Anisotropic magnetic susceptibility of rocks under mechanical stresses

Summary The magnetic susceptibility of a rock under a uniaxial compression () decreases along the axis of compression and increases along the direction perpendicular to the axis, with an increase of . Thus, the magnetic susceptibility of a compressed rock becomes anisotropic.The decrease of longitudinal susceptibility,K (), and the increase of transverse susceptibility,K (), are theoretically derived from a model of rock which assumes the uniaxial anisotropy and the isotropic magnetostriction of magnetic minerals in rocks and a random orientation of the minerals. Results show thatK () decreases toward zero whereasK () increases and approaches a finite asymptotic value with an increase of , and –(/)K () is twice as large as /K () for small values of . These results are in good agreement with experimental data.

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Zusammenfassung Die magnetische Suszeptibilität eines Steines unter zunehmender uniachsigen Druckspannung () nimmt ab längs der Achse der Druckspannung und nimmt zu längs der Richtung senkrecht der Achse. Somit wird die magnetische Suszeptibilität des gedrückten Steines anisotrop.Die Abnahme der longitudinalen Suszeptibilität,K (), und die Zunahme der transversalen Suszeptibilität,K (), werden theoretisch von einem Modell eines Steines hergeleitet, das die uniachsige Anisotropie, die isotrope Magnetostriktion, und eine nichtbevorzugte Orientierung der magnetischen Minerals im Stein annimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass mit einer Zunahme des ,K () gegen Null abnimmt, währendK () zunimmt und sich einem begrenzten asymtotitschen Wert nähert und, dass für kleine Werte des , –(/)K () zweimal so gross wie /K () ist. Diese Ergebnisse stimmen gut mit den Versuchangaben überein.

     

Über den Einfluss eines Emissionseffektes auf das Messergebnis der elektrischen Leitfähigkeit der Luft

Zusammenfassung Ein Effekt wird beschrieben, der bei der Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Gasen mit radioaktiven Bestandteilen wirksam ist. Die Meßergebnisse der beiden polaren Leitfähigkeiten werden von abgestrahlten Ladungsquanten, die beim Zerfall der an Meßelektroden angelagerten radioaktiven Substanzen entstehen, gegensinnig beeinflußt. Die Tendenz dieses Einflußes hängt vom Meßprinzip ab, so daß bei der Entlademethode die negative Leitfähigkeit zu groß und die positive zu klein gemessen wird — bei der Auflademethode ist es umgekehrt. Der Emissionseffekt ist eine Funktion der Menge der in den Gasen enthaltenen radioaktiven Substanzen, der Expositionszeit und der wirksamen Oberfläche des Meßkondensators. Die Wirkung von wird an Ergebnissen von Leitfähigkeismessungen der Luft demonstriert. Durch Reduktion der Meßergebnisse mit gleichzeitigen polaren Basiswerten kann der Einfluß dieses Effektes eliminiert werden.

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Summary An effect is described which will be used to measure the electrical conductivity of gases with radioactive components. The measured values of the two polar conductivities are influenced in inverse proportion by the radiated quantum of charge arising from the decay of radioactive deposits at the measuring electrodes. The tendency of this influence depends on the measuring method applied that is to say, the discharging method indicates the negative conductivity too high and the positive one too low whereas the charging method leads to reverse results. The emission effect is a function of the quantity of the radioactive substances contained in the gases, of the time of exposure and of the effective surface of the measuring condenser. The effect of is demonstrated by means of results of measured values of conductivity of the air. This effect may be eliminated by means of reducing the measured values with simultaneous polar basic values.

     

Atmospheric electricity measurements over the Indian Ocean

Summary Results of measurements of the atmospheric electrical conductivity and potential gradient made during the sixth Scientific Cruise of the Indian Oceanographic Ship INS Kistna in the Bay of Bengal during February–March 1963 are presented. Observations were made when the skies were generally clear and the sea calm, in the geographical area 8°N to 17°N and 80°E to 95°E, on the outward journey of INS Kistna from Madras (80°E, 13°N) to Port Blair (93°E, 12°N) and on the return journey to Madras.Over the ocean where there are no local sources of pollution, the measured values of conductivity and potential gradient are in agreement with theoretical values, assuming that an ion equilibrium exists, that ions are destroyed primarily by collision with small ions of opposite sign and that small ions are produced only by cosmic radiation. The values of electrical conductivity obtained are generally of the same order as those to be expected from theoretical considerations and in general agreement with those obtained during the Carnegie cruises in the Indian Ocean in 1920. There are, however, significant variations near the coast where the electric structure above the ocean is affected by continental sources of pollution. Conductivity values near the land are about half that in the unpolluted air over the ocean but prevailing winds prevent the extension of pollution beyond 100–200 km from the coast in this season.

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Zusammenfassung Es wird über Messungen der luftelektrischen Leitfähigkeit und des Potentialgefälles berichtet, welche während der Sechsten Wissenschaftlichen Kreuzfahrt des indischen Ozeanographischen Forschungsschiffes Ins Kistna in der Bengalischen Bucht im Februar und März 1963 ausgeführt wurden. Die Beobachtungen sind im allgemeinen bei klarem Himmel und ruhiger See gemacht worden, und zwar in dem geographischen Bereich zwischen 8 und 17°N und 80 und 95°E während der Ausfahrt der INS Kistna von Madras (80°E, 13°N) nach Port Blair (93°E, 12°N) und auf der Rückreise nach Madras. In den Bereichen des Ozeans, in denen keine örtlichen Pollutionsquellen bestehen, stimmen die gemessenen Werte der Leitfähigkeit und des Potentialgefälles mit den theoretischen Werten überein, die man erhält, wenn man annimmt, dass ein Ionengleichgewicht besteht, dass die schnellen Ionen vorwiegend durch Zusammenstoss mit schnellen Ionen des entgegengesetzten Vorzeichens vernichtet werden, und dass die schnellen Ionen nur durch die kosmische Höhenstrahlung erzeugt werden. Die Werte der Leitfähigkeit stimmen mit denen überein, die man aus theoretischen Überlegungen gewinnt, und auch mit denen, die während der Kreuzfahrten des Forschungsschiffes Carnegie im Indischen Ozean im Jahre 1920 gemessen Küste sind jedoch bedeutsame Abweichungen festzustellen, wo die elektrischen Verhältenisse über dem Ozean durch Pollutionsquellen auf dem Lande beeinflusst werden. Die Leitfähigkeitswerte nahe dem Land sind nur ungefähr halb so gross wie die in der pollutionsfreien Luft des offenen Ozeans-jedoch haben die während der Mess-Jahreszeit vorherrschenden Winde eine Ausbreitung der Pollutionszone auf einen Bereich von 100 bis 200 km von der Küste beschränkt.

     

Solution of stochastic groundwater flow by infinite series,and convergence of the one-dimensional expansion

This paper investigates analytical solutions of stochastic Darcy flow in randomly heterogeneous porous media. We focus on infinite series solutions of the steady-state equations in the case of continuous porous media whose saturated log-conductivity (lnK) is a gaussian random field. The standard deviation of lnK is denoted . The solution method is based on a Taylor series expansion in terms of parameter , around the value =0, of the hydraulic head (H) and gradient (J). The head solution H is expressed, for any spatial dimension, as an infinite hierarchy of Green's function integrals, and the hydraulic gradient J is given by a linear first-order recursion involving a stochastic integral operator. The convergence of the -expansion solution is not guaranteed a priori. In one dimension, however, we prove convergence by solving explicitly the hierarchical sequence of equations to all orders. An infinite-order stochastic solution is obtained in the form of a -power series that converges for any finite value of . It is pointed out that other expansion methods based on K rather than lnK yield divergent series. The infinite-order solution depends on the integration method and the boundary conditions imposed on individual order equations. The most flexible and general method is that based on Laplacian Green's functions and boundary integrals. Imposing zero head conditions for all orders greater than one yields meaningful far-field gradient conditions. The whole approach can serve as a basis for treatment of higher-dimensional problems.     

Campo generato da un cavo percorso da corrente alternata disteso su un terreno con interstrato

Résumé L'A. étudie le champ e. m. provoqué par un cable infiniment long (parcouru par courant alternatif, à basse fréquence) posé sur la surface d'un, terrain avec interstratumJ horizontal infiniment étendu. La coucheJ peut-être à la surface ou plongée dans le sol homogène à une profondeur donnée. Après avoir éliminées les habituelles limitations sur l'épaisseur minimum de cette couche (infiniment petite et infiniment conductive), l'A. résout le problème integral de la différence de conductibilité (0) avec l'embasement. Dans la 1.e Partie, on vient donc à la solution du problème integra de la couche à la surface. Dans la 2. e Partic, on donne la solution du problème integral de l'interstratum situé à une donnée profondeur de la surface du sol, d'épaisseur finie avec quel-que-soit difference de résistivité avec le milieu encaissant.Dans le § 1, on a suivi, avant tout, les théories deHaberlandt et d'Evans, en partant d'une deduction fondamentale parEvans sur le champ électrique, en fonction de l'épaisseur de la couche superficielle conductive qu'on considère.Tout cela, justifie l'introdution des mots signifiants: couche mince, épaisseur critique, liés à caractéristiques propriétés électromagnetiques.L'A., avec quelques variations, gagne les mêmes résultats, en employant emitteurs dipolaires. Voir La fonction de la couche mince électriquement conductive (avec un effet de pseudo-résonance e. m. à basse fréquence), Geofisica pura e applicata, ce Volume.Dans le § 2, après avoir établi de simples formules asymptotiques (regardantes le c. e.:E), l'A. étudie le champE en fonction de l'épaisseur de la couche et du rapport des conductibilités de la couche même et de l'embasement, parvenant à donner des diagrammens particulaires. La coïncidence pas parfaite avec les résultats obtenus parEvans, peut-être aisément justifiée, mais il faut relever qu'on parvient substantiellement à la même loi de variation du c. e.E avec l'épaisseur de la couche superficielle. Cette loi vient ici étendue au cas (même important) de la couche superficielle à plus grande résistivité que l'embasement.Dans le § 3, on développe la question de l'interstratum proprement dit, plongé à une profondeur donnée, dans un, terrain indefini homogène et isotrope. En appliquant le même procédé analytique de la l. e Partie, on donne l'expression du c. e., dans l'air, qui coincide avec celle donnée parEvans, pour épaisseur infinie de l'interstratum, et avec celle obtenue parCarson pour le c. e. normal.Dans le § 4, on examine le c. e. asymptotique (c'est-à-dire à grande distance du cable) en parvenant à des formules analogues à celle de la l.e Partie. On établie enfin les modalités pour déterminer la profondeur et surtout les caractéristiques électriques de l'interstratum en relation à celles du milieu encaissant. On donne, ainsi, pour la première fois, la solution complète du problème.

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Summary The A. studies the e.m. field, generated by a rectilinear infinitely long cable (carrying an alternating current), placed on the surface of a ground with horizontal infinitely long interlayer. The interlayer can be surface outcropping or be placed into the homogeneous ground, at a determinate depth. After elimination of usual limitations about the minimum thickness of this layer (infinitely little and infinitely conducting), the A. solves the problem pertinent to the difference of conductivity (0) with the underlayer. In the first Part, the A. comes to the solution of the integral problem of outeropping layer, or of covering layer of an homogeneous isotropic ground. In the second Part, the solution of the integral problem of the interstratum placed at determinate depth, of finite thickness, with any difference of conductivity with the embedding medium is given.In § 1, the A., at first, follows theHaberlandt andEvans's theories, departing from a fundamental deduction byEvans about the e.f., as function of the thickness of the superficial conducting layer. This justifies introduction of the physical-geometric notions, as thin layer, critical thickness, binded to characteristic e. m. properties. The A. attained recently, with some variants, the same deductions, using dipolar exciters: see The function of the thin conducting layer (with effect of e. m. pseudo-resonance, low frequency), Geofisica pura e applicata, this Volume.In § 2, after simple asymptotic formulas (regarding e. f.E), the A. studies the e. f.E as function of the thickness of the layer and of the underlayer, giving particular diagrams. Not perfect coincidence withEvans's results may be easily justified, but it is well to put in evidence that, substantially, the same law of the variation ofE with thickness of superficial layer is obtained. This law is here extended to the case (also important) of the superficial layer with greater resistivity than the underlayer.In § 3, the A. develops the problem of real interstratum, placed at determinate depth, in a indefinite homogeneous ground. Following the same analytical proceeding of the first Part, the expression of e.f. in air is given, which coincides, with thatEvans's one, for infinite thickness of the interlayer, and with thatCarson's one of normal e. f.In § 4, the asymptotic e. f. (i. e. at great distance from the cable) is examined, finding analogous formulas to the first Part.Finally, the A. establishes the modalities for determining depth and electric characteristic of the interlayer (with reference to those of embedding medium), giving, in the first time, the complete solution of the problem.

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Zusammenfassung Der Verf. untersucht das von einem gradlinigen, unendlich lange (von Niederfrequenz-Wechselstrom durchflossenen), auf der Erdoberfläche liegenden Kabel erzeugte elektrische Feld, wobei der Boden eine horizontale weit ausgedehnte Zwischenschicht besitzt. Die Zwischenschicht kann zu Tage treten oder auch im homogenen Boden in einer gewissen Tiefe versenkt bleiben. Nach Beseitigung der üblichen Einschränkungen bezüglich der kleinsten Stärke dieser Schicht (unendlich kleine Mächtigkeit und unendliche Leitfähigkeit) löst der Verf. das Problem des Leitfähigkeitsunterschiedes mit dem Liegenden (zu Tage tretende mehr oder weniger leitfähige Unterschicht). Im ersten Teil gelangt man infolgedessen zur Lösung des gesamten Problems der zu Tage tretenden Schicht oder der Deckschicht eines isotrop-homogenen Bodens. Im zweiten Teil wird die Lösung des gesamten Problems der eingebetteten Schicht von endlicher Stärke und mit beliebigen Leiftfähigkeitsunterschied gegenüber dem einschliessenden Mittel gegeben.Im § 1 werden zuerst die vonHaberlandt undEvans aufgestellten Theorien erwähnt, wobei an eine grundlegende Ableitung vonEvans für das elektrische Feld in Abhängigkeit der Stärke der leitenden obersten Schicht erinnert wird. Dieses gerechtfertigt fertigt die Einführung der physikalisch-geometrischen Begriffe, wie dünne Schicht, kritische Schicht, die durch kennzeichnende elektromagnetische Verhältnisse bedingt sind. Neuerdings ist der Verf. mit geringen Abweichungen zu gleichartigen Ableitungen durch Anwendung von Dipol-Sendern gelangt siehe Die Funktion der elektrisch leitenden dünne Schicht (mit niederfrequentem elektromagnetischen Pseudoresonanzeffekt) in Geofisica pura e applicata, dieser Band.Nach Ableitung der einfachen asymptotischen Formeln (betreffend das elektrische Feld:E), untersucht der Verf. das Verhalten vonE in Abhängigkeit der Schichtstärke und des Verhältnisses zwischen den Leitfähigkeiten der Schicht und des Liegenden, wobei es ihm gelingt besondere Diagramme wiederzugeben.Die nicht genaue Übereinstimmung mit den Ergebnissen vonEvans kann in leichter Weise gerechtfertigt werden, doch erscheint es zweckmässig hervorzuheben, dass man grundsätzlich dasselbe Gesetz für das Verhalten des elektrischen FeldesE gegenüber der Stärke der obersten Schicht wiederfindet. Dieses Gesetz ist hier erweitert auf den (nicht weniger wichtigen) Fall einer obersten Schicht die einen höheren spezifischen Widerstand als das Liegende besitzt.In § 3 wird das Problem der in einer gewissen Tiefe, in einem unendlich homogenen Boden eingebetteten, eigentlichen Zwischenschicht aufgestellt. Durch Anlehnung an das in ersten Teil beschriebene analytische Verfahren gelingt es dem Ausdruck, für das elektrische Feld in der Luft aufzustellen, der mit jenem vonEvans für die Zwischenschicht von unendlich grosser Dicke und jenem vonCarson für das normale elektrische Feld übereinstimmt.Im § 4 wird das asymptotische elektrische Feld (und zwar bei weiten Entfernungen vom Kabel) untersucht, wobei Ausdrücke gefunden werden, die mit denen des ersten Teiles gleichartig sind.Schliesslich wird die Art und Weise zur Feststellung der Tiefe und der elektrischen Charakteristik der Zwischenschicht (mehr oder weniger leitend als das einschliessende Mittel) festgesetzt, womit zum ersten Male die vollständige Lösung des Problems gegeben wird.

     

A remark on the hydrostatic approximation

Summary For an autobarotropic atmosphere the exact linearized equations of motion can be solved for the pressure oscillation when =0 and =2 (=frequency of oscillation, =angular velocity of the earth's rotation). The pressure computed in this way is shown to be in close agreement to the pressure computed by using the hydrostatic approximation.     

Analysis of State of Stress During The 1997 Earthquake Swarm In Western Bohemia

Focal mechanisms of 70 events of the January 1997 earthquake swarm were analysed using the Gephart and Forsyth method to determine the state of stress in the West Bohemia/Vogtland region and to reveal possible stress variations during the swarm activity. The method was applied to the whole set of 70 focal mechanisms and to several subsets distinguishing magnitudes of events and the spatial and temporal distribution of the swarm. The three representative stress models A ( ₁ ,A: 0/45 (az/dip), ₂ A: 134/35, ₃ A: 243/25), B ( ₁ ,B: 162/38, ₂ B: 263/14, ₃ B: 10/49), and C ( ₁ C: 135/30, ₂ C: 1/50, ₃ C: 239/23) which could characterise the state of stress in the region were found. Model C can be considered to be the most probable stress model because of its consistency with the European stress field. The results of the stress analysis applied to the individual subsets of focal mechanisms indicate that the state of stress was more uniform during the first phase of the swarm. To distinguish between the fault plane and the auxiliary plane of fault plane solutions a statistical approach was used. The results showed that the fault planes striking NW-SE and dipping 45° to NE were activated during the swarm.     

Effects of a uniaxial compression on remanent magnetizations of igneous rocks

Summary Characteristics of remanent magnetization of an igneous rock under a uniaxial compression are divided into those of the soft component and those of the hard component. The soft component of remanent magnetization irreversibly decreases with an increase of compression () regardless whether the axis of is parallel or parpendicular to the direction of magnetization. The hard component changes reversibly with : the magnetic intensity of hard component increases with when the axis of is perpendicular to the magnetization, whereas it decreases with when the axis of is parallel to the magnetization.Theoretically, the irreversible change of the soft component is attributable to the irreversible movement of 90° domain walls which results in the pressure demagnetization effect, while the reversible change of the hard component is due to the reversible rotation of spontaneous magnetization within those domains which are so tightly fixed by large effective anisotropy energy that the induced magnetoelastic energy cannot drive their 90° walls.In natural remanent magnetization of igneous rocks, the soft component corresponds to either one or all of isothermal remanent magnetization, viscous remanent magnetization and piezo-remanent magnetization, whereas the hard component is mostly due to thermo-remanent magnetization.     

Vergleich luftelektrischer Messungen mit der Kondensationskernzahl auf Jungfraujoch (3578 m. ü. M.)

Zusammenfassung Es wird zum ersten Male ein Vergleich luftelektrischer Elemente in kernarmer Luft von etwa 50–1000 [KK/cm³] durchgeführt. Es zeigt sich, dass auch in diesem Bereich der Kernkonzentration die vereinfachte Wiedervereinigungsgleichung noch ihre Gültigkeit hat. Die Streuung der einzelnen Werte ist sehr gross. Die Gründe dieser Streuungen werden kurz erwähnt. Die Lösung der Wiedervereinigungsgleichung wird für den Fall kleiner Kernkonzentrationen in eine e-Funktion entwickelt. Eine genaue Aussage über den Absolutwert der Leifähigkeit kann auf Grund dieser Gleichung nicht gemacht werden. Diese Gleichung gibt über die Beziehung der Leitfähigkeitsänderung und der Kernzahländerungd/dZ=– Auskunft. Einige Tagesgänge der Monatsmittelwerte werden demonstriert.

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Summary For the first time comparisons are made in an atmosphere with a small number of condensation nuclei, between the content of condensation nuclei and atmospheric electrical elements. The simplified equation for the recombination is valid in this range of nuclei content too. The dispersion of single values is very great. The causes for this dispersions are briefly mentioned. The solution of the equation of recombination is evolved into an exponential function for the case of small nuclei content. An exact statement for the absolute value of conductivity cannot be given on the basis of this equation. This equation provides information on the relations of variations of conductivity and numbers of nuclei:d/dZ=–. Some diurnal variations of the monthly means are demonstrated.

     

Complexities of rock fracture and rock friction from deformation of Westerly granite

A series of rock friction experiments has been carried out to study the complexities in rock fracture and rock friction. Intact Westerly granite samples were loaded to shear failure in a laboratory polyaxial loading apparatus. The resultant fractured samples were reloaded to cause frictional sliding. Both polyaxial loading (₁ > ₂ > ₃ > 0) and equal confining condition (₁ > ₂ = ₃ > 0) were used. The deformation processes were monitored by macroscopic axial stress-strain, optical holography, and ultrasonic velocity measurements.Intense localized deformation along the fracture occurred very early in the loading of fractured samples. Contacts on the fracture surfaces continuously broke during loading. No acoustic velocity anomaly was observed for the fractured sample, in contrast to a 25% drop in the velocity before the failure of the corresponding intact sample. The current study and previous research suggest that the deformation localization is an important process in governing the instability of rock friction. Instability analysis of rock friction needs to include not only the deformation processes along the sliding surfaces, but also those adjacent to the fractures such as the localized deformation along the fractures observed in the current study. The instability analysis of rock friction with rate- and state-dependent friction laws does not specifically include the deformation localization adjacent to the faults and thus ignores an important class of instability as described byRudnicki (1977).A dependence of frictional strengths on the stress components normal to the sliding and in the plane of the fracture surface was observed. This dependence can be understood by considering the loading of the irregular fracture surface under polyaxial loading conditions. This observation requires the friction laws in the macroscopic scale to be modified for those cases where the three principal stresses (₁, ₂, and ₃) are significantly different.     

On the Upper Bound of the Liquid Core Viscosity

By using Molodensky and Sasao (1995a) and Molodensky and Groten (1998) an approach of expansion in powers of the small parameter =(+)/ (where + and are the frequencies of nutational motion in space and in a mantle-fixed reference frame, respectively, is tidal frequency) a theory of diurnal Earth tides and nutation for a realistic model of the Earth with an inhomogeneous, viscous liquid core and an anelastic mantle is constructed. It is shown that our approach is self-consistent for semi-annual, annual, and principal nutational components (when ||1/180). By comparing the results of modern VLBI-nutational data and the results of our calculations, we have found the region of possible values of the parameters which describe the anelastic properties of the Earth's lower mantle and the viscosity of the liquid core. It is shown that modern VLBI-data are about six orders of magnitude more sensitive to the liquid core viscosity than modern seismic data or Earth free oscillations data.     

Changes of electric conductivity in the neighbourhood of the curie temperature of basalts

Summary In investigating the electric conductivity of rocks as a function of the temperature it was found that rocks containing ferrimagnetic minerals display a change in the slope of the functionlg =f(1/T) in the neighbourhood of the Curie temperature . In order to explain these changes the curveslg =f(1/T) and the Curie temperatures , obtained from the temperature dependence of the saturated magnetization J_s=f(T), were compared. Eight samples of basalts, 2 samples of haematite and magnetite were used to demonstrate the relation between and the changes in the pattern of the electric conductivity, caused by the variations of the exchangeable energy of ferrimagnetic minerals.     

Discussion of the fundamental problem of atmospheric electricity

Summary The fundamental problem of atmospheric electricity is given by the question to the cause of the electrical current which can be observed everywhere in the terrestrial atmosphere. The classical picture which emerged in the 1920's, also called sometimes the spherical capacitor theory, is shown to be unproven or even disproven by measuring results available until now. The constituting elements of the classical picture are investigated individually, and conclusions are drawn from these considerations. The outcome is that we indeed have a globally controlled current flow vertically through the atmosphere, but that the connection to the thunderstorm activity is tenuous and, in fact, contradicted by proper interpretation of available measurements. On the other hand, thunderstorms do generate electric currents which feed into the global current circuit, and the amount could very well be sufficient, but we do not have sufficient evidence to be able to decide this question.—The author stresses the necessity to improve the measurement techniques and indicates how to do it, he even calls for an abandonment of outmoded methods which are sometimes misleading and in their results often confusing, but nevertheless still practiced at many places. The Atmospheric Electricity Ten-Year Program is discussed as the natural consequence derived from the present situation.

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Zusammenfassung Das grundlegende luftelektrische Problem ist die Frage nach dem Ursprung des elektrischen Stromes der überall in der Atmosphäre beobachtet werden kann. Das klassische Bild welches in den 1920er Jahren entstand und auch als Kugelkondensator-Theorie bezeichnet wird, wird als unbewiesen dargestellt, ja, sogar als durch die bisher vorliegenden Messergebnisse widerlegt. Die Elemente, welche zusammen das klassische Bild ausmachen, werden einzeln untersucht, und Schlüsse werden aus diesen Untersuchungen gezogen. Das Ergebnis ist, dass wir tatsächlich einen Vertikalstrom haben, der weltweit gesteuert wird, dass aber die Verbindung zur Weltgewittertätigkeit unsicher ist und, genauer betrachtet, von einer sorgfältigen Auslegung der Messergebnisse widerlegt wird. Auf der anderen Seite erzeugen die Gewitter tatsächlich elektrische Ströme, und es scheint als ob deren Stärke ungefähr passend ist, aber unser Kenntnis reicht nicht aus, um das nachzuweisen.—Verfasser betont die Notwendigkeit, die Messmethoden zu verbessern und er zeigt auf wie, ungefähr, das getan werden kann, er ruft sogar dazu auf, die alten und überholten Methoden abzuschaffen weil sie manchmal falsche Schlüsse hervorrufen und gewöhnlich zu verwirrenden Auslegungen führen, trotzdem aber noch vielerorts angewandt werden. Das luftelektrische Zehnjahresprogramm wird als natürliche Folge der gegenwärtigen Situation dargestellt.

     

Das rheinische Erdbeden bei Euskirchen am 8. März 1950

Zusammenfassung In den Jahren 1949 und 1950 sind am Niederrhein 4 Erdbeben gespürt worden. Von diesen war das Beben vom 8. März 1950 das stärkste. Im Herdgebiet, in der Nähe der Stadt Euskirchen, wurde die Stärke VII der Mercalli-Cancani-Sieberg-Skala erreicht. Die Auswertung der Seismogramme ergab als Epizentrum 50° 47, 6° 50 E (4 km östlich von Euskirchen). Die Herdtiefe ergab sich makroseismisch und mikroseismisch zu rund 6 km. Es werden Laufzeitkurven der Vorläuferwellen mitgeteilt. Die Schall-wahrnehmungen werden eingehend diskutiert und darauf hingewiesen, dass den mikroseismischen Verhältnissen dabei möglicherweise eine entscheidende Bedeutung zukommt.

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Summary In 1949 and 1950 four earthquakes were felt on the Lower Rhine. Out of these the earthquake of March 3, 1950, was the strongest one. Near Euskirchen the intensity VII of the Mercalli-Cancani-Sieberg-Scale was atteined. The evaluation of the seismograms resulted the epicentre 50° 47 N, 6° 50 E (4 km E of Euskirchen). The microseismic and macroseismic data resulted a depth of the hypocentre of nearly 6 km. Curves of the arrival times ofP- andS-waves are given. Acustic phenomena are discussed and there is pointed out, that the microclimatic conditions may have a decisive signification.

     

Eine Simulierung orographischer Effekte durch Quellsingularitäten zur Fixierung stromaufwärts gelegener Randwerte

Zusammenfassung Ein zweidimensionales, linearisiertes Strömungsmodell für orographisch induzierte Effekte wird vorgestellt: Unter Voraussetzung von Pseudo-Instationärität lassen sich in einem schwach-geschichteten, reibungsfreien Medium mittlerer Größenordnung dynamisch-thermodynamische Störungen parameterisieren. Beim Überströmen eines Hindernisses, das durch effektiven QuellflußQ simuliert wird, kann man für normierte Stromlinien eine inhomogene Helmholtz-Gleichung ableiten, deren vier Randbedingungen durch das Eingreifen zweier Zusatzterme, welche das instationäre Verhalten beschreiben, modifiziert werden. Man wählt im folgenden den Quellfluß derartig, sodaß vonQ ein aufz=0 aufliegender, endlich ausgedehnter Rücken (mit dem ungefähren Querschnitt eines Halbzylinders) beschrieben wird.Näherungslösungen für den stromaufwärts liegenden Teil eines Rechteckbereiches nach Erreichen eines stationären Strömungszustandes sind mit den Methoden von Laplace-Fourier bestimmbar. Die numerische Größenabschätzung dieser kolumnaren Wellen zeigt, daß die im Windfeld orographisch induzierten Scherungszonen noch in beträchtlicher Entfernung stromaufwärts eines endlichen Hindernisses auftreten. Ihre Größenordnung gleicht jener von Scherungen, welche aus Effekten des thermischen Windes entstehen können. Die horizontale Perturbation der Geschwindigkeit ist bloß um eine Größenordnung kleiner als die Fließgeschwindigkeit des Grundstromes.Die Vorteile des neuen Ansatzes werden diskutiert: Quellsingularitäten sind besser als die üblichen analytischen Darstellungen der Topographie geeignet, die mitunter über weite Distanzen laufenden Störwellen niedrigster Frequenzen mit kolumnarem Charakter zu erfassen.Im Anhang findet man die Verallgemeinerung auf ein analoges dreidimensionales Modell: Ein System zweier partieller Differentialgleichungen führt zu Pseudo-Stromlinien des dreidimensionalen Raumes.

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Source disturbances simulating orographical effects: The determination of upstream boundary values

Summary As outlined in an Appendix a system of partial differential equations is derived for the stream surfaces of a flow of a stratified fluid over an obstacle for the so-called pseudo-instationary case of an inviscid linearized model for mesoscale motions in three dimensions.The solution for the two-dimensional case, which is the basic part of this paper, results in a Helmholtz Equation, the four boundary conditions of which are partially modified by two additional terms characterizing the instationarity of the problem. The orographic effects are parameterized by the effective source singularity. (The latter corresponds roughly to a mountain range with a semi-circular cross-sectional profile).For the upstream part of a rectangular range steady-state solutions in the limit of long time are obtained by the methods of Laplace-Fourier. The numerical calculation shows, that a system of orographically caused shear-layers (columnar waves) exists. The wind shears induced are of the order of shears due to thermal wind effects, though quite apart from these effects. The perturbations of horizontal velocity are only one order of magnitude smaller than the velocity of the fluid-flow itself.The results show that source singularities are good means to represent topographical effects: Especially they may explain more precisely upstream influences due to horizontally propagating waves having near-zero frequencies than the usual analytical formulations of orography can do it.Finally the theoretical results are compared with some data-sets taken from fluid-tank experiments and from observations from instrumented aircraft.

     

Die heterogenen sphäroidischen Gleichgewichtsfiguren und das Normalsphärold der Erde

Zusammenfassung Die Gleichgewichtsfiguren lassen sich gänzlich unabhängig vom Dichtegesetz durch die Eingeschaft charakterisieren, daß der Absolutbetrag des Formparametersf0 ein Minimum sein muß. Diese merkwürdige Eigenschaft liefert eine Gleichung zwischen der geometrischen Abplattung und den beidenStokesschen Konstanten und , mit deren Hilfe aus den ⁴ Lösungen desHelmertschen Gleichungssystems für eine bestimmte Masse die ³ Gleichgewichtsfiguren ausgesiebt werden können. Jede beliebige heterogene sphäroidische Gleichgewichtsfigur ist entweder durch die Masse und die Gestalt ihrer freien Oberfläche oder durch die Masse und drei physikalische Parameter gänzlich eindeurig bestimmt; sie hat ein streng individuelles Dichtegesttz. Aus der dreifach unendlichen Mannigfaltigkeit der Gleichgewichtsfiguren können linear Reihen herausgegriffen werden, indem man entweder zwei physikalische Parameter festhält oder indem man die Figuren aufsucht, welche eine gegebene Fläche zur gemeinsamen äußeren Niveaufläche besitzen oder die Reihe jener Gleichgewichtsfiguren, die sich aus der Schar der äußeren Niveauflähen einer gegebenen Gleichgewichtsfigur bilden läßt.Obwohl das HauptträgheitsmomentC keineStockessche Konstante ist, kann das durch ,W ₀ undC eindeutig definierte Normalsphäroid der Erde hypothesenfrei bestimmt werden, weil in der Reihe (,K) auch die Trägheitsmomente und damit die dynamische Abplattung konstant ist. Damit kann die empirisch bekannte dynamische Abplattung mittels des Rückganges auf die homogene Ausgangsfigur der Reihe (,K) durch die statische Abplattung ersetzt werden. Allerdings muß der Ableitung des Normalsphäroides an Stelle der primär unbekannten Werte für die Erdmasse und den Potentialwert des Geoides die Äquatorschwere und die Äquatorachse zugrunde gelegt werden.Abschließend werden noch die drei linearen Reihen (,W ₀), (,K) und (W ₀,K) diskutiert, welche sich im Normalsphäroid schneiden müssen. Auch kann in dem mit den Achsena, undh _m gebildeten Koordinatensystem die Hüllfläche der Gleichgewichtsfiguren angegeben werden; sie ist durch den Formparameterf=–3a²/2 gekennzeichnet.

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Summary The figures of equilibrium independant from the law of density in their interior can be characterized by the remarkable property that the absolute value of the «shape-parameter» must be a minimum. This gives an equation between the flattening and the twoStokes constant and , by which the ³ figures of equilibrium can be selected from the ⁴ solutions ofHelmert's equations for a given mass. Each inhomogeneous spheroidical figure of equilibrium is determined unequivocally by the mass and the shape of its free surface or by the mass and three physical parameters; the law of density is strictly individual. From the threefold infinite multiplicity of the figures of equilibrium linear series are to find out with two fixed physical parameters or you can compute a series of figures with a common level surface or the series built by all level surface of a given figure of equilibrium.Though the moments of inertia are notStokes constants the normal spheroid of earth unequivocally defined by ,W ₀ andC can be determined without hypotheses, because in the series (,K) also the moments of inertia and the mechanical ellipticity are constant. Therefore the empirically known mechanical ellipticity can be substituted by the static flattening returning to the homogenous figure in the beginning of the series. Of course the determination of the normal spheroid of earth demands the knowledge of gravity in equator and of the equator-axis instead of the unknown mass of earch series (,W ₀), (,K) and (K,W ₀), which intersect in the normal spheroid, are discussed. Also the boundary surface of the figures of equilibrium in the Cartesian system of the coordinatesa, andh _m is discussed; this surface is determined byf=–3a²/2.

     

Thermomagnetic analysis of magnetite parts of serpentinite samples and results of other investigations

Summary The normal type of serpentinites consists of chrysotile. The magnetite parts are essential parts of the structure of chrysotile serpentinites (primary magnetite). Chrysotile is changed to antigorite by mechanical deformations. The magnetite parts of rock structure are lost and they sat down in the veins of serpentinite rocks (secondary magnetite). In this paper the thermomagnetic diagrams and the results of X-ray investigations of secondary and primary magnetite are described. Some results of susceptibility measurements are given. The secondary magnetite is characterized by a region of oxydation in the interval 280–400° C (secondary magnetite-Fe₂O₃-Fe₂O₃). The oxydation to -Fe₂O₃ is remarkably. On the thermomagnetic diagrams of primary magnetite no typical oxydation region is to be seen. The oxydation: primary magnetite-Fe₂O₃ is very small. The interval of measured susceptibility values amounts to (10–1500)·10^–6 cgs units. The essential variability of the main parts of serpentinite samples is characterized by the great changes of susceptibility values from point to point.The determined values of specific saturation magnetization (Gauss. cm³ g^–1), the X-ray powder data, and some results on remanent magnetization are given.

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Zusammenfassung Die Normaltypserpentinite bestehen aus Chrysotil. Der Magnetit ist Bestandteil der Struktur der Chrysotilserpentinite (primärer Magnetit). Unter dem Einfluß mechanischer Deformationen geht Chrysotil in Antigorit über. Die Magnetitanteile der Gesteinsstruktur gehen verloren und scheiden sich auf Klüften ab (sekundärer Magnetit). In der vorliegenden Arbeit werden die thermomagnetischen Abhängigkeiten und die Ergebnisse von Röntgenuntersuchungen des sekundären und primären Magnetits beschrieben. Es werden einige Ergebnisse der Suszeptibilitätsmessungen angeführt. Der sekundäre Magnetit wird durch einen Oxydationsbereich im Temperaturintervall 280–400° C charakterisiert (sekundärer Magnetit-Fe₂O₃-Fe₂O₃). Die Oxydation zu -Fe₂O₃ ist beträchtlich. Die thermomagnetischen Diagramme des primären Magnetits zeigen keinen typischen Oxydationsbereich. Die Oxydation: primärer Magnetit-Fe₂O₃ ist sehr gering. Das Intervall der gemessenen Suszeptibilitätswerte beträgt (10–1500)·10^–6 CGS-Einheiten. Die starke Veränderlichkeit der Hauptbestandteile der Serpentinitproben wird durch die großen Änderungen der Suszeptibilitätswerte von Punkt zu Punkt gekennzeichnet.Die gemessenen Werte der Sättigungsmagnetisierung (Gauss.cm³ g^–1), der Röntgenuntersuchungen und einige Ergebnisse über die remanente Magnetisierung werden gegeben.

     

A study of the kinetic energy budget of the troposphere over the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico

Summary The budget of kinetic energy over the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico during the winter (November–April) and Summer (May–October) half-years of 1960 is established for the finite atmospheric layers 1000/850, 850/700, 700/500, and 500/300 mb. Vertical transports, lateral outflow, and generation of kinetic energy are computed directly from twice-daily aerological soundings, while the dissipation term is obtained as a residual. The frictional dissipation in the boundary layer is independently computed from 1960 ship observations. Kinetic energy dissipation is of the order of 1·10³ ergs·cm^–2 in the layer 1000/850 mb, decreasing in the higher layers. The residual dissipation term would indicate a production of kinetic energy, particularly for the layer 500/300 mb in winter. This would appear consistent with results by other authors. Due to the uncertainties inherent in the computational procedures, however, only limited confidence can be given to the absolute values.

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Zusammenfassung Die Kinetische Energie-Bilanz über dem Amerikanischen Mittelmeer während der Winter-(November–April) und Sommerhälfte (Mai-Oktober) des Jahres 1960 wird für die Schichten 1000/350, 850/700, 700/500 und 500/300 mb untersucht. Vertikaltransporte, seitlicher Export und die Produktion von kinetischer Energie werden direkt von den zweimal täglichen Radiosondenaufstiegen berechnet, während die Vernichtung kinetischer Energie als Restglied der Energiegleichung bestimmt wird. Der Energieverbrauch in der Grenzschicht wird unabhängig auf Grund von Schiffsbeobachtungen des Jahres 1960 abgeschätzt. Die Vernichtung kinetischer Energie hat in der Schicht 1000/850 mb die Grössenordnung von 1·10³ ergs·cm^–2·sec^–1, und nimmt nach den höheren Schichten zu ab. Das Restglied der Energiegleichung zeigt eine Produktion kinetischer Energie vor allem für die Schicht 500/300 mb im Winter an. Das erscheint verträglich mit den Ergebnissen anderer Autoren. Wegen der in den Berechnungsverfahren liegenden Unsicherheiten kommt den Absolutwerten nur begrenzte Gültigkeit zu.

     

Zur Analyse der Genauigkeit von mehrmals mit einer Gravimetergruppe gemessenen gravimetrischen Verbindungen

Summary In order to evaluate the accuracy of measurements repeated by a set of gravimeters the semi-systematic errors ₂ and ₃ were introduced besides the random error ₁ in[1]. It is shown that Eqs.(10) and(11), given in[1], should not be used to determine these errors, but Eqs.(8) and(9).     

Transient analysis of seismic core phases

Summary Speeded-up magnetic tape recordings of earthquake signals can be analyzed by means of an electronic sound spectrograph. The time-dependent spectrum of body waves obtained through transient analysis provides some insight into the physical properties of the earth's interior. In the short-period arrivals traveling through the outer core and inner core dispersion has been observed. A group velocity maximum has been found forP at periods between 1 and 2 seconds. The direct rayPand the surface reflected phasePP convey more energy than the arrivalsP ₂ andPcPP which, firstly, enter the outer core at incidence far from vertical, and secondly spend more time in the outer part of the fluid core.

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Zusammenfassung Magnetbandaufzeichnungen von Erdbebensignalen können, mit vervielfachter Geschwindigkeit wiedergegeben, mittels eines elektronischen Schallspektrographen analysiert werden. Das zeitabhängige Raumwellenspektrum, das man aus einer solchen Analyse nichtstationärer Vorgänge erhält, gibt einen gewissen Einblick in die physikalischen Eigenschaften des Erdinnern. So wurde im kurzperiodischen Anteil der Raumwellen, die durch den äusseren und inneren Erdkern gelaufen sind, Dispersion beobachtet. BeiP wurde im Periodenbereich zwischen 1 und 2 Sekunden ein Gruppengeschwindigkeitsmaximum gefunden. Der direkte StrahlP und die einmal an der Erdoberfläche reflektiertePP-Welle transportieren mehr Energie als die WellenphasenP ₂ undPcPP, die erstens in den äusseren Erdkern unter einem sehr grossen Inzidenzwinkel eindringen und zweitens eine längere Zeit benötigen, um den äusseren Teil des flüssigkeitsähnlichen Kerns zu durchlaufen.

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Lamont Geological Observatory Contribution No. 558.