Changes in stable isotope ratios of metapelites and marbles during regional metamorphism,Mount Lofty Ranges,South Australia: implications for crustal scale fluid flow

The Mount Lofty Ranges comprises interlayered marbles, metapsammites, and metapelites that underwent regional metamorphism during the Delamarian Orogeny at 470–515 Ma. Peak metamorphic conditions increased from lowermost biotite grade (350–400°C) to migmatite grade (700°C) over 50–55 km parallel to the lithological strike of the rocks. With increasing metamorphic grade, ¹⁸O values of normal metapelites decrease from 14–16 to as low as 9.0, while ¹⁸O values of calcite in normal marbles decrease from 22–24 to as low as 13.2 These isotopic changes are far greater than can be accounted for by devolatilisation, implying widespread fluid-rock interaction. Contact metamorphism appears not to have affected the terrain, suggesting that fluid flow occurred during regional metamorphism. Down-temperature fluid flow from synmetamorphic granite plutons (¹⁸O=8.4–8.6) that occur at the highest metamorphic grades is unlikely to explain the resetting of oxygen isotopes because: (a) there is a paucity of skarns at granite-metasediment contacts; (b) the marbles generally do not contain low-XCO₂ mineral assemblages; (c) there is insufficient granite to provide the required volumes of water; (d) the marbles and metapelites retain a several permil difference in ¹⁸O values, even at high metamorphic grades. The oxygen isotope resetting may be accounted for by along-strike up-temperature fluid flow during regional metamorphism with time-integrated fluid fluxes of up to 5x10⁹ moles/m² (10⁵ m³/m²). If fluid flow occurred over 10⁵–10⁶ years, estimated intrinsic permeabilities are 10^-20 to 10^-16m². Variations in ¹⁸O at individual outcrops suggest that time-integrated fluid fluxes and intrinsic permeabilities may locally have varied by at least an order of magnitude. A general increase in XCO₂ values of marble assemblages with metamorphic grade is also consistent with the up-temperature fluid-flow model. Fluids in the metapelites may have been derived from these rocks by devolatilisation at low metamorphic grades; however, fluids in the marbles were probably derived in part from the surrounding siliceous rocks. The marble-metapelite boundaries preserve steep gradients in both ¹⁸O and XCO₂ values, suggesting that across-strike fluid fluxes were much lower than those parallel to strike. Up-temperature fluid flow may also have formed orthoamphibole rocks and caused melting of the metapelites at high grades.This paper is a contribution to IGCP Project 304 Lower Crustal Processes     

The crystal structure of trigonite,Pb3Mn(AsO3)2(AsO2OH)

Summary The mineral trigonite crystallizes in the monoclinic space groupPn–C _s ² witha ₀=7.26,b ₀=6.78,c ₀=11.09Å; =91.5°,Z=2. The structure was determined from 1250 X-ray intensities collected on an automatic two circle Weissenberg-type diffractometer. The final residual isR=6.5% using anisotropic temperature factors for Pb, Mn and As, and isotropic temperature factors for O.The structure consists of MnO₆ octahedra, sharing all six oxygens with arsenite groups to form a framework. The Pb atoms are attached to this framework with Pb–O distances2.23Å. One oxygen, bound only to an As atom, is interpreted as the donor for a hydrogen bond of 2.75Å.

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Die Kristallstruktur des Trigonits, Pb₃Mn(AsO₃)₂(AsO₂OH)

Zusammenfassung Das Mineral Trigonit kristallisiert monoklin, RaumgruppePn–C _s ² ,a ₀=7,26,b ₀=6,78,c ₀=11,09Å; =91,5°;Z=2. Die Strukturermittlung erfolgte anhand von 1250 Röntgenintensitäten, die auf einem automatischen Zweikreis-Weissenbergdiffraktometer gesammelt wurden. Mit anisotropen Temperaturfaktoren für Pb, Mn und As sowie isotropen für die O-Atome ergibt sich einR-Wert von 6,5%.Die MnO₆-Oktaeder werden über die sechs Sauerstoffe mit Arsenitgruppen zu einem dreidimensionalen Gerüst verknüpft. Über Pb-O-Abstände2,23 Å sind die Pb-Atome in dieses Gerüst eingebaut. Ein Sauerstoff, nur an ein As-Atom gebunden, wird als Donator einer H-Brücke von 2,75 Å interpretiert.

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With 2 Figures     

Use of the lattice parameter b 0 of dioctahedral illite/muscovite for the characterization of P/T gradients of incipient metamorphism

The P/T gradient or baric type of low-grade metamorphic terranes can be characterized on the basis of cumulative frequency curves of the lattice parameter b ₀ of dioctahedral micas (Sassi and Scolari 1974), which essentially reflects celadonite content and increases with pressure. The method is here applied to illite/muscovite of sub-greenschist (incipient metamorphism) and low-greenschist facies terranes from the marginal zones of the Swedish Caledonides, Swiss Alps and Venezuelan Andes, where the grade of metamorphism was determined on the basis of illite crystallinity.Complications in the determinations of b ₀ arising from (a) shifts in the spacing of the apparent 060 diffraction peaks of the illites due to the presence of inter-stratified expandable layers, and (b) persistence of more crystalline clastic micas are pointed out.In contrast to the earlier-reported decrease of b ₀ with progressive metamorphism at higher grades, b ₀ tends to increase with grade during incipient metamorphism: it is markedly lower in the diagenetic and low-grade anchimetamorphic grades in the Cambro-Silurian of the Caledonides of Jämtland, western Sweden (zone A), and the Lower Tertiary of the Helvetic zone of the Swiss Alps, than in the higher grade anchizone and epizone of the former terrane.Mean b ₀ values for the intermediate and highest (epizone) grades of the Swedish Caledonides are respectively 9.030 and 9.037 Å compared to the mean value of 9.035 Å for the medium-high pressure, Barrovian-type, terrane of Otago, N.Z. Mean b ₀ of 9.005 Å for the mainly epizonal slates of the Venezuelan Andes lies between those for the low-pressure terranes of Bosost ( 8.992 Å), and the low-medium pressure terrane of northern New Hampshire (9.010 Å). These baric estimates agree well with those for the metamorphic facies series at higher grade produced by the same events.Cumulative b ₀ curves are concluded to be useful for the characterization of P/T gradients of incipient metamorphism, particularly in the higher grade part of the anchizone and the epizone.     

Synthesis and some properties of iron- and vanadium-bearing kyanites, (Al,Fe3+)2SiO5and (Al,V3+)2SiO5

Iron- and vanadium-bearing kyanites have been synthesized at 900 and 1100° C/20 kb in a piston-cylinder apparatus using Mn₂O₃/Mn₃O₄- and MnO/Mn-mixtures, respectively, as oxygen buffers. Solid solubility on the pseudobinary section Al₂SiO₅-Fe₂SiO₅(-V₂SiO₅) of the system Al₂O₃-Fe₂O₃(V₂O₃)-SiO₂ extends up to 6.5 mole% (14mole %) of the theoretical end member FeSiO₅(V₂SiO₅) at 900°C/20 kb. For bulk compositions with higher Fe₂SiO₅ (V₂SiO₅) contents the corundum type phases M₂O₃(M = Fe³⁺, V³⁺) are found to coexist with the Fe³⁺(V³⁺)-saturated kyanite solid solution plus quartz. The extent of solid solubility on the join Al₂SiO₅-Fe₂SiO₅ at 1 100°C was not found to be significantly higher than at 900° C. Microprobe analyses of iron bearing kyanites gave no significant indication of ternary solid solubility in these mixed crystals. Lattice constants a ₀, b ₀, c ₀, and V₀ of the kyanite solid solutions increase with increasing Fe₂SiO₅- and V₂SiO₅-contents proportionally to the ionic radii of Fe³⁺ and V³⁺, respectively, the triclinic angles ,, remain constant. Iron kyanites are light yellowish-green, vanadium kyanites are light green. Iron kyanites, (Al_1.87 Fe _0.13 ³⁺ )SiO₅, were obtained as crystals up to 700 m in length.     

Oxygen isotopes in mantle related and geothermally altered magmatites of the Transhimalayan (Gangdese) ranges

In closed magma systems SiO₂ approximately measures differentiation progress and oxygen isotopes can seem to obey Rayleigh fractionation only as a consequence of the behaviour of SiO₂. The main role of ¹⁸O is as a sensitive indicator of contamination, either at the start of differentiation ( ¹⁸O_init) or as a proportion of fractionation in AFC. Plots of ¹⁸O vs SiO₂-allow to determine initial ¹⁸O values for different sequences for source comparison. For NBS-28=9.60, the ¹⁸O at 48% SiO₂-varies between a high 6.4 for Kiglapait (Kalamarides 1984), 5.9 for Transhimalaya, 5.8 for Hachijo-Jima (Matsuhisa 1979), 5.6 for Koloula (Chivas et al. 1982) and a low 5.3 for the Darran Complex, New Zealand. The Transhimalayan batholiths (Gangdese belt) were emplaced in the Ladakh-Lhasa terrane, between the present-day Banggong-Nujiang, and Indus-Yarlung Tsangbo suture zones, after its accretion to Eurasia. The gradient of the least contaminated continuous ( ¹⁸O vs SiO₂-igneous trend line is similar to that of Koloula, and AFC calculations suggest a low secondary assimilation rate of less than 0.05 times the rate of crystallisation. Outliers enriched in ¹⁸O are frequent in the Lhasa, and apparently rare in the Ladakh transsect. Low- ¹⁸O (5.0–0) granitoids and andesites on the Lhasa-Yangbajain axis are the result of present day or recent near-surface geothermal activity; their quartzes still trace the granitoids to the Transhimalaya ¹⁸O trend line, but the distribution of low total rock or feldspar ¹⁸O values could be a guide to more recent heat flow and thermally marked tectonic lineaments. Two ignimbrites from Maqiang show hardly any ¹⁸O-contamination by crustal material.     

Calibration of Al/Si order variations in anorthite

New single crystal diffraction data for natural and heat-treated anorthite crystals (Angel et al. 1990) allow the determination of their states of Al/Si order in terms of a macroscopic order parameter,Q _OD , for the transition. Numerical values ofQ _OD obtained from estimates of site occupancies are shown to vary with the scalar spontaneous strain, _s , as _s Q _OD ² , and with the ratio of the sums of typeb (superlattice) reflections and typea (sublattice) reflections asI _b/I _a Q _OD ² . An empirical calibration for pure anorthite is obtained giving varies between 0.92 and 0.87 in samples equilibrated at T1300° C, but then falls off relatively rapidly with increasing temperature, reaching 0.7 near the melting point ( 1557° C). The observed temperature dependence does not conform to the predictions of the simplest single order parameter models; coupling ofQ _OD withQ of the transition is suspeeted.     

Formation of Mud-Volcanic Fluids in Taman (Russia) and Kakhetia (Georgia): Evidence from Boron Isotopes

Temperatures of the formation of mud-volcanic waters are determined based on concentrations of some temperature-dependent components (Na–Li, Mg–Li). Estimates obtained for the Taman and Kakhetia regions are similar and range from 45 to 170°, which correspond to depths of 1–4.5 km. The calculated temperatures correlate with the chemical (Li, Rb, Cs, Sr, Ba, B, I, and HCO₃) composition of water and ¹³ (₂) and ¹³ (CH₄) values in spontaneous gases. The isotope values indicate that mechanisms of the formation of ¹³-rich gases, i.e., gases with high ¹³ values (up to +16.0 in ₂ and –23.4 in CH₄) in mud-volcanic systems of Taman and Kakhetia are governed by fluid-generation temperatures rather than the supply of abyssal gases. The ¹¹ value was determined for the first time in mud-volcanic products of the Caucasus region. This value ranges from +22.5 to +39.4 in the volcanic water of Georgia, from –1.2 to +7.4 in the clayey pulp of Georgia, and from –7.6 to +13.2 in the clayey pulp of Taman. It is shown that the ¹¹ value in clay correlates with the fluid-generation temperature and ¹¹ correlates with ¹³ in carbon-bearing gases. These correlations probably testify to the formation of different phases of mud-volcanic emanations in a single geochemical system and suggest the crucial role of temperature in the development of isotope-geochemical features.     

Focal mechanisms of the Atlas earthquakes,and tectonic implications

The determination of the focal mechanisms of the strongest shocks in the Atlas chain and the Canary Islands area reveals that the present-day tectonics along this range is a compression reflected either by reverse or dextral strike-slip faulting along the ENE-WSW trends. All the solutions are consistent with: 1. the other focal mechanism solutions determined further north in the Azores-Gibraltar, Alboran, Rif and Tell areas; 2. the NNW to NW trending compression inferred from other methods such as neotectonics,in situ stress field measurements and plate motions.

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Zusammenfassung Die Bestimmung des Erdbebenherdmechanismus der stärksten Beben im Atlasgebirge und des Gebietes der Kanarischen Inseln gibt zu erkennen, daß die aktuellen tektonischen Bewegungen entlang dieses Bereiches kompressiv wirksam sind. Dies zeigt sich entweder anhand von Überschiebungen oder an dextralen Blattverschiebungen. Alle Ergebnisse sind übereinstimmend mit: 1. den anderen Erdbebenherdmechanismen weiter im Norden liegender Regionen (Azoren - Gibraltar, Alboran, Rif und Tell); 2. die nach NNW bis NW wirkende Kompression, welche von anderen Methoden abgeleitet wurde (Neotektonik,in-situ Spannungsmessungen und Plattenkinematik).

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Résumé La détermination des mécanismes au foyer des séismes les plus importants de la chaîne atlasique et des îles Canaries révèle que la situation tectonique actuelle le long de cette chaîne est une compression reflétée par le jeu de failles soit inverses, soit décrochantes dextres le long des accidents ENE-WSW. Toutes les solutions sont compatibles avec: (1) les autres mécanismes déterminés plus au nord, dans les régions d'Açores-Gibraltar, Alboran, Rif et Tell; (2) la compression orientée NNW-SSE à NW-SE déterminée à l'aide d'autres méthodes comme la néotectonique, les mesures de contraintesin situ et la cinématique des plaques.

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Admontit,ein neues Boratmineral aus der Gipslagerstätte Schildmauer bei Admont in der Steiermark (Österreich)

Zusammenfassung Admontit ist ein neues Magnesiumborat, das in der Gipslagerstätte Schildmauer bei Admont in der Steiermark (Österreich) in Vergesellschaftung mit drei weiteren neuen borhaltigen Mineralien sowie Gips, Anhydrit, Hexahydrit, Löweit, Quarz und Pyrit auftritt.Das Mineral bildet undeutlich ausgebildete farblose Kristalle von monokliner Symmetrie, die zum Teil nachc gestreckt und tafelig nach {100} sind. Keine Spaltbarkeit, Bruch muschelig, Härte wahrscheinlich 2–3,D _gem .=1,82,D _x =1,875g·cm^–3;n =1,442±0,002,n =1,504±0,002, 2V 30°,r. AE(010),n c auf (010) ca. 45°. a ₀=12,68,b ₀=10,07,c ₀=11,32 Å (alle Werte±0,02 Å),=109,68° (±0,1°),Z=2, RaumgruppeP2₁/c. Stärkste Linien des Pulverdiagramms: 12,08(9), 7,60(10), 3,93(8), 2,68(9). Formel: 2 MgO·6 B₂O₃·15 H₂O. In Wasser wird Admontit langsam zersetzt. Erhitzungsversuche zeigten, daß das Gitter zwischen 100 und 200°C zerstört wird. Ein Teil des Wassers entweicht schon unterhalb 100°C, der Rest zwischen 150 und 350°C.

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Admontite, a new borate mineral from the gypsum deposit Schildmauer near Admont in Styria (Austria)

Summary Admontite is a new magnesium borate found in the gypsum deposit of Schildmauer near Admont in Styria (Austria) in association with three other new borium-containing minerals and with gypsum, anhydrite, hexahydrite, löweite, quartz and pyrite.The mineral occurs in poorly developed colourless crystals of monoclinic symmetry, which in part are elongated along thec axis and flattened on {100}. No cleavage, fracture conchoidal, hardness probably 2–3,D _meas .=1.82,D _x =1.875g·cm^–3.n =1.442±0.002,n =1.504±0.002, 2V 30°,r. AE(010),n c on (010) about 45°.a ₀=12.68,b ₀=10.07,c ₀=11.32 Å (all±0.02 Å), =109.68° (±0.1°),Z=2,space groupP2₁/c. Strongest lines of the powder pattern: 12.08(9), 7.60(10), 3.93(8), 2.68(9). Chemical composition: 2 MgO·6 B₂O₃·15 H₂O. Admontite is slowly decomposed in water. Investigations of the thermal behaviour show that the lattice breaks down between 100 and 200°C. Part of the water escapes already under 100°C, the rest between 150 and 350°C.

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Mit 1 Abbildung

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Herrn Univ. Prof. Dr.H. Meixner zum 70. Geburtstag gewidmet.     

The brittle-plastic transition and the depth of seismic faulting

A simple rheological model of shearing of the lithosphere that has gained wide acceptance is a two layer model with an upper brittle zone in which deformation takes place by frictional sliding on discrete fault surfaces and a lower plastic zone in which deformation takes place by bulk plastic flow. The two are separated by an abrupt brittle-plastic transition, which is assumed to be indicated by the lower limit of seismicity. Experimental studies, however, as well as the deformation structures of mylonites, indicate that a broad transitional field of semi-brittle behavior lies between these extremes. This is a field of mixed mode deformation with a strength that can be expected to be considerably higher than that predicted from the extrapolation of high temperature flow laws. For quartzofeldspathic rocks the semi-brittle field lies between T₁, the onset of quartz plasticity at about 300 °C and T₂, feldspar plasticity at about 450 °C. A model is presented in which the transition T₁ does not correspond to a transition to bulk flow but to a change from unstable, velocity-weakening friction to stable, velocity-strengthening friction. T₁ thus marks the depth limit of earthquake nucleation, but large earthquakes can propagate to a greater depth, T₃, (T₃2) which corresponds to the lower limit of dynamic frictional behavior in the semi-brittle field and approximately to the peak in strength. The zone between T₁ and T₃ is one of alternating behavior, with flow occurring m the interseismic period and with co-seismic dynamic slip occurring during large earthquakes. This zone is characterized by mylonites interlaced by pseudotachylytes and other signs of dynamic faulting. The transition T₁ is also marked by a change in the generation mechanism of fault rocks, from abrasive wear above which produces cataclastites, to adhesive wear below, which is proposed as an important generation mechanism of mylonites in the upper part of the semi-brittle field.

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Zusammenfassung Ein einfaches rheologisches Modell für Schervorgänge in der Lithosphäre, das eine weite Akzeptanz erreicht hat, ist das Zweilagenmodell mit einer oberen spröden Zone, in der Deformation über Reibungsgleitung entlang diskreter Störungsflächen stattfindet, und einer unteren duktilen Zone. Hier erfolgt die Deformation durch plastisches Fließen. Beide Zonen werden durch einen abrupten spröd-plastischen Übergang voneinander getrennt, der vermutlich durch die untere Grenze der nachweisbaren Seismizität angezeigt wird. Experimentelle Untersuchungen wie auch die Deformationsgefüge in Myloniten zeigen hingegen, daß ein breites Übergangsfeld mit semisprödem Verhalten zwischen diesen beiden Extremen liegt. Hier befindet sich ein Bereich »gemischter« Deformation, deren Ausmaß beträchtlich über den aus der Extrapolation von Hochtemperatur-Fließ-Gesetzmäßigkeiten ableitbaren Werten liegen dürfte. Für Quarz-Feldspat-Gesteine liegt das halbspröde Feld zwischen T₁ dem Beginn der plastischen Deformation des Quarzes bei ca. 300 °C, und T₂, dem Beginn der Feldspatplastizität bei ca. 450 °C. Hier wird ein Modell vorgestellt, in dem der Übergang bei T₁ nicht dem Übergang zum Gesamtfließen, sondern dem Wechsel von instabiler, geschwindigkeitsreduzierender Reibung zu stabiler, geschwindigkeitskonstanter Reibung entspricht. T₁ markiert damit die Tiefengrenze der Erdbebenbildung, stärkere Beben können dagegen in größere Tiefe reichen T₃ (T₃2), die dann der unteren Grenze dynamischen Reibungsverhaltens im semispröden Bereich und angenähert dem Stärkemaximum entspricht. Die Zone zwischen T₁ und T₃ zeigt alternierendes Verhalten mit plastischem Fließen während interseismischer Perioden und dynamischem Gleiten während größerer Erdbeben. Diese Zone wird charakterisiert durch Mylonite und dicht zwischengepackten Pseudotachyliten sowie anderen Anzeigern dynamischer Faltung. Hinzu kommt im Bereich des Überganges T₁ ein Wechsel im Bildungsmechanismus gestörter Gesteine. Er geht von durchgreifender Ermüdung, die zu Kataklasiten führt, bis zu adhesiver Ermüdung, die als wichtiger Bildungsmechanismus für Mylonite im oberen Abschnitt des semispröden Feldes angesehen wird.

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Résumé Le modèle rhéologique de cisaillement de la lithosphère le plus largement accepté comporte deux couches superposées: une couche supérieure cassante, siège de déformations le long de surfaces discrètes, les failles, et une zone inférieure ductile ou s'opère un fluage plastique d'ensemble. La transition entre ces deux domaines est brusque et considérée comme la limite inférieure de la séismicité.L'étude des structures mylonitiques ainsi que les mesures expérimentales indiquent cependant qu'un large champ de transition à caractère «semi-cassant» s'étend entre ces deux extrêmes. Ruptures et fluage plastique sont présents dans cette zone, dont la compétence peut être considérée comme bien supérieure à celle qui résulte de l'extrapolation des lois de fluage à haute température. Pour les roches quartzofeldspathiques, ce champ «semi-cassant» s'étend de T₁, seuil de plasticité du quartz (environ 300 °C) à T₂, celui du feldspath (environ 450 °C). Dans ce modèle, la température T₁ ne correspond pas au seuil de fluage d'ensemble, mais à la frontière entre une région de frictions «instables» qui diminuent avec la vitesse, et une région de frictions «stables» qui augmentent avec la vitesse. Elle correspond donc à la profondeur limite de genèse des séismes. Les grands séismes peuvent cependant se propager jusqu'à une profondeur T₃ (T₃2) qui correspond à la limite inférieure du comportement dynamique des forces de frottement dans le domaine «semicassant». T₃ peut être considérée approximativement comme le point de résistance maximale de cette zone de transition. La zone comprise entre T₁ et T₃ peut donc être le siège alternativement soit de processus de fluage, soit de glissements le long de surfaces de rupture à l'occasion de séismes de forte magnitude. Cette zone se caractérise par des mylonites entremêlées de pseudotachylites et autres signes de rupture dynamique. La transition T₁ est également marquée par une modification du mécanisme de transformation des roches dans les zones de faille. Audessus de cette limite, un mécanisme d'usure «abrasif» produit des cataclasites, par opposition à un mécanisme d'usure «adhésif» en-dessous. Ce dernier mécanisme est proposé comme fort probable lors de la genèse de mylomtes dans la partie supérieure du champ «semi-cassant».

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() , . , , . . - , , . , , , , , . « » , , . - T₁ — 300° T₂ — 450°. , T₁ , , , . . . T₁ , , . — ₃ (₃ > ₂), . . , . t_{1 2} . , . , t₁ . , , ; .

     

Rb-Sr evidence for the presence of Ordovician gsranites in the deformed basement of the Badajoz-Córdoba belt,SW Spain

A Rb-Sr whole-rock investigation of suites of samples from two orthogneiss bodies in the Almendralejo area of the Oporto-Portalegre-Badajoz-Córdoba belt points to an Ordovician age for the granitic magmatism: about 470 Ma for the Almendralejo Gneiss (peralkaline metagranite) and about 425 Ma for the Ribera del Fresno Gneiss (leucocratic subaluminous metagranite), both with high initial⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios. This points to a post-Ordovician (Hercynian) age for the metamorphism and tectonic deformation that affected the area, including the gneisses, and rules out the alleged Cadomian or even older age.

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Zusammenfassung Die Rb-Sr-Gesamtgesteinsanalysen von Probeserien zweier orthogneisischer Körper der Almendralejo-Region des Oporto-Portalegre-Badajoz-Córdoba-Gürtels weisen auf ein ordovizisches Alter des granitischen Magmas hin: rund 470 Ma für den Almendralejo-Gneis (peralkaliner Metagranit) und rund 425 Ma für den Ribera del Fresno-Gneis (leukokratischer Metagranit), beide bei einem hohen initialen⁸⁷Sr/⁸⁶Sr. Diese Ergebnisse deuten auf ein post-ordovizisches (herzynisches) Alter der Metamorphose und der tektonischen Deformation hin, die das Gebiet, einschließ-lich des Gneises, beeinflußt haben. Sie schließen ein vermeintliches kadomisches oder älteres Alter aus.

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Résumé Une étude par Rb-Sr sur roche totale de séries d'échantillons de deux massifs d'orthogneiss de la région d'Almendralejo, dans la ceinture Oporto-Portalegre-Badajoz-Cordoue, indique un âge ordovicien pour le magmatisme granitique: environ 470 Ma pour le gneiss d'Almendralejo (métagranite peralcalin) et environ 425 Ma pour le gneiss de Ribera del Fresno (métagranite leucocrate subalumineux), tous deux avec des rapports initiaux⁸⁷Sr/⁸⁶Sr élevés. Ces résultats indiquent un âge post-ordovicien (hercynien) pour le métamorphisme et la déformation tectonique qui ont affecté la région, y compris les gneiss, et éliminent l'hypothèse proposée par ailleurs d'un âge cadomien ou même plus ancien.

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— — — Rb/Sr : 425 -- ( ) 470 ( ) ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr . - ( ) , , . , .

     

Chronometric calibration of a comparative time scale for the mesozoic and paleozoic

The relationship between radiometric and biostratigraphic ages is analyzed by local empirical methods and illustrated in chronograms for the mesozoic and paleozoic stages. The chronograms allow estimates for stage boundaries and their errors. Consequently, the ages for epoch boundaries and their errors are discussed which, for several reasons, may not be identical with the age and error of the oldest stage of an epoch.The analysis results in a comparative time scale which could be a compromise between the time scales currently under discussion. A specific feature of the derived time scale is its rather strong cyclicity with periods around 74 (73±1) ma.

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Zusammenfassung Alter und Fehlergrenzen für mesozoische und paläozoische Stufengrenzen werden mittels einer lokalen empirischen Schätzmethode neu berechnet. Daraus ergeben sich Schätzungen für die Alter und Fehler der Epochengrenzen, die aus verschiedenen Gründen nicht mit denen derältesten Stufe einer Epoche zusammenfallen.Die Auswertung der Chronogramme führt zu einer vergleichenden Zeitskala, die im wesentlichen einen Kompromi\ zwischen den gegenwärtig gängigen Zeitskalen darstellt. Bemerkenswert ist, da\ die Zeitskala ein hohes Ma\ an Zyklizität aufweist, wobei sich Perioden von 74 (73±1) ma ergeben.

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Résumé Les relations entre les âges radiométriques et les âges biostratigraphiques sont analysées par des méthodes locales et empiriques. Elles sont présentées dans des chronogrammes se référant aux étages du MésozoÏque et du PaléozoÏque. Ces chronogrammes permettent d'estimer les limites d'étages et les erreurs de cette estimation. Les âges des limites de systèmes et leurs erreurs sont discutés en conséquence. Pour diverses raisons ils ne sont pas identiques à ceux de l'étage le plus ancien d'un système.L'analyse des chronogrammes aboutit à une échelle de temps comparative qui représente un compromis entre les échelles de temps couramment discutées. Une propriété remarquable de cette échelle est de faire apparaÎtre une cyclicité dont la période est de 74 (73±1) Ma.

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- . , . , . , 74 (73 ± 1) .

     

Korrelation der Sporenzonen der Oberen Trias und des Jura im Mittleren Orient und in Süddeutschland

Zusammenfassung Bei der sporenstratigraphischen Gliederung des mittleren Mesozoikums im Mittleren Orient konnten vom Nor bis zur Unteren Kreide 6 Sporenzonen unterschieden werden: Unterkreide:Ischyosporites variegatus — Rouseisporites laciniatus — Cicatricosisporites-Zone Malm:Ischyosporites variegatus — Rouseisporites laciniatus-Zone Dogger:Ischyosporites variegatus — Duplexisporites problematicus-Zone Lias:Concavisporites — Duplexisporites problematicus-Zone Rät:Concavisporites — Duplexisporites problematicus — Lophotriletes sangburensis — Ricciisporites tuberculatus-Zone Nor:Concavisporites — Duplexisporites problematicus — Lophotriletes sangburensis — Cyclotriletes oligogranifer-ZoneVergleichende Untersuchungen ergaben, daß diese Sporenzonen auch auf Süddeutschland übertragbar sind und den faunistischen Grenzen entsprechen. Nur die sporenstratigraphische Festlegung der Nor/Rätsowie der Dogger/Malm- und der Malm/Unterkreide-Grenze bedürfen noch der Verifizierung.

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In the middle Mesozoic of the Middle East 6 spore-assoziations could be distinguished from the Norian to the Lower Cretaceous: Lower Cretaceous:Ischyosporites variegatus — Rouseisporites laciniatus — Cicatricosisporites zone Upper Jurassic:Ischyosporites variegatus — Rouseisporites laciniatus zone Middle Jurassic:Ischyosporites variegatus — Duplexisporites problematicus zone Lower Jurassic:Concavisporites — Duplexisporites problematicus zone Rhaetian:Concavisporites — Duplexisporites problematicus — Lophotriletes sangburensis — Ricciisporites tuberculatus zone Norian:Concavisporites — Duplexisporites problematicus — Lophotriletes sangburensis — Cyclotriletes oligogranifer zone.The interregional validity and the correspondance of these spore zones with the faunistic boundaries could be substantiated in equivalent sequences in Southern Germany. However, the palynological definition of the Norian/Rhaetian, Middle/Upper Jurassic and Jurassic/Cretaceous boundaries have still to be confirmed in other regions since suitable sections have not been available in Southern Germany.

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Résumé Dans le Mésozoïque moyen du Moyen Orient, six zones de spores peuvent être distinguées du Norien au Crétacé inférieur: Crétacé inférieur: Zone àIschyosporites variegatus — Rouseisporites laciniatus — Cicatricosisporites Jurassique supérieur: Zone àIschyosporites variegatus — Rouseisporites laciniatus Jurassique moyen: Zone àIschyosporites variegatus — Duplexisporites problematicus Jurassique inférieur: Zone àConcavisporites — Duplexisporites problematicus Réthien: Zone àConcavisporites — Duplexisporites problematicus — Lophotriletes sangburensis — Ricciisporites tuberculatus Norien: Zone àConcavisporites — Duplexisporites problematicus — Lophotriletes sangburensis — Cyclotriletes oligogranifer Une étude comparative montre que les mêmes zones de spores existent en Allemagne du sud et qu'elles correspondent aux limites faunistiques. Toutefois, les limites Norien/ Rhétien, Dogger/Malm et Malm/Crétacé inférieur demandent à être vérifiées.

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- : : Ischyosporites variegatus —Rouseisporites laciniatus — Cicatricosisporites : Ischyosporites variegatus — Rouseisporites laciniatus : Ischyosporites variegatus — Duplexisporites problematicus : Concavisporites — Duplexisporites problematicus : Concavisporites — Duplexisporites problematicus — Lophotriletes sangburensis — Ricciisporites tuberculatus : Concavisporites — Duplexisporites problematicus — Lophotriletes sangburensis — Cyclotriletes oligogranifer. , , . , /, / / .

     

The microbial sulfur cycle and some of its implications for the geochemistry of sulfur isotopes

Qualitatively most microbial processes of the sulfur cycle are well known, but the extent to which specific groups of microbes take part in sulfate reduction and sulfide oxidation is at present difficult to estimate and the same holds for the role played by purely chemical sulfide oxidation.The capacity of an organism to differentiate between sulfur isotopes is genetically determined and probably strain-specific; whether or not, and to what extent, fractionation actually occurs is codetermined by physiological conditions inside the cell and by ecological conditions, i.e. the parameters of the environment.For conclusive interpretation of sulfur fractionation data of natural deposits further microbiological studies on the enzymatic, cellular and ecological level are necessary; such studies would be technically feasible today. The study of isotope effects of relevant, purely chemical reactions should not be neglected.

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Zusammenfassung In qualitativer Hinsicht sind die meisten mikrobiellen Vorgänge des Schwefelkreislaufs gut bekannt. Jedoch ist es gegenwärtig noch schwierig zu sagen, in welchem Ausmaß die verschiedenen Mikroorganismengruppen an der Reduktion der Sulfate und an der Oxidation der Sulfide teilnehmen. In wieweit die Oxidation der Sulfide rein chemisch erfolgt, ist ebenso schwer einzuschätzen.Die Fähigkeit einer Mikrobe zwischen verschiedenen Schwefelisotopen zu unterscheiden, ist genetisch festgelegt und ist wahrscheinlich stammspezifisch. Ob überhaupt und, wenn ja, in welchem Ausmaß eine Fraktionierung tatsächlich stattfindet, wird von den physiologischen Verhältnissen innerhalb der Zelle und von ökologischen Verhältnissen, d. h. den Parametern der Umwelt, mitbestimmt.Um eine endgültige Interpretation der Fraktionierungsdata in der Natur abgelagerter Schwefelverbindungen zu ermöglichen, sind weitere mikrobiologische Forschungen auf enzymatischer, zellularer und ökologischer Stufe erforderlich, die heute ohne weiteres durchgeführt werden könnten. Isotopeneffekte bei rein chemischen Reaktionen sollten dabei ebenfalls untersucht werden.

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Résumé La plupart des processus microbiologiques du cycle du soufre est qualitativement assez connue mais il est encore difficile de déterminer quantitativement dans quelle mesure des microbes spécifiques contribuent à la réduction des sulfates et à l'oxidation des sulfides. La même difficulté se présente quant à l'oxidation des sulfides purement chimique.Le pouvoir d'un organisme de distinguer entre les isotopes de soufre est déterminé par voie génétique et probablement est spécifique pour la souche individuelle. Dans quelle mesure un fractionnement des isotopes est vraiment réalisé sous les conditions expérimentales ou. naturelles est déterminé par des conditions physiologiques dans les cellules et des conditions écologiques, c'est à dire par les paramètres du milieu.Pour une interprétation conclusive des dates de fractionnement du soufre des dépôts naturels, il est nécessaire d'étudier les processus microbiens relevants au niveau enzymatique, cellulaire et écologique, des études qui sont aujourd'hui tout à fait réalisables. D'autre part, l'étude des effets isotopiques des réactions purement chimiques ne devrait pas être négligée.

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Edited version of a lecture held at the Colloquium on the Geochemistry of Sulfur Isotopes, Bad Sooden-Allendorf, 1964; the references given provide entrances to the literature of the topics discussed rather than exhaustive documentation.     

Nonhomogeneous Poisson model for volcanic eruptions

A simple Poisson process is more specifically known as a homogeneous Poisson process since the rate was assumed independent of time t. The homogeneous Poisson model generally gives a good fit to many volcanoes for forecasting volcanic eruptions. If eruptions occur according to a homogeneous Poisson process, the repose times between consecutive eruptions are independent exponential variables with mean=1/. The exponential distribution is applicable when the eruptions occur at random and are not due to aging, etc. It is interesting to note that a general population of volcanoes can be related to a nonhomogeneous Poisson process with intensity factor(t). In this paper, specifically, we consider a more general Weibull distribution, WEI (, ), for volcanism. A Weibull process is appropriate for three types of volcanoes: increasing-eruption-rate (>1), decreasing-eruption-rate (<1), and constant-eruption-rate (=1). Statistical methods (parameter estimation, hypothesis testing, and prediction intervals) are provided to analyze the following five volcanoes: Also, Etna, Kilauea, St. Helens, and Yake-Dake. We conclude that the generalized model can be considered a goodness-of-fit test for a simple exponential model (a homogeneous Poisson model), and is preferable for practical use for some nonhomogeneous Poisson volcanoes with monotonic eruptive rates.     

A chart for designing modal analysis by point counting

Developing the work ofHasofer (1963) andSolomon (1963) concerning the factors controlling the precision of point counting, the authors have designed a chart to facilitate the choice of grid-spacing and sample area for individual minerals. After determining the grain radius, and making a rough estimate of the percentage of the mineral under investigation, suitable combinations of grid-spacing and number of counts can be rapidly determined from the chart.

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Zusammenfassung Diese Arbeit stellt eine Weiterentwicklung derjenigen vonHasofer (1963) undSolomon (1963) dar, die sich mit den Faktoren befaßten, welche die Genauigkeit der Punktezählung bestimmen. Die Autoren haben eine Tabelle entworfen, welche die Wahl der graphostatischen Abstände und des Mustergebietes für einzelne Mineralien erleichtert.

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Résumé Développant le travail deHasofer (1963) et deSolomon (1963) sur les facteurs qui déterminent la précision du compte par points, les auteurs ont élaboré un diagramme pour faciliter le choix du quadrillage et de la superficie d'essai pour des minéraux particuliers.

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Meteoric hydrothermal origin of calcites in “Green Tuff” formations,Miocene age,Japan

Oxygen and carbon isotope compositions were determined for calcites from the Green Tuff formations of Miocene age in Japan. Values of ¹⁸O from 24 calcites in altered rocks from 5 districts range from –2 to +16_SMOW, in most cases from 0 to +8_SMOW. The low ¹⁸O values rule out the possibility of their low-temperature origin or any significant contribution of magmatic fluid in the calcite precipitation. These values, coupled with their mineral assemblages, suggest that the calcites formed from meteoric hydrothermal solutions which caused propylitic alteration after the submarine strata became emergent.Values of ¹³C from the calcites show a wide variation from –17 to 0_PDB. Calcites from different districts have different ranges of ¹³C values, indicating that there was no homogeneous reservoir of carbon at the time the calcite formed, and that the carbon had local sources. Carbon isotopic compositions of calcite within ore deposits in the Green Tuff formations range from –19 to 0_PDB, similar to those of calcite in the altered rocks in the same district, suggesting that the carbon in ore calcites was likely supplied from the surrounding rocks through activity of meteoric hydrothermal solutions.     

Subsolidus phase relations in the system Zr-Fe-Ti-O in equilibrium with metallic iron. Implications for lunar petrology

An experimental study of the system Zr-Fe-Ti-O in equilibrium with metallic iron has been conducted at atmospheric pressure and in the temperature range 950–1300° C, with the purpose of modelling sub-solidus relations between Zr-bearing Fe-Ti oxide phases in lunar rocks. The phase relations are governed by the coexistence of the Fe-Ti oxides with ZrO₂ at temperatures below 1247° C, but with the new cubic ZFT phase at higher temperatures. ZFT, approximately Zr Fe Ti O₅, is probably related to the so-called stabilized cubic zirconia and could represent a synthetic equivalent of some lunar Zr-Fe-Ti rich oxide minerals.The zirconium contents in all Fe-, Ti and Fe-Ti-oxide phases increase with increasing temperature. At each temperature, Zr is incorporated preferentially in the Ti-oxide (up to 11 wt% ZrO₂), followed by ferropseudobrookite (up to 6 wt% ZrO₂), ilmenite (max. 4 wt%) and wüstite (max. 2.5 wt%). Ulvöspinel coexisting with ilmenite (+Fe⁰+ ZrO₂ and/or ZFT) always contains less than 1.2 wt% ZrO₂, whereas the same mineral in assemblage with wüstite-ZrO₂-Fe⁰ displays even higher ZrO₂ contents than ilmenite (above 4 wt%). Considering that the values determined here in the synthetic parageneses represent saturation concentrations at high temperatures in a simple model system, the ZrO₂ concentrations in the corresponding lunar minerals should generally be significantly lower. This is realized, except for the so-called Cr-Zr-Ca armalcolites which display ZrO₂ contents in the range 3.5–7 wt% and are thus probably related rather to Zr-rich oxide minerals than to armalcolite itself.     

Lower Triassic alkaline granites of Central Chile (30‡S) in the high-Andean Cordillera

The Na₂O + K₂O/Al₂O₃ molar ratio (agpaitic index) of Lower Triassic leucogranites samples from the Rios Elqui-Lamarí batholith is close to one which is typical of alkaline granites. Loss of alkalis due to groundwater interaction should have occur causing a depletion of the original peralkalinity.It is assumed that this alkaline magmatism has been generated, during crustal extension period, by partial melting of water undersaturated deep crustal rocks.

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Zusammenfassung Das Mol-VerhÄltnis von Na₂O + K₂/Al₂O₃ (agpaitischer Index) der untertriassischen Leukogranit-Proben des Batholithen vom Rios Elqui-Limari liegt in der NÄhe von 1. Dieses ist typisch für Alkaligranite. Der Verlust von Alkali könnte durch Grundwassereinwirkung zustandegekommen sein, was eine Verringerung der ursprünglichen HyperalkalinitÄt verursacht hat.Es wird angenommen, da\ dieser alkalische Magmatismus in einer Phase der Krustenausdehnung entstanden ist durch partielles Aufschmelzen von wasseruntersÄttigten Gesteinen der Tiefenkruste.

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Resumen Leucogranitos de edad triásica inferior pernecientes al batolito compuesto Ríos Elqui-Limarí están caracterizados por presentar una razón molecular Na₂O + K₂O/Al₂O₃ (índice agpaítico) cercano a uno, propio de los granitos alcalinos. Una probable pérdida de álcalis de estos granitos, provocada por el agua infiltrada, sería causante de una disminución de la peralcalinidad original.Se infiere un mecanismo de fusión parcial de rocas corticales profundas subsaturadas en agua, para la génesis de este magmatismo alcalino en un ambiente tectónico de extensión cortical.

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Na₂O + K₂/l₂₃ - - -- 1. . , . , .

     

Heat flow during the carboniferous and mesozoic of the Northwest German Basin

The temperature history of the Northwest German Basin has been reconstructed using a one-dimensional computer model that accounts for compaction-related changes of physical rock properties, depth, temperature and maturity of organic matter. Maturity has been modelled by empirically relating vitrinite reflectance to time-temperature history. Heat flow values for the Mesozoic and Carboniferous have been obtained by matching measured and computed vitrinite reflectance. For Mesozoic samples agreement between measured and computed maturity can be achieved with a heat flow between 37 and 50 mW/m² (0.9 and 1.2 hfu). There is no systematic areal variation. Carboniferous samples are matched best at heat flows between 70 and 96 mW/m² (1.7 and 2.3 hfu), corresponding to geothermal gradients between 50 and 80 °C/km depending on lithology and compaction. Areal variation follows patterns subparallel to the structural grain of the Variscan orogeny. Mesozoic heat flow is compatible with heat flow in stable platform areas. Carboniferous heat flow and its geotectonic setting are best in agreement with present-day back-arc areas underlain by continental crust.

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Zusammenfassung Die Temperaturgeschichte des Nordwestdeutschen Bekkens wurde mittels eines eindimensionalen Computermodells rekonstruiert, das auch kompaktionsbezogenen Änderungen der physikalischen Gesteinseigenschaften, der Tiefe und der Temperatur gerecht wird. Die Reife wurde simuliert, indem Vitrinitreflexion und Zeit-Temperatur Verlauf empirisch miteinander korelliert wurden. Die Wärmeflußwerte für das Karbon und das Mesozoikum wurden dadurch ermittelt, daß gemessene und berechnete Vitrinitreflexion in optimale Übereinstimmung gebracht wurden. Für das Mesozoikum kann eine Übereinstimmung bei Wärmeflußwerten zwischen 37 und 50 mW/m² (0.9 und 1,2 hfu), für das Karbon für Werte zwischen 70 und 96 mW/m² (1.7 und 2.3 hfu) erzielt werden, was je nach Lithologie und Kompaktionszustand einem Geothermalgradienten zwischen 50 und 80 °C/km entspricht. Nur für die karbonischen Daten ist eine systematische räumliche Änderung der Werte erkennbar. Der Wärmefluß im Mesozoikum entspricht dem in heutigen stabilen Plattformgebieten. Wärmefluß und geotektonische Position im Karbon sind vergleichbar mit solchen heutigen »back-arc« Gebieten, die von kontinentaler Kruste unterlagert sind.

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Résumé L'histoire thermique du bassin allemand nord-occidental a été simulée sur ordinateur au moyen d'un modéle unidimensionnel; ce modèle tient compte des changements introduits par la compaction dans les propriétés physiques de roches, de la profondeur, de la température et de l'évolution de la matière organique. Pour modéliser cette évolution, on a établi une corrélation entre la réflectance de la vitrinite et l'histoire thermique. Les valeurs du flux de chaleur pour le Mésozoïque et le Carbonifère ont été obtenues par ajustement entre la réflectance de la vitrinite observée et calculée. Pour les échantillons mésozoïques, les valeurs calculées et mesurées s'accordent le mieux pour un flux compris entre 37 et 50 mW/m2 (0.9 et 1,2 HFU). Il n'y a pas de variation régionale systématique. Pour le Carbonifère, le meilleur accord donne un flux siuté entre 70 et 96 mW/m2 (1,7 et 2,3 HFU), ce qui correspond à des gradients géothermiques de 50 et 80 °C/Km, selon la lithologie et le degré de compaction. Il existe dans le Carbonifère, des variations régionales, qui parallélisent les lignes structurales de l'orogène varisque. Le flux de chaleur mésozoïque est compatible avec une situation de plate-forme stable. Le flux de chaleur carbonifère et sa répartition géotectonique fait plutôt penser, dans la nature actuelle, aux régions d'arrière-arc sur croûte continentale.

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, , , . , . . 37–50 mW/m² (0,9 i 1,2 hfu), — 70–96 mW/m² (1,7 2,3 hfu), — — 50 80°/. , . (back-arc), .