Witwatersrand iron-formations and their significance for gold genesis and the composition limits of orthoamphibole

Summary In the West Rand Group of the 3.07–2.71 Ga old Witwatersrand Supergroup, South Africa, a series of banded iron-formations occur. They are of chemical origin and were deposited in an offshore shelf environment. The coarser-grained, in places pyrite-bearing, and partly auriferous metasedimentary rocks forming the bulk of the Witwatersrand Supergroup are regressive. The iron-formations, however, were deposited during transgression. The presence of allogenic pyrite in the fluviatile metaconglomerates and that of magnetite and, in places, haematite in the marine iron-formations suggests a lower pH and higher sulfur activity for the Archaean meteoric environment than for recent hydrothermal fluids on the ocean floor. Post-depositional alteration of the Witwatersrand rocks includes burial metamorphism at temperatures between 300 and 350 °C and pressures around 2.5 kbar, and multiple hydrothermal inflitration events at slightly lower temperatures, coeval with the brittle deformation of the basin fill during the deposition of the Transvaal Supergroup and the Bushveld Vredefort events.Additional thermal metamorphic overprint of the iron-formations around the Vredefort Dome caused the growth of orthoamphiboles. They show a wide range of compositions between ferro-anthophyllite and ferrous alumino-gedrite, suggesting that the crest of the solvus curve for Fe-rich orthoamphiboles is below 500 °C.Chlorite and amphibole compositions, and the presence of Fe-oxide-bearing horizons between pyrite-bearing ones indicate that the fluid composition during post-depositional alteration was largely controlled by the bulk rock composition of the infiltrated stratigraphic horizons and not by some external source.

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Zusammenfassung Die West Rand Group innerhalb der 3.07–2.71 Milliarden Jahre alten Witwatersrand Supergroup, Südafrika, führt eine Reihe von Magnetit- und Hämatit-haltigen Eisenformationen. Diese sind chemischen Ursprungs und wurden in einem flachmarinen Schelfmilieu abgelagert. Der überwiegende Teil der Witwatersrand Abfolge, bestehend aus klastischen, verschiedentlich Pyrit-führenden und teilweise goldhaltigen Metasedimentgesteinen, kann regressiven Phasen zugeschrieben werden. Die Eisenformationen wurden hingegen während transgressiven Phasen abgelagert. Aufgrund des Auftretens allogener Pyrite in den fluviatilen Konglomeratlagen und von Magnetit und Hämatit in den marinen Eisenformationen lassen sich für den meteorischen Bereich im Archaikum niedrigere pH-Werte und höhere Schwefelfugazität ableiten als für rezente submarine hydrothermale Fluide. Post-diagenetische Alterationsprozesse sind der Versenkungsmetamorphose mit Temperaturen zwischen 300 und 350 °C und Drucken um 2.5 kbar sowie etwas niedriger temperierten hydrothermalen Fluiden zuzuschreiben, die als Folge der inkompetenten Deformation der Beckenfüllung in diese während mehrer Stadien infiltrierten. Infiltration hydrothermaler Fluide während der Ablagerung der Transvaal Supergroup (2.55 Ga) und während des Bildung der Vredefort Struktur (2.0 Ga) sind durch Altersdaten belegt.Zusätzliche thermische Metamorphose der Fe-reichen Pelite und Eisenformationen im Bereich der Vredefort Struktur führte zur Bildung von Orthoamphibolen, deren Zusammensetzung von Anthophyllit bis zu Fe-reichem Alumino-Gedrit reicht. Dies läßt darauf schließen, daß die Solvuskurve für Fe-reiche Orthoamphibole unterhalb von 500 °C liegt.Die Zusammensetzung der Chlorite und Amphibole sowie das Auftreten von Fe-Oxid-führenden Horizonten in den generall Pyrit-reichen Metasedimentgesteinen gestatten die Annahme, daß die post-diagenetische Fluidzusammensetzung hauptsächlich durch die jeweilige Zusammensetzung der infiltrierten Gesteinshorizonte und nicht durch eine externe Quelle bestimmt wurde.

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With 8 Figures     

K-Ar dating of white micas from the Ventersdorp Contact Reef of the Witwatersrand Basin, South Africa: timing of post-depositional alteration

Summary White micas from metamorphosed and hydrothermally-altered basaltic lavas, conglomerates, quartzites and shales in and around the Ventersdorp Contact Reef of the Witwatersrand Basin, South Africa, were dated by the K-Ar method to constrain post-depositional thermal and mineralization processes. The minerals were separated into various grain sizes between < 0.4 and 10m, and characterized in terms of composition, paragenetic sequence and texture, by XRD, SEM and TEM techniques. The K-Ar isochron of all white micas in the basaltic lavas suggests an age of 1994 ± 60 Ma, and that of the smaller mica particles (< 2m) in the quartzites defines a younger age of 1917 ± 66 Ma. This range is considered to reflect the timing of long-lived hydrothermal alteration in the Ventersdorp Contact Reef. The older age is slightly younger than the intrusion of the Bushveld Complex (2060–2054 Ma) and the Vredefort catastrophism (2020 Ma), which are well-documented events that were superimposed onto the Witwatersrand Basin. The younger age may be associated with the Eburnian orogenesis along the western edge of the Kaapvaal Craton resulting in continental-scale fluid migration and hydrothermal activity that extended throughout the Griqualand Basin and even into the Witwatersrand Basin. The K-Ar ages obtained here for the white mica fractions of the Ventersdorp Contact Reef in the Witwatersrand Basin confirm that the period between 2.0 and 1.9 Ga was significant, as far as alteration, and possibly also gold mobilization, was concerned.

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K-Ar Datierung von Hellglimmern aus dem hentersdorp Contact Reef des Witwatersrand Beckens, Südafrika: die zeitliche Eingrenzung der nach der Sedimentablagerung erfolgten Alteration

Zusammenfassung Hellglimmer von metamorph und hydrothermal überprägtem Basalt, Konglomerat, Quarzit und Pelit aus dem Ventersdorp Contact Reef im Witwatersrand Becken, Südafrika, wurden mittels der K-Ar Methode datiert, um das Alter der postsedimentären thermischen Überprägung einzugrenzen. Mineralkörner wurden in einzelne Fraktionen zwischen < 0.4 und 10m separiert und auf deren Zusammensetzung, Paragenese und Textur mittels Röntgendiffraktometrie und Elektronenmikroskopie untersucht. Das Isochronenalter für alle Hellglimmerproben aus dem Metabasalt liegt bei 1994 ± 60 Ma, jenes für die Glimmer mit einer Korngröße < 2m im Quarzit bei 1917 ± 66 Ma. Diese Altersspanne wird als Ausdruck einer lang anhaltenden hydrothermalen Veränderung des Ventersdorp Contact Reef interpretiert. Das ältere Alter ist etwas jünger als die Intrusion des Bushveld Komplex (2060–2054 Ma) und die Vredefort Katastrophe (2020 Ma) - zwei gut dokumentierte Ereignisse, die das Witwatersrand Becken erfaßten. Das jüngere Alter könnte mit der eburnischen Orogenese entlang des Westrandes des Kaapvaal Kratons in Zusammenhang stehen, während der es zu Fluid Migration und hydrothermaler Aktivität quer über den Kontinent vom Griqualand Becken bis in das Witwatersrand Becken kam. Die neuen K-Ar Alter bestätigen somit, daß die Zeitspanne von 2.0–1.9 Ga wesentlich für die Alteration und möglicherweise auch für die Mobilisierung von Gold im Witwatersrand Becken war.

     

Pseudotachylitic breccias from fault zones in the Witwatersrand Basin, South Africa: evidence of autometasomatism and post-brecciation alteration processes

Summary Pseudotachylitic breccias, associated with either bedding-parallel or normal faults, are abundant in the northern and northwestern parts of the gold- and uranium-rich Witwatersrand Basin in South Africa. They are particularly abundant in a zone tangential to the Vredefort Dome, a structure which is now widely accepted to be the eroded remnant of the central uplift of the originally 250 to 300 km wide Vredefort impact structure.Several of these fault zones were sampled along vertical traverses that included both fault breccias and host rocks. Geochemical analyses were undertaken to investigate the processes involved in fault rock formation. In addition, the temporal relationships of fault activity to regional geological events was studied. Detailed petrographic analysis shows evidence for strong hydrothermal overprints of the faults related to breccia formation (thus termed autometasomatism), as well as post-formational alteration. Mixing between two or more precursor lithologies and fluid alteration affected both the fault zones and their wall-rocks. A wide spectrum of trace elements, including Au and U, has been locally mobilised and redeposited by these processes.These fault zones, some of which are of basin-wide significance, were important channels for fluids that also modified the distribution of base metals in the Witwatersrand Basin. The regionally separated locations of our study areas suggest that these processes affected at least a major part of the basin. However, as the chemical characteristics determined for the fault zones differ from site to site, it is likely that the metals were only locally remobilised in the vicinity of fault zones or to previously hydrothermally altered country rock. Subsequent redeposition of metals was limited to the regimes in and around such fault zones.

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Pseudotachylitische Brekzien aus Störungszonen des Witwatersrand-Beckens: Hinweise auf Autometasomatose und Alteration nach der Brekzienbildung

Zusammenfassung Pseudotachylitische Brekzien, entweder an schicht-parallelen oder normalen Verwerfungen, kommen häufig im nördlichen und nordwestlichen Teil des Gold- und Uranreichen Witwatersrand Beckens in Südafrika vor. Man hat sie hauptsächlich von einem tangentialen Bereich um den Vredefort Dom beschrieben. Der Dom ist der tieferodierte Rest der zentralen Aufwölbung der Vredefort Impaktstruktur, die ursprünglich linen Durchmesser von mindestens 250 Km hatte.Einige dieser Verwerfungszonen wurden entlang von Traversen beprobt, die Verwerfungsbrekzien sowie deren Nebengesteine beinhalteten, und geochemisch mit dem Ziel untersucht, die Prozesse bei der Brekzien-Bildung und die zeitlichen Verhältnisse von Verwerfungen und regionalgeologischen Ereignissen zu erfassen. Petrographische Analysen zeigten, daß die Verwerfungszonen im Zusammenhang mit der Brekzierungsphase stark hydrothermal überprägt wurden (ein Prozess, der daher als Autometasomatose bezeichnet wird) und eine zweite Überprägungsphase erfahren haben, die nach der Brekzierung stattfand. Es wird gezeigt, daß sowohl Mischung von wenigstens zwei Mutter-Gesteinskomponenten und Flüssigkeitsüberprägung, die Verwerfungszonen und Nebengesteine betraf, wichtige Rollen in der Bestimmung der chemischen Charakteristiken der untersuchten Zonen spielten. Viele Elemente, darunter Gold und Uran, wurden durch diese Prozesse lokal mobilisiert und wieder abgelagert.Diese Verwerfungszonen, von denen einige eine beckenweite Bedeutung besitzen, agierten als wichtige Kanäle für Flüssigkeiten, die die Verbreitung von wichtigen Metallen im Witwatersrand Becken modifizieren konnten. Da unsere Untersuchungsorte weit voneinander getrennt liegen, muß angenommen werden, daß diese Prozesse wenigstens weite Teile des Beckens beeinflußten. Da jedoch die chemischen Charakteristika der untersuchten Zonen von Fall zu Fall unterschiedlich sind, liegt die Vermutung nahe, daß Metalle höchstens lokal mobilisiert und umgelagert wurden und daß dies vermutlich im wesentlichen in der Nähe von existierenden Reefs stattfand. Es ist ferner klar, daß die Umlagerung von Metallen auf die unmittelbaren Bereiche dieser Verwerfungszonen beschränkt war.

     

Mineralogisch-petrographische Untersuchungen an den Sedimenten (Schichtflutfanglomeraten) des Oberrotlieegenden von Schramberg

Zusammenfassung Die Sedimente des Oberrotliegenden von Schramberg bestehen aus Gesteinsbruchstücken und Quarz-, Feldspat- und Glimmerkörnern. Außer bei den selten vorkommenden Sandlagen überwiegen die Gesteinsbruchstücke.Die im Sediment auftretenden Gesteinsarten (Granit, Gneis, Quarzporphyr, Granitporphyr) stimmen mit den heute in der Nähe anstehenden Gesteinsarten des Grundgebirges überein, weshalb die nähere Umgebung als Ursprungsgebiet angesehen werden muß. Die größte Entfernung (ca. 10 km) hat vermutlich der Gneis zurückgelegt. Im Grundgebirge der Schramberger Gegend scheinen während des Oberrotliegenden keine anderen Gesteisarten mehr angestanden zu haben, als heute dort anstehen.Die prozentuale Verteilung und die Kornverteilungen der Minerale in den Gesteinsbruchstücken der Hauptgesteinsart (Granit) und bei den Einzelmineralkörnern stimmen überein. Hieraus ergibt sich, daß Einzelmineralkörner und Gesteinsbruchstücke dem selben Ursprungsort entstammen. Das einzige beobachtete Tonmineral ist aus den Ursprungsgesteinen stammender Muscovit.Hämatit überkrustet fast alle Körner des Sediments. Er kann aus eisenhaltigen Mineralien, und zwar nur bei tief liegendem Grundwasserspiegel und einer mittleren Jahrestemperatur von mehr als 15° C gebildet worden sein.Die frei vorhandenen Schweremineralien stammen aus den gleichen Ursprungsgesteinen wie die anderen Bestandteile des Sediments. Granat ist nur in den Gesteinsbruchstücken, nicht jedoch in Form von freien Körnern erhalten geblieben. Rutil wurde sowohl in Form freier Körner als auch in den Gesteinsbruchstücken überwiegend in Anatas umgewandelt.Die Beobachtungen der Gesteinsschichtung lassen auf Wassertransport in Form von Schichtfluten mit rascher Abnahme von Turbulenz und Geschwindigkeit mit anschließendem vollständigem Versickern schließen.Die Untersuchung von Kugeligkeit und Rundung der Körner ergab zwei Maxima, und zwar bei 0,2–0,6 mm und > 4 mm Korndurchmesser. Das feinkörnige Maximum wird als Folge von Windtransport (wobei nicht Transport in das endgültige Lager gemeint ist), das grobkörnige durch Wassertransport gedeutet. Die Tatsache der Zurundung der Kornklassen > 4 mm schließt Transport in Form von Schlammströmen aus. Ein Vergleich der gemessenen Rundung mit der Rundung eines rezenten Sedimentes ergibt übereinstimmend mit den Ergebnissen der lithologischen Untersuchung einen Transportweg der Größenordnung 10 km.Mit Ausnahme der Sandlagen zeigen die Sedimente bimodale Kornverteilung, die folgendermaßen gedeutet wird: Das Ursprungsgestein (hauptsächlich Granit) unterlag physikalischer Verwitterung. Zusätzlich wurden durch Windeinwirkung kleinere Gesteinsbruchstücke zerstört, sodaß im entsprechenden Korngrößenbereich ein Defizit, und im Korngrößenbereich der Einzelmineralkörner ein Mazimum entstand, da durch Wind an Einzelmineralkörnern keine Zerstörung, sondern nur Abrundung stattfinden kann. Abtransport duch Wasser und vollständige, plötzliche Ablagerung bedingen die Begrenzung der Kornverteilungshistogramme auf der grobkörnigen Seite. Die Transportfähigkeit des Wassers wid demnach durch diese Begrenzung ausgedrückt.Ws wird die zusammenfassende genetische Bezeichnung Schichtflutfanglomerate vorgeschlagen.Die vorliegenden Untersuchungen bestätigen die bisherige Ansicht über die Entstehung der Sedimente des Oberrotliegenden im Schwarzwald.     

The metamorphic and alteration history of West Rand Group shales from distal portions of the Witwatersrand Basin

Summary The maximum metamorphic grade in West Rand Group shales from three boreholes to the east and south of the Vredefort Dome is lower greenschist facies. In most samples the peak metamorphic assemblage consists of quartz + muscovite + chlorite, with the phyllosilicates defining a tectonic cleavage. In many of the samples more coarsely crystalline alteration zones that clearly crosscut both bedding and the tectonic cleavage overprint this assemblage. The alteration zones are localized around minor faults and shears where fluid ingress has occurred. Muscovite was not observed in these zones and the cleaved matrix assemblages has been replaced by assemblages consisting of pyrite + quartz ± chlorite ± stilpnomelane ± calcite ± carbonaceous matter ± Mn-garnet ± epidote ± chalcopyrite. In some of the alteration zones stilpnomelane is a very common product and appears to arise through the breakdown of chlorite + muscovite. K and Fe metasomatism are indicated during this reaction, as well as the obvious mobility of S, Cu and C. Assays on small samples indicate gold introduction into the shales during the alteration event. Chlorite thermometry was used to estimate the equilibration temperature of chlorite from the cleaved matrix and the alteration zones. Temperatures close to 300°C are indicated for both chlorite varieties, and for all three boreholes. These results, and the petrographic data, imply that fluid influx post-dated the formation of the tectonic cleavage, but occurred close to the peak of metamorphism. Comparison between the chlorite thermometry data from this study with those from similar studies in the goldfields indicates very similar peak metamorphic grades in both areas, suggesting that these metamorphic conditions may be typical of almost the entire basin. The one exception is obviously the amphibolite facies metamorphism exposed in the northwestern sector of the collar of the Vredefort Dome. Several recent studies have suggested that this metamorphism is representative of a widespread zone of higher grade metamorphism within the central portions of the basin. The results of this study indicate that this is unlikely to be the case and suggest that these amphibolite facies rocks are probably unique to the northern portions of the dome.

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Die Metamorphose- und Alterationsgeschichte von Peliten der West Rand Group im distalen Bereich des Witwatersrand Beckens

Zusammenfassung Dieser Artikel dokumentiert die Metamorphose und Alteration einiger Tonschiefer der West Rand Group, welche in drei Bohrkernen östlich und südlich des Vredefort Domes aufgeschlossen sind. In allen untersuchten Proben entspricht der maximale Metamorphosegrad der unteren Grünschiefer Fazies. Die maximalen metamorphen Bedingungen sind häufig durch die Mineralparagenese Quarz + Muscovit + Chlorit charakterisiert, wobei die Schichtsilikate eine ausgeprägte Schieferung definieren. Viele der Proben zeichnen sich durch gröber kristalline Bereiche intensiver Alteration aus, die sowohl die Schieferung als auch die Schichtung deutlich schneiden und in denen die metamorphe Mineralparagenese überprägt ist. Diese Alterationszonen befinden sich im Bereich von kleineren Störungen und Scherzonen, entlang derer Fluide eingedrungen sind. Muscovit fehlt in diesen Bereichen und die Matrixminerale sind durch die Paragenese Pyrit ± Quarz ± Chlorit ± Stilpnomelan ± Kalzit ± Kohlenstoff-haltiges Material ± Mn-Granat ± Epidot ± Kupferkies verdrängt worden. In einigen Alterationszonen findet man häufig Stilpnomelan, welcher möglicherweise auf Kosten von Muscovit und Chlorit gewachsen ist. Versuche, diese Reaktion mit Hilfe von gemessenen Mineralzusammensetzungen unter Annahme eines isochemischen Systems auszugleichen, scheiterten. Dies ist wahrscheinlich auf die Mobilität von K und Fe, sowie S, Cu and C zurückzuführen. Untersuchungen an kleinen Proben deuten darauf hin, daß die Alteration mit einer Goldanreicherung verbunden war. Die Abschätzung der Gleichgewichtstemperaturen von Chlorit der geschieferten Matrix sowie der Alterationszone mit Hilfe von Chlorit-Thermometrie ergab Temperaturen um 300°C für beide Chlorit-Varietäten aus allen drei Bohrkernen, Diese thermometrischen und petrographischen Daten sprechen dafür, daß die Fluidinfiltration nach Anlegung der Schieferung nahe dem Metamorphosehöhepunkt erfolgte. Ein Vergleich der Daten aus der Chlorit-Thermometrie dieser Studie mit den Ergebnissen ähnlicher Studien in den Goldfeldern ergibt sehr ähnliche metamporphe Bedingungen, was möglicherweise dafür spricht, daß diese Bedingungen typisch für das ganze Becken sind. Die einzige Ausnahme bildet offensichtlich die amphibolitfazielle Metamorphose in den nordwestlichen Randbereichen des Vredefort Domes. Einige neuere Studien spekulieren, daß diese Metamorphose eventuell für eine breite Zone höhergradiger Metamorphose im zentralen Teil des Beckens repräsentativ ist. Unsere Resultate deuten jedoch eher darauf hin, daß diese amphibolitfaziellen Gesteine auf den nördlichen Teil des Domes beschränkt sind.

     

Die Bedeutung der Solifluktion für die Erklärung deutscher Landschafts- und Bodenformen

Zusammenfassung Auch in den nicht zur Diluvialzeit vergletscherten Gebieten Deutschlands und somit auch Frankreichs und anderer mitteleuropäischen Länder muß das Klima der Vereisungsperioden einen starken Einfluß auf die Formen und die Lagerung der obersten lockeren Bodenmassen gehabt haben. Die heute fast nur aus den polaren und subpolaren Gebieten bekannten Erscheinungen des Bodenfließens (= Solifluktion) über einer Tjäle haben sich damals auch bei uns geltend gemacht. Unsere Felsenmeere verdanken ihre Entstehung zu einem erheblichen Teile nicht der Gegenwart, sondern dem diluvialen Bodenfließen. Sie entsprechen J. G.Anderssons Blockströmen. Aber auch ein Teil von dem, was wir nachGötzingers Untersuchungen als Wirkung des recenten Gekriechs aufzufassen pflegten, dürfte dieselbe Entstehung haben und in Wirklichkeit eine fossile Erscheinung sein. Genauere Erforschung dieser Vorgänge hat also ein hohes theoretisches, ja selbst praktisches Interesse.Klar ist es auch, daß sich diejenigen geologischen Landesanstalten ein großes Verdienst um die Lösung der hier berührten Fragen erwerben, die wie die neue württembergische Landesaufnahme eine besonders sorgfältige Untersuchung und Darstellung der Schuttbildungen vornehmen. Aber auch die Forstämter könnten durch gründliche Beobachtung und Messung des Gekriechs an Wegeinschnitten der Unterscheidung von Gekriech und Solifluktion wesentliche Dienste leisten.     

Neue stratigraphische Erforschungen im mittelböhmischen Devon

Zusammenfassung Neue stratigraphische Erforschungen im mittelböhmischen Devon haben in den letzten Jahren eine Reihe neuer Kenntnisse gebracht, welche die bisherige Ansicht über die Stratigraphie der Devonschichten im Barrandium in beträchtlichem Maße ändern. Die Grenze zwischen Silur und Devon wurde neu bestimmt und die fazielle Entwicklung des Unterdevons neu ausgewertet (der Konprusykalk ist ein Äquivalent des unteren Teiles des Bránikkalkes u. a.). Die Grenze zwischen dem Unter- und Mitteldevon wird nun viel höher gelegt als es der älteren Auffassung entspricht. Bei allen Schichtgruppen wurden reiche fazielle Unterschiede festgestellt und biostratigraphische Untersuchungen durchgeführt.     

Der Einfluß der mechanischen Zerkleinerung auf den Kalium-Gehalt von Biotitfraktionen

Zusammenfassung Die vorliegenden Untersuchungen zeigen, daß durch das Vermählen und Zerreiben von Biotiten Korngrößenfraktionen mit sehr unterschiedlichen Kaliumgehalten entstehen. Zuerst ist mit abnehmender Korngröße ein leichter Anstieg der Kaliumwerte in den Fraktionen 300–100 m ø zu verzeichnen, dann fallen sie in den Siebfraktionen unterhalb 100 m ø sehr stark ab.Die am stärksten differierenden Werte wurden beim Biotit des Granits von der Kösseine beobachtet, bei welchem die Fraktion 200–100 m ø einen Kaliumgehalt von 7,11±0,08 Gew.-% und die Fraktion <25 m ø einen Wert von 4,39±0,05 Gew.-% aufweist. Gerade dieser Biotit besitzt ein besonders starkes Defizit in der Schicht der 12-koordinierten Alkaliionen. Diese Schicht ist im Mittel nur mit 1,67 positiven Valenzen pro Elementarzelle besetzt, was einem Unterschuß von 16,5% entspricht.Es ist naheliegend, daß bei mechanischen Beanspruchungen die Glimmerschichten bevorzugt in den Bereichen solcher Fehlordnung und schwächerer chemischer Bindung auseinanderreißen. Stärker gestörte Gitterteile werden also schneller und leichter zerkleinert und gelangen beim Sieben in die feinen Kornfraktionen. Daher ergeben die stärker von ihren fehlerhaften Schichten befreiten mittleren Korngrößen die höchsten Kaliumwerte. Die großen, von der mechanischen Zerlegung noch nicht so intensiv erfaßten Kristalle haben ein wenig niedrigere Kaliumgehalte, während in den feinsten Fraktionen als Sammelplatz der instabileren Teilchen die niedrigsten Werte beobachtet werden.Die Untersuchungsergebnisse lassen vermuten, daß sich für andere Elemente, wie z.B. Na, Rb, Pb und Sr, ähnliche Fraktionierungseffekte durch die mechanische Aufbereitung, Korngrößenklassierung und Separation von Biotiten ergeben.

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As a result of grinding the potassium values of the divers size fractions of biotite were found to be very different. The fractions between 300 and 100 m grain size show the highest potassium contents. Below 100 m grain size K decreases very strong.The structural formulas of these biotites indicate deficits in alkali ion positions of mica lattice up to 16,5%. This might suggest that the smaller mechanic stability of a part of the biotite components is related to disordering of lattice domains. After grinding these disordered particles are concentrated in the fractions of minor grain sizes.

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Herrn Dr. W. Harre, Hannover, danke ich für zahlreiche Diskussionen und die Anfertigung der Kaliumanalysen.     

Die tektonische Prägung des Vennsattels und seiner Umgebung

Zusammenfassung Strukturelle Untersuchungen im Vennsattel und seiner Umgebung ergeben, daß die Hauptfaltung, die die heute sichtbaren Strukturen sowohl des vordevonischen Sattelkerns als auch der devonisch-karbonischen Flanken prägte, varistisch ist. Die Entwicklung dieser Faltung wird beschrieben.Die kaledonische Faltung, die gewöhnlich in den vordevonischen Schichten vermutet wird, kann nur sehr schwach gewesen sein. Anzeichen für eine Faltung des Vennkerns vor dem Tremadoc sind vorhanden. Die Intrusion der Eruptivgesteine (u.a. Granit von Lammersdorf) fällt in die Zeit zwischen Tremadoc und Ende der varistischen Faltung. Es gibt Anhaltspunkte, daß die großen SE-NW-(Quer-)-Störungen schon vor der varistischen Hauptfaltung (Asturische Faltung) bestanden haben.     

Alter und Entstehung des Planetensystems

Schluß Die hier gegebene Übersicht ist hauptsächlich aus astronomischen Daten gefolgert. Sie zeigt, daß es augenblicklich die Möglichkeit gibt, die verschiedenen Daten ineinem Bild über das Entstehen des Planetensystems zusammenzufassen. Einem der folgenden Schritte wird es bestimmt sein müssen, dieses Bild mit den Ergebnissen, die Geologen und Mineralogen aus ihren Untersuchungen der Erde gefolgert haben, in Einklang zu bringen. Darauf wird man eine Theorie über das Entstehen der Erde aufsetzen können, die natürlich im Einklang sein muß mit der Theorie über das Entstehen des Planetensystems. Eine kennzeichnende Schwierigkeit aller Theorien über das Entstehen der Erde ist die, daß sie, insofern sie von Geologen und Mineralogen aufgesetzt worden sind, erst etwa dort anfangen, wo die Erde schon ihre heutige Gestalt hatte. Die Astronomen hingegen beenden ihre Theorien dort, wo die Urplaneten sich entwickelt haben und die weitere Kondensation anfängt. Eines der außerordentlich wichtigen Probleme, von dem noch nicht die Rede gewesen ist und das in der astronomischen Literatur bis jetzt auch noch nicht endgültig besprochen wurde, ist die Frage, ob die Erde in der Kontraktionsphase, als sie sich also in einem Stadium zwischen der Urwolke und der schließlich festen Erde befand, auch eine flüssige Phase durchgemacht hat. Dieses Problem, das- wenn auch annähernd — bestimmt gelöst werden kann, ist noch nicht in quantitativer Weise besprochen worden. Ich bin der Meinung, daß eine engere Zusammenarbeit von Astronomen und Geologen in dieser Hinsicht fruchtbar und für die Wissenschaft erfolgreich sein kann.     

The mantle rock (“laterite”) of the Gold Coast and its origin

Zusammenfassung Der Verwitterungsmantel (Laterit s. l.) der südlichen Goldküste besteht aus Horizonten, die sowohl verschiedene Entstehungsart als verschiedenes Alter haben. Brekzien oder Steinschichten sind unter aridem Klima als Wüstenpflaster entstanden. Zonen chemisch verwitterten Felses, Horizonte von lehmigem Sand (an deren Aufbau Termiten wesentlich beteiligt sind) und Konkretionen haben sich unter feuchtem Klima gebildet. Harte limonitische Oberflächen-Krusten deuten auf progressive Austrocknung hin. Unter diesen drei klimatischen Bedingungen gebildete Horizonte wiederholen sich mehrfach im Verwitterungsmantel der Goldküste. Ein junger, unvollständiger Zyklus ist weit verbreitet, ein älterer Zyklus tritt nur in begrenzten Vorkommen auf, und ein dritter Zyklus ist fast nur noch in aufgearbeiteten, limonitisierten Bruchstücken erhalten. Die wiederholten Klimaschwankungen machen es wahrscheinlich, daß der Verwitterungsmantel zeitlich dem größeren Teil des Quartärs entspricht. Wahrscheinlich können die Ergebnisse auf weit größere Gebiete angewandt werden.     

Zur Mechanik der ostalpinen Deckenbildung

Zusammenfassung Die Mechanik der Deckenbildung ist eine aktuelle Streitfrage bei der Deutung alpiner Gebirgsbildung. Zwei Leitvorstellungen stehen zur Diskussion: 1. Tangentialdruck in der Erdkruste verursacht Faltungen und Deckenüberschiebungen in der mobilen geosynklinalen Zone; 2. Gravitationstektonik zufolge von endogen bedingten Hebungen und Senkungen verursacht die lateralen Massenverlagerungen der alpinen Orogenese.Im ersten Falle also Mobilismus (Wandertektonik), mit Einengung der Geosynklinale, begleitet von Verschluckung der Sialkruste oder crustal buckling. Im zweiten Falle Fixismus (Standtektonik), das heißt nur Durchbewegung der Tektonosphäre zufolge von Materialkreisläufen im geosynklinalen Bereiche, ohne daß notwendigerweise auch die Nebengebiete mitbeteiligt werden und sich nähern müssen.An der Hand von drei genetischen Profilen über Salzburg und die Hohen Tauern wird erläutert, daß es möglich ist, die ostalpine Orogenese mit Hilfe des zweiten Leitbildes zu erklären.Die Gravitationstektonik oder Sekundärtektogenese tritt in verschiedenen Stockwerken auf. Die Abgleitung der alpinen Sedimenthaut liefert Decken von helvetischem Typ. Wenn auch das kristalline Grundgebirge am lateralen Transport mitbeteiligt ist, entstehen Decken vom ostalpinen Typ. Die Verfließungen der tiefen, rheomorphen Teile der Kruste (Migma und z. T. palingenes Magma) liefern die Decken penninischen Charakters, welche im Tauernfenster aufgeschlossen sind.Die erste orogene Hauptphase war die tieforogene oder Gosauphase der mittleren Kreide, wobei die Proto-Austriden und Proto-Penniden in die Tauernvortiefe wanderten.Die zweite orogene Hauptphase war die hochorogene oder Molassephase des Mitteltertiärs, wobei die Tauernzone als Geantiklinale emporgewölbt wurde. In den nördlichen Kalkalpen fanden nordvergente, in den südlichen Kalkalpen südvergente Bewegungen statt.Zum Schlusse wurden die nördlichen Kalkalpen gegen die Molasse aufgeschoben, welche Bewegung im zentralen Tauernsektor wahrscheinlich mechanisch mit der Gailabschiebung in der Südflanke der Geantiklinale zusammenhängt.Die Deutung der Mechanik der ostalpinen Deckenbildung nach dem Leitbild der Schwerkrafttektonik führt also zum Ergebnis, daß Krustenverkürzung keine notwendige Begleiterscheinung alpiner Orogenese ist. Diese Schlußfolgerung steht in Übereinstimmung mit gravimetrischen und seismischen Beobachtungen.     

Die niehtkarbonatisehen Bestandteile des Göttinger Musehelkalkes mit besonderer Berücksichtigung der Mineralneubildungen

Zusammenfassung Die mineralogische und chemische Zusammensetzung des Säurerückstandes von 32 Gesteinsproben des Göttinger Muschelkalkes wurde untersucht. Die Röntgenanalysen der feinsten Schlämm- und Zentrifugenfraktionen ergaben Illit, Quarz und geringe Mengen von Kaolinit. Für den Illit wurde durch Vergleich von mineralogischer und chemischer Analyse die Formel errechnet. Die verschiedenen Stadien der Glimmerzersetzung, die schließlich zum Illit führt, ließen sich mikroskopisch beobachten. In den Fraktionen > 2 Ø fanden sich mikroskopisch Quarz; Feldspat (Orthoklas, Mikroklin, Albit, Oligoklas) und Glimmer (Muskovit, Biotit, Zersetzungsprodukte). Quarz und Feldspat kommen als Neubildungen vor. Der authigene Kalifeldspat ist triklin und hat einen optischen Achsenwinkel von 2V = 43° gegenüber 69° für magmatischen Orthoklas Der authigene Albit hat einen Achsenwinkel von 2V = 85–90° gegenüber 77° für magmatischen Albit. Vergleichsweise wurden auch andere Vorkommen untersucht; die dieselben Resultate lieferten.Neben die Hoch- und Tief temperatur-feldspate der Effusiv- bzw. Intrusivgesteine treten demnach die Niedrigtemperaturfeldspate der kalkigen Sedimentgesteïne. Diese Feldspate entsprechen weitgehend den reinen Komponenten KAlSi₃O₈ und NaAlSi₃O₈. Die Beobachtungen lassen vermuten, daß die Albitisierung bereits vor der Sammelkristallisation und völligen Erhärtung des Gesteines stattfand, während die Kalifeldspatisierung erst während oder nach der Diagenese geschah. Der SiO₂-, Al₂O₃- und K₂O-Bedarf wurde wahrscheinlich von den Zersetzungsprodukten der Glimmer gedeckt, der Na₂O-Bedarf vom Meerwasser. Während die Leichtmineralzufuhr im Muschelkalkmeer des untersuchten Gebietes zeitlich und räumlich konstant blieb, schwankte die authigene Feldspatbildung von vorwiegender Kalifeldspatisierung im untersten und im mittleren Muschelkalk zu überwiegender Albitisierung im oberen Muschelkalk. Die eigelben Gesteine des unteren Muschelkalkes sind durch die Zersetzungsprodukte der Magnetitkörner gefärbt. Die Schwerminerale wurden nur qualitativ untersucht.     

Grundlagen Einer Systematik Tektonischer Gefüge

Zusammenfassung Die Art der Deformation von Körpern wird im wesentlichen von den Kräften und den Reaktionen des Materials bestimmt. Da die von den äußeren Kräften im Körper erzeugten Beanspruchungen nur bestimmte Symmetrieeigenschaften haben und die Reaktionsarten des Materials begrenzt sind, ergibt sich aus der Kombination der beiden Faktorengruppen eine verhältnismäßig geringe Zahl von Gefügetypen, die sich nach der Symmetrie und den sie zusammensetzenden Gefügeelementen unterscheiden. Die Vielfalt der tektonischen Formen in der Natur ist auf die Inhomogenität des Materials und die wechselnde Beanspruchung ein und desselben Bereiches in der Zeit zurückzuführen.     

Über den schwermineralgehalt der von P. Sabban untersuchten heidesandproben

Zusammenfassung P. Sabban hat in einer 1897 erschienen Arbeit von 76 Sanden aus der südwestlichen Mecklenburgischen Heide genaue Zahlenwerte über Korngrße und Schwermineralgehalt nebst geologischen Vorkommensangaben veröffentlicht, ohne jedoch diese Datensammlung irgendwie weiter auszuwerten. Eine solche Auswertung auf statistischer Grundlage ist hier durchgeführt. Die Sande bestehen im wesentlichen aus 2 Korngrößen: 0,5–0,15 mm (d) und < 0,15 mm (e). Am häufigsten sind Sande mit d:e = 1:l. Der Schwermineralgehalt (s) ist im Mittel 0,95%.s sinkt mit steigendemd. Alle Sande mitd/e > 2 1/2 habens < 1. Bei den 47 als jüngstes Übergewehtes bezeichneten Sanden sind die Typen mitd > e häufiger. Diese zeigen ein geringeress (0,S). Die selteneren mitd <e haben ein mittlerss von 1,3. Im Mittel hat die ganze Gruppe gleichens-Gehalt wie die Dünen- und Heidesande. Es dürfte sich um eine Windsortierung handeln, bei welcher ein feinkörnigerer Anteil mit relativ höherem Schwermineralgehalt ausgeblasen wurde. Die sicher wassersortierten Talsande der Niederung um Dömitz und Boizenburg haben niedriges-Werte (0,3–0,8), die übergewehten Sande auf dem alten Diluvialplateau bei Lübthen höheres-Werte und feineres Korn. Nebenbei wird vergleichsweise aus Messungen des Verfassers die Schwermineralmenge des Strandsandes von Warnemünde als in Übereinstimmung stehend mit derjenigen des Geschiebemergels, von dem jener genetisch abzuleiten ist, nachgewiesen.     

Probleme der Tiefentektonik Bauformen im Migmatit Stockwerk der Ostgrönländischen Kaledoniden

Zusammenfassung Unter Einwirkung synorogener kaledonischer Granitisierungsprozesse wurde in Zentral-Ostgrönland eine mächtige Folge präkambrischer Sedimente aufgefaltet und im Unterbau des Gebirges vollständig umgeprägt. Selektive Stoffzufuhr ließ dabei einzelne Zentren zu Beulen und Ausstülpungen aufquellen. Diese in situ granitisierten Baukörper von domartiger, zungen-bis pilzförmiger Gestalt bildeten als Gesamtheit den aktiven Raum des Orogens. Ihre plastisch-mobilen Bewegungen waren polyvergent. Die Baukörper haben die überlagernde Sedimenthülle, den Oberbau des Gebirges, nur mäßig deformiert. Sie sind zur Hauptsache Gegenstand der vorliegenden Arbeit.     

Flüssigkeitseinschlüsse mit Gasblasen als geologische Thermometer

Zusammenfassung Es wird unterschieden zwischen Einschlüssen, auf dieSorbys Grundannahme zutrifft, daß eine homogene Phase, wie Wasser, Salzlösung oder CO₂, eingeschlossen wurde, die Blasen also von dem Gas der eingeschlossenen Flüssigkeit gebildet werden, und solchen Einschlüssen, in denen fremdes Gas mit eingeschlossen wurde.Sorby-Einschlüsse können zur Temperaturbestimmung herangezogen werden, wenn entweder der Druck am Bildungsort bekannt ist oder sein Einfluß vernachlässigt werden kann, weil der Füllungsgrad so hoch ist, daß die Libelle schon bei niederen Temperaturen verschwindet. Ist fremdes Gas in der Flüssigkeit gelöst eingeschlossen worden und erst beim Abkühlen frei geworden, so ist der Schluß von der Füllungstemperatur auf die Bildungstemperatur noch unsicherer als bei Sorby-Einschlüssen, weil über den zu erwartenden großen Einfluß des Druckes noch nichts bekannt ist.Ist fremdes Gas als Gasblase eingeschlossen worden, so kann die Füllungstemperatur sehr weit von der Bildungstemperatur abweichen und beim Erwärmen sogar zuerst größer werden. Solche Nicht-Sorby-Einschlüsse sind zu erkennen durch Messung des Füllungsgrades und Vergleich der zugehörigen Füllungstemperatur mit der von Wasser bzw. CO₂ bei gleichem Füllungsgrad.Die Frage, aus was die Einschlüsse bestehen, ist nicht nur für die Temperaturbestimmung von Wert, sondern auch für viele Fragen der Gesteinsbildung und -umbildung. Es wird auf die schon vonBrewster 1826 angegebene Methode der Bestimmung der Brechungszahl mit Hilfe der Totalreflexion hingewiesen.Alle diese Bemerkungen gelten sowohl für primäre wie für sekundäre Einschlüsse.Die Dekrepitationsmethode kann weder primäre und sekundäre Einschlüsse unterscheiden noch die Natur des Einschlusses, noch auch den Füllungsgrad berücksichtigen.     

Beiträge zur Kenntnis seltener Arsenatmineralien unter besonderer Berücksichtigung von Vorkommen des Schwarzwaldes

Zusammenfassung In der vorliegenden 2. Folge dieser Arbeit werden weitere Mineralien der Uranglimmergruppe behandelt: Uranospinit, Meta-Uranospinit, Heinrichit und Meta-Heinrichit. Außerdem wird eine Gesamtübersicht über die untersuchten Glieder dieser Mineralgruppe gegeben.Die vollhydratisierte Phase des Calcium-Uranylarsenats, der Uranospinit, weist einen Wassergehalt von 10 Molekülen auf. Daneben existiert noch eine wesserärmere Phase, der Meta-Uranospinit, dem in reiner Form ein Gehalt von 6 Molekülen zukommt. Der Uranospinit verliert bei niedriger Luftfeuchtigkeit bzw. etwas erhöhter Raumtemperatur einen Teil seines Wassers, eine vollständige Umwandlung in Meta-Uranospinit findet unter solchen Bedingungen jedoch nicht statt. Es entstehen Entwässerungsprodukte, die in den Eigenschaften zwischen Uranospinit und Meta-Uranospinit stehen. Erst beim Erhitzen auf 60° kommt es zu einer vollständigen Umwandlung in Meta-Uranospinit. Die. Phasenumwandlung von Uranospinit in Meta-Uranospinit ist reversibel.Die beiden Hydrationsstufen des Barium-Uranylarsenats Heinrichit und Meta-Heinrichit haben einen Wassergehalt von 10 bzw. 8 Molekülen. Der Heinrichit ist bei Raumtemperatur unbeständig und wandelt sich in Meta-Heinrichit um. Der Phasenwechsel ist nach den Untersuchungen irreversibel. Beim Erhitzen des Meta-Heinrichits entweicht das restliche Wasser stufenweise. Es entstehen Entwässerungsphasen, die sich bei normaler Raumtemperatur und-feuchtigkeit unter Wasseraufnahme rasch wieder in den Meta-Heinrichit zurückverwandeln.Die höheren Hydrationsstufen des Calcium-und Barium-Uranylarsenats sind als strukturgleich zu betrachten, nicht dagegen die wasserärmeren Phasen Meta-Uranospinit und Meta-Heinrichit, die sich auch im Wassergehalt unterscheiden.Im Schlußabschnitt des 1. Teiles wird über die untersuchten Hydrationsstufen und Entwässerungsphasen der Uranglimmer eine tabellarische Übersicht gegeben sowie auf die strukturellen Beziehungen und auf das Entwässerungsverhalten eingegangen. Die strukturellen Beziehungen sind weitgehend abhängig vom Ionenradius des Kations. Dies kommt auch im Wassergehalt der vollhydratisierten Phasen zum Ausdruck. Während bei Uranglimmern mit den kleinen Kationen Cu⁺⁺, Mg⁺⁺, Co⁺⁺ und Fe⁺⁺12 H₂O in der höchsten Hydrationsstufe gebunden sind, enthalten die Glieder mit den größeren Kationen Ca⁺⁺ und Ba⁺⁺ in vollhydratisiertem Zustand nur 10 H₂O.2. FolgeMit 2 Textabbildungen und 1 Tafel     

Über Spaltbarkelt und Kristallstruktur

Zusammenfassung Die Zusammenhänge zwischen Spaltbarkeit und Kristallstruktur werden aufgezeigt. Es werden dieverschiedenen Spalebarkeitsgrade einiger Kristallarten gedeutet, wodurch die bei der Spaltbarkeit wirksamen Faktoren sich zu erkennen geben. Die Vorstellung, daß die dichtest besetzte Netzebéne als beste Spaltfläche auftritt, gilt nicht allgemein und ist nicht ursächlich richtig. Vielmehr hängt Verlauf und Güte der Spaltbarkeit von zwei Faktoren ab: l. Diejenige Netzebene ist die beste Spaltfläche zwischen deren paralleler Schar schwächste Kräftearten (heterodesmische Kristalle) bzw. geringste Anzahl von Bindungen je Flächeneinheit wirksam sind (homodesmische Kristalle). 2. Bei allen nicht stark anisometrischen Kristallen, wenn ihre Bausteine einen — wenn auch nur geringen — heteropolaren Bindungscharakter tragen, muß stets die Bedingung erfüllt sein, daß durch geringe Verschiebung eines Gitterteiles gegenüber dem anderen gleichnamige Ionen einander auf kürzest möglichen Abstand genähert werden können. Dadurch erfolgt elektrostatische Zersprengung des Kristalls parallel einer Ebene. Diese HypotheseJ. Starks wird hier bewiesen, und es wird gezeigt, daß bei Gleichheit der Größe der Bindungskräfte, welche zwischen parallelen Netzebenen im ungestörten Kristall wirksam sind, die Güte der Spaltbarkeit dann am besten ist, wenn nicht nur die nächst-benachbarten sondern auch die übernächsten gleichnamigen Ionen nach Verschiebung des einen Kristallteiles gegenüber dem anderen in Abstoßungsstellung gebracht worden sind.     

Neue Ergebnisse der Geschiebeforschung im norddeutschen Diluvium (kristalline Geschiebe)

Zusammenfassung Die neuen Geschiebeuntersuchungen bestätigen die Erfahrung, daß jede Vereisung ihren besonderen Geschiebeinhalt besitzt. Für die Elster-Vereisung spielen ostfennoskandische, für die Saale-Vereisung westfennoskandische Geschiebe die Hauptrolle. Im jüngeren Diluvium sind alle Geschiebegruppen etwa gleich stark an der Zusammensetzung des Geschiebeinhaltes beteiligt. Das Ostseebecken tritt besonders in der Warthe-Vereisung als Hauptlieferant von Geschieben auf. Von der Pommerschen Phase ab ergeben sich stark differenzierte Geschiebeverhältnisse.Von einer Gleichartigkeit des Geschiebebestandes von Holland bis Ostpreußen, wieKummerow meint, kann man demnach nicht sprechen. Scharf abgetrennte Sonderungen des Geschiebeinhaltes nach Gesteinsprovinzen oder sogar noch kleineren Heimatgebieten haben sich für kristalline Geschiebe in Norddeutschland nicht ergeben. Sie waren nach den mehrfach richtungswechselnden Gletscherbahnen und bei der Rolle des norddeutschen Diluviums als Randbildung einer großen fennoskandischen Eismasse auch nicht zu erwarten. Die Unterschiede in der Beteiligung von 4 großen Geschiebegruppen genügen aber, um das Alter von Diluvialablagerungen an ihren Geschieben zu erkennen. Die Durchführung derartiger stratigraphischer Aufgaben ist durch die Heranziehung von 80 neuen kristallinen Leitgeschieben verbessert. Auf der verbreiterten Grundlage ist natürlich auch eine verfeinerte Analyse der Gletscherbahnen und des Vereisungsmechanismus überhaupt im großen und kleinen Maßstabe möglich. Man darf sich allerdings dabei nicht verhehlen, daß nun zwar die Grundzüge, aber noch längst nicht die Einzelgeschehnisse des Eiszeitalters geklärt sind. An dieser Aufgabe mitzuwirken, ist auch die Geschiebeforschung berufen und in vielen, oben dargetanen Fällen durch keine andere Forschungsart zu ersetzen. Daß Untersuchungen kristalliner Geschiebe je nach Neigung nebenbei oder hauptsächlich petrographisch, paläogeographisch oder rein sammlungsmäßig-heimatkundlich dankbare Objekte abgeben, dafür sind aus den Arbeiten der letzten 5 Jahre ebenfalls einige Beispiele angeführt.