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

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

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

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

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

The precambrian evolution of South America

Zusammenfassung Mit Hilfe von ca. 1500 radiometrischen Zeitmessungen wird eine Synthese der prÄkambrischen Entwicklung Südamerikas aufgestellt. In Abb. 1 wird versucht, die Lage der spÄtprÄkambrischen orogenen Gürtel sowie ihre Plattformen darzustellen.Der grö\te alte Kern des Kontinents umfa\t den Guyana-Schild, das Basement des Amazonas-Sedimentbeckens und den Guaporé-Kraton im Süden, einen Raum von ungefÄhr 4,5 Mio. qkm. Die meisten Gesteine wurden von dem transamazonischen orogenen Zyklus erfa\t, dessen radiometrisches Alter etwa 2000 M. J. betrÄgt. Der etwa gleichaltrige SÃo-Francisco-Kraton in Ostbrasilien umfa\t ungefÄhr 1 Mio. qkm. Kleinere Kerne, die ebenfalls die Ereignisse des transamazonischen Zyklus' widerspiegeln, wurden nahe der Atlantikküste, östlich der Mündung des Amazonasflusses (SÃo-Luis-Kraton-Gebiet) und in der Umgebung des La-Plata-Flusses (Rio de la Plata-Kraton-Gebiet) gefunden.Die Kratone sind getrennt durch metamorphe Gürtel, die zum brasilianischen orogenen Zyklus spÄtprÄkambrischen Alters gehören. Der Caririan-Gürtel und die Sergipe-Geosynklinale liegen in der Nordostecke von Brasilien, und der Ribeira-Gürtel erstreckt sich entlang der Atlantikküste im Süden. Zwei symmetrische geosynklinale Einheiten wurden im zentralen Teil des Kontinents erkannt: der Brasilia- und der Paraguay-Araguaia-Gürtel.In den brasilianischen orogenen Gürteln treten an vielen Stellen transamazonische oder sogar Ältere Serien auf, Anzeichen für aufgearbeitetes altes Basement. Dies scheint zu zeigen, da\ die Sialkruste des südamerikanischen Kontinents vor 2000 M. J. schon eine rÄumliche Ausdehnung von mehr als 10 Mio. qkm hatte.

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A general synthesis of the precambrian evolution of South America has been made with the aid of about 1500 radiometric age determinations. In Fig. 1, the position of the late precambrian orogenic belts, as well as their platforms, is tentatively outlined.The largest ancient core of the continent includes the Guyana Shield, the basement of the Amazon sedimentary basin, and the Guaporé craton, to the south, covering an area of about 4.5 million square kilometers. Most of the rocks were affected by the Trans-Amazonian orogenic cycle, whose radiometric ages are close to 2000 m. y. The SÃo Francisco craton of similar age outcrops over an area of about one million square kilometers, in eastern Brazil. Smaller ancient nucleii, also reflecting the events of the Tranz-Amazonian cycle, were found near the Atlantic coast, east of the mouth of the Amazon river (SÃo Luis cratonic area), and surrounding the La Plata river (Rio de la Plata cratonic area).The old cratonic areas are separated from each other by metamorphic belts which belong to the Brazilian orogenic cycle of late precambrian age. The Caririan belt, and the Sergipe geosyncline, occur at the northeastern corner of Brazil, and the Ribeira belt along the Atlantic coast, to the south. Two symmetrical geosynclinal units were recognized in the central part of the continent: the Brasilia and the Paraguay-Araguaia belts.Within the areas of the Brazilian orogenic belts, in many places Trans-Amazonian or even older ages occur, indicating remobilized ancient basement. This seems to demonstrate that the sialic crust of the South American continent, 2000 m. y. ago, already exhibited an areal extent of more than 10 million square kilometers.

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Résumé Une synthèse générale de l'évolution précambrienne de l'Amérique du Sud a été faite à l'aide de 1500 déterminations d'âge radiométrique. La fig. 1 présente un essai sur la répartition des zones orogéniques du Précambrien supérieur et de leurs platesformes.Le noyau ancien du continent, qui est le plus vaste, comprend le bouclier de la Guyane, le socle du bassin sédimentaire de l'Amazone et le Craton de Guaporé, au Sud, couvrant une aire d'environ 4,5 millions de Km². La plupart des roches ont été affectées par le cycle orogénique Trans-Amazonien dont l'âge radiométrique est d'environ 2000 millions. Le craton de SÃo Francisco d'âge semblable, affleure sur une étendue d'environ 1 million de Km², dans l'Est du Brésil. Des noyaux anciens plus petits, affectés également par le cycle Trans-Amazonien, ont été trouvés près de la cÔte Atlantique, à l'Est de l'embouchure de l'Amazone (région cratonique de SÃo Luis), et aux environs du fleuve la Plata (région cratonique du Rio de la Plata).Les régions cratoniques anciennes sont séparées les unes des autres par des zones métamorphiques appartenant au cycle orogénique brésilien, d'âge Précambrien supérieur. La zone caririenne et le géosynclinal de Sergipe affleurent dans l'extrémité NE du Brésil, et la zone de Ribeira, le long de la cÔte Atlantique au S. Deux unités géosynclinales symétriques ont été reconnues dans la partie centrale du continent: les zones de Brasilia et de Paraguay-Araguaia.Dans les régions occupées par les ceintures orogéniques Brésiliennes, il existe en beaucoup d'endroits des roches d'âge Trans-Amazonien et mÊme plus ancien, indices d'un socle ancien remobilisé. Ceci semble démontrer que la croûte sialique du continent Sud Américain montrait déjà, il y a environ 2000 millions d'années, une étendue de plus de 10 millions de Km².

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1500 . . 1 , , . , Guaporé , . . 4,5 . , 2000 . Sao Francisco 1 . . , , , ( Sao Luis) la Plata ( (Rio de la Plata). , . Caririan Sergipe , Paraiba . : Brasilia Paraguay-Araguaia. , . , , , - , 10 . 2000 .

     

Trondhjemites,tonalites and diorites in the South Portuguese Zone and their relations to the vulcanites and mineral deposits of the Iberian Pyrite Belt

In the South Portuguese Zone close associations of diorites, tonalites and trondhjemites occur north of the Pyrite Belt. The period of their emplacement is Pre-Carboniferous and not, as has generally been assumed, Variscanpostorogen. The trondhjemitic intrusive suite and the Lower Carboniferous spilite-keratophyre association are related through their comagmatic derivation. Both series share sodium dominance, low concentrations of large-ion lithophile elements, indicators of a water-rich original magma and a deficient scorification of the element potential, which was acummulated in the sulphide and manganese deposits of the Pyrite Belt through post-volcanic hydrothermal processes. The mineralogically and geochemically primitive composition of both plutomtes and vulcanites, their mode of eruption from acid to basic facies as well as their position in the orogenic process indicate that they represent products of a successively proceeding partial melting of subducting oceanic crust. The trondhjemitic intrusives are the initialites in the magmatic-orogenic development.

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Zusammenfassung In der Südportugiesischen Zone treten nördlich des Pyritgürtels enge Vergesellschaftungen von Dioriten, Tonaliten und Trondhjemiten auf. Der Zeitraum ihrer Platznahme ist päkarbonisch und nicht, wie bisher allgemein angenommen, variszisch-postorogen. Die trondhjemitische Intrusivsequenz und die unterkarbonische Spilit-Keratophyr-Assoziation sind in weiten Bereichen durch komagmatische Herkunft verbunden. Gemeinsamkeiten beider Abfolgen sind ihre Na-Dominanz, die niedrigen Gehalte an gro\ionigen Elementen, die Anzeichen für ein wasserreiches Ausgangsmagma und die mangelhafte Verschlackung des Elementpotentials, das in den Sulfid- und Manganlagerstätten des Pyritgürtels während postvulkanischer, hydrothermaler Proze\e angereichert wurde. Die mineralogisch wie geochemisch primitive Zusammensetzung sowohl der Plutonite wie der Vulkanite, ihr Eruptionsmodus von saurer zu basischer Fazies sowie ihre Position im orogenen Ablauf deuten darauf hin, da\ sie die Produkte einer sukzessiv fortschreitenden Aufschmelzung subduzierender, ozeanischer Kruste darstellen. Die trondhjemitischen Intrusiva sind die Initialite innerhalb der magmatisch-orogenen Entwicklung.

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Résumé Dans la zone sud du Portugal, il existe, au nord de la ceinture pyriteuse, des associations étroites de diorites, de tonalites et de trondhjémites. Leur mise en place date de la période pré-carbonifère et non, comme on l'avait généralement admis jusqu'à présent, de la période varisque post-orogénique. Le faisceau intrusif trondhjémitique et l'association spilite-kératophyre du Carbonifère inférieur sont liés par une origine comagmatique. Les points communs des deux successions sont leur dominante sodique, les faibles teneurs en éléments à gros ions, les indices d'un magma de départ aquifère et la scorification réduite du potentiel d'éléments qui, dans les gisements de sulfure et de manganèse de la ceinture pyriteuse a été enrichi par des processus post-volcaniques et hydrothermaux. La composition primitive, tant minéralogique que géochimique, de la plutonite comme de la vulcanite, leur mode d'éruption qui va du type acide au type basique, ainsi que leur position dans le processus orogénique indiquent qu'il s'agit de produits successifs de la fusion partielle d'une croûte océanique en voie de subduction. Les intrusions trondhjémitiques représentent le stade initial dans l'évolution orogéno-magmatique.

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Contribution à l'étude des litages pegmatitiques: l'exemple de la pegmatite de Covide (Nord-Portugal)

Résumé La pegmatite de Covide (Nord-Portugal) fournit un nouvel exemple de litage à quartz-albite-feldspath potassique. Son étude conduit à proposer un modèle de pétrogenèse magmatique faisant intervenir des processus de double diffusion dans un gradient de température. Ces processus provoquent la formation simultanée et périodique de niveaux millimétriques d'albite, en »planchers flottants« horizontaux. Chaque cellule, phénomène-unité du litage compris entre deux niveaux planchers successifs, évolue ensuite en système clos par cristallisation orientée centripète. L'organisation litée est acquise en milieu magmatique liquide.

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The Covide pegmatite, (Northern Portugal), exhibit a new example of K-feldspar, Albite, quartz layering. The present study leads to propose a magmatic petrogenetit model, with double diffusive processe in temperature gradient allowing the simultaneous growth of millimetric and horizontal »floating layers« of albite. Each cell, unit-phenomenon between two consecutive boundary layers, evolves in closed system with a centripetal, oriented crystallization. The layered organisation is obtaind in the magmatic liquid medium.

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Zusammenfassung Der Pegmetit aus Covide (Nordportugal) stellt ein neues Beispiel für Quarz-Albitfeldspat Wechsellagerung dar. Seine Untersuchung führt zu einem magmatischen Petrogenesemodell, bei dem Prozesse der Doppeldiffusion in einem Temperaturgefälle intervenieren. Diese Prozesse bewirken die gleichzeitige und periodische Bildung von millimeterdicken Albitflächen in horizontalen »schwimmenden Flächen«. Jede Zelle, die ein Phänomen der Einheit der Anlagerungsfläche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flächenlagen ist, entwickelt sich schlie\lich durch zentripetale Kristallisierung zu einem geschlossenen System. Die schichtweise Anordnung erfolgt im flüssigen magmatischen Milieu.

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Covide ( ) - . , . . , , -, , .

     

Deformation and metamorphism at the base of the Helgeland nappe complex,northwest of Grong (Northern Norway)

Pelites, carbonate-silicate rocks and mafic rocks occurring at the base of the Helgeland nappe complex northwest of Grong (N. Norway) were subjected together with the crystalline basement to medium grade metamorphism and threefold deformation during Caledonian times.During the first act of deformation temperature increased and reached a maximum of 600–650°C at 6–7 Kb after the cessation of the first deformation event. At the peak of metamorphism granitic, aplitic and pegmatitic rocks were formed.During the second and third acts of deformation the temperature decreased to 500–400°C. Mylonites, formed during the second act of deformation, indicate that there was nappe movement from NW to SE. Simple shearing with direction of the main elongation parallel to the fold axes was associated with the second deformation. During the third deformation simple shearing also occurred. However, elongation took place oblique to the fold axes and the sense of rotation was opposite to that of the second deformation.

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Zusammenfassung An der Basis des Helgeland-Komplexes nordwestlich von Grong (Nord-Norwegen) wurden pelitische, kalksilikatische und basische Gesteine zusammen mit dem Kristallinen Grundgebirge in kaledonischer Zeit von drei aufeinanderfolgenden Faltungsakten erfaßt. Dabei herrschten amphibolitfazielle Temperaturen.Während der ersten Deformation stieg die Temperatur an. Das Maximum von 600–650°C wurde, bei einem Druck von 6–7 Kb, nach der ersten und vor der zweiten Deformation erreicht. Gleichzeitig intrudierten Granite, Aplite und Pegmatite. Während der zweiten und dritten Deformation sank die Temperatur wieder auf 500–400°C. Im Zuge des zweiten Deformationsaktes entstanden stellenweise Mylonite, die auf Deckenbewegungen von NW nach SE hindeuten. Zweite und dritte Deformation sind beide rotational, während der zweiten liegt die Hauptdehnungsrichtung parallel zu den Faltenachsen, während der dritten aber schräg zu ihnen. Der Rotationssinn der dritten Deformation ist dem der zweiten entgegengesetzt.

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Résumé En Norvège septentrionale, au NW de Grong, la base du complexe d'Helgeland composée de metapélites, de roches calc-silicatiques et de roches mafiques, et le soubassement cristallin de ce complexe ont subi ensemble trois actes de déformation successifs à des températures du faciès amphibolites, pendant les temps calédoniens.Durant le premier acte la température a monté. Le maximum de 600–650° C, sous une pression de 6–7 kbar, a été atteint après la fin de cette déformation et avant la deuxième; des roches granitiques, aplitiques et pegmatitiques se sont formées au cours de ce stade. Durant le deuxième et le troisième acte de déformation, la température diminuait à 500–400° C. Des mylonites, indiquant un transport des nappes du NW vers le SE, ont été formées au cours de la deuxième phase. Celle-ci est caractérisée par un mouvement rotatoire par cisaillement simple, l'élongation étant parallèle aux axes des plis. La troisième phase était égalément une phase de mouvements rotatoires, mais en sens opposé et avec un élongation oblique aux axes.

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( ) , - - , . . . 600– 650° 6 – 7 , . , . 500 – 400°. , . , , — . , .

     

Geological development of Jabal al Akhdar,Libya

The northern Cyrenaic headland situated north of 32 degrees latitude between Benghází and Tubruq was subject of a geological mapping. This paper draws attention to the results of this geological survey concerning Upper Cretaceous and Tertiary facies development, paleogeography, tectonic and geomorphologic evolution.The essential part of the investigated area corresponds to Jabal al Akhdar (Green Mountains), a gently uparched plateau built of Upper Cretaceous and Tertiary sediments (mostly limestones, subordinate dolomites and marls). These sediments were deposited at the southern margin of the Tethys sea and were moderately folded, mainly during the intra-Senonian (pre-Campanian) and early Ypresian intervals.From Middle Eocene till Middle Miocene, the area was subject to a slight warping followed by oscillating transgressions of a shallow sea.The youngest tectonic movements resulted in a gentle doming of the area associated with downfaulting of certain zones. Some prominent faults revealed rejuvenated activity, partly with movement inversion. Deep faulting probably controlled the paleogeographic and tectonic development of certain zones.The present gross geomorphology of Jabal al Akhdar roughly corresponds to its final uparching dated after the Middle Miocene. Topographic evolution of the northern slope of the mountains has been importantly influenced by marine erosion. Two broad littoral terraces bordered by cliffs were formed successively.

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Zusammenfassung Die nördliche Cyrenaica nördlich des 32. Breitengrades, zwischen Benghazi und Tobruk, wurde geologisch kartiert. Ergebnisse dieser Aufnahmen sind unten wiedergegeben und umfassen die fazielle Entwicklung der Oberkreide und des Tertiär sowie die paläogeographische, tektonische und geomorphologische Entwicklung.Der wesentliche Teil des untersuchten Gebietes liegt im Djebel el Akhdar. Er repräsentiert ein herausgehobenes Plateau, das sich aus Oberkreide und Tertiärsedimenten (meistens Kalke, untergeordnet Dolomite und Mergel) zusammensetzt. Diese Sedimente wurden am Südrand der Tethys abgelagert und sind vorwiegend während des Senon (Prä-Campan) und frühen Ypresien schwach verfaltet worden.Vom mittleren Eozän bis ins mittlere Miozän wurde das Gebiet teilweise gehoben und von oszillierenden Transgressionen einer Flachsee erfaßt.Die jüngsten tektonischen Bewegungen führten zu einer domartigen Aufwölbung und zu Bruchtektonik entlang bestimmter Zonen. Dabei wurden markante Störungen mehrfach regeneriert, wobei auch inverse Bewegungen nachgewiesen werden konnten. Tiefgreifende Lineamente kontrollierten wahrscheinlich die paläogeographische Situation wie auch die tektonische Entwicklung entlang bestimmter Zonen.Die augenblickliche geomorphologische Ausgestaltung des Djebel el Akhdar korrespondiert mit der zuletzt stattgefundenen Aufwölbung nach dem mittleren Miozän. Die topographische Entwicklung seines nördlichen Randes ist weitgehend beeinflußt durch marine Erosionen. Zwei breite Küstenterrassen — durch Steilküsten begrenzt — haben sich dabei sukzessive herausgebildet.

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Résumé La Cyrénaique septentrionale au Nord du 32ème parallèle, entre Benghazi et Tobrouk, a été l'objet d'un lever géologique. Les résultats donnés ici concernent le développement des facies au Crétacé supérieur et au Tertiaire, ainsi que l'évolution paléogéographique, tectonique et géomorphologique.La plus grande partie du territoire se trouve dans le Djebel el Akhdar, plateau soulevé composé de sédiments du Crétacé supérieur et du Tertiaire (la plupart des calcaires, plus rarement des dolomites et des marnes). Ces sédiments se sont déposés dans la bordure meridionale de la Téthys et furent faiblement plissés principalement au cours du Sénonien (Précampanien) et au début de l'Yprésien.De l'Eocène moyen au Miocène moyen, cette région fut en partie soulevée et soumise à des transgressions oscillatives de mer peu profonde.Les mouvements tectoniques les plus récents ont eu pour conséquence un faible bombement de la région accompagné d'affaissements de certaines zones le long de failles. Certaines failles importantes ont rejoué plusieurs fois, partiellement avec inversion de mouvement. Des failles profondes ont influencé l'évolution paléogéographique et tectonique de certaines zones.La géomorphologie générale actuelle du Djebel el Akhdar correspond grosso-modo a son bombement final d'après le Miocène moyen. L'évolution topographique du versant septentrional de la chaîne a été influencée d'une façon importante par des érosions marines. Il s'est formé successivement deux terraces littorales bordées de falaises.

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32° . , . Djebel el Akhdar. , — ; . . . . , , , . . , . , .

     

Probleme der Gliederung präkambrischer,phyllitisch metamorpher Gesteinskomplexe im Hedjaz,Saudi-Arabien

Zusammenfassung Es wird ein kurzer Überblick über den komplexen Gesteinsbestand eines Gebietes im arabischen Grundgebirge des südlichen Hedjaz gegeben. Es zeigte sich, daß die tektonischen, stark überprägten und metamorphen Serien heute noch nicht in das Schema der in der Literatur genannten Serien eingebaut werden können. Diese scheinen sowohl hinsichtlich ihres stofflichen Bestandes wie auch des Zusammenhanges ihrer strukturellen und metamorphen Prägung noch zu wenig gekennzeichnet zu sein.Die im Grundgebirge weit verbreiteten Seitenverschiebungen werden kurz beschrieben und ihr Alter als wahrscheinlich spät-präkambrisch aufgefaßt.

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The paper gives a general view of the different rock series occurring in a mapped area of the basement complex in the southern Hedjaz. The predominant masses of strongly tectonized and epimetamorphic series cannot be correlated with some series, which are named already in the literature of Arabia. These latter series seem defined not sufficiently in their composition and in the relation to their structural and metamorphic development.The wrench movements, wide spread in the Arabian basement, are briefly described and defined as being probably late-precambrian.

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Résumé L'auteur donne un bref aperçu de la composition géologique complexe d'une région du soubassement arabe de l'Hedjaz du Sud. Il s'est avéré qu'à l'heure actuelle les séries fortement tectonisées et métamorphiques ne peuvent encore être intégrées au schéma des séries mentionnées par la littérature. Ces séries semblent être encore trop peu caractérisées en ce qui concerne leur composition ainsi que le rapport entre leurs caractéristiques structurelles et métamorphiques.Les failles horizontales de décrochement, qui sont très répandues dans le soubassement, sont décrites brièvement et définies comme datant probablement de la fin de l'antécambrien.

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Behavior of the decollement at the toe of the Middle America Trench

Seismic reflection data from three areas of the Middle America Trench provide insights into the behavior of the decollement that separates subducted and offscraped sediment. The range of responses observed along this single subduction system provides clues as to how the decollement forms and is influenced by local conditions. The location of the decollement and whether or not the subducting basement topography influences the decollement are apparently controlled by the type and thickness of sediment in the trench. Where subducting basement topography and oceanic plate hemipelagic sediments are buried by sandy terrigenous turbidites, such as in the trench axis off Mexico, the decollement is localized near the base of the turbidite section. Subducting normal fault blocks in the oceanic crust control thrust ramps, and hanging wall anticlines form above the ramps.In regions of the trench where coarse terrigenous sediment is thin or absent, the decollement is localized within the incoming sediment section. Where muddy trench turbidites bury subducting topography (e.g. off Guatemala), the decollement is approximately 100 m deep and is little affected by the underlying subducting topography. The lower 200–300 meters of trench sediment and all of the pelagic sediment are subducted. Where there is no trench sediment overlying carbonate-rich oceanic plate sediments (e.g. off Costa Rica), the decollement is located within the subducting plate sediment section. The decollement is localized at a single stratigraphic level and rides up and over subducting horst blocks.

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Zusammenfassung Reflektionsseismische Daten aus drei Bereichen des Mittel-Amerika-Grabens geben Einblick in das Verhalten entlang einer Abscherung in der subduziertes und »abgeschabtes« Sediment voneinander getrennt werden. Die Daten, die entlang dieses Subduktionssystems erhalten wurden, liefern Anhaltspunkte darüber, wie sich die Abscherung bildet und wie sie von lokalen Bedingungen beeinflußt wird. Der Entstehungsort der Abscherung wird, unabhängig davon, ob die abtauchende Basementtopographie die Abscherung beeinflußt oder nicht, anscheinend von Typ und Dicke der Grabensedimente kontrolliert. Dort, wo das abtauchende Basement und die hemipelagischen Sedimente der ozeanischen Platte von sandigen, terrigenen Turbiditen überlagert werden, wie im Grabenabschnitt vor Mexico, liegt die Abscherung nahe der Basis des Turbiditprofiles. Abtauchende, normal gestörte Schollenblöcke der ozeanischen Kruste kontrollieren die Bildung von Überschiebungsrampen unter Bildung von Antiklinalen oberhalb dieser Rampen.Wo schlammige Grabenturbidite die subduzierende Topographie überdecken (z.B. vor Guatemala), liegt die Abscherung etwa 100 m unter der Sedimentoberfläche und wird kaum von der unterlagernden, abtauchenden Topographie beeinflußt. Die unteren 200–300 m der Grabensedimente sowie die gesamten pelagischen Ablagerungen werden subduziert. Wo karbonatreiche Sedimente der ozeanischen Platte nicht von Grabensedimenten überlagert werden (z.B. vor Costa Rica) liegt die Abscherung innerhalb der Sedimentsäule der abtauchenden Platte. Die Abscherung bewegt sich in einem einzigen stratigraphischen Niveau und gleitet dabei auf und über abtauchende Horstschollen.

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Résumé Des prospections par sismique-réflexion, effectuées dans trois régions de la fosse d'Amérique Centrale, éclairent le comportement du décollement qui sépare les sédiments subductés des sédiments «raclés». Les donnés recueillies le long de ce système de subduction simple fournissent des indications sur la manière dont le décollement prend naissance et est influencé par les conditions locales. L'emplacement du décollement et le fait qu'il est, ou non, influencé par la topographie du substrat en subduction dépendent, semble-t-il, de la nature et de l'épaisseur des sédiments de la fosse. Lorsque, dans la plaque océanique en subduction, la topographie du socle et les sédiments hémipélagiques surincombants sont enfouis sous des turbidites terrigènes arénacées, comme c'est le cas au large du Mexique, le décollement se produit près de la base de la série turbiditique. La subduction de blocs découpés par des failles normales dans la croûte océanique détermine des rampes de charriage au-dessus desquelles prennent naissance des structures anticlinales.Dans les parties de la fosse qui sont pauvres en sédiments terrigènes grossiers ou qui en sont dépourvues, le décollement est situé à l'intérieur de la série sédimentaire. Lorsque le relief de la plaque en subduction est enfoui sous des turbidites boueuses (p. ex. au large du Guatemala), le décollement se situe à 100 m sous la surface supérieure des sédiments et est peu affecté par la topographie du substrat subducté. La subduction affecte alors la partie inférieure (200 à 300 m) des sédiments de la fosse, ainsi que l'entièreté des sédiments pélagiques. Lorsqu'il n'y a pas de sédiments terrigènes recouvrant les dépôts carbonates de la plaque océanique (p. ex. au large de Costa Rica), le décollement se situe au sein de ces derniers; il correspond à un niveau stratigraphique et contourne par en-haut les blocs en horst de la plaque descendante.

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The clinopyroxene/plagioclase symplectite in retrograde eclogites: A potential geothermobarometer

The retrograde P-T-t path of intermediate and high-temperature eclogites (T 500 ± 50°C) is characterized by the transformation of omphacite into a symplectitic intergrowth of clinopyroxene and plagioclase lamellae. Often, this symplectite shows a two stage microstructural evolution, i.e. a coarse lamellar width symplectite, »S1«, followed by a thinner lamellar width symplectite, »S2«. Each symplectite may also evolve independently into a final globular microstructure, »SG«.According to metallurgical concepts, the phase transition »omphacite clinopyroxene + plagioclase« is classified as a discontinuous precipitation reaction. In discontinuous precipitation reactions, the lamellar spacing (L) depends on temperature (T) according to the growth law log (L) = A-B/T, in which A and B are constants. Therefore thin symplectites characterize low temperatures, where-as coarse symplectites characterize higher temperatures.In order of specify the thermal evolution of continental collision zones, the reliability of the discontinuous precipitation growth law has been tested on eclogites showing contrasted retrograde P-T-t histories in different geological environments, i.e. Alpine, Caledonian and Variscan Belts. Indeed, our investigations reveal that the clinopyroxene/plagioclase symplectite can be used as a potential geothermobarometer in eclogites recording temperatures above 500 ± 50°C. The temperature is obtained by the lamellar spacing and pressure by the Jadeite content of the symplectite clinopyroxene in the presence of plagioclase and quartz.

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Zusammenfassung Der retrograde P-T-t Pfad von intermediären und hochtemperierten Eklogiten (T 500 ±50°C) ist charakterisiert durch die Umformung von Omphazit in symplektitische Verwachsungen von Klinopyroxen und Plagioklas-Lamellen. Häufig zeigt dieser Symplektit eine zweiphasige mikrostrukturelle Entwicklung, das heißt, ein Symplektit mit breiten Lamellen »S1« wird gefolgt von einem Symplektit mit dünneren Lamellen »2«. Jeder Symplektittyp kann sich schließlich selbständig zu einer kugelförmigen MikroStruktur »SG« entwikkeln.Auf Grund von metallurgischen Vorstellungen wir die Phasenumwandlung Omphazit zu Klinopyroxen + Plagioklas als diskontinuierliche Ausfällungsreaktion klassifiziert. In diskontinuierlichen Ausfällungsreaktionen hängt der Lamellenabstand (L) von der Temperatur (T) nach dem Wachstumsgesetz log (L) = A-B/T ab, in dem A und B Konstanten sind. Daher zeigen dünne Symplektite niedrige Temperaturen an, während breite Symplektite höhere Temperaturen anzeigen.Um die thermische Entwicklung von kontinentalen Kollisionszonen zu spezifizieren mußte die Zuververlässigkeit des diskontinuierlichen Ausfällungswachstumsgesetz an Eklogiten getestet werden, die unterschiedlich retrograde P-T-t Geschichten aus verschieden Umgebungen zeigen; das heißt aus alpinen, kaledonischen und variszischen Gebirgszügen. Tatsächlich offenbaren unsere Bemühungen, daß der Klinopyroxen/Plagioklas Symplektit als potentielles Geothermobarometer in Eklogiten benutzt werden kann, die Temperaturen über 500°C ± 50°C erfahren haben. Die Temperatur kann man aus dem Lamellenabstand erhalten; den Druck durch den Jadeitgehalt des symplektitischen Pyroxens, in Anwesenheit von Plagioklas und Quarz.

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Résumé La déstabilisation de l'omphacite, en une symplectite à alternance de lamelles de clinopyroxène et de plagioclase, caractérise l'initiation du trajet rétrograde P-T-t pour les éclogites de température 500 ± 50°C. Cette symplectite présente parfois une évolution microstructurale depuis une symplectite grossière à alternance de lamelles larges, »S1«, relayée par une symplectite à alternance de lamelles fines, »S2«. Chaque symplectite peut aussi évoluer indépendemment en une microstructure globulaire tardive, »Sg«.En accord avec les concepts établis par les métallurgistes, la transformation »omphacite clinopyroxène + plagioclase« est une précipitation discontinue. Pour ce type de transformation, l'espace interlamellaire (L) dépend de la température (T) selon la loi de croissance Log (L) =A-B/T (*), où A et B sont des constantes. Ainsi, une symplectite fine (de type S2) caractérise des températures relativement plus basses qu'une symplectite grossière (de type S1).Afin de préciser l'évolution thermique des zones de collision continentale, nous avons testé la loi de croissance (*) sur des éclogites échantillonnées dans divers contextes géologiques (chaînes alpine, calédonide et varisque), présentant des trajets rétrogrades P-T-t contrastés. Les résultats montrent que la symplectite à clinopyroxène/plagioclase représente un géothermobaromètre potentiel de la rétromorphose des éclogites: la taille de l'espace interlamellaire dépend de la température et la teneur en jadéite des lamelles de clinopyroxène, en présence de quartz et à l'équilibre avec le plagioclase, dépend de la pression.

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. , .. , «S 1», «S 2». «SG». , . (L) () — — log (L) = - /, . , . , , , .: , . , , / , , 500° + 50°. , — , .

     

Feldgeologische Notizen über die Becken von Baja Verapaz/Guatemala

Zusammenfassung Die Becken von Baja Verapaz/Guatemala liegen in einer alten und ausgedehnten Depression, sind aber nicht unmittelbar tektonisch bestimmt. Ihr Inhalt, bestehend aus frischen und umgelagerten Vulkaniten, sowie die Morphologie bieten Anlaß zu Überlegungen regionaler und grundsätzlicher Art.

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The basins of Baja Verapaz, Guatemala belong to an old zone of depression to be traced as far as the Puerto Rico Trough. They are not controlled, however, by actual tectonic events as to their present pattern. Their sedimentary filling made up of pumice in different stages of reworking, and besides morphology give rise to considerations in regional as well as general geology.

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Résumé Les bassins de Baja Verapaz/Guatemala sont situés dans une ancienne et vaste dépression, mais ils ne sont pas en rapport direct avec une cause tectonique. Leur contenu, formé par des roches volcaniques fraîches et remaniées, ainsi que la morphologie donnent lieu à des réflexions d'ordre régional et de principe.

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Resumen Las cuencas de Verapáz/Guatemala se encuentran dentro de una extensa depresión antigua, pero no son de inmediato origen tectónico. Su contenido, vulcanitas frescas y redepositadas, así como la morfología, dan motivo para consideración regional y por principio.

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() . . .

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Herrn Prof. Dr. Dr. h. c.Erich Bederke zum 70. Geburtstage gewidmet.     

Continental drift: What driving mechanism?

A subducting oceanic lithospheric slab acts as an efficient heat sink which strongly influences the convection pattern in the neighbouring sub-continental mantle. Laboratory convection experiments show that this thermal coupling induces a roll about 5 times broader than deep underneath the continental lithosphere. The experiments are performed in a tank with imposed top and bottom temperature, and with, in addition, one cooled side wall. The convective pattern is observed by differential interferometry. For upper mantle convection one predicts rolls extending 3000 to 4000 km into the continental domain, parallel to the active margin. We show that, for Gondwana prior to the break-up, this simple convection pattern can explain the tensional state of the crust leading to the emission of flood basalts (Karroo, Parana and Antarctica). The thermal and mechanical effect of the large roll also provides a mechanism for the break-up itself and subsequent drift of the continental fragments. This motion of the continental plate leads finally to the closure of existing marginal basins along the Pacific coast of Gondwana. The laboratory experiments throw some light into another phenomenon of possible geodynamical relevance: within the large convection roll a smaller scale circulation is observed in the form of diapiric upwelling produced by thermal instabilities in the boundary layer. This dynamics may apply to hot spot volcanicity.

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Zusammenfassung Die subduzierte ozeanische Lithosphäre beeinflußt die Konvektion unterhalb der kontinentalen Lithosphäre, weil sie die Rolle einer Wärmepumpe spielt. Experimentelle Versuche zeigen, daß diese thermische Kopplung flache Konvektionsrollen im kontinentalen Mantel erzeugt, mit horizontalen Dimensionen zwischen 3000 und 4000 km. Diese flachen Zellen werden als Ursache der Dehnungstektonik in Gondwana vorgeschlagen (Karroo, Parana, Antarktika). Ihre thermische und mechanische Wirkung führt letztlich zum Zerbrechen des Superkontinents. Die Versuche im Laboratorium zeigen auch Instabilitäten kleinerer Dimensionen, welche thermische Diapire erzeugen, ähnlich den sogenannten hot spots.

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Résumé La lithosphere océanique en subduction constitue un puits de chaleur qui influence la convection dans le manteau sous-continental voisin. Des expériences de laboratoire montrent que ce refroidissement latéral crèe des rouleaux convectifs sous la lithosphere continentale de 3000 à 4000 km d'extension horizontale pour une convection limitée au manteau supérieur. Appliqué au Gondwana, ceci explique la tectonique en extension accompagnée d'épanchements basaltiques (Karroo, Parana, Antarctique) précédant l'ouverture Atlantique et Indienne. Cette ouverture est elle-même provoquée par l'action thermique et mécanique des grands rouleaux convectifs. Les expériences de laboratoire font également apparaître des instabilités à petite échelle, semblables aux diapirs que l'on pense être à l'origine du volcanisme intraplaque.

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, .. . , 3000 4000 , (Karoo, , ). . , , .. (Hot spots) .

     

Vulkanismus und Graben-Bildung im Roten Meer

Zusammenfassung Von Vulkanit-Proben derValdivia-Kampagnen 1971/72 werden die Ergebnisse petrographischer und chemischer Untersuchungen dargestellt. Im zentralen Graben des Roten Meeres sind Olivin-Tholeiit-Baselte ohne modalen Pyroxen verbreitet. Außerhalb des zentralen Grabens treten neben vorwiegend holokristallinen Pyroxen-führenden Olivin-Tholeiit-Basalten Alkali-Basalte sowie basaltische Tuffe und Hyaloklastite auf. Vergleichsweise wurden Basalte und deren saure Differentiate aus dem Hinterland von Djibouti untersucht. Kristallisations- und Differentiationsgrad der Gesteine sind Abbild eines diapirartig aufgestiegenen Asthenolithen. Die Aufwölbung der Asthenosphäre wird durch die Einsenkung eines Scheitelgrabens kompensiert. Eine Trennung der kontinentalen Kruste betrifft nur den Bereich des zentralen Grabens.

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During theValdivia cruise 1971/72 volcanic fragments were raised from the bottom of the Red Sea, especially from the axial through. Data on petrography and chemistry are represented. The axial trough is floored with olivine-tholeiitic basalts without modal pyroxene. According to the rapid ascent from relatively shallow depth olivinetholeiitic magma reached the sea-floor before any substantial differentiation took place. Beyond the axial trough alkali-basalts, basaltic tuffs, hyaloklastites are distributed as well as olivine-tholeiitic basalts with modal pyroxene. For comparison basalts and their acid differentiates from the hinterland of Djibouti have been analyzed and discussed. The grade of crystallisation and fractionation of the melt is in a direct connection with the diapiric upwelling of the asthenosphere. The upwarped asthenosphere is compensated by normal faulting and rifting of the axial trough. The attenuation and separation of the continental crust is restricted to the axial trough.

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Résumé Pendant les campagnes de laValdivia en 1971/72, des échantillons de volcanites ont été prélevés au fond de la Mer Rouge, à des fins d'analyses pétrographiques et chimiques. Dans le fossé central il y a des basaltes tholéiitiques à olivine sans pyroxène modal. En dehors du fossé central apparaissent des basaltes alcalins, des tufs basaltiques et des hyaloclastites ainsi que des basaltes tholéiitiques à olivine et pyroxène modal prédominemment holocristallins. A titre de comparaison, des basaltes et leurs différenciats acides, prélevés dans le hinterland de Djibouti, ont été analysés. Le degré de cristallisation et de différenciation des roches est en relation avec l'asténolite monté par voie diapirique. Le bombement de l'asténosphère est compensé par l'enfoncement du fossé. La séparation de la croûte continentale est restreinte au fossé axial.

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, 1971/1972 . - . , - , , . . . . .

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Herrn Dr. H.Bäcker von derPreussag AG, Hannover, danken wir für dieÜberlassung des Proben-Materials und für das Einverständnis zur Publikation. Wir danken unseren Kollegen A.Baumann, Braunschweig, und H.Raschka, BfB Hannover, für die Bestimmung der Schwermetall- und Spurenelement-Gehalte sowie den Herren H.Pichler, Tübingen, und A.Schneider, Göttingen, für die Norm-Berechnungen.     

Significance of late Precambrian turbidite sequences bordering the East Antarctic Shield

A late Precambrian turbidite succession is described from North Victoria Land, Antarctica, in its sedimentological, biological and tectonic aspects. Similar sequences occurring across the whole continent along the present Transantarctic Mountains are discussed. The geotectonic significance of this flysch belt is analysed in its relation to the East Antarctic Shield, the Gondwana craton and a proto-Pacific.

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Zusammenfassung Aus dem Nord-Viktoria-Land, Antarktis, wird eine spätkambrische Turbiditfolge mit ihren sedimentologischen, biologischen und tektonischen Kriterien beschrieben. Ähnliche Sequenzen, die quer durch den ganzen Kontinent im Zuge des Transantarktischen Gebirges vorkommen, werden diskutiert. Die geotektonische Bedeutung dieses Flysch-Gürtels wird analysiert in seiner Beziehung zum ostantarktischen Schild, zum Gondwana Kraton und zu einem Proto-Pazifik.

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Résumé L'auteur décrit, avec ses critères sédimentologiques, biologiques et tectoniques, une série de turbidites du Précambrien supérieur dans le Nord de la Terre Victoria de l'Antarctique. Il discute des séries analogues se présentant dans tout le continent suivant la présente Chaîne transantarctique. Il analyse la signification géotectonique de cette ceinture de flysch dans sa relation avec le bouclier de l'Antarctique oriental, du craton du Gondwana et d'un Proto-Pacifique.

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Seismic model of Iceland's crust

The data of the two long seismic profiles crossing Iceland (Nasp 1972 andRrisp 1977) have revealed its deeper structure and its relation to the Reykjanes and the Faeroe-Iceland Ridge. All deep velocity levels dip down from the ocean towards Iceland. The maximum velocity found on Iceland does not exceed 7.6–7.7 km/s. The 7.0 km/s velocity level is of complex shape. Due to a disagreement of first arrivals at the crosspoint of the two profiles crustal velocity anisotropy may exist.Two different models can be derived from the seismic cross sections. The first model contains a thin oceanic crust being 10–15 km thick. This layer is followed directly by the asthenosphere with velocities near 7.0–7.4 km/s. The top of this diapir-like asthenosphere should be in a partly molten stage. The other version, favoured by the authors, suggests a crust of 30 km thickness which is underlain by mantle material with velocities of 7.5–7.7 km/s. The top of the asthenosphere is assumed to exist in a depth of about 50 km. In the upper crust at 10–15 km depth there occurs a local zone of rocks being in a partly molten stage, as evidenced by the reduced shear wave velocity and the high electrical conductivity. Due to this configuration Iceland forms combined structure with the Faeroe-Iceland Ridge. Despite of its great thickness the crust of Iceland must be regarded as belonging to the oceanic type because of its basic rock composition, thus it is classified as suboceanic.

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Zusammenfassung Die Daten der beiden seismischen Langprofile auf Island (Nasp 1972 undRrisp 1977) erlauben Aussagen über die tiefere Struktur Islands und deren Zusammenhang mit dem Reykjanes und dem Faeroe-Island-Rücken. Alle tieferen Geschwindigkeitshorizonte fallen vom Ozean her unter Island ein. Die größte unter Island beobachtete Geschwindigkeit beträgt 7.6–7.7 km/s. Einen komplizierten Verlauf zeigt die 7.0 km/s Geschwindigkeitslinie. Andererseits kann auch Anisotrophie nicht ausgeschlossen werden.Die berechneten seismischen Profile erlauben zwei Interpretationen für die Krustenstruktur Islands. Die erste Deutung geht von einer dünnen (10–15 km mächtigen) ozeanischen Kruste aus, die direkt von der domartig aufdringenden Asthenosphere unterlagert wird. Der oberste Bereich der Asthenosphäre ist partiell geschmolzen und zeigt Geschwindigkeiten von über 7.0–7.4 km/s. Die andere, von den Autoren vertretene Deutung, geht von einer etwa 30 km mächtigen Kruste aus, die auf Mantelmaterial mit Geschwindigkeiten von 7.5–7.7 km/s liegt. Die Asthenosphäre folgt erst in 50 km Tiefe. Innerhalb der Kruste ist in 10–15 km Tiefe eine begrenzte Zone mit partiell geschmolzenem Gestein eingelagert, die sich durch eine verringerte Geschwindigkeit der Scherwellen und eine hohe elektrische Leitfähigkeit zu erkennen gibt. Die Kruste Islands bildet mit der Faeroe-Island-Rückens eine Einheit. Ungeachtet der Krustendicke von 30 km gehört die Kruste Islands aufgrund der basischen Zusammensetzung zum ozeanischen Typ und nicht zum kontinentalen.

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Résumé Les données sur les deux longs profils sismiques en Islande (Nasp 1972 etRrisp 1977) permettent de déterminer la structure profonde et la relation avec le Seuil de Reykanes et des ïles Färoe. Tous les horizons à vitesse faible viennent du côté de l'Océan sous l'Islande. La vitesse la plus élevée observée sous l'Islande est de 7.6 à 7.7 km/sec. La courbe des vitesses montre une allure compliquée. D'autre part l'anisotropie ne peut être exclue. Les profils sismiques permettent deux interprétations de la structure de la croûte sous l'Islande. La première est celle d'un croûte mince (10–15 km) océanique, placée directement au-dessus de l'asthénosphère qui y pénétre à la manière d'un arceau. La couche supérieure de l'asthénosphère est partiellement fondue et montre des vitesses de plus de 7.0–7.4 km/sec. L'autre interprétation, d'après les auteurs, part d'une croûte de presque 30 km. au-dessus d'une espèce de manteau où la vitesse irait de 7.5 à 7.7 km/sec. L'asthénosphère se trouverait à 50 km. de profondeur. A l'intérieur de la croûte, à une profondeur de 10–15 km. se trouverait une zone restreinte, partiellement fondue, que revèle une vitesse réduite des ondes de cisaillement et sa haute conductibilité. La croûte d'Islands et celle du Seuil des Iles Färoe ne forment qu'une seule unité. Malgré la valeur de 30 km. la croûte d'Islande appartient au type oc"anique, et non pas au type continental à cause de sa constitution basique.

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(—1972 —1977) - . , 7,7 /. . . 10–15 , 7,0–7,4 /. . , , 30 7,5–7,7 /. 50 . 12–18 , . , .

     

Petrochemische und nomenklatorische Revision der Vulkanite des süd-ägäischen Raumes (Griechenland)

Zusammenfassung Alle einwandfreien Gesteinsanalysen der jungen Vulkanite des süd-ägäischen Raumes (insgesamt 181) wurden nach der von A.Rittmann neu entwickelten Berechnungsmethode (Rittmann-AMS) auf ihren quantitativen Mineralbestand berechnet und ausgewertet. Dabei zeigte sich, daß ein Großteil dieser Vulkanite falsch benannt ist. Der Anteil der Andesite ist wesentlich geringer als bisher angenommen. Ebenso sind keine Basalte vertreten. Der Schwerpunkt der Gesteine fällt in das Latitandesitfeld, wobei besonders stark quarzführende Typen dominieren. Ein Teil der alkalirhyolithischen bis latitandesitischen Vulkanite weist einen teilweise beträchtlichen AI-Überschuß auf, der sich im Auftreten von (errechnetem) Cordierit ausdrückt. Die Entstehung der Magmen des untersuchten Gebietes wird durch Anatexis von sialischem Material verschiedener Zusammensetzung erklärt. Dies wird durch AI-Überschuß, den ausgeprägt pazifischen Charakter, das Auftreten von exogenem Quarz und weitere Indizien gestützt. Die lokal vertretenen Vulkanite mit schwacher atlantischer und mediterraner Tendenz werden durch mäßige und lokale pneumatolytische Differentiation (Alkalizufuhr) der sialisch-anatektischen Magmen gedeutet.

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With a new calculation-method for volcanic rocks, recently developed by A.Rittmann (Rittmann-AMS), all available chemical analyses of the young volcanics of the south-aegean Sea (altogether 181) have been calculated. The evaluation proved a wrong denomination for the bulk of these volcanic rocks. More than 50% of the so-called andesites are latitandesites and dacites (nomenclatureStreckeisen, 1965). Likewise no basalts are existing in this area. The latitandesites are mostly quartz-bearing types (on an average between 10 and 15% of free quartz). Many of the alkalirhyolitic to dacitic rocks and some of the latitandesites show a considerable excess of A1₂O₃, which appears in the calculation as cordierite (up to7%). The acid volcanics are explained to have been originated by fusion of sialic material of granitic to granodioritic composition of the upper parts of the crust. The latitandesites and andesites are supposed to be derived by melting of degranitizised sialic material of lower parts of the crust. Characteristics for the sialic origin are: excess of A1₂O₃, the presence of exogenous quartz-relics, the strong calcalcaline serial index and others. In the south-aegean area locally appear volcanics with a weak atlantic or mediterranean serial character. This fact is interpreted by moderate pneumatolytic differentiation (gaseous transfer) of the sialic-anatectic magmas.

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Résumé Toutes les analyses chimiques des jeunes roches volcaniques dans la région de la mer Egée sud (en somme 181) ont été calculées et évaluées à l'aide de la nouvelle méthode de A.Rittmann (Rittmann-AMS). Alors on a constaté qu'un grand nombre des roches volcaniques avait été qualifié incorrectement. Plus de 50 pour cent des « andesites » sont latitandesites et dacites. Il n'y a pas de basaltes. La plupart des latitandesites contiennent du quartz. Beaucoup de roches alcalirhyolitiques à latitandesitiques montrent un excès considérable de Al, ce qui apparaît dans la calculation comme cordierite. On explique la formation des magmas par la fusion de différents matériels sialiques. Quelques indices soutiennent cette théorie: l'excès de Al, le caractère typiquement pacifique, la présence de quartz exogène. La présence de roches volcaniques à caractère faiblement atlantique et méditerranéen est expliquée par la différenciation pneumatolytique modérée des magmas sialiques anatectiques.

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Herrn Professor Dr. Dr. A.Rittmann zum 75. Geburtstag gewidmet     

Thrust tectonics along the north-western continental margin of Sabah/Borneo

Widely accepted plate tectonic models suggest that an inactive subduction zone lies along the north-west continental margin of Sabah. In contrast, interpretation of reflection seismic data acquired by BGR shows an autochthonous continental terrane comprising an Oligocene to Early Miocene carbonate platform being progressively overthrust by an allochthonous rock complex. Progressive compression resulted in the development of four structural zones: Imbricated thrust sheets (Zone III); two thrust sheet systems one on top of the other (Zone IV); a complex zone with multiphase deformation (Zone V); and piercement ridges (Zone VI).

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Zusammenfassung Nach herkömmlichen plattentektonischen Vorstellungen soll eine inaktive Subduktionszone am nordwestlichen Kontinentalrand von Sabah liegen. Reflexionsseismische Meßdaten der BGR zeigen jedoch, daß hier autochthone kontinentale Kruste mit einer oligozänen-frühmiozänen Karbonatplattform progressiv von einem allochthonen Gesteinsverband überschoben wird. Fortschreitender Zusammenschub seit dem frühen Miozän führte zur Anlage von vier Deformationszonen: Tekonische Schuppen (Zone III); zwei übereinander geschobene Verschuppungssysteme (Zone IV); Gürtel mit mehrphasiger Deformation (Zone V) und Durchspießungsstrukturen (Zone VI).

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Résumé Les modèles géodynamiques que l'on admet habituellement comportent une zone de subduction inactive le long de la marge continentale nord-occidentale de Sabah. Toutefois, des mesures de sismique-réflexion exécutées par le BGR font apparaître qu'à cet endroit, une croûte continentale autochtone, comportant une plateforme carbonatée oligocène à éomiocène, est chevauchée progressivement par un complexe allochtone. La compression, qui s'est manifestée progressivement depuis le Miocène inférieur, a engendré quatre zones structurales: un ensemble d'écailles tectoniques (zone III); deux systèmes de lames tectoniques charriés l'un sur l'autre (zone IV); une zone complexe à déformation multiphasée (zone V); des structures d'extrusion tectonique (zone VI).

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, - Sabah'a. , - . 4-? : ( 3), ( 4) ( 5) ( 6).

     

Ist der Fischfluß-Cañon in Südwestafrika (Namibia) durch eine Grabenstruktur vorgezeichnet?

Zusammenfassung Der Cañon, in welchem der Fischfluß verläuft, folgt einer Bruchstruktur, die kein einfacher Graben ist, sondern von Aufschiebungen statt von Abschiebungen begrenzt wird. Hinzu kommen auf beiden Seiten des Flußverlaufs große Flexurfalten, vermutlich durchgepauste Aufschiebungen. Das hat zur Bildung eines Rampgrabens geführt. Diese Einengungstektonik paßt nicht ohne weiteres zu der Vorstellung eines zerdrifteten Gondwana-Landes, das im Sinne von A.Wegener in Einzelkontinente zerrissen ist.

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The canyon of the Fischfluss follows a fracture zone, which is not a normal graben as often is supposed. The so called Fisch River Graben has been formed by overtthrusting fractures instead of normal faults on both sides of the graben. Besides there exist folding structures (flexure-folds) on both sides of the graben. Theses compression structures have formed a Ramp-Graben, which was firstly discribed by B.Willis (1928). Theses compression structures do not agree with A.Wegeners hypothesis of the old Gondwana continents destruction by drifting and tension, by which the old African block broke up into the African and the American block.

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Résumé Le cañon du Fischfluss suit une zone de fractures qui n'est pas un graben normal ainsi qu'on l'a souvent supposé; elle est limitée, non par des failles d'affaissement, mais par des chevauchements. En outre viennent, sur les deux côtés du cours de la rivière, de grands plis-flexures, espéces de chevauchements refoulant le scole cristallin sous les sédiments plissés. Il s'agit d'un «Rampgraben», (= fossé poussé) qui est le résultat d'une tectonique de resserrement. Celle-ci ne répond pas à l'idée d'un continent de Gondwana qui, fissuré et dérivant, s'est subdivisé en continents isolés, selon l'hypothèse de A.Wegener.

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, , , , . ; , , durchgepauste . .

     

Stellung des Experimentes im Rahmen tektonischer Forschung

Zusammenfassung Die Genese tektonischer Strukturen ist nicht direkt beobachtbar. Unsere einzige Arbeitsgrundlage sind die Spuren der Deformation im Fels, also das tektonische Gefüge. Im Gegensatz zu den meisten anderen naturwissenschaftlichen und technischen Fächern ist in der Tektonik ein Vergleich der Vorgänge im Experiment mit denen im Objekt im allgemeinen nicht möglich. Hieraus erklärt sich, daß das Experiment in der Tektonik bisher nur eine geringe Bedeutung erlangt hat. Jede tektonische Deutung ist aber ein Analogieschluß, bei dem Erfahrungen aus dem täglichen Leben oder die anderer Naturwissenschaften eingesetzt werden. Dieses Vorgehen muß durch ein exakteres, nämlich durch den Einsatz gezielter Experimente, abgelöst werden.Da aus dem obengenannten Grunde die Rückkopplung zwischen Experiment und Natur nur unvollkommen durchzuführen ist, besteht der Sinn tektonischer Experimente nicht darin, eine bestimmte natürliche Struktur nachzubilden, sondern darin, die Reaktionsmöglichkeiten von Festkörpern bei Deformation kennenzulernen. Experimente und Naturbeobachtung zeigen, daß es nur eine begrenzte Zahl von Reaktionsarten festen Materials bei Deformationen gibt. Diese Reaktionsarten unterscheiden sich nach der Art der Gefügeelemente, die bei der Deformation ausgebildet werden (Abb. 1). Bei den hier besprochenen Gefügeelementen handelt es sich um Trennbrüche (Spalten), Verschiebungsbrüche, Knickzonen und Normalfalten. Die Faltenachsenfläche der Knickzonen liegt einer Ebene größter Scherung etwa parallel, die der Normalfalten senkrecht zur Richtung größter Einengung.Die einzelnen Gefügeelemente treten in verschiedenen räumlichen Anordnungen auf, die als Gefügetypen bezeichnet werden. Die folgenden Ausführungen beschränken sich auf Gefügetypen mit rhombischer und monokliner Symmetrie.Die Abb. 1 stellt einen Ausschnitt aus einem System der Gefügetypen dar, in dem die einzelnen Gefügetypen entsprechend ihrer gegenseitigen Verwandtschaft angeordnet sind. Dieses System erlaubt es uns, die bisherigen tektonischen Experimente zu ordnen und auf Lücken unserer experimentellen Erfahrung hinzuweisen.

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Because the formation of tectonic structures cannot be observed directly, the study of such structures is restricted to an investigation of the traces of deformation within the rock itself, i.e. the tectonic fabric. In contrast to most other fields of research in science and technology the study of tectonics does not allow a direct comparison between experimental and natural processes, and for this reason, experimentation has until now played only a minor role in tectonic research. All tectonic interpretations, however, are based on analogies with observations made in everyday life or phenomena in related scientific fields. Clearly this procedure should be replaced by more accurate methods, which include objective experiments.Since the link between experiment and nature is at best incomplete, the goal of tectonic experimentation is not to simulate specific natural structures, but to investigate the different ways by which solids may react to deformations. Experiments and observations show that solid material may undergo only a limited number of such reactions. These reactions differ due to the form of fabric elements formed during deformation (Fig. 1).The discussion below is restricted to the following fabric elements: tension fissures, faults, kink-bands, and normal folds. The axial plane of kink-bands nearly parallels the plane of maximum shearing strain. The axial plane of normal folds is normal to the direction of maximum shortening.The various fabric elements are found in different spatial arrangements called fabric types. The discussion below is restricted to fabric types with orthorhombic and monoclinic symmetry.Fig. 1 illustrates part of a fabric type system in which the different fabric types are arranged according to their reciprocal relationship. This system allows the ordering of previous tectonic experiments and indicates the gaps in our experimental knowledge.

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Résumé La genèse des structures tectoniques n'est pas directement observable. Nos seules bases de travail sont les traces de la déformation dans les roches, autrement dit la texture tectonique. A l'opposé de la plupart des autres branches des sciences naturelles et des branches techniques, on ne peut généralement pas comparer, en tectonique, les processus fournis par l'expérimentation avec ceux qui en font l'objet. Ce qui explique que jusqu'à présent, l'expérimentation en tectonique n'a eu qu'une portée médiocre. Chaque interprétation tectonique est en fait liée à une finalité analogique tirée de comportements dans la vie quotidienne ou dans d'autres sciences naturelles. Ce procédé doit faire place à un autre, plus exact, principalement par la mise en oeuvre d'expériences bien orientées.Comme, pour les raisons citées plus haut, le couplage entre l'expérimentation et la nature ne peut être réalisé que de façon imparfaite, il faut que le sens de l'expérimentation tectonique consiste, non pas à reproduire une structure naturelle donnée, mais à reconnaître quelles sont les possibilités de réaction des corps solides à la déformation. L'expérimentation et l'observation de la nature montrent que les modalités réactionelles des matériaux solides vis-à-vis de la déformation existent seulement en nombre limité. Ces modalités différent selon les éléments structuraux impliqués dans la déformation. Les éléments texturaux discutés ici sont les fissures, les plans de glissement, les zones en chevron et les plis normaux. Le plan axial des zones en chevrons es parallèle à un plan de fort cisaillement; celui des plis normaux est perpendiculaire à la direction de plus grand resserrement.Chacun des éléments texturaux répond à différentes dispositions spatiales dont la signification est celle de types texturaux. Les déductions qui suivent se limitent à des types texturaux à symétrie rhombique et monoclinique.La fig. 1 représente une coupe dans un système de types texturaux dans lequel chacun de ceux-ci a été rangé conformément à leur parenté réciproque. Ce système nous permet de mettre de l'ordre dans les expériences tectoniques poursuivies jusqu'à ce jour, et de mettre en évidence les lacunes dans notre pratique expérimentale.

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Aus dem SFB 77 - Felsmechanik - Karlsruhe.

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Die Untersuchungen über Gefügetypen im Gelände und im Experiment wurden dankenswerterweise von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, seit 1970 im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Felsmechanik, unterstützt. Meinen Mitarbeitern, Herrn Dipl.-Phys. H.Mischke, Herrn Dipl.-Ing.Klaus Müller und Herrn Dr. G.Schäfer danke ich für ihre Hilfe bei der Abfassung des Manuskriptes.     

Altersbeziehungen zwischen den Metamorphosezyklen und den orogenen Bewegungen im östlichen Teil des nordrhodesischen Grundgebirges

Zusammenfassung Im Irumiden-Gebirge (E.Ackermann 1950) Nordrhodesiens konnten mit Hilfe von Gefüge-Auswertungen zwei altersverschiedene tektonische Verformungspläne mit jeweils voneinander abweichenden Richtungen herausgestellt werden.Jedem der orogenetischen Abläufe kann ein spezifischer Metamorphose-Zyklus zugeordnet werden.Für die erste Metamorphose ist eine Plagioklas-Blastese mit vermutlicher Natrium- und eventuell auch Kalziumzufuhr, für die letzte eine sehr kräftige Kalizufuhr von größter Bedeutung. Die Plagioklas-reichen Gneise, die Endprodukte der ersten Metamorphose, sind in kleineren reliktischen Komplexen über das gesamte Gebiet verbreitet, während sich die Kalifeldspat-Porphyroblasten-Gneise und Gneis-Granite auf ENE und NE gerichtete und in dieser Richtung vielfach gelängte und durchbewegte Züge verteilen. Zur Sprossung von sehr großen idiomorphen Mikroklinen und zu großen KF-Anreicherungen kommt es zu beiden Seiten der irumidisch-ENE-gerichteten Scheitelzonen (siehe E.Ackermann und A.Forster 1960). Innerhalb dieser hochmetamorphen Gneise und Gneisgranite treten die erstgenannten Plagioklas-betonten Gneise als reliktische, unverdaute Schollen auf. Die Plagioklase und wenigen Kalifeldspäte der älteren Feldspatgeneration werden zusammen mit ihren Biotitsäumen in den bis zu Kinderkopf-großen jüngeren Mikroklinporphyroblasten der sogenannten Mkushi-Gneise eingeschlossen.

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In the Irumide-Mountains of Northern Rhodesia, petrofabric analysis shows two intersecting systems of deformations being of different age. Each orogeny can be traced to a specific cycle of metamorphism. The earlier metamorphism was connected with a blastesis of plagioclase and with probable influx of sodium and calcium, the later-one with a strong addition of potassium. Final products of the first cycle occur (as small relict complexes of plagioclase-gneisses) within the whole area of highly metamorphous gneisses of the second phase. Gneisses containing porphyroblasts of potassium feldspars and granitic gneisses strike ENE and NE. At both flanks of the ENE-striking anticlinoria, blastesis of large euhedral microcline crystals and enrichment of potassium feldspars occur. Plagioclases and potassium feldspars of the older generations are found (as big inclusions) within the porphyroblasts of microcline belonging to the younger generation.

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Résumé Dans le massif des Irumides (E.Ackermann 1950) en Rhodésie du Nord on trouve deux systèmes de déformation d'âge différent avec des directions distinctes et un cycle spécifique de métamorphoses. Pour la première métamorphose on constate une blastèse à plagioclase avec probablement un apport de Na et éventuellement de Ca—pour la dernière un fort apport de K. Les produits finaux du premier cycle, sous la forme de complexes résiduels à base de gneiss plagioclasiques, se rencontrent dans toute le région des gneiss fortement métamorphiques de la seconde phase. Des gneiss à porphyroblastes de feldspath de potasse et des granites gneissiques ont une direction ENE et NE. Une blastèse de grands microclines idiomorphes et de grands enrichissements en feldspath de potasse se sont effectués sur les flancs des zones de crête irumidiques de direction ENE. Les plagioclases avec leurs bordures à biotite de la génération plus ancienne sont entourés par des porphyroblastes à microcline dans les gneiss de Mkushi.

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Zum Problem der Schichtlücken im Devon der Sierra Morena (Spanien)

Zusammenfassung Im Devon der nördlichen Sierra Morena und der Sierra de San Pedro treten Schichtlücken auf, die in den untersuchten Mulden ein unterschiedliches Ausmaß erreichen. Das Mitteldevon konnte nirgends nachgewiesen werden. Das Oberdevon folgt unmittelbar über unterdevonischen oder auch silurischen Schichten. Im südlichen Arbeitsgebiet kann sogar das Oberdevon fehlen, so daß unterkarbonische Sedimente über silurischen und älteren Schichten liegen.Für das Fehlen von Oberdevon kann Schwellenbildung und damit verbundene Abtragung vermutet werden. Die Schichtlücken im Unter- und Mitteldevon der übrigen Gebiete scheinen dagegen durch Unterbrechung der Sedimentzufuhr erklärbar zu sein.

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In the Devonian of northern Sierra Morena and Sierra de San Pedro there exist stratigraphical breaks of different amount in the investigated troughs. No Middle Devonian could be found. Upper Devonian rests directly upon Lower Devonian or Silurian rocks. Due to the occasional lack of Upper Devonian in the southern area under discussion even sediments of Lower Carboniferous age may superpose Silurian and older deposits.The absence of Upper Devonian is supposed to be caused by development of ridges and their erosion. However, stratigraphical breaks during Lower and Middle Devonian in the other areas seem to be explicable by non-deposition.

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Résumé Dans les synclinals étudiés du Dévonien de la Sierra Morena septentrionale et de la Sierra de San Pedro il y a des lacunes stratigraphiques atteignant de différentes ampleurs. Dévonien moyen ne fut nulle part observé. Dévonien supérieur suit immédiatement les couches du Dévonien inférieur ou bien du Silurien. Dans le secteur méridional il y a même des lacunes stratigraphiques du Dévonien supérieur, et les sédiments du Carbonifère inférieur reposent sur le Silurien ou sur des couches plus anciennes.Il est possible qu'un soulèvement d'un paléorelief accompagné de l'érosion soit responsable de la lacune du Dévonien supérieur. Quant aux lacunes du Dévonien inférieur et moyen des autres régions elles sont plutôt à expliquer par non-déposition.

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