Structural explanation for Δ (α*γ*) from α* vs. γ* in alkali feldspar

Summary As suggested bySmith (1968) and supported by most structural data published since, in alkali feldspar the ^** plot can be used for estimating (^**), i. e. the difference in Al confent between 0 andm subsites. The present study investigates the topologically identical plot on the basis of the configuration of the alkali feldspar tetrahedral framework. Changes in Al content ofT-sites are functionally related to changes in cosines of and . While the total Al causing changes in cos is directly equal to the difference in Al content between 0 andm subsites, the total Al causing changes in cos is expressed by a complicated function which is equal with a very good approximation to three fourths of the difference in Al content betweenm and 0 subsites. This relation of quasiproportionality. like the feasible substitution in alkali feldspar of the diagram cos vs. cos by the plot, represents two simplifying assumptions which permit the difference in Al content to be calculated, as previously predicted.

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Strukturelle Deutung für (^**) aus dem ^*/^* der Alkalifeldspäte

Zusammenfassung Nach einem Vorschlag vonSmith (1968) und in Übereinstimmung mit den meisten seither publizierten Strukturdaten kann man in Alkalifeldspäten das ^*/^* zur Abschätzung von (^**), also des Unterschiedes im Al-Gehalt auf der 0- undm-Position benützen. Die vorliegende Arbeit untersucht das topologisch idente /-Diagramm auf der Basis der Gestalt des Tetraederverbandes der Alkalifeldspäte. änderungen im Al-Gehalt derT-Position sind mit Änderungen im Kosinus von und korreliert. Während der die cos -änderungen verursachende Al-Gesamtgehalt unmittelbar dem Unterschied im Al-Gehalt derO-undm-Position entspricht, ist der die cos -Änderungen verursachende Al-Gesamtgehalt durch eine komplizierte Funktion ausgedrückt, die aber mit sehr guter Näherung drei Vierteln der Differenz im Al-Gehalt auf denm-und 0-Poisitionen entspricht. Diese quasi-Proportionalität und die Ersetzbarkeit des cos /cos -Diagrammes durch das /-Diagramm bei den Alkalifeldspäten stellen zwei Vereinfachungen bei der Berechnung des Al-Gehaltes dar.

     

Geologie,Magmatismus und Lagerstättenbildung im ostpontischen Gebirge/Türkei aus der Sicht der Plattentektonik

Zusammenfassung Die Erkenntnisse über den tektonischen Aufbau, die geologische Entwicklung und die Genese der Lagerstätten, sowie über die petrologischen Eigenschaften der Magmatite führen zu der Auffassung, daß das Ostpontische Gebirge (Nordost-Türkei) insgesamt ein (Paläo-)Inselbogensystem darstellt. Daraus folgt die Annahme, daß die südlich benachbarten Anatoliden in der Vortiefenzone dieses Vulkanbogens gebildet wurden. Das Schwarze Meer ist dann entsprechend der Theorie der Plattentektonik als ein aktives Randbecken nördlich des Inselbogens anzusehen; seine kontinentale Kruste wurde in den mittleren Bereichen in ozeanische Kruste (in situ) umgewandelt.Die mit den sauren Vulkaniten zusammen auftretenden Buntmetall-Lagerstätten sind dem Kuroko-Typ im weiteren Sinn zuzuordnen; sie sind die charakteristischen Lagerstätten der Ostpontiden. Dagegen sind Porphyrische Kupferlagerstätten von wirtschaftlicher Bedeutung aufgrund dieses Konzepts kaum zu erwarten.

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Present knowledge about the tectonical structure, geological development, genesis of ore deposits as well as about petrological characteristics of magmatites supports the concept of an (paleo) island arc system for the Eastern Pontic Mountains (NE Turkey). Consequently, the Anatolides in the southern neighbourhood would have been formed within the foredeep of that volcanic arc. According to the theory of plate tectonics the Black Sea is to be considered as an active marginal basin north of the island arc, its continental crust in the central zone being transformed (in situ) into oceanic crust.The base metal ore deposits associated with acid volcanics can be classified as Kuroko types, these are the characteristic ore deposits of the Eastern Pontides, Economic porphyry copper ore deposits, however, would hardly be expected according to this concept.

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Résumé Les acquisitions sur les structures tectoniques, le développement géologique et la génèse des gisements, de même que sur les propriétés pétrologiques des magmatites permettent d'interpréter génétiquement les Montagnes Pontiques Orientales comme un système de (paléo) arc insularie. En conséquence on peut considérer que les Anatolides, qui les avoisinent au sud, se sont formées dans l'avant — fosse de cet arc volcanique. La Mer Noire peut être donc considérée — selon la théorie de la »tectonique des plagues« — commé un bassin marginal actif au Nord de l'arc insulaire, so croûte continentale étant transformée dans la zone centrale (in situ) en croûte océanique.Les gisements des métaux non-ferreux associés avec les volcanites acides peuvent être rapportés aux types »Kuroko« (sensu lato), représentant les minéralisations caractéristiques pour les Pontides Orientales. Quant aux gisements type »Porphyry Copper«, il n'y a guère de chance, selon notre hypothèse, pour qu'il en existe avec une importance économique.

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, , , - (- ) . , . , , ; in situ . , , «Kypoko» . . - «» .

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Herrn o. Prof. Dr.-Ing. A. Wilke zum 65. Geburtstag gewidmet!     

Comparison between two types of multifractal modeling

The interrelationships between two previously developed multifractal models are discussed. These are the Evertsz-Mandelbrot model developed on the basis of the multifractal spectrum f(), and the Schertzer-Lovejoy model based on the codimension function C() where and represent Hölder exponent and field order, respectively. It is shown how these two models are interrelated: they are identical for values of within the range D–(0)D–_min. where D is the Euclidean dimension. For D–_maxD–(0), however, f() remains a continuous function of whereas C() assumes constant value. In this respect, the fractal spectrum f() can provide more information about the multifractal measure than the codimension function C(). The properties of the two models are illustrated by application to the binomial multiplicative cascade model.     

A late-Quaternary monogenetic volcano field in central Mexico

The western end of the Grupo Chichináutzin, a segment of the east-west Mexican Volcanic Belt, contains 41 volcanic cones and associated lava flows, ranging in age from 8,390±100 to 40,000 years BP. There are two main cone types: cinder cones and cones made up mainly of lava blocks. The cone density is 0.1/km² and the height range is 15 m–260 m with crater rim diameters of from 175 m to 500 m (mean 280 m). The relative ages of the volcanoes and flows were established using geomorphological parameters. With increasing age, height/width ratios decrease from 0.21 to 0.10 whilst the ratio of crater width to basal width increases from 0.40 to 0.83.Three of the cinder cones produced a total of > 0.75 km³ of ash covering > 200 km². The other cone type appears to have erupted only small amounts of ash. The lava flows are of aa or block lava with an average thickness from 10 m to 70 m and a maximum length of 1 km to 13.5 km. The aspect ratio varies from 20 to 120. The younger, Holocene, flows, made up mainly of two-pyroxene andesites, are longer, thinner, and originally less viscous than the shorter, thicker flows from the older volcanoes which are relatively richer in olivine. The Holocene flows cover 115 km² with a volume of 4.5 km³.The rocks contain 52% to 64% SiO₂ and are essentially andesitic but some extremes could be classified as alkalic basalts and dacites.Sufficient parameters are available to characterize the violent strombolian eruptions of this volcano field, which show features of both hawaiian and normal strombolian activity.

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Zusammenfassung Das westliche Ende der Grupo Chichináutzin, eines Teiles des sich von Ost- nach West-Mexiko erstreckenden Vulkangürtels, umfa\t 41 Vulkankegel und deren Lavaströme, die ein Alter von 8,390±100 bis 40 000 Jahren vor der Gegenwart haben. Es gibt zwei bedeutende Kegeltypen: Schlackenkegel und Kegel, die hauptsächlich aus Schollenlava bestehen. Die Kegeldichte ist 0,1/km², und der Höhenunterschied beträgt 15 m bis 260 m mit Kraterranddurchmessern von 175 m bis 500 m (im Durchschnitt 280 m). Die Verwendung der geomorphologischen Parameter bestätigte die relativen Alter der Vulkane und Ströme. Wenn das Alter zunimmt, nehmen die Höhe/Breite-Verhältnisse von 0,21 bis 0,10 ab, während das Verhältnis von Kraterbreite/Basalbreite von 0,40 bis 0,83 zunimmt.Drei der Schlackenkegel hatten ein Gesamtprodukt von > 0,75 km³ Asche, die > 200 km² bedeckt. Scheinbar hat der andere Kegeltyp nur wenig Asche gefördert. Die Lavaströme bestehen aus Schollen oder Zackenlava mit einer Durchschnittsdicke von 10 m bis 70 m und einer Länge von 1 km bis 13,5 km. Die Beziehung grö\te Länge zu Dicke verändert sich von 20 zu 120. Die jüngeren Holozänströme, die hauptsächlich aus zweipyroxenen Andesiten bestehen, sind länger, dünner und ursprünglich weniger viskos als die kürzeren, dickeren Ströme aus den älteren Vulkanen, die verhältnismä\ig reicher an Olivin sind. Die Holozänströme bedecken 115 km² mit einem Volumen von 4,5 km³.Die Gesteine enthalten 52% bis 64% SiO₂ und sind im wesentlichen andesitisch, aber einige könnten als Alkalibasalte und Alkalidazite klassifiziert werden.Es gibt genügend Parameter, um die heftigen Strombolieruptionen dieses vulkanischen Feldes zu beschreiben. Diese Eruptionen zeigen Besonderheiten von Hawaiiund normaler Strombolitätigkeit.

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Resumen En el extremo occidental del Grupo Chichináutzin, que forma parte de la faja neovolcánica de México, aparecen 41 conos volcánicos y lavas, con edades entre 8,390 ±100 y 40,000 años AP. Los conos son de dos tipos: conos de ceniza y conos esencialmente de bloques. La densidad de los conos por área es de 0.1/km² y su rango de alturas es de 15 m a 260 m; el diámetro de los cratères varia entre 175 m y 500 m (280 m promedio). Las edades relativas de los conos y lavas se establecieron usando parámetros geomorfológicos, A mayor edad, la relación altura/diámetro en la base disminuye de 0.21 a 0.10, mientras que la relación diámetro del crater/diámetro en la base aumenta de 0.40 a 0.83.Tres de los conos de ceniza produjeron un total de > 0.75 km³ de tefra, cubriendo un área > 200 km²; el resto de los conos solo produjeron pequenas cantidades. Las lavas son del tipo aa y de bloques, con espesores promedios entre 10 m y 70 m, y longitudes máximas entre 1 km y 13.5 km. La relación longitud máxima/espesor (aspect ratio) varía entre 20 y 120. Las lavas más recientes, principalmente andesitas de dos piroxenas, muestran una mayor dispersion, menor espesor y menor viscosidad al formarse que las lavas de mayor edad, relativamente ricas en olivino. Las lavas holocénicas cubren un área de 115 km² y tienen un volumen de 4.5 km³.En general, las rocas de esta área tienen de 52% a 64% de SiO₂ y son esencialmente andesiticas, aunque algunos extremos podrian clasificarse como basaltos alcalinos y dacitas.Existen suficientes paramètres para caracterizar las erupciones de tipo estromboliano violento de esta área volcánica, las cuales muestran ciertos aspectos del actividad tipo hawaiiano y tipo estromboliano normal.

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Résumé L'extrémité occidentale du »Grupo Chichinäutzin«, une partie de la ceinture volcanique du Mexique de direction E-W, comporte 41 cÔnes volcaniques, avec coulées de lave dont l'âge va de 8.390±100 ans à 40.000 ans AP. Il y a deux types principaux de cÔnes: des cÔnes de scories et des cÔnes consistant surtout en lave à blocaux. La densité des cÔnes est 0,1/km²; leur différence de hauteur varie entre 15 m et 260 m, avec des diamètres entre bords de cratères de 175 m à 500 m (moyenne 280 m). L'âge relatif des volcans et des coulées a été établi d'après des paramètres géomorphologiques. Lorsque l'âge augmente, le rapport hauteur/largeur diminue de 0,21 à 0,10, tandis que le rapport entre la largeur du cratère et celle de la base augmente de 0,40 à 0,83.Trois des cÔnes de scories ont produit ensemble plus de 0,75 km³ de scories couvrant >200 km². Les cÔnes de l'autre type semblent n'avoir produit que peu de cendres. Les coulées de lave ont une épaisseur moyenne de 10 m à 70 m et une longueur maximum de 1 km à 13,5 km. L'allongement par rapport à l'épaisseur varie de 20 à 120 Les coulées holocènes plus récentes, composées surtout d'andésite à deux pyroxènes, sont plus longues, plus minces, et à l'origine moins visqueuses que les coulées plus courtes et plus épaisses des volcans plus anciens, relativement plus riches en olivine. Les coulées holocènes couvrent 115 km² avec un volume de 4,5 km³.Les roches contiennent 52% à 64% SiO₂ et sont essentiellement andésitiques; mais quelques-unes pourraient Être classées comme des basaltes alcalins et des dacites alcalines.Il existe assez de paramètres pour décrire les éruptions »stromboliennes violentes« de cette zone volcanique, qui montrent les particularités de l'activité hawaÏenne et strombolienne normale.

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«Grupo Chichinautzin», .. , 41 , 8,390±100 40000 . : , . 0,1/², 15 260 175 500 , 280 . . 0,21 0,10, 0,40 0,83. 0,75 ³ , , 200 ². , . 10 70 1 13,5 . 2 120. , , , , , . , 4,5 ³ 115 ². 52 64% SiO₂, , . , « », , , .

     

Klüfte und Talrichtungen im Turon des südöstlichen Münsterlandes

Zusammenfassung Am Südostrand des Münsterländer Kreidebeckens fließen alle größeren Wasserläufe im Bereich der Turonkalke nach NNE oder NE, obwohl das allgemeine Gelände- und Schichtengefälle nach NNW gerichtet ist. Die Ursachen für diese Abweichung sind im Mechanismus der Felserosion zu suchen, der im wesentlichen durch die Eigentümlichkeiten der Karstgerinne und durch die Gesteinszerklüftung bestimmt wird. Bei den Detailuntersuchungen geben sich komplexe Beziehungen zwischen Fließrichtung und Kluftrichtungen zu erkennen.Besonders bedeutend für die Entstehung der NNE gerichteten Täler sind die 170°- und 30°-streichenden Klüfte.

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On the south-east border of the Cretaceous basin of Munster, Westfalia, the current directions of streams in the area of Turon-limestone go to NNE or NE, although the main dipping of land surface as well as bedding planes points towards NNW. This divergence is caused by the mechanism of rock erosion, which is determined by peculiarities of subterranean stream channels and joints in limestone. The investigations show complex relations between flow direction and direction of joints.The 170°- and 30°-striking joints are significant of the origin of the NNE direction of the valleys.

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Résumé Dans le Turonien au bord sud-est du bassin Crétacé de Münster (Westphalie) toutes les rivières coulent en direction nord-nord-est ou nord-est, quoique la surface morphologique générale et les couches soient penchées en direction nord-nord-ouest. Cette divergence est expliquée par le mécanisme de l'érosion qui dépend principalement des fentes et du caractère des ruisseaux karstiques. Pendant ces études on a pu observer des relations complexes entre la direction des courants et la direction des fentes.Les fentes en direction nord-nord-est (30°) et sud-sud-est (170°) ont considérablement influencé l'origine des vallées.

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- - , -. . . , NNE, , 170° 30°.

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Herrn Professor Dr.Roland Brinkmann zum 70. Geburtstag gewidmet.     

U-Pb zircon age and Nd isotopic composition of granitoids,charnockites and supracrustal rocks from Heimefrontfjella,Antarctica

Heimefrontfjella and Mannefallknausane, in Dronning Maud Land, Antarctica, comprise an amphibolite-facies terrain and a granulite terrain, separated by a major mylonite zone. The amphibolite terrain is made up of mafic to felsic metavolcanics and metasediments, intruded by granitoid plutons: the granulite terrain has supracrustal rocks with similar lithologies, intruded by felsic plutonic rocks that crystallized as charnockites.U-Pb zircon ages (conventional and ion microprobe) demonstrate that magmatic activity was confined to a relatively short interval between 1130 and 1045 Ma and was followed in the amphibolite terrain by metamorphism around 1060 Ma. Specific ages are as follows: metarhyolite in the amphibolite terrain, 1093 ± 38 Ma; granitoids in the amphibolite terrain, 1045 ± 9 Ma to 1107 ± 16 Ma, charnockites in the granulite terrain, 1073 ± 8 Ma to 1135 ± 8 Ma, metamorphic zircons in garnet amphibolite and a post-metamorphic pegmatite, both 1060 ± 8 Ma. Older zircons were found only in a metasediment which yielded discordant zircon fractions with²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb ages between 1250 and 1450 Ma, and in a granulite facies metaquartzite, which contained concordant zircons with the following ages: 1104 ± 5 Ma, 1215 ± 15 Ma, 1400 Ma, 1700 Ma, 2000 Ma. The youngest age is interpreted as the age of granulite metamorphism, the older ages as those of detrital zircons.A Sm-Nd mineral isochron age of the garnet amphibolite (960 ± 120 Ma) agrees within error with the U-Pb age of metamorphic zircons (1060 ± 8 Ma). Initial _Nd values (T = 1.1 Ga) for 15 samples range from +4 to–4. The highest came from a metabasalt and two granitoids from Milorgfjella, the northern area; the lowest from the granulite-facies metasediment and from a charnockite, both from Vardeklettane, a nunatak in the south. The positive but subdued values preclude generation directly from depleted MORB-type mantle _Nd + 6 to + 7 at 1.1 Ga) and indicate generation from a source containing older crustal material.

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Zusammenfassung Die Gebiete um Heimefrontfjella und Mannefallknausane in Dronning Maud Land, Antarktis, bestehen aus amphibolith- und granulitfaziellen Grundgebirgskomplexen, die durch eine große Mylonitzone voneinander getrennt sind. Der amphibolithfazielle Komplex besteht aus mafisch bis felsischen Metavulkaniten und Metasedimenten, die von Granitplutonen intrudiert werden. Der Granulitkomplex enthält Suprakrustalgesteine ähnlicher Art, die von Charnockiten intrudiert werden.U-Pb-Alter, die mit der konventionellen Multikorn-Methode und an der Ionen-Mikrosonde an Einzelkörner bestimmt wurden, engen die magmatische Aktivität zwischen 1130 und 1045 Ma ein. Auf diese Periode folgte in dem amphibolithfaziellen Gebiet eine Regionalmetamorphose um 1060 Ma. Die Einzelalter sind wie folgt: in dem amphibolithfaziellen Komplex ergab ein Metarhyolith 1039 ± 38 Ma, während die Granitoide zwischen 1045 ± 9 Ma und 1107 ± 16 Ma variieren. In dem Granulitkomplex wurden die Charnockite auf 1073 ± 8 Ma bis 1135 ± 8 Ma datiert, während metamorphe Zirkone aus einem Granatamphibolith sowie aus einem posttektonischen Pegmatit identische Alter von 1060 ± 8 Ma ergaben. Ältere Komponenten wurden lediglich in einer Metasediment-Probe gefunden, die diskordante Zirkone mit²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb Altern zwischen ca. 1250 und 1450 Ma enthielt, sowie in einem granulitfaziellen Metaquarzit, in dem konkordante Zirkone die folgenden Alter ergaben: 1104 ± 5 Ma, 1215 ± 15 Ma, 1400 Ma, 1700 Ma, 2000 Ma. Das jüngste Zirkonalter aus dem Metaquarzit interpretieren wir als Zeitpunkt der Granulitmetamorphose, während die höheren Alter detritische Komponenten repräsentieren.Eine Sm-Nd Mineralisochrone für einen Granatamphibolith hat ein Alter von 960 ± 120 Ma, das innerhalb der experimentellen Fehler mit einem U-Pb-Alter von 1060 ± 8 Ma für metamorphe Zirkone übereinstimmt. Initiale _Nd-Werte (T = l.1 Ga) für 15 Proben variieren zwischen +4 und -4. Die höchsten Werte wurden für einen Metabasalt und zwei Granitoide von Milorgfjella im nördlichen Arbeitsgebiet bestimmt. Die niedrigsten Werte stammen aus dem granulitfaziellen Metaquarzit und von einem Charnockit, beide aus Vardeklettane, einem Nunatak im Süden. Die leicht positiven Werte lassen eine juvenile Bildung der Wirtsgesteine aus einem MORB-ähnlichen Mantel (_Nd + 6 bis + 7 um 1.1 Ga) nicht zu und deuten ein Ausgangsmaterial mit Komponenten älterer kontinentaler Kruste an.

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Résumé Les régions de Heimefrontfjella et Mannefallknausane situées dans le Dronning Maud Land en Antartique sont formées par deux zones principales à degrés métamorphiques différents: une à faciès amphibolitique et une autre à faciès granulitiques, séparées par une zone mylonitique. Des roches métavolcaniques à composition variant de basique à felsique ainsi que des roches d'origine sédimentaire composent la zone amphibolitique. Elles sont recoupées par des plutons granitiques. La zone granulitique est formée également par des roches d'origine volcanique et sedimentaire qui sont, elles, recoupées par des charnockites.Les mesures d'U-Pb sur zircons (utilisant la méthode conventionnelle et la microsonde ionique) montrent que l'activité magmatique s'est confinée à une période relativement courte entre 1130 Ma et 1045 Ma. Elle a été suivie par un métamorphisme, il y a 1060 Ma, dans la zone amphibolitique. De façon plus détaillée, les âges sont les suivants: dans la zone amphibolitique, rhyolite datée à 1093 ± 38 Ma, granitoïdes datés à 1045 ± 9 Ma et 1107 ± 16 Ma; dans la zone granulitique, charnockites datées entre 1073 ± 8 Ma et 1135 ± 8 Ma, zircons métamorphiques provenant d'une amphibolite à grenat datés à 1060 ± 8 Ma et pegmatite postmétamorphique datée à 1060 ± 8 Ma. Deux roches ont fourni des zircons donnant des âges plus anciens: un sédiment métamorphisé et un metaquartzite. Les âges²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb obtenus pour les fractions discordantes des zircons du metasediment varient entre 1250 et 1450 Ma alors que le metaquartzite contient des zircons concordants avec les âges suivants: 1104±5 Ma, 1215±15Ma, 1400 Ma, 1700 Ma et 2000 Ma. L'âge le plus jeune obtenu pour le métaquartzite est interprété comme représentant l'âge du métamorphisme granulitique alors que les âges plus anciens représentent les âges de zircons détritiques.Une isochrone Sm-Nd sur minéraux a été obtenue sur une amphibolite à grenat. Elle définit un âge de 960 ± 120 Ma qui correspond, aux erreurs près, à l'âge U-Pb des zircons métamorphiques (1060 ± 8 Ma). Les _Ndinitiaux (T = 1,l Ga) obtenus pour 15 échantillons varient entre +4 et –4. Les valeurs les plus élevées ont été obtenues pour un basalte et deux granitoïdes de Milorgfjella situés dans la partie nord; les valeur _Nd les plus faibles proviennent du métasédiment dans la zone granulitique et d'une charnockite. Ces deux échantillons se situent dans le nunatak Vardeklettane dans le Sud. Les _Nd étant positifs mais toutefois plus faibles que la valeur du manteau appauvri à cette période (entre +6 et +7 à 1,1 Ma), une extraction directe du manteau ne peut être retenue et nous suggérons que la région source contenait du matériau crustal plus ancien.

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Heimfreontfjella Mannefallknausane Dronning Maud, , , . , . , ., , 1130 1045 Ma. 1060 . : — 1093±38 Ma, 1045±9 Ma 1107±16 Ma. 1073±8 Ma 1135±8 Ma, - 1060±8 Ma. , , 1250 1450 Ma. : 1104±5 Ma, 1215±15 Ma, 1400 Ma, 1700 Ma 2000 Ma. , , , . Sm-Nd, -, 960±120 Ma, , - 1060±8 Ma. Nd (T=1,1 ) 15 + 4 — 4. Milogrfjella . , Vardeklettane . , MORB (Nd + 6 + 7, 1,1 ); .

     

Application of Gibbs Energy Minimization to ModelEarly-Diagenetic Solid-Solution Aqueous-Solution EquilibriaInvolving Authigenic Rhodochrosites in Anoxic BalticSea Sediments

The natural early-diagenetic environment ``anoxicporewater – authigenic mineral phases' has beencharacterized in sediment of the Gotland Deep,Baltic Sea, by a closed-system model. Occurrence ofcarbonate precipitates as thin almost pure whitelaminae was considered as a natural experiment forlong-term equilibration between these phases andporewater. Plots of distribution coefficientsindicate that metastable equilibrium exists betweenporewater and the authigenic Ca-rich rhodochrositephases below 7 cm depth. A thermodynamic model ofporewater geochemistry at in situ P = 25 barand T = 5 °C was developed using the Gibbsenergy minimization (GEM) approach. The values of isobaric-isothermal potentials of Mn, Ca, Fe, Mg,Sr, Ba, C, and O, calculated from the porewatercomposition, were used in a new ``dual thermodynamic'calculation approach to estimate solid activitycoefficients of the end-members in the non-idealsolid solution (Mn, Ca, Mg, Sr, Ba, Fe)CO₃,i.e., at full major and minor multi-componentcomplexity. The regular Margules interactionparameters for the composing binaries estimated bythis model were _Mn-Ca = 1.9 ± 0.5,_Mn-Mg = 0.6,_Ca-Mg = 3.7,_Mn-Fe = 0.2,_Ca-Fe = 2.8,_Mn-Sr = 9.7,_Ca-Sr = 2.15,_Mn-Ba = 4.0,_Ca-Ba = 1.4,validating the theoretical predictions given byLippmann in his pioneering 1980's paper. Thestrictly thermodynamic equilibrium model is not onlyable to match both the measured porewater andcarbonate solid-solution composition, but also topredict that the porewater pH, pe, alkalinity, anddissolved Mn, Fe, and S concentrations arecontrolled by the authigenic mineral bufferingassemblage mackinawite-greigite-rhodochrosite. Ourmodel is only compatible with the idea of ACRformation with typical composition (X_Mnbetween 70–75%) in the topmost sediment layerwhich, however, needs a major source ofMn_aq ^II. This is provided by reduction ofparticulate Mn oxides precipitated in significantamounts in the water column upon major inflow eventsin the Baltic Sea. The model enables also to set upscenarios of changing environmental conditions, e.g.,to predict the non-linear response of the carbonatesolid-solution composition to changes in Mn loading,alkalinity and salinity of the sediment-watersystem. The results suggest that the major andespecially minor element contents (Sr, Mg, Ba) inauthigenic carbonates can be applied as anenvironmental paleoproxy.     

Messung des Ultrarot-Pleochroismus von Mineralen. IX. Der Pleochroismus der OH-Streckfrequenz in Titanit

Zusammenfassung Die räumliche Absorptionsfigur für die OH-Streckfrequenz in Titanit (=2,90 ) ist in erster Näherung eine Lemniskate, welche um die längere Achse rotiert. Die Richtung der Drehachse — und damit die Richtung der OH-Dipole, die teilweise die O₁-Punktlagen besetzen — fällt ungefähr mit der Schwingungsrichtung von n zusammen.

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Measurement of the infrared-pleochroism in minerals. IX. The pleochroism of the OH-stretching frequency in titanite

Summary The 3-dimensional absorption figure for the OH-stretching frequency in titanite (=2.90 ) can be described in a first approximation as a lemniscate which rotates around the longer axis. The direction of this rotation axis and also the direction of the OH-dipoles, which replace partially the O₁-positions, coincides approximately with n.

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Mit 2 Abbildungen     

Organic compounds in the early atmosphere formed abiotically from atomic carbon

The recent discovery that atomic carbon occurs plentiful in olivines from mantle-derived rocks opens new aspects for the chemical evolution of the early atmosphere and the origin of life. It has been shown conclusively that atomic carbon which is dissolved in the model oxide MgO is capable of reacting in an O₂-free atmosphere with the lattice oxygen to give CO₂ and with the lattice hydrogen, derived from OH^–, to give a profuse variety of hydrocarbons.The diffusional processes and low temperature gas/solid interface reactions involved in these processes are expected to introduce, purely abiotically, isotope fractionation resulting in a¹³C enrichment of the CO₂ fraction and in a¹³C depletion of the hydrocarbon fraction which may be confused with the¹²C/¹³C isotope fractionation along biological pathways.Atomic carbon dissolved in olivines and in basalts shows a similar behaviour and yields similar quantities as C in MgO: 1–2 mg/g CO₂ and 25–100g/g hydrocarbons degassing between 400 and 1000 °C. On a geological scale this means that each cubic kilometer of basaltic magma degassing in an O₂-free atmosphere has the capacity of sending off about 3–6·10⁹ kg (2·10⁹ m³) of CO₂ and about 1–3·10⁸ kg (2·10⁸ m³) of hydrocarbons. The presence of water modifies the composition to give, among others, alcohols and organic acids.On the basis of these results we are led to the conclusion that the early atmosphere of the earth may have contained a very high concentration of abiotically formed organic compounds of great chemical complexity.

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Zusammenfassung Die Entdeckung des atomar gelösten Kohlenstoffs in Olivinen aus Mantelgesteinen führt zu neuen Vorstellungen über die Zusammensetzung der Uratmosphäre und Entwicklungsbedingungen des Lebens. Atomarer Kohlenstoff im MgO ist in der Lage, in einer O₂-freien Atmosphäre mit dem Gittersauerstoff zu CO₂ zu reagieren und mit dem aus OH^– stammenden Gitterwasserstoff eine große Vielfalt von organischen Verbindungen zu bilden.Diffusionsprozesse und Gas-Festkörper-Austauschreaktionen, die an diesen Reaktionen beteiligt sind, führen nach ersten Untersuchungen zu einer¹³C-Anreicherung im CO₂ und einer¹³C-Abreicherung bei den Kohlenwasserstoffen. Diese¹²C/¹³C-Fraktionierung ist gleichsinnig mit der biologischen¹²C/¹³C-Fraktionierung.Atomarer Kohlenstoff in Olivinen und Basalten zeigt ein sehr ähnliches Reaktionsverhalten wie im MgO und führt zu ähnlichen Reaktionsprodukten: 1–2 mg/g CO₂ und 25–100g/g Kohlenwasserstoffe zwischen 400–1000 °C. Übertragen auf geologische Verhältnisse bedeutet dies, daß jeder km³ eines entgasenden basaltischen Magmas 3–6·10⁹ kg (2·10⁹ m³) CO₂ und 1–3·10⁸ kg (2·10⁸ m³) abwüschen Kohlenwasserstoff abgeben kann. Die Anwesenheit von Wasser führt zur Bildung von Alkoholen und organischen Säuren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, daß die Uratmosphäre und die Ursuppe viel reicher waren als bisher angenommen an komplexen organischen Verbindungen, die rein thermisch entstanden sind.

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Résumé La découverte du carbone atomique dans les olivines du manteau entraîne de nouvelles idées sur la composition de l'atmosphère originelle et sur les conditions du développement de la vie. Comme l'est le cas pour le MgO, le carbone atomique dans les olivines est capable de réagir, dans une atmosphère exempte de O₂, avec l'oxygène du réseau cristallin en formant du CO₂, et avec l'hydrogène provenant des groupements OH^– du réseau, pour former une grande variété de composés organiques.Les processus de diffusion et d'échange gas-solide liés à ces réactions provoquent, d'après les premiers résultats, un enrichissement en¹³C dans le CO₂ et un appauvrissement en¹³C dans les hydrocarbures formés. Ceci ressemble au fractionnement dû à des réactions biologiques.Le comportement du carbone atomique et sa réactivité se retrouvent dans les basaltes et les olivines. La gamme des produits de réaction et leur quantité ressemble à celle du MgO: 1–2 mg/g CO₂ et 25–100g/g composés organiques. A l'échelle géologique ceci implique que chaque km³ de magma basaltique dégazé en contact avec une atmosphère exempte d'oxygène pouvait émettre 3–6·10⁹ kg, soit 2·10⁹ m³ de CO₂ et 1–3·10⁸ kg, soit 2·10⁸ m³ d'hydrocarbures abiotiques. La présence d'eau entraîne la formation d'alcools et d'acides organiques.La conclusion tirée de ce travail indique que l'atmosphère originelle et la»soupe primordiale» étaient plus riches qu'on ne l'a admis jusqu'à présent en composés organiques dûs à des processus purement thermiques, et donc abiotiques.

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. MgO , COg, -, , . , , — — ¹³ ₂ . ¹²/¹³ , . , , - : 1–2 / O₂ 25–100 / , 400–1000 . , 3–6·109 (2·10^{9 3}) ₂ 1– 3·10⁸ (2·10^{8 3}) . . , , , , .

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Presented in part at the meeting Precambrian Problems, Copenhagen, March 1981.     

Wärmeleitfähigkeiten anisotroper Gesteine

Zusammenfassung Ca. 70 — mit wenigen Ausnahmen orientiert im Gelände bzw. unter Tage entnommene — Gesteinsproben wurden bei einer Temperatur von ca. 94° C und Atmosphärendruck auf ihre Wärmeleitfähigkeiten in verschiedenen Richtungen untersucht. Insgesamt wurden einschließlich der Wiederholungsmessungen ca. 500 Einzelmessungen der Wärmeleitfähigkeit durchgeführt. Bei den untersuchten Proben handelt es sich zum großen Teil um Tonschiefer aus dem Rheinischen Schiefergebirge und dem Harz, zum kleineren Teil um Kalksteine aus dem Rheinischen Schiefergebirge, Metamorphite aus den Ostalpen und anderen Gebieten sowie um einige Magmatite.Bei den meisten untersuchten Proben, insbesondere denen mit schon äußerlich erkennbaren Planar- und Lineartexturen, sind die Wärmeleitfähigkeiten streng richtungsabhängig; diese Proben sind bezüglich der Wärmeleitfähigkeit (und anderer gesteinsphysikalischer Eigenschaften) anisotrop. Die Meßergebnisse werden in den Tabellen 2 bis 5 vorgestellt.

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The heat conductivities of some 70 oriented rock specimens taken from the field or subsurface were determined in various directions at about 94° C and atmospheric pressure. Some 500 individual measurements, duplicate measurements included, were carried out.The majority of the tested samples are slates from the Rheinische Schiefergebirge and the Harz (Rhenoherzynikum), a minor portion is made up of limestones from the Rheinische Schiefergebirge, metamorphic rocks from the central Eastern Alps and some other areas, and only some magmatic rocks were tested for comparison. The results of the heat conductivity measurements are presented in the tables 2–5.In most of the rocks investigated, especially in those showing planar and linear textures at the mesoscale, the heat conductivity is strongly controlled by the direction of measurement. These rocks are anisotropic with respect to the heat conductivity (and to other physical rock properties as well).The measurements of the heat conductivity in slates from the Rheinische Schiefergebirge showed considerable differences in different directions of the rock samples. In those slates, containing a transverse (slaty) cleavage (s₁) besides the bedding planes (ss) (the typical roofing slates, e g.), the plane of the slaty cleavage turns out to be the best heat insulator, i. e., the direction of the least heat conductivity of the whole rock (k₃₃) is oriented normally to s₁ The direction of the greatest heat conductivity (k₁₁ of these rocks lies within the plane of s₁ and parallel to the intersection line of ss and s₁, or parallel to the Faser (longrain), a lineation down dip of the slaty cleavage planes, only in some regionally restricted areas. The direction of the mean conductivity (k₂₂) is oriented normally to k₁₁ in the plane of s₁. The anisotropy of heat conductivity in these slates (as well as in the mica schists and gneisses investigated) shows a orthorhombic symmetry. The tensor of the heat conductivity for these rocks, referred to the main axes, has the formIn other slates, or better shales in the cases concerned, from the upper part of the Rhenohercynian sedimentary column, lacking any transverse cleavage at the mesoscale and rearrangements and new crystallization of the phyllosilicate minerals at the microscale, the bedding plane (ss) turns out to be the best heat insulator. Consequently, the direction of least heat conductivity (k₃₃) in these rocks is normal to the bedding plane (ss). Within the bedding plane there is no preferred direction of heat conductivity (k₁₁ = k₂₂ > k₃₃). Both slate types differing with respect to the anisotropy of heat conductivity with k₃₃ s₁ and k₃₃ ss, resp., are linked by transitional stages.The results of heat conductivity measurements in slates from different tectonic frameworks (tectonic environments) of the Rhenoherzynikum presented here, reflect — in an indirect way — the various finite stages of the progressive fabric development within a relatively shallow orogen such as the Rheinische Schiefergebirge and the Harz, according to the author (Langheinrich 1964, 1976, 1978).Measurements of the heat conductivity of limestones from the Rheinische Schiefergebirge showing marked evidence of finite internal tectonic deformation demonstrated that these rocks are isotropic with regard to heat conductivity, presumably as a result of posttectonic annealing recrystallization of the rock forming calcite.Within the mica-schists and gneisses investigated the heat conductivity is always at a minimum normal to the s-planes (foliation) of these rocks, and at a maximum within the s-planes, mostly parallel to a lineation at mesoscale. Within this group of rocks the highest (k₁₁) and lowest heat conductivity (k₃₃) can differ by a factor of nearly 3 (table 4).All specimens of magmatites, only measured for comparison, showed near-perfect isotropy of heat conductivity.The whole-rock anisotropy of heat conductivity — considered under the conditions of experiment — is controlled by a number of factors. But the essential factors controlling this strong whole-rock anisotropy of the slates, mica-schists, and gneisses are the presence in considerable amounts of rock forming minerals with high individual anisotropies of heat conductivity, and the statistically preferred orientation of these minerals.The phyllosilicate minerals illite/muscovite with an anisotropy factor (k₁₁/k₃₃) of about 6 and chlorite (with a presumably similar anisotrop factor) play a major part. Quartz which shows some preferred crystal lattice orientation in some cases only plays a subordinate role with respect to the whole-rock anisotropy of heat conductivity. The anisotropy factor of quartz is about 1.7 (at room temperature).The statistically preferred orientation of some crystal lattices of the rock forming minerals with high individual anisotropies of heat conductivity was studied for a series of representative specimens of slates using a X-ray texture goniometer. The X-ray studies revealed excellent geometric correlations between the symmetries of the X-ray textures and the anisotropy of heat conductivity.Some 50 specimens of slates were selected for measurements of the propagation velocity of longitudinal ultrasonic pulses in various directions. Here, a perfect geometric correlation of the anisotropy of heat conductivity and the elastic anisotropy was found.Comparisons of the degree of crystallinity of illite and the anisotropy of heat conductivity in some slate specimens revealed no clear-cut correlation of these two parameters (see table 2).Before extending the data of heat conductivity and anisotropy of heat conductivity of rocks, determined under laboratory conditions, to in situ conditions a number of correction factors must be taken into account. These correction factors involve temperature conditions, the porosity of rocks, the kind of the pore fluids, the crack content (again a function of the stress conditions in situ), and others.

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Résumé Près de 70 échantillons de roches pris sur le terrain ou en subsurface, et orientés sauf quelques exceptions, ont été examinés en vue de leurs conductibilités thermiques dans des directions différentes à une température de 94° C et à pression atmosphérique. En tout 500 mesures individuelles de conductibilité thermique ont été exécutées, y compris les mesures doubles. Les échantillons examinés sont pour la plupart des schistes argileux du Massif Schisteux Rhénan et du Harz, le reste provient de calcaires du Massif Schisteux Rhénan, de métamorphites des Alpes orientales et d'autres régions, ainsi que quelques magmatites.Les conductibilités thermiques de la plupart des échantillons examinés, surtout de ceux qui montrent des textures planaires et linéaires déjà reconnaissables à l'extérieur, dépendent strictement de la direction; ces roches sont anisotropes du point de vue de la conductibilité thermique (ainsi que d'autres caractères physiques de roches). Les résultats des mesures sont présentés dans les tableaux 2 à 5.

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. (70 ) 94 . , , 500 . , , , . , , , ; — — . (2–5).

     

Heterogeneous fluids in high-grade siliceous marbles of Pusula (SW Finland)

Siliceous and magnesia-poor marbles of the small Pusula quarry (50 km NW Helsinki) are situated in the West Uusimaa Charnockite Complex (800°C/4 kbar) of Proterozoic age. Marbles behaved as closed systems during granulite facies metamorphism and organogenic fluids, contrasting in composition and density compared to the surroundings, were preserved. Quartz veins in marble contain, besides H₂O inclusions, extremely heterogeneous gas mixtures of N₂, CO₂, H₂S, CH₄ and accessory higher alkanes. Fluids of predominantly N₂±H₂S and CO₂±CH₄, occur in veinlets of some mm's apart. CO₂ was partly derived from a metamorphic wolllastonite-forming reaction. It is supposed that wollastonite became stable by a low CO₂ activity in the marbles: the CO₂ activity was suppressed not only by the presence of water, but in particular by N₂ and other gas species. The molar volume of gas mixtures in siliceous marbles is 70 cm³/mole and cannot reflect the peak metamorphic pressure and temperature conditions. The fluids were volumetrically and chemically re-equilibrated during retrograde conditions, but the differences in fluid composition were maintained.

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Zusammenfassung Kieselige, magnesiumarme Marmore aus dem kleinen Steinbruch Pusula (50 km NW' Helsinki) gehören zum West Uusimaa-Charnockit-Komplex (800°C/4 kbar) proterozoischen Alters. Die Marmore wirkten während der Granulitfazies-Metamorphose als geschlossenes System. Dadurch konnten sich organogene Flüssigkeiten erhalten, die sich in Zusammensetzung und Dichte von ihrer Umgebung unterscheiden. Quarzgänge im Marmor enthalten neben H₂O Einschlüssen extrem heterogene Gasmischungen von N₂, CO₂, H₂S, CH₄ und Beimengungen höherer Alkane. Flüssigkeiten, hauptsächlich von N₂±H₂S und CO₂±CH₄ kommen in kleinen Gängen vor, die einige mm voneinander entfernt sind. Das CO₂ stammt teilweise von den metamorphen Wollastonit-formenden Reaktionen. Es wird angenommen, daß Wollastonit bei kleinen CO₂-Aktivitäten im Marmor stabil wurde. Die CO₂-Aktivität wurde nicht nur von der Anwesenheit des Wassers unterdrückt, sondern besonders von N₂ und anderen Gasarten. Das molare Volumen von Gasgemischen in kieseligen Marmoren beträgt 70 cm³/mol und kann nicht die metamorphen Spitzendruck- und temperaturbedingungen wiederspiegeln. Während der retrograden Metamorphose sind die Flüssigkeiten volumenmäßig und chemisch wieder ins Gleichgewicht gekommen, aber die Unterschiede in der Flüssigkeitszusammensetzung sind beibehalten worden.

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Résumé Les marbres siliceux pauvres en Mg de la petite carrière de Pusula (50 Km au nord-ouest d'Helsinki) sont situés dans le complexe charnockitique de West-Uusimaa (800°C/4 Kbar) d'âge protérozoïque. Ces marbres se sont comportés en système fermé au cours du métamorphisme granulitique, ce qui y a permis la conservation des fluides organogènes dont la composition et la densité contrastent avec ceux des roches environnantes. Les veines de quartz du marbre renferment, à côté d'inclusions de H₂O, des mélanges très hétérogènes de N₂, CO₂, H₂S, CH₄ et d'alcanes supérieurs en quantités subordonnées. Des fluides riches en N₂ ± H₂S et en CO₂ ± CH₄ s'observent dans des veinules distantes des quelques mm. Le CO₂ provient en partie de la réaction métamorphique de formation de la wollastonite. Celle-ci a dû se stabiliser dans des conditions de faible activité de CO₂: l'activité du CO₂ a été réduite non seulement par la présence d'eau, mais aussi par celle de N₂ et d'autres gaz. Le volume molaire des mélanges gazeux dans les marbres siliceux est de 70 cm³/mole, valeur qui ne reflète pas les conditions (p,t) du pic du métamorphisme. Les fluides ont été rééquilibrés volumétriquement et chimiquement dans les conditions de rétromorphose, mais les différences dans leurs compositions se sont maintenues.

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, (50 - ) (800° 4 ) . . , , , . , , , , , , . , , , . ₂ , . , ₂. , ₂. 70³/ , . , , , .

     

Die isotopische Verteilung von Kohlenstoff und Schwefel in Marmor und anderen Metamorphiten

Zusammenfassung Die C¹²/C¹³-Verhältnisse des Karbonatanteils metamorpher Gesteine liegen mit ihren C¹³-Werten zwischen –8,2 und –22,9 recht niedrig. Die Graphitanteile haben ein C-Isotopenverhältnis –15,7. Prä- bis postkambrischer Marmor aus verschiedenen europäischen Vorkommen ist auf Grund der Isotopenrelationen des Karbonatkohlenstoffs vermutlich marin entstanden. Seine Graphite lassen sich in 2 Gruppen einteilen: Gruppe I mit –19,4 bis –28%.; Gruppe II mit –5,2 bis –16,8. Die S³²/S³⁴-Verhältnisse von sulfidischem Eisenerz aus eklogitischen Gesteinen der Münchberger Gneismasse haben einen relativ kleinen Schwankungsbereich, von 12,0.

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The C¹²/C¹³-ratio of carbonate-carbon in metamorphic rocks is relatively low: C¹³: –8,2 to –22,9; graphitic carbon shows its normal isotopic composition: –15,7. Pre- and postcambrian marbles can be presumed of marine origin on the ground of the isotopic composition of carbonate-carbon whereas their graphites can be divided in two groups: Group I has a C¹²/C¹³-ratio supposed to be typical of organic origin; Group II is surprisingly high in C¹³. The S³²/S³⁴-ratios of ironsulfides from eclogitic rocks (Münchberger Gneismasse) show a relatively narrow spread of 12,0 per mil.

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Résumé Le rapport C¹²/C¹³ du carbone des carbonates dans les roches métamorphiques est relativement petit (C¹³ =–8,2 à –22,9). Le carbone graphitique a sa composition isotopique normale, – 15,7. Les marbres pré- à postcambriens sont probablement marins selon la composition isotopique des carbonates. Leurs graphites forment deux groupes: le premier groupe a des rapports C¹²/C¹³ typiques d'une origine organique, le deuxième groupe contient plus de C¹³ que la normale. Les relations S³²/S³⁴ des sulfures de fer des roches éclogitiques (Münchberger Gneismasse) ne montrent pas de grandes variations isotopiques (12,0).

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¹²/¹³ , . . ¹³ 8,2 22,9 . 15,7 . , , , . : 19,4 28, — 5,2 16,8. S³²/S³⁴ , , 12,0.

     

Ore paragenesis of recent hydrothermal deposits at the Cocos-Nazca plate boundary (Galápagos Rift) at 85‡ 51' and 85‡ 55' W: Complex massive sulfide mineralizations,non-sulfidic mineralizations and mineralized basalts

Complex massive sulfide ores (»black smokers«) as well as mineralized basalts and unconsolidated sediments were sampled during the German research expedition »Garimas 1« in the eastern portions of the Galapagos Rift at 85 50' W longitude. The massive sulfide ores are characterized by a porous, layered, compositional texture with typical colloidal and/or gel textures. Local occurrences of organism remains (worm tubes), which are embedded in the ore, were also found. The composition of the massive sulfide ores exhibits a considerable range, from iron sulfide ores (pyrite, melnikovite-pyrite, marcasite) to copper-rich ores (chalcopyrite), and/or zinc-dominated ores (sphalerite, wurtzite, schalenblende). Additional new types of hydrothermal mineralizations were found, which consist primarily of manganese hydroxide, limonite or Fe-rich smectite (Fe-rich »protosmectite«) together with limonite and opaline silica. Hydrothermally altered basalts may be characterized by significant sulfide contents (primarily pyrite) and, locally, by hematite. Sediments in the vicinity of the »black smokers« frequently contain fragments of complex massive sulfide ores. With increasing distance from the »black smokers« these massive sulfide fragments exhibit complete replacement and pseudomorphism by limonite. Some replacement and pseudomorphism of microorganisms in unconsolidated sediments by limonitic material is also observed. In places, the unconsolidated sediments contain manganese hydroxide mineralizations of hydrothermal origin.

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Zusammenfassung Anlä\lich der deutschen Forschungsfahrt »Garimas 1« wurden im östlichen Teil des Galápagos-Riftes bei 85 50' W vor allem komplexe massive Sulfiderze (»Schwarze Raucher« — »Black Smokers«) gewonnen, daneben au\erdem vererzte Basalte sowie unverf estigte Sedimente. Die massiven Sulfiderze sind durch einen porösen, lagig bis krustigschaligen Aufbau gekennzeichnet und weisen charakteristische Kolloidalgefüge bzw. Geltexturen auf. Stellenweise liegen Organismenreste (z. B. Wurmröhren), eingebettet in Erz, vor. Die Zusammensetzung der jeweiligen massiven Sulfiderze schwankt erheblich und reicht von praktisch nur aus Eisensulfid (Pyrit, Melnikovitpyrit, Markasit) beste-henden Bildungen bis zu solchen, die reich an Kupfersulfid (Kupferkies) und/oder Zinksulfid (Zinkblende, Wurtzit, Schalenblende) sind. Als weitere und neue Typen hydrothermaler Bildungen bzw. von »Schwarzen Rauchern« konnten hydrothermale Mineralisationen nachgewiesen werden, die vorherrschend entweder aus Manganhydroxid, aus Limonit oder aus eisenreichem Montmorillonit (Fe-reicher »Protosmektit«) mit Limonit und amorphem SiO₂ bestehen. Die alterierten Basalte können stellenweise durch eine reichliche Sulfidführung (vor allem Pyrit) ausgezeichnet sein, wobei gelegentlich auch Eisenglanz beibricht. Die Sedimente aus der Nachbarschaft der »Schwarzen Raucher« enthalten öfters zahlreiche Bruchstücke der komplexen Massivsulfiderze. Diese Sulfiderz-Bruchstücke lassen häufig mit zunehmender Entfernung von den »Schwarzen Rauchern« starke bis völlige Verdrängung und Pseudomorphosierung durch Limonit erkennen. Die in diesen Lockersedimenten vorliegenden rezenten Mikroorganismen zeigen stellenweise Verdrängung und Pseudomorphosierung durch Limonit. In den Lockersedimenten treten Ausscheidungen von Manganhydroxid hydrothermaler Herkunft auf.

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Résumé Dans la partie est de la dorsale des Galapagos, par 85 50' de longitude ouest, l'expédition allemande »GARIMAS I« a récolté des minerais sulfurés complexes massifs (minerais de »fumeurs noirs«), ainsi que des basaltes minéralisés et des échantillons de sédiments meubles. Les sulfures massifs présentent un aspect poreux lité à écailleux et montrent des structures colloÏdales caractéristiques. Localement des traces d'organismes (p. ex. des trous de vers) sont inclues dans le minéral. Les sulfures massifs présentent diverses compositions depuis des formations constituées uniquement de sulfures de Fe (pyrite, pyrite »colloÏdale«, marcasite) jusqu'à d'autres qui sont riches en sulfures de cuivre (chalcopyrite) et/ou de zinc (blende, wurtzite, blende zonaire). De plus, d'autres minéralisations hydrothermales, nouvelles dans l'environnement des fumeurs noirs, ont été mises en évidence: elles sont constituées soit d'oxydes et hydroxydes de Mn, soit de limonite ou de montmorillonite riche en fer (»protosmectite« ferreuse) avec de la limonite et silice amorphe. Les basaltes hydrothermalisés peuvent montrer localement une teneur élevée en sulfure (surtout de la pyrite) éventuellement accompagné d'hématite. Les sédiments recueillis au voisinage des fumeurs noirs renferment souvent de nombreux fragments de sulfures complexes massifs. Au fur et à mesure qu'on s'éloigne des fumeurs, ces fragments sont progressivement et mÊme complètement pseudomorphosés en limonite. Cette pseudomorphose limonitique affecte également, par endroits, les micro-organismes récents inclus dans les sédiments meubles. Dans ces derniers ont lieu des formations d'hydroxydes de manganèse d'origine hydrothermale.

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- Garimas I 8550 — = Black Smokers -, . , - , , . , .: , . , . . , , , = , / ( , , ). , . . , , , . , , - . , , , , . , .

     

Wechselbeziehung kaledonischer Deformationspläne nordöstlich Stavanger (Südwest-Norwegen)

Zusammenfassung Zur Ergänzung der petrographischen Neuaufnahme des kaledonischen Gebirges nordöstlich Stavanger durchGeorg Müller wurde eine strukturgeologische Felduntersuchung vorgenommen.Die obersten Partien des Präkambriums und die metamorphe Gesteinsserie des Kambro-Silurs zeigen zwei Deformationspläne, die sich aufgrund ihrer Altersbeziehungen, ihres Deformationsstils und der vorherrschenden Achsenrichtungen deutlich voneinander unterscheiden. Sie sind daher das Ergebnis zweier unabhängiger Deformationsphasen.Die ältere Deformation (F1) hat mit wechselnder Stärke den gesamten Bereich erfaßt. Ihre Faltenachsen zeigen überwiegend Nordwest-Südost-Richtung. Charakteristisch ist Isoklinalfaltung.Die jüngere Deformationsphase (F2) zeigt keinen ausgeprägten Faltungsstil und hat sich vor allem im unteren Teil der kambro-silurischen Gesteinsserie ausgewirkt. Bei den Faltenachsen überwiegt die Nordost-Südwest-Richtung.Das Quarzkorngefüge hat während der F 1-Deformation eine starke Regelung erfahren. Dagegen hat nur sehr intensive F 2-Faltung zu einer Umregelung geführt.

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In order to complete the petrographic mapping of the Caledonian mountains NE of Stavanger by G.Müller, the structural geology was again studied in the field.The upper parts of the Precambrien and the metamorphic rocks of the Cambro-Silurien show two different deformation plans, which may be distinguished clearly by their age, their style of deformation and the predominant orientation of their axes. Therefore, they were originated in two independent deformation phases.The older deformation (F 1) influenced the complete area with changing intensity. Their fold axes show mostly to NW-SE. Isoclinal folds seem to be characteristic.The younger deformation (F2) does not show a typical style of folding. It influenced especially the lower part of the Cambro-Silurian series. The orientation of the fold axes points especially to NE-SW.The orientation of the quartz axes was regulated parallel during the F 1-deformation. Only heavy F 2-folding led to reorientation of the axes.

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Résumé Dans le but de compléter les nouveaux levés pétrographiques de la chaîne calédonienne au nord-est de Stavanger réalisés par G.Müller, l'auteur a entrepris des travaux de terrain au point de vue structural.Les parties supérieures du Précambrien et la série de roches métamorphiques du Cambro-Silurien montrent deux systèmes de déformation, qui se différencient nettement par leur âge, le style de leur déformation et leurs directions axiales prédominantes, Elles résultent donc de deux phases de déformation indépendantes l'une de l'autre.La phase de déformation la plus ancienne (F1) a touché avec une violence plus ou moins forte l'ensemble du domaine. Les axes de plissement prennent principalement la direction nord-ouest/sud-est. Son plissement isoclinal est très caractéristique.La phase de déformation plus jeune (F 2) ne présente aucun style de plissement bien marqué et a agi principalement sur la partie inférieure de la série de roches cambro-siluriennes. Les axes de plissement sont surtout dirigés nord-est/sud-ouest.Les grains de quartz ont été soumis à une forte régulation pendant la première phase de déformation (F1). Par contre c'est uniquement là où le plissement a été très intense au cours de la deuxième phase (F 2) que le quartz a pris une nouvelle structure.

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Stavauger, Georg üll', . , . , , . (F₁) . , . , NW-SE . . (F₂) , . ., - . , . ., NE-SW. F₁ . F₂ .

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Den Herren Professoren Dr. F.Karl, Kiel, und Dr. G.Müller, Clausthal, möchte ich hiermit für anregende Diskussionen und die gute Zusammenarbeit, Herrn Dr. G.Braun und Dr. A.Richter (beide Kiel) für die Mithilfe bei den Korngefügeanalysen danken. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft bin ich für die Finanzierung der Untersuchungen — im Rahmen des Forschungsvorhabens Gesteinsmetamorphose — zu Dank verpflichtet.     

1Tc-Strontiohilgardit (Ca,Sr)2[B5O8(OH)2Cl] und seine Stellung in der Hilgarditgruppe X2/II[B5O8(OH)2Cl]

Zusammenfassung 1Tc-Strontiohilgardit (Ca, Sr)₂ [B₅O₈(OH)₂,Cl] mit Ca : Sr etwa 1 : 1 ist ein neues Mineral der Hilgarditgruppe. Fundpunkt: Reyersbausen (9° 59,7 E, 51° 36,6 N), Grube Königshall-Hindenburg, Flöz Staßfurt in sylvinitischer Ausbildung.Konstanten : triklin-pedial,a ₀=6,38 Å,b ₀=6,480 Å,c ₀=6,608 Å, =75,4°,=61,2°, =60,5°; tafelige-gestreckte Links- und Re chtskristalle, farblos, wasserunlöslich, piezoelektrisch. Härte 5–7, Dichte 2,99 g cm^–3;n =1,638,n =1,639,n =1,670; 2V =19°.Neue Daten für die Hilgarditgruppe : 2 M (Cc)-Calciumhilgardit (=Hilgardit) =4 Ca₂[B₅O₃(OH)₂Cl], Raumgruppe Cc.3Tc-Calciumhilgardit (=Parahilgardit) = 3 Ca₂[B₅O₃(OH)₂Cl]; trinklin-pedial, ₀=6,31 Å,b =6,484 Å,c ₀=17,50 Å; =84,0°,=79,6°, =60,9°.Die Polymorphiebeziehungen sind geometrisch deutbar durch eine spezielle Art der Polytropie (Stapelung von Links- und Rechtskristallen im Elementarbereich).     

Die Existenz,Beschaffenheit und Bedeutung einer Zwischenschicht zwischen Gletschereis und Felsuntergrund

Zusammenfassung Fast unter allen Gletschern, einschließlich des Eisschildes auf Grönland, ist durch seismische Messungen eine Zwischenschicht zwischen Eis und Fels festgestellt worden. Sie ist auch in den Vorfeldern der Gletscher unter fluviatilen Ablagerungen vorhanden. Seismische Wiederholungsmessungen in Abständen von 25 bis 30 Jahren haben ergeben, daß sich die Morphologie der Oberkante der Zwischenschicht durch Sedimentation und Erosion beachtlich verändert. Es ist naheliegend, daß man sich die Zwischenschicht als gefrorene Grundmoräne vorstellt. Gegen diese Anschauung spricht aber die Existenz derselben in den Vorfeldern der Gletscher.Die beobachteten Geschwindigkeiten seismischer Wellen in der Zwischenschicht mit Werten zwischen 4000 und 5000 m/s können auch in verwitterten Gesteinen auftreten. Die erwähnten Veränderungen der Gestalt der Eisunterkante in relativ kurzer Zeit ist jedoch mit einer Deutung der Zwischenschicht als verwitterter Fels nicht in Einklang zu bringen.Die Verfasser nehmen an, daß die Zwischenschicht aus sehr dicht gepackten Sedimenten besteht. Mit dieser Annahme lassen sich alle Beobachtungsergebnisse erklären.

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Seismic measurements have shown nearly under all glaciers, including the iceshields of Greenland, a band between ice and rockbasement. This band exists also under the fluviatil sediments in the forefield of the glaciers. Seismic remeasurements in an interval of about 25–30 years have shown, that the morphology of the surface of the band has been heavily changed by sedimentation and erosion.It is evident that one imagines the band to be a frozen ground moraine. But the existence of the band in the forefield of glaciers demonstrates that this opinion must be wrong.The measured velocities of seismic waves between 4000 and 5000 m/s are possible also in weathered rocks. The above mentioned changes of the contour of the bottom of the ice during a relatively short period however cannot be reconciled with the interpretation of the band as weathered rock.The authors assume that the band consists of very densely packed sediments. This assumption explains all results of the observations.

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Résumé Presque sous tous les glaciers inclusivement l'Inlandeis du Groenland on a constaté par des mesurages séismiques une couche intermédiaire entre la glace et le roc. Cette couche existe aussi sous les sédiments fluviatils dans les glacis des glaciers. Pendant un intervalle de 25 à 30 ans des remesurements séismiques ont prouvé que la morphologie du bord supérieur de la couche intermédiaire a été considérablement changée par la sédimentation et l'érosion.On est bien tenté de croire, que la couche intermédiaire fût une moraine inférieure glacée. Mais l'existence de cette couche intermédiaire dans les glacis des glaciers démontre que cette opinion est incorrecte.Les vitesses des ondes séismiques mesurées de 4000 à 5000 m/s dans la couche intermédiaire se trouvent aussi dans des rocs décomposés. Mais les changements de la forme du bas de la glace pendant une période relativement courte ne peuvent pas être mis d'accord avec l'interprétation de la couche intermédiaire comme roc décomposé.Les auteurs supposent, que la couche intermédiaire se compose de sédiments très denses. Cette opinion prouve toutes les résultats d'observation.

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, , , . . , . , .

     

Über die Beziehungen zwischen Schichtfolge und Meeresspiegelanstieg im Holozän der Nordseemarschen

Zusammenfassung Die Beziehungen zwischen Schichtfolge und Meeresspiegelanstieg wurden im Holozän der nordfriesischen Marschen untersucht. Zunächst wurde nach allen verfügbaren Kriterien der Lithologie, Bodenkunde, Pollenanalyse, Archäologie und Geschichte eine Feinstratigraphie erarbeitet und danach der Meeresspiegelanstieg bestimmt. Die Abhängigkeit der unterschiedlichen Schichtfolge in Nordfriesland vom Meeresspiegelanstieg und lokalen Einflüssen wird erörtert und mit den Ergebnissen aus anderen Gebieten der Marsch verglichen.

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The relations between the Holocene sedimentary sequence and the rise of sea level were explored in the Northfrisian marshes. A detailed stratigraphic study was made utilizing all available data from lithology, fossil soils, palynology, archaeology and history. From these data the rise of sea level could be determined. The dependence of various sequences in Northfriesland on the rise of sea level and local environmental variations are discussed and compared with the results from other marsh areas of the North Sea coast.

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Résumé Dans l'Holocène des plaines maritimes de Schleswig on pouvait analyser les relations entre les sédiments littoraux et l'ascension du niveau de la mer. Tous les critéria de la lithologie, la pédologie, la palynologie, l'archéologie et l'histoire antique courent à une stratigraphie spécialisée, qui permet des dates numériques sur l'ascension du niveau de la mer. Dans la région examinée on doit distinguer l'influence générale de l'ascension et l'influence des événements locaux et comparer avec d'autres régions littoraux de la Mer du Nord.

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Erweiterter Vortrag, gehalten auf der 56. Jahrestagung der Geologischen Vereinigung in Wien am 27. Februar 1966.

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Herrn Professor Dr.Roland Brinkmann zum 70. Geburtstag gewidmet.     

Die Alpine Gesteinsmetamorphose am Alpenostrand

Zusammenfassung Im Semmeringfenster erscheinen tiefere unterostalpine Elemente der metamorphen Zone der Ostalpen. Der Hauptteil dieses Gebietes besteht aus metamorphen Graniten (Grobgneisen) und ihren Hüllgesteinen, vorwiegend phyllitischen Glimmerschiefern. Diese Serie trägt eine lückenhafte Decke von Metaquarziten und Karbonatgesteinen mesozoischen Alters. An der Grenze der Gneise wurden mehrere korund- und spinellführende Gesteinsvorkommen gabbroider Zusammensetzung nachgewiesen. Diese befinden sich in allen Stadien der Metamorphose zu Hornblende-Prasiniten und Gesteinen, die aus Chlorit, Chloritoid, Sericit, Albit und Granat bestehen und für die der Lokalname Eckbergit vorgeschlagen wurde. Es ist wahrscheinlich, daß die Entwicklung der Granite in diesem Gebiet das Ergebnis anatektischer Prozesse im Anschluß an die variskische Gebirgsbildung ist. Die korund- und spinellführenden Gesteine werden als Restite dieser Anatexis erklärt. Die paratektonische Kristallisation von Albit in Glimmerschiefern, von Chlorit, Glimmer und Tremolit in mesozoischen Kalken und die Metamorphose granitischer und gabbroider Gesteine weist auf eine bedeutende Rekristallisation während der alpinen Gebirgsbildung in dieser Zone hin.

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In the Semmering-fenster deeper unterostalpine elements of the metamorphic zones of the eastern alps appear. The major part of this region is built up by metamorphic granites (Grobgneise) and their country rocks, mainly phyllitic mica schists. This formation is fragmentary covered by metaquarzites and carbonatic rocks of mesozoic age. On the boundary of the gneisses several occurrences of corundum and spinel bearing gabbroid rocks have been prooved. These can be found in all stages of metamorphism to hornblende prasinites and rocks which consist of chlorite, chloritoid, sericite, albite and garnet and for which a local name Eckbergit had been introduced. It is probable that the development of granites in this area is the result of anatectic processes subsequent to variscien orogeny. The corundum and spinel bearing rocks were explained as residues of this anatexis. The paratectonic crystallisation of albite in mica schists, of mica, chlorite and tremolite in mesozoic limestones and the metamorphism of granitic and gabbroid rocks points to a broadly recrystallisation during alpine orogeny in this region.

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Résumé Dans la fenêtre du Semmering des éléments profonds «Unterostalpin» de la zone métamorphe des alpes orientales apparaissent.La plus grande partie de cette région se compose des granites métamorphiques (Grobgneise) et de leurs roches encaissantes. Ce sont surtout des mica-schistes phyllitiques. Cette formation est couverte de quarzites et de roches carbonatiques d'âge mésozoique.En bordure des gneiss on a prouvé l'apparition de plusieurs roches de composition gabbroidique contenant du corindon et du spinelle. Ceux-ci se trouvent dans toutes les phases de métamorphose en hornblende-prasinites et roches qui se composent de chlorite, chloritoide, sericite, albite et granat et pour lesquelles le terme local de Eckbergit» a été proposé.Il est probable que le développement des granites dans cette région est le résultat des processus anatectiques succedant à l'orogénèse varisque. Les roches contenant du corindon et du spinelle sont expliquées comme restes de cette anatexie.La cristallisation paratectonique d'albite dans les mica-schistes, de chlorite, de mica et de trémolite dans les calcaires mésozoiques et la métamorphose des roches granitiques et gabbroides montrent une recristallisation importante durant l'orogénèse alpine dans cette région.

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Chemical and tectonic controls on the formation of sparry magnesite deposits — the deposits of the northern Greywacke Zone (Austria)

The sparry magnesite deposits of the northern Greywacke Zone are situated at the base of thrust sheets. Model calculations and natural examples suggest that an inverse temperature gradient can only be established at the base of a thrust sheet if thrusting is so rapid as to be geologically unrealistic. Independently of this thrusting induces a fluid flow from the lower units to the front of the moving thrust sheet. Stability data of magnesite and dolomite in contact with fluids with different Ca/(Ca+Mg) ratios suggest that this tectonically induced fluid flow produce magnesite from preexisting dolomite by metasomatism.

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Zusammenfassung Die Spatmagnesitvorkommen der Nördlichen Grauwackenzone liegen innerhalb von Deckengrenzen. Modellberechnungen zeigen, daß ein inverser Temperaturgradient sich nur dann an der Basis von Decken einstellen kann, wenn die Überschiebungsgeschwindigkeit so groß wird, daß sie geologisch unglaubwürdig ist. Deckenüberschiebungen erzeugen aber in jedem Fall in der überschobenen Einheit einen zur Deckenfront hin gerichteten Fluidstrom. Eine Betrachtung der Stabilitätsdaten für Magnesit und Dolomit im Gleichgewicht mit einer fluiden Phase mit unterschiedlichen Ca/(Ca+Mg)-Verhältnissen zeigt, daß durch einen solchen Fluidstrom metasomatisch Magnesit aus Dolomit gebildet werden kann.

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Résumé Les dépôts de magnésite spathique de la Grauwacken Zone septentrionale sont situés à la base d'unités charriées. Un calcul de modélisation et des exemples naturels montrent qu'un gradient inverse de température ne peut s'établir à la base d'une unité charriée qu'à la condition d'admettre une vitesse de charriage tellement élevée qu'elle est irréaliste. D'autre part, le phénomene de charriage induit un déplacement de fluide depuis les unités inférieures vers le front de la nappe. Les données relatives aux conditions de stabilité de la magnésite et de la dolomite en présence de fluides de divers rapports Ca/Ca+Mg permettent de déduire que le flux ainsi engendré par la tectonique peut engendrer la magnésite par métasomatose à partir de dolomite préexistante.

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. , , , , . . , Ca/(Ca+Mg) , , , , , , - .

     

The transition from amphibolite-facies mylonite to chloritic breccia and role of the mylonite in formation of Eocene epizonal plutons,Bitterroot dome,Montana

The Bitterroot mylonite is a ductile-deformed amphibolitefacies mylonite (A-mylonite), abruptly capped by ductile- to brittle-deformed greenschist-facies mylonite (G-mylonite). The movement picture of the A-mylonite from its lineation and S-C-surfaces is strongly focused; the average orientation for the G-mylonite is similar but much more diffuse.Regional metamorphism, and intrusion of quartz diorite orthogneiss, granodiorite, and granite of the Idaho-Bitterroot batholith between 105 and less than 60 m.y. ago was followed by regional extension, formation of the A-mylonite, and rapid drop in temperature from about 700 °C to about 280 °C, at a time inferred to be about 57 to 53 m.y. ago. Pressure-relief melting of water-undersaturated rocks at deeper crustal levels, in response to the rapid decrease in pressure, may have produced the nearly dry magmas emplaced as very shallow plutons or erupted as the Challis rhyolitic volcanics 52 or 53 m.y. ago.The greenschist-facies mylonite/chloritic breccia formed during further cooling to about 100 °C, during listric normal faulting on the eastern flank of the Bitterroot dome about 40 m.y. ago.

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Zusammenfassung Der Bitterroot-Mylonit ist ein duktil deformierter amphibolitfazieller Mylonit (A-Mylonit), der von einem duktil bis spröd deformierten grünschieferfaziellen Mylonit (G-Mylonit) scharf getrennt wird. Das Bewegungsbild des A-Mylonites ist anhand seiner Lineationen und seiner S-C-Gefüge stark ausgerichtet; die Durchschnittsorientierung für die G-Mylonite ist ähnlich, streut aber breiter. Der Regionalmetamorphose, den Intrusionen von Quarzdiorit, Orthogneis, Granodiorit und dem Granitbatholithen von Idaho-Bitterroot zwischen 105 und mindestens 60 Ma folgte eine regionale Dehnungsphase, dann die Bildung der A-Mylonite, danach ein rascher Temperaturabfall von ungefähr 700 °C auf ca. 280 °C, wahrscheinlich im Zeitraum vor 57 bis 53 Ma. Druckabhängiges Schmelzen wasseruntersättigter Gesteine in tieferen Krustenniveaus könnte als Reaktion auf den rapiden Druckabfall zur Bildung der nahezu trockenen Magmen geführt haben, die dann vor ca. 52 oder 53 Ma als sehr flachliegende Plutone intrudierten oder wie der Challis-Rhyolith eruptiert wurden.Der grünschieferfazielle Mylonit und die Chloritbrekzien bildeten sich während der weiteren Abkühlung bis auf ca. 100 °C mit der Entwicklung von listrisch geformten Abschiebungen auf der Ostflanke des Bitterroot-Domes vor ca. 40 Ma.

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Résumé L'ensemble mylonitique de Bitterroot comporte une mylonite engendrée par déformation ductile dans le facies des amphibolites (mylonite A), en contact brusque avec une mylonite, ductile à cassante, appartenant au facies des schistes verts (mylonite G). L'image cinématique de la mylonite A est définie de manière très précise par sa linéation et la disposition des plans s et c; l'image de la mylonite G est semblabe, mais plus diffuse.Le métamorphisme régional et l'intrusion de méta-diorite quarzique, de granodiorite et de granite formant le batholite de l'Idaho-Bitterroot, entre 105 Ma et moins de 60 Ma, ont été suivis d'une extension régionale accompagnée de la formation de la mylonite A et d'une chute rapide de la température depuis 700 °C jusqu' à ±280 °C, probablement entre 57 et 53 Ma. La fusion de roches sous-saturées en eau, provoquée dans des niveaux crustaux plus profonds par la baisse rapide de la pression peut être à l'origine des magmas presque secs responsables de la mise en place de plutons peu profonds et d'éruptions comme celle des volcanites rhyolitiques de Challis il y a 52 ou 53 Ma.La mylonite de facies schistes verts et la brèche chloritique se sont formées au cours du refroidissement ultérieur, jusqu'à ±100 °C, à l'occasion de la production de failles normales listriques sur le flanc est du dôme de Bitterroot, il y a environ 40 Ma.

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, Bitterroot (-), (G-), . - , Bitterroot, ; , G- , . , -, , Idaho-Bitterroot 105 60 : , — -, — 700 ° 280 °, , , 57 53 . , , , , 52–53 , , Challis. 100 °, Bitterroot 40 .