The effect of composition and strain on quartz-fabric intensity in pebbles from a deformed conglomerate

Twenty-eight quartz c-axis fabrics from individual pebbles from a single outcrop of deformed conglomerate have been measured. These pebbles vary in composition and have undergone different amounts of strain. Contrary to expectations based on published results of computer simulated deformation by intracrystalline slip of pure quartzites, it is observed that fabrics are not stronger in the more highly deformed pebbles. Instead, the fabric strength is related to the quartz content of the pebbles. Pure quartzites show the strongest fabrics. As the percentage of non-quartz minerals increases up to 25% the strength of the fabrics rapidly decreases, though the influence of composition becomes less marked when impurities exceed 25%. These observations can be explained if the deformation of the impure quartzites included a contribution from a non-intracrystalline mechanism such as grain boundary sliding.

---

Zusammenfassung Von einem einzelnen Aufschluß eines deformierten Konglomerates wurden 28 Quarz c-Achsen Gefügebilder aufgenommen, jeweils von verschiedenen Geröllen. Diese Gerölle unterschieden sich in ihrer Zusammensetzung sowie in ihrem Deformationsgrad. Im Gegensatz zu den Erwartungen, basierend auf veröffentlichten Computersimulationen von intrakristallinen Gleitungen in reinem Quarzit, wurde beobachtet, daß die Gefüge von stark deformierten Kieseln nicht entsprechend stärker ausgeprägt sind, sondern, das Gefüge ist abhängig vom jeweiligen Quarzgehalt der Kiesel: reiner Quarzit zeigt das ausgeprägteste Gefüge. Wenn aber die Fremdanteile bis zu 25% betragen, verringert sich die Stärke der Gefügeausrichtung. Dieser Einfluß geht jedoch erneut zurück, sobald der Fremdanteil 25% übersteigt. Diese Beobachtungen können erklärt werden, wenn die Deformation des unreinen Quarzites auch mit nicht intrakristallin bezogenen Mechanismen im Zusammenhang steht, zum Beispiel mit Gleitungen an Korngrenzen.

---

Résumé Vingt-huit mesures de fabriques d'axes c de quartz ont été effectuées dans des cailloux différents provenant d'une même affleurement de conglomérat déformé. Ces cailloux varient en composition et ont été déformés à des degrés divers. Contrairement à ce que laissent prévoir les résultats publiés de la simulation par ordinateur de déformations par glissement intracristallin dans des quartzites purs, on constate que les fabriques ne sont pas plus orientées dans les cailloux les plus déformés. En effet, l'intensité de la fabrique est en relation avec la teneur en quartz des cailloux. Les quartzites purs montrent les fabriques les mieux exprimées. Lorsque la proportion des minéraux autres que le quartz augmente jusque 25%, l'orientation de la fabrique décroît rapidement, tandis qu'au-delà de 25%, l'influence de la composition se marque moins. On peut interpréter ces observations en admettant que dans la déformation des quartzites impurs, intervient un mécanisme non intracristallin, tel qu'un glissement le long des surfaces des grains.

---

, . , , . , : , , : . 25%, . , 25%, . , , , .: .

     

Die Thule-Landbrücke als Wanderweg und Faunenscheide zwischen Atlantik und Skandik im Tertiär

Zusammenfassung Die Auffassung, daß die nordatlantischen Inseln mögliche Relikte einer känozoischen Landbrücke zwischen Europa und Amerika darstellen, wird heute durchweg abgelehnt. Dennoch lassen sich von paläontologischer und biogeographischer Seite zahlreiche Belege sammeln, die eine solche Brücke bis ins jüngere Känozoikum bezeugen. So sind beispielsweise sowohl die heutigen Landbiota dieser Inseln als auch die litoralen marinen Faunen paläogäisch orientiert.Anhand tertiärer, quartärer und rezenter mariner Molluskenfaunen, vor allem der detaillierten historischen Analyse einzelner Gruppen, wird gezeigt, daß ihre Entwicklungen im Atlantik und Skandik getrennt abliefen und folglich beide Meeresgebiete während der längsten Zeit des Känozoikums voneinander vollkommen isoliert waren. Vor dem Pleistozän bestanden nur mittelbare Verbindungen über kurzzeitig existierende epikontinentale europäische Meeresstraßen zur Tethys. Wahrscheinlich war eine solche auch im Paläozän über Mittelgrönland zur Baffin-Bucht vorhanden.Bestehende Differenzen zwischen europäisch-nordatlantischen und amerikanischen Landbiota lassen sich durch die frühe Existenz eines Davis-Baffin-Golfes erklären. Die Ellesmere-Nordgrönland-Landbrücke wirkte mindestens seit dem Oligozän als Filter. Es lassen sich Wanderbewegungen im Neogen über diese Route nachweisen.Die Trennung in zwei Ozeanteilbecken und die gegenüber dem heutigen Zustand geänderten Meeresströmungen haben weitreichende paläoklimatische Folgen. Im subpolaren Raum sind neogene Vereisungen bzw. Abkühlungen nachweisbar, die sich auf West- und Mitteleuropa kaum auswirken. Über Meeresströmungen im Skandik lassen sich aufgrund von Schwermineral-Assoziationen im isländischen Raum Aussagen machen. Nach Wanderbewegungen von Meeresmollusken ist ein Zerbrechen der nordatlantischen Thule-Brücke seit der Wende Plio-Pleistozän nachweisbar.Diese Brücke entwickelte sich syngenetisch zur Aufweitung des Ozeanbeckens und überspannte seit dem ausgehenden Mesozoikum die auseinanderstrebenden Ufer. Ihr Zerfall erfolgte wahrscheinlich durch das Zusammenwirken von kontinentnahen Absenkungsvorgängen, Aufweitungsprozessen und erosiven Vorgängen.

---

The view that the islands of the North Atlantic are the possible relicts of a Caenozoic land bridge connecting Europe and North America is today ordinarily rejected. In spite of this, however, abundant evidence of a palaeontological and biogeographical nature can be assembled to bear witness to the existence of such a bridge into the younger Caenozoic. As an example may be quoted the palaeogaeic land biota and littoral marine faunas of these islands.The study of Tertiary, Quaternary and recent marine molluscan faunas, and above all the detailed historical analyses of single groups, indicates that faunal development in the Atlantic and Norwegian Sea followed separate courses. From this it follows that the two areas were completely isolated during most of the Caenozoic. Before the Pleistocene only indirect and short-lived channels of epicontinental nature linked the North European and Tethyan seas. It seems not unlikely that similar Palaeocene passage stretched across the middle part of Greenland to connect with Baffin Bay.Existing differences between European, North Atlantic and American land biota can be explained on the assumption of the early existence of a Davis Strait/Baffin Bay gulf. The Ellesmere/North Greenland land-bridge operated from at least the Oligocene, as a filter barrier. In the younger Tertiary (Neogene) the existence of a migration route over this link can be detected.The separation into two basins and the consequent differences in the oceanic current regimes then as compared with now have far-reaching palaeoclimatic implications. In the sub-polar areas evidence for the existence of late Tertiary (Neogene) glacial and cool periods can be satisfactorily demonstrated, but virtually no traces of such changes can be detected in Western and Central Europe. Heavy mineral suites from the Icelandic region have provided indications of oceanic circulations. The migrations of oceanic molluscs support the breaching of the North Atlantic Thulean bridge at the Plio-Pleistocene boundary.This Thulean bridge developed syngenetically with the moving apart of the oceanic basins and spanned the separating shores from the close of the Mesozoic onward to its break-up, probably as the result of a combination of factors — offshore sinking, widening of the sea floor and erosive processes.

---

Résumé La théorie faisant des îles de l'Atlantique-Nord des restes d'un pont continental cénozoique entre l'Europe et l'Amerique demeure aujourd'hui généralement rejetée. Cependant, on peut quand même assembler de nombreuses preuves paléontologiques et bio-géographiques démontrant l'existence d'un tel pont jusqu'au cénozoique supérieur. Ainsi la vie continentale et la faune du littoral marin de ces îles sont encore aujourd'hui de caractère paléogéeique.On démontre, surtout grâce à l'analyse détaillée des différents groupes que le développement de la faune mollusque marine du tertiaire, du quaternaire et de l'époque actuelle s'est déroulé séparément dans le Scandique et l'Atlantique et que par conséquent ces deux régions maritimes étaient complètement isolées l'une de l'autre pendant la plus grande partie du Cénozoique. En dehors du pléistocène, il n'y avait que des contacts indirects avec l'Atlantique par des routes maritimes Européennes épicontinentales qui étaient ouvertes seulement à court terme et qui allaient vers le Téthys. Pendant le paléocène une telle route maritime allait probablement par le Groenland moyen vers la baie de Baffin. Les différences entre la vie continentale Européenne-Atlantique et la vie continentale américaine s'expliquent par l'existence précoce du golfe de Davis-Baffin. Le pont continental entre la terre d'Ellesmere et le Groenland du nord jouait un rôle de filtre au moins depuis l'oligocène. Malgré celà, il est possible de prouver qu'il y a eu des mouvements de migration sur cette route pendant le néogène.La séparation en deux bassins océaniques et les courants marins différents de ce qu'ils sont actuellement ont des effets paléoclimatiques étendus. Dans la région subpolaire (actuelle) il y a déjà des traces des glaciations néogènes respectivement des refroidissements, qui n'ont guère d'effet sur l'Europe occidentale et l'Europe centrale. On peut expliquer grâce aux associations de minéraux lourds dans la région de l'Islande les courants marins Scandinaves. En observant la migration des mollusques marins, on peut démontrer la rupture du pont de l'Atlantique-Nord depuis la limite pliocène-pleistocène. Le pont de Thule s'est développé parallèlement à l'élargissement du bassin océanique reliant depuis la fin du mésozoique les côtes qui s'étaient éloignées. Sa destruction se déroula relativement vite, elle fut probablement causée par des affaissements à proximité du continent, et par des processus d'élargissement et d'érosion.

---

, , . , , . .: , . — , , , , . , . , , . - - , Davis-Baffin. Ellesmere-Nordgrönland no- . . — . , , . . - Thule -. — . , , .

---

---

Erweiterte Fassung eines Vortrages auf der 60. Jahrestagung der Geologischen Vereinigung in Kiel am 26. Februar 1970. Diese Zusammenstellung stellt ein wesentliches Teilergebnis eingehender Untersuchungen an holarktischen känozoischen Meeresmollusken dar, die als Habilitationsschrift vorgelegt worden sind. Es muß auf zahlreiche, noch nicht publizierte Details verzichtet werden, die im Rahmen einer weiteren Veröffentlichung in Druck gegeben werden und dort einzusehen sind. Den zahlreichen Freunden und Kollegen im Ausland wie in der Heimat sei aber bereits hier gedankt für jede mir bisher erwiesene Hilfe. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit aber bin ich wegen wertvoller Anregungen und Diskussionen besonders den Herren Prof. Dr. M.Schwarzbach, Köln, und Prof. Dr. K.Rothausen, Mainz, verpflichtet. Die notwendigen Reisen konnten mit Hilfe der Deutschen Forschungsgemeinschaft durchgeführt werden.     

Thermodynamic properties of anhydrous smectite MX-80, illite IMt-2 and mixed-layer illite-smectite ISCz-1 as determined by calorimetric methods. Part I: Heat capacities, heat contents and entropies

The heat capacities of the anhydrous international reference clay minerals, smectite MX-80, illite IMt-2 and mixed-layer illite-smectite ISCz-1, were measured by low temperature adiabatic calorimetry and differential scanning calorimetry, from 6 to 520 K (at 1 bar). The samples were chemically purified and Na-saturated. Dehydrated clay fractions <2 μm were studied. The structural formulae of the corresponding clay minerals, obtained after subtracting the remaining impurities, are K_0.026Na_0.435Ca_0.010(Si_3.612Al_0.388) (Al_1.593Mg_0.228Ti_0.011)O₁₀(OH)₂ for smectite MX-80, K_0.762Na_0.044(Si_3.387Al_0.613) (Al_1.427Mg_0.241O₁₀(OH)₂ for illite IMt-2 and K_0.530Na_0.135(Si_3.565Al_0.435)(Al_1.709Mg_0.218Ti_0.005)O₁₀(OH)₂for mixed-layer ISCz-1. From the heat capacity values, we determined the molar entropies, standard entropies of formation and heat contents of these minerals. The following values were obtained at 298.15 K and 1 bar:

	(J mol−1 K−1)	S0 (J mol−1 K−1)
Smectite MX-80	326.13 ± 0.10	280.56 ± 0.16
Illite IMt-2	328.21 ± 0.10	295.05 ± 0.17
Mixed-layer ISCz-1	320.79 ± 0.10	281.62 ± 0.15

Full-size table

     

Deep fluid circulation in alpine shear zones,Pyrenees, France: field and oxygen isotope studies

A combined field, stable isotope, and whole-rock chemical study was made on late Cretaceous to Tertiary metasomatic shear zones cutting Hercynian gneisses in the Aston Massif, Pyrenees, France. Mylonitisation occurred during the early stages of Alpine compression under retrograde conditions at 400–450°C and about 10 km depth. Whole-rock ¹⁸O values of (+11 to +12 in the gneisses) was lowered to +5 to +9 in the shear zones, with the quartz-muscovite ¹⁸O/¹⁶O fractionations of about 2 to 4 essentially unchanged. These ¹⁸O/¹⁶O systematics, together with D muscovite=-40 to-50 indicate that large volumes of formation waters or D-rich meteoric waters passed through the shear zones during deformation. The same fluids also redistributed major elements, as shown by the correlation of ¹⁸O shift with muscovitisation and albitisation reactions in granitic wall rocks. However, even though ¹⁸O was universally lowered within the shear zones, the ¹⁸O/¹⁶O ratios were not homogenised, nor do they correlate in detail with the presence or absence of muscovitisation, suggesting that fluid flow was probably fracture-controlled and episodic. Field mapping shows that, along the length of a particular shear zone, muscovitisation of granite gneiss dies out 150m above the contact with underlying sillimanite gneiss. Thus, muscovitisation and albitisation of granite gneiss in shear zones and their wall rocks probably occurred during re-equilibration of acidic, chloride-rich, aqueous fluids that had previously moved upward within the shear zones through underlying sillimanite gneiss. Extremely high material-balance fluid-rock ratios (10³) are required to explain the extent of muscovitisation along this shear zone, implying integrated fluid mass fluxes of about 10⁸ kg/m²; this is probably close to the maximum value for other shear zones in the network. Similar volumes of a more chemically evolved fluid must have passed through the unmuscovitised mylonites, showing that the absence of alteration cannot necessarily be used to infer low values of fluid flux. For reasonable pressure gradients and time scales of fluid movement, effective permeabilities of 10^-15 to 10^-17 m² are required. Such values can be accounted for by short-lived, widely-spaced cracks produced during seismic activity. A model is presented in which formation waters were seismically pumped down an underlying, shallow, southward-dipping decollement and then upward through the steeply-dipping shear zone network.Contribution No 4711: Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA     

Trace element partitioning between ilmenite, armalcolite and anhydrous silicate melt: Implications for the formation of lunar high-Ti mare basalts

We performed a series of experiments at high pressures and temperatures to determine the partitioning of a wide range of trace elements between ilmenite (Ilm), armalcolite (Arm) and anhydrous lunar silicate melt, to constrain geochemical models of the formation of titanium-rich melts in the Moon. Experiments were performed in graphite-lined platinum capsules at pressures and temperatures ranging from 1.1 to 2.3 GPa and 1300-1400 °C using a synthetic Ti-enriched Apollo ‘black glass’ composition in the CaO-FeO-MgO-Al₂O₃-TiO₂-SiO₂ system. Ilmenite-melt and armalcolite-melt partition coefficients (D) show highly incompatible values for the rare earth elements (REE) with the light REE more incompatible compared to the heavy REE ( 0.0020 ± 0.0010 to 0.069 ± 0.010 for ilmenite; 0.0048 ± 0.0023 to 0.041 ± 0.008 for armalcolite). D values for the high field strength elements vary from highly incompatible for Th, U and to a lesser extent W (for ilmenite: 0.0013 ± 0.0008, 0.0035 ± 0.0015 and 0.039 ± 0.005, and for armalcolite 0.008 ± 0.003, 0.0048 ± 0.0022 and 0.062 ± 0.03), to mildly incompatible for Nb, Ta, Zr, and Hf (e.g. 0.28 ± 0.05 and : 0.76 ± 0.07). Both minerals fractionate the high field strength elements with D_Ta/D_Nb and D_Hf/D_Zr between 1.3 and 1.6 for ilmenite and 1.3 and 1.4 for armalcolite. Armalcolite is slightly more efficient at fractionating Hf from W during lunar magma ocean crystallisation, with D_Hf/D_W = 12-13 compared to 6.7-7.5 for ilmenite. The transition metals vary from mildly incompatible to compatible, with the highest compatibilities for Cr in ilmenite (D ∼ 7.5) and V in armalcolite (D ∼ 8.1). D values show no clear variation with pressure in the small range covered.Crystal lattice strain modelling of D values for di-, tri- and tetravalent trace elements shows that in ilmenite, divalent elements prefer to substitute for Fe while armalcolite data suggest REE replacing Mg. Tetravalent cations appear to preferentially substitute for Ti in both minerals, with the exception of Th and U that likely substitute for the larger Fe or Mg cations. Crystal lattice strain modelling is also used to identify and correct for very small (∼0.3 wt.%) melt contamination of trace element concentration determinations in crystals.Our results are used to model the Lu-Hf-Ti concentrations of lunar high-Ti mare basalts. The combination of their subchondritic Lu/Hf ratios and high TiO₂ contents requires preferential dissolution of ilmenite or armalcolite from late-stage, lunar magma ocean cumulates into low-Ti partial melts of deeper pyroxene-rich cumulates.     

Modeling the effects of bond environment on equilibrium iron isotope fractionation in ferric aquo-chloro complexes

Four or five sets of ab initio models, including Unrestricted Hartree Fock (UHF) and hybrid Density Functional Theory (DFT) are calculated for each species in a series of aqueous ferric aquo-chloro complexes: , , , FeCl₃(H₂O)₃, FeCl₃(H₂O)₂, , FeCl₅H₂O²⁻, , ) in order to determine the relative isotopic fractionation among the complexes, to compare the results of different models for the same complexes, to examine factors that influence the magnitude of the isotopic fractionation, and to compare bond-partner-driven fractionation with redox-driven fractionation.Relative to , all models show a nearly linear decrease in ⁵⁶Fe/⁵⁴Fe as the number of Cl⁻ ions per Fe³⁺ ion increases, with slopes of −0.8‰ to −1.0‰ per Cl⁻ at 20 °C. At 20 °C, 1000 ln β (β = ⁵⁶Fe/⁵⁴Fe reduced partition function ratio relative to a dissociated Fe atom) values range from 8.93‰ to 9.73‰ for , 8.04-9.12‰ for , 7.61-8.73‰ for , 7.14-8.25‰ for , and 3.09-4.41‰ for . The fractionation between and ranges from 1.5‰ to 2.6‰, depending on the model; this is comparable in magnitude to fractionation effects due to Fe³⁺/Fe²⁺ redox reactions. β values from the UHF models are consistently higher than those from the hybrid DFT models.Isotopic fractionation is shown to be sensitive to differences in ligand bond stiffness (above), coordination number, bond length, and the frequency of the asymmetric Fe-X stretching vibrational mode, as predicted by previous theoretical studies. Complexes with smaller coordination numbers have higher 1000 ln β (7.46‰, 5.25‰, and 3.48‰ for , ,, respectively, from the B3LYP/6-31G(d) model). Species with the same number of chlorides but fewer waters also show the effect of coordination number on 1000 ln β: (7.46‰ vs. 7.05‰ for FeCl₃(H₂O)₂ vs. FeCl₃(H₂O)₃ and 5.25‰ vs. 4.94‰ for vs. FeCl₅H₂O²⁻ with the B3LYP/6-31G(d) model). As more Fe-Cl bonds substitute for Fe-OH₂ bonds (with a resulting decrease in β), the lengths of the Fe-Cl bonds and the Fe-O bonds increase.Preliminary modeling of shows an Fe³⁺/Fe²⁺ fractionation of 3.2‰ for the B3LYP/6-31G(d) model, in agreement with previous studies. The addition of an explicit outer hydration sphere of 12 H₂O molecules to models of improves agreement with measured vibrational frequencies and bond lengths; 1000 ln β increases by 0.8-1.0‰. An additional hydration sphere around increases 1000 ln β by only 0.1‰.Isotopic fractionations predicted for this simple system imply that ligands present in an aqueous iron environment are potentially important drivers of fractionation, and suggest that significant fractionation effects are likely in other aqueous systems containing sulfides or organic ligands. Fractionation effects due to both speciation and redox must be considered when interpreting iron isotope fractionations in the geological record.