourier series are used for the analysis, in oder to get some insight into the relations between the semi-diurnal pressure wave and the half-day temperature wave. The harmonic constants (for the months and year) appear in Table 6; the times of the maxima for the first and the second harmonic term in Table 7. The phase angle of the first term,A ₁, shows a quite unexpected behavior. Although the observed variation ofA ₁ in the course of the year could not be explained by means of the available material, the reality of the phenomenon could be demonstrated by a good parallelism of the variations on Mt. Washington and on Sonnblick. For Mt. Washington the annual variation of the amplitude ₁ can be represented by a simple sine curve. On Sonnblick, a kinked line consisting of three rectilinear sections shows the annual variation of ₁, with good approximation. The different physical conditions of the surface of the two summits offer a clear explanation. Random samples make it likely that the Fourier series representing the diurnal variation of temperature on mountain summits show a rapid convergence so that the oscillation is described by the first two terms with sufficient accuracy. On the average for the year, the maximum of the second term (nearest to noon) occurs at 13.3 h on Mt. Washington, and at 13.5 h on Sonnblick. Theannual variation of ₂ shows maxima at the equinoxes on both summits. The amplitude ₂ is quasi-constant relative to ₁, the amplitude of the first harmonic. SinceA ₂ (phase angle of the second term) is less variable than isA ₁, theentire second harmonic is less variable than is the first harmonic. In December, the magnitude of ₂ is practically the same as that of ₁ on Mt. Washington while on Sonnblick in the same month ₂ reaches 59% of ₁. In summer, the ratio ₂/₁ is at a minimum on both mountains. Altogether, the various facts mentioned above support the assumption that the second harmonic of the diurnal temperature variation on freely exposed summits has its independent, special physical significance. In contrast to the first, the static harmonic, which is almost exclusively produced by radiation processes, the second harmonic appears to be due to dynamic causes.All indications point to the idea that on freely exposed summits in middle latitudes the semidiurnal temperature oscillation is a consequence of the westward moving half-day pressure wave and is steered by it, aside from other possible factors that are difficult to appraise.

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Zusammenfassung Die vorliegende Untersuchung befaßt sich mit den Schwankungen zehnjähriger Stundenmittel der Temperatur auf dem Mt. Washington. Besonders die unerwarteten Resultate werden mit den Beobachtungen auf dem Sonnblick-Observatorium verglichen, um Realität und Zufall zu unterscheiden.Der Sonnblick ist 1192 m höher als der Mt. Washington und trotzdem ist der letztere noch im Wintermittel um 1,8° C kälter. Eine Luftmassenerklärung scheint naheliegend. In Tabelle 3 werden die Abweichungen der Stundenmittel von den zehnjährigen Monats- und Jahresmitteln gegeben. Tabelle 4 enthält die mittlere Tagesschwankung der Temperatur für Mt. Washington, Sonnblick und Obir. Der Vergleich der mittleren Tagesschwankung auf frei exponierten Gipfeln mit der in der Ebene und in Tälern zeigt, daß die Größe der Tagesschwankung unabhängig von der Höhe ist, soweit Stationen an der Erdoberfläche in Betracht kommen. Auf freien Gipfeln hängt die Tagesschwankung von der Größe des Luftaustausches, der Bewölkung, der Breite und von der Größe und den physikalischen Eigenschaften der Gipfeloberfläche ab, soweit sie in den Erwärmungsprozeß der Luft im Bereich der Beobachtungsstation einbezogen erscheint.Obwohl die Kurve, die den mittleren monatlichen Tagesgang der Temperatur darstellt, komplexer Natur ist, wurde eine Analyse mittels Fourierscher Reihen gewählt, vor allem, um einigen Einblick in die Beziehungen zwischen der Halbtagswelle des Luftdrucks und der der Temperatur zu erhalten. Die harmonischen Konstanten für Monat und Jahr erscheinen in Tabelle 6, die Zeiten der Maxima des ersten und zweiten harmonischen Terms in Tabelle 7. Der PhasenwinkelA ₁ (des ersten Terms) zeigt ein ganz unerwartetes Verhalten. Die am Mt. Washington gefundene Form der Jahresschwankung vonA ₁ ist mit Hilfe des vorliegenden Materials wohl nicht erklärbar. DieRealität der Schwankungsform scheint jedoch kaum zweifelhaft, da die Schwankungen auf dem Mt. Washington und auf dem Sonnblick, bei geeigneter Wahl der Skalen im Diagramm, einen weitgehenden Parallelismus zeigen. Derjährliche Gang der Amplitude ₁ wird für den Mt. Washington durch eine einfache Sinuskurve wiedergegeben. Auf dem Sonnblick ist es eine aus drei Geraden zusammengesetzte Linie, die die analoge Schwankung mit guter Genauigkeit darstellt. Die verschiedenen physikalischen Eigenschaften der beiden Gipfeloberflächen erlauben eine ausreichende Erklärung. Stichproben zeigen, daß die Fourier-Reihen so rasch konvergieren, daß der Tagesgang der Temperatur auf Berggipfeln durch die ersten zwei Glieder mit genügender Genauigkeit wiedergegeben wird. Im Mittel des Jahres tritt das (mittagnächste) Maximum des zweiten Terms auf dem Mt. Washington um 13,3, auf dem Sonnblick um 13,5 ein. DieJahresschwankung von ₂(Halbtagsamplitude) erreicht auf beiden Gipfeln ihre Maxima zu den Aequinoktien. ₂ ist relativ zu ₁ quasikonstant. Da nunA ₂ (Phasenwinkel des zweiten Terms) weiniger variabel ist alsA ₁, so zeigt das ganze zweite Glied eine kleinere Veränderlichkeit als das erste. Auf dem Mt. Washington kommt ₂ im Dezember praktisch der Größe von ₁ gleich, auf dem Sonnblick werden im gleichen Monat 59% von ₁ erreicht. Die angeführten Tatsachen sprechen für die Annahme, daß derzweite harmonische Term der Tagesschwankung der Temperatur auf frei exponierten Gipfeln seineselbständige physikalische Bedeutung hat. Im Gegensatz zum ersten, dem statischen Term, der beinahe ausschließlich durch Strahlungsprozesse hervorgerufen wird, mag der zweite Term seine Existenz dynamischen Ursachen zu verdanken haben.Alle Anzeichen sprechen dafür, daß auf freigelegenen Gipfeln der mittleren Breiten die Halbtags-Oszillation der Temperatur, abgesehen von anderen, schwer abzuschätzenden Faktoren, eine Folge der westwärts wandernden Halbtagswelle des Luftdrucks ist und von ihr gesteuert wird.

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Résumé La présente étude porte sur les variations des moyennes de dix ans des températures horaires au Mt. Washington. Les résultats particulièrement les inattendus sont comparés aux observations du Sonnblick pour distinguer la réalité du hasard. Ce dernier observatoire est situé 1192 m plus haut que Mt. Washington, et celui-ci est pourtant plus froid de 1,8° en hiver; une différence de masse d'air semble en être la cause. Le tableau 3 contient les écarts des moyennes horaires par rapport aux moyennes décennales mensuelles et annuelles. Le tableau 4 illustre l'amplitude diurne moyenne de température au Mt. Washington, au Sonnblick et à l'Obir. La comparaison de l'amplitude diurne moyenne de la température entre des sommets assez isolés et la plaine, et les vallées montre que cette amplitude est indépendante de l'altitude pour autant qu'il s'agisse de stations attachés au sol. Sur les sommets, la variation diurne dépend de l'échange turbulent, de la nébulosité, de la latitude, de l'étendue et des propriétés physiques de la surface des sommets, à mesure que cette dernière intervienne dans le processus du réchauffement de l'air au voisinage de la station d'observation.Bien que la courbe mensuelle moyenne de la variation diurne de température soit complexe, elle est dévelopée en séries de Fourier, particulièrement dans le but d'examiner les relations entre les ondes semi-diurnes de pression atmosphérique et celles de la température. Le tableau 6 contient les constantes harmoniques pour les mois et l'année, le tableau 7 les temps des maxima du premier et du deuxième termes. La phaseA ₁ a un comportement inattendu; la forme de sa variation annuelle au Mt. Washington ne peut pas s'expliquer au moyen d'observations usées ici mais sa réalité ne peut pas être mise en doute; car la comparaison avec le Sonnblick démontre un parallélisme accentué, si les echelles du diagramme sont choisies proprement. La marche annuelle de l'amplitude ₁ se représente au Mt. Washington par une sinusoïde simple; au Sonnblick elle se compose de trois droites reproduisant la marche analogue. Les différent caractères physiques des surfaces des deux sommets expliquent aisément les divergences. Il est démontré que les séries de Fourier convergent si rapidement que deux termes suffisent pour représenter assez exactement la variation diurne de la température aux stations des sommets. En moyenne de l'année, le maximum du deuxième terme (le plus près du midi), apparaît à 13,3 h au Mt. Washington et à 13,5 h au Sonnblick. La variation annuelle de ₂ atteint le maximum aux équinoxes pour les deux sommets. ₂ est quasi-constant par rapport à ₁. CommeA ₂ varie moins queA ₁, l'entier deuxième terme a une variabilité plus petite que premier. Au Mt. Washington, ₂ est presque égal à ₁ en décembre; au Sonnblick, ce sont 59% de ₁ au même mois. Les faits cités conduisent à admettre que le deuxième terme harmonique de la variation diurne de la température aux sommets assez isolés a une signification physique propre; au contraire du premier terme, lestatique, presque exclusivement causé par le rayonnement, le second terme doit son origine à des causesdynamiques.Tout porte à conclure qu' aux sommets assez isolés dans les latitudes moyennes, — sans compter d'autres facteurs difficiles à déceler —, la variation semi-diurne de la température est causée et dirigée par l'onde semi-diurne de la pression atmosphérique progressant vers l'Ouest.

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With 5 Figures     

The semidiurnal temperature wave and peculiarities of the diurnal variations of temperature on mountain summits

Summary On Mount Washington, the monthly average diurnal temperature variation shows, in many cases, significant deviations from the normal type. Theprimary minimum occurs in theevening; asecondary night maximum, mostly followed by a slightsecondary morning minimum is observed. The frequency of occurrence of this anomalous monthly average diurnal march of temperature is about 50 per cent. The same kind of anomalous diurnal temperature variations were found on Obir-Hannwarte (Austria, 2141m=7024ft), on the other side of the Atlantic; this suggests that we deal here with a phenomenon of a general geophysical nature. — In a recent investigation into the diurnal march of temperature on summits, the present writer arrived at the conclusion that the first two harmonic terms represent the diurnal variation with sufficient accuracy. The second term has, moreover, its own physical meaning and represents a more or less independent meteorological element. — If these conclusions are valid, the anomalous diurnal temperature variation is explained by the superposition of the half-day wave upon the whole-day wave if the ratio of the amplitudes of the two harmonic terms,a ₂/a ₁, is greater than 0.4 approximately. Generally, such ratios are found in winter with the sun at low altitudes. In this season,a ₁ is diminished to its smallest values, whilea ₂ is relatively quasi-constant in the course of the year, so thata ₂/a ₁ reaches its greatest values. The anomalous diurnal temperature variation is, however, not confined to the cold season, but only depends on the magnitude of the ratioa ₂/a ₁. This is demonstrated by means of the march of temperature onovercast days of eight July months; they show, on Obir-Hannwarte, a strongly anomalous average diurnal temperature variation with a ratioa ₂/a ₁=1.18 — Conversely, the correctness of the fundamental assumption, mentioned above, concerning the half-day wave appears to be well supported by the fact that the assumption leads to a simple explanation of the anomalous diurnal march of temperature on summits.

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Zusammenfassung Auf dem Mount Washington zeigt der tägliche Gang der Temperatur häufig wesentliche Abweichungen vom Normalen. DasHauptminimum fällt auf dieAbendstunden; weiters tritt einsekundäres Nachtmaximum auf, das meistens von einem schwachensekundären Morgenminimum gefolgt ist. Die Häufigkeit diesesanomalem mittleren täglichen Gangs der Temperatur ist beiläufig 50% und konnte dieser auch für Obir-Hannwarte (2141 m) auf der andern Seite des Atlantik festgestellt werden, so dass man hier ein allgemein geophysikalisches Phänomen vermuten muss. In einer kürzlich erschienenen Untersuchung über den täglichen Temperaturgang auf Bergen wurde festgestellt, dass dieser mit genügender Genauigkeit durch die zwei ersten harmonischen Glieder dargestellt werden kann. Der zweite Term hat dabei seine eigene physikalische Bedeutung und muss bis zu einem gewissen Grad als unabhängiges meteorologisches Element aufgefasst werden. — Unter dieser Annahme ist der anomale Tagegang der Temperatur erklärt durch Ueberlagerung der Halbtagswelle über die Ganztagswelle, wenn nur das Amplitudenverhältnis der beiden ersten harmonischen Gliedera ₂/a ₁ grösser ist als ca. 0.4. Allgemein werden so grosse Verhältniszahlen im Winter bei tiefen Sonnenständen zustande kommen. Dann sinkta ₁ zu seinen kleinsten Werten herab, währenda ₂ relativ quasi-konstant bleibt, so dassa ₂/a ₁ seine höchsten Werte erreicht. Der anomale tägliche Temperaturgang ist jedoch nicht an die Jahreszeit gebunden, sondern an das Verhältnis vona ₂/a ₁. Als ein Beispiel wurden Temperaturregistrierungen auf dem Obir (Hannwarte) an ganz bewölkten Tagen von 8 Juli Monaten herangezogen. Es ergab sicha ₂/a ₁=1.18, und der anomale mittlere tägliche Temperaturgang zeigte sich wirklich in bester Ausbildung. — Umgekehrt, wird die Richtigkeit der erwähnten Annahmen über die Halbtagswelle der Temperatur dadurch bekräftigt, dass sie zu einer zwanglosen und einfachen Erklärung des anomalen täglichen Temperaturganges auf Gipfeln führt.

     

THE BEAVER-HARRISON,BEAVER COUNTY,UTAH L6 CHONDRITE

The Beaver-Harrison, Utah chondrite (find July 24, 1979), a single, shock-veined stone of 925 grams, consists of major olivine (Fa_25.0), low-Ca pyroxene (En_77.3Fs_21.1Wo_1.6) and metallic nickel-iron; minor troilite and plagioclase (Ab_82.6An_11.1Or_6.3), accessory high-Ca pyroxene (En_47.0Fs_8.5Wo_44.5), chromite (Cm_8.7Sp_10.6Uv_9.4Pc_0.6Hc_0.7), chlorapatite and whitlockite; and hydrous ferric oxide of terrestrial weathering origin. Mineral compositions indicate L-group classification, and homogeneity of minerals, highly recrystallized texture and presence of clear plagioclase suggest that the meteorite belongs to petrologic type 6.     

Quantification of carbon flow from stable isotope fractionation in rice field soils with different organic matter content

Rice fields are an important source for the greenhouse gas methane produced by acetoclastic and hydrogenotrophic methanogenesis. Fractionation of ¹³C/¹²C can in principle be used to quantify the relative contribution of these pathways, but our knowledge of isotopic fractionation during reduction of CO₂ and turnover of acetate in different methanogenic environments is still scarce. We therefore measured δ¹³C signatures in two types of anoxic Italian rice field soils, one with high and one with low degradable organic matter (OM) content. Both soils were incubated in the presence and absence of methyl fluoride, a specific inhibitor of acetoclastic methanogenesis. Optimization of methyl fluoride concentration resulted in complete inhibition of acetoclastic methanogenesis. CH₄ was then exclusively produced by hydrogenotrophic methanogenesis, allowing determination of the isotopic signatures and fractionation factors specific for this methanogenic pathway. Acetate, which was then no longer consumed, accumulated and was used for determination of the isotopic signature of the fermentatively produced acetate (both total acetate and methyl carbon of acetate). Hence, all isotopic signatures, including fractionation factors were determined for the methanogenic soil. These data, were then used for computation of the relative contribution of the two methanogenic pathways. In the high OM soil, the contribution of acetoclastic methanogenesis to total CH₄ production increased simultaneously with decreasing acetate concentration. In the low OM soil, methanogenesis from H₂/CO₂ was clearly greater than theoretically expected. Furthermore, isotope fractionation of hydrogenotrophic methanogenesis indicated that the in situ energy status of methanogens strongly depended on the availability of organic carbon in the rice field soil system. Collectively, our data show that the study of isotopic fractionation in methanogenic environments allows a deeper insight into the ongoing processes, which may be quite different in the same ecosystem with different content of degradable OM.     

Sea level events and Pleistocene coral ages in the northern Bahamas

Emergent Pleistocene sea level indicators in the northern Bahamas include: a bioerosional notch at +5.3 to 5.9 m; sea caves, notches, and marine terraces at about +4.3 m; and lithified coral rubble and reef deposits between 0 and 3 m. Thorium 230 dates of the fossil corals, which were deposited as these features were being produced, span the age range from 100 to 145 thousand years BP with a majority falling between 115 and 130 thousand years BP. The notch at about +5.6 m is interpreted to be the product of a sea level stand 125 thousand years BP, while the features at +4.3 m are believed to be formed sometime later as sea level fell from the higher position. Part of the age span is inherent in the dating technique and possible sample alteration. Another cause of the spread may be mixing of corals of different ages into a single deposit.